MEMS ガスジャイロに用いるホットワイヤに関する研究

カテゴリ: 全国大会

論文No: 3-139

グループ名: 【全国大会】平成20年電気学会全国大会論文集

発行日: 2008/03/19

タイトル(英語): A Study on Hotwire for MEMS Gas Gyroscope

著者名: 高瀬 誠(兵庫県立大学),龍井 良明(兵庫県立大学),藤田 孝之(兵庫県立大学),前中一介 (兵庫県立大学)

著者名(英語): Makoto Takase(University of Hyogo),Yoshiaki Tatsui(University of Hyogo),Takayuki Fujita(University of Hyogo),Kazusuke Maenaka(University of Hyogo)

キーワード: ジャイロ|ホットワイヤ|ヒータ|流体|ガス|圧電素子

要約(日本語): 1.はじめに当研究室ではMEMS技術を用いたガスジャイロスコープ(以下ガスジャイロ)の研究を行っている(1, 2)。本研究はガスジャイロのポンプ部と検出部を一体化することで小型化、量産化を目指す。今回、検出部であるホットワイヤを試作し評価したのでこれを報告する。2.動作原理提案するガスジャイロの構造を図1に示す。ユニモルフの圧電ポンプを左右に配置し、交互に駆動することでガス流を往復させる。このガス流は角速度を受けて偏向するため、ホットワイヤの冷却が偏り抵抗値変化を発生させる。この抵抗値変化をブリッジ回路で検出し、ポンプ駆動と同期検波することによって高 S/N で角速度を得ることができる。3.ホットワイヤの検討試作したホットワイヤを図2に示す。ホットワイヤの構造は応力緩和のSiO2(1 mm), SiN(270 nm)、ヒータのPt/Ti(250 nm)、保護膜の SiO2(1 mm)の積層構造で、総膜厚は約2.5 mmである。図2のY, Z間に定電流を印加するとホットワイヤ自身の発熱により抵抗値が上昇する。このホットワイヤを含む流路へ一定流量のHeガスを流し、流速に対する抵抗変化(図2のY, Z間)を測定した(図3)。縦軸はホットワイヤに定電流を印加し十分安定したときの抵抗値R0で規格化している。Heガスの平均流速10 mm/s付近で抵抗値は大きく変化するが、20 mm/s以上では飽和する。これはホットワイヤの発熱量が小さく、発熱に対して十分冷却されたため抵抗値変化が減少した領域であると考えられる。次にガスジャイロの検出感度をFEM解析した。図2のホットワイヤYO, ZOをブリッジ回路の可変抵抗として使用し、点Oに発生する出力電位を端子W, Xから取り出す。ガスジャイロの検出感度を大きく取るには抵抗値変化が大きい領域を使用することが望ましい。ホットワイヤへの印加電流が20 mA、Heガスの平均流速10 mm/sのとき、ガスジャイロの検出感度は1.36 mV/(rad/s)であった(図4)。4.まとめガスジャイロの検出部であるホットワイヤを試作した。Heガスの平均流速に対する抵抗値変化を測定した。FEM解析によりガスジャイロの検出感度を求めた。

原稿種別: 日本語

PDFファイルサイズ: 1,298 Kバイト