Нелинейная динамика МЭМС-акселерометра с балочными чувствительными элементами, основанного на явлении модальной локализации

В представленной работе предложена модель микроэлектромеханического акселерометра с двумя подвижными балочными элементами, расположенными между двумя неподвижными электродами. Действие переносных сил инерции в продольном направлении приводит к изменению спектральных свойств системы, что является полезным выходным сигналом датчика. Динамика системы при наличии слабой электростатической связи между чувствительными элементами характеризуется явлением модальной локализации - значительным изменением амплитудных соотношений для форм синфазных и противофазных колебаний при малых изменениях измеряемой компоненты вектора ускорения подвижного объекта. Построены диаграммы положений равновесия при варьировании разности потенциалов между неподвижным электродом и подвижным элементом и между двумя подвижными элементами. Исследованы зависимости частот и отношение компонент собственных векторов от величины инерционного воздействия. Показано, что чувствительность датчика, основанного на модальной локализации, может на порядки превосходить чувствительность известных систем, базирующихся на измерении сдвига собственных частот. Построена нелинейная динамическая модель акселерометра при внешнем гармоническом электростатическом возбуждении колебаний. Получены резонансные характеристики, проведено сравнение модели, описывающей модальные характеристики системы, и модели, демонстрирующей реальный динамический режим работы с учетом нелинейных факторов.