Das Team um Professor Zou Xudong vom Institut für Luft- und Raumfahrtinformation der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat ein innovatives Dual-Mode-Betriebsverfahren vorgeschlagen, um die beiden seit Langem bestehenden Herausforderungen von MEMS-Resonanzbeschleunigungsmessern – Temperaturdrift und Messtaster – zu bewältigen. Dieses Verfahren verbessert die Genauigkeit und Leistung des Sensors signifikant, indem es die Betriebsfrequenzen der Differenzialstrahlen effektiv entkoppelt. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift *Microsystems & Nanoengineering* veröffentlicht.
Die Studie zeigt, dass der Betrieb der beiden Strahlen im ersten bzw. zweiten Resonanzmodus nicht nur den Temperaturkompensationseffekt verstärkt, sondern auch den Modenlokalisierungseffekt reduziert, der üblicherweise die Hauptursache für den Messtaster ist. Das Dual-Mode-Design erhält zudem die geometrische Symmetrie der Strahlen, was entscheidend für die Reduzierung temperaturinduzierter Fehler und die Stabilität der Sensorleistung ist. Experimentelle Daten bestätigen die Wirksamkeit des Verfahrens. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden kann die Dual-Mode-Methode die temperaturinduzierte Drift um mehr als das 280-Fache reduzieren; konkret wird die Temperaturdrift drastisch von ca. 342 mg auf 1,19 mg verringert. Gleichzeitig zeigten Allen-Bias- und Leistungsdichtespektrumanalysen (PSD) eine signifikante Reduzierung des niederfrequenten Rauschens, wodurch die Genauigkeit und Langzeitstabilität des Beschleunigungsmessers verbessert werden. Darüber hinaus löst dieses Design das Problem der Totzone bei sich überschneidenden Betriebsfrequenzen der Strahlen und eliminiert die Frequenzüberlappung zwischen den beiden Differenzialstrahlen.
Das Team um Professor Zou Xudong betonte, dass diese Dual-Mode-Technologie eine kostengünstige Möglichkeit zur Leistungssteigerung von MEMS-Beschleunigungsmessern bietet und deren Nutzen in Anwendungen wie der Trägheitsnavigation und der Schwingungsüberwachung erhöht.
Weitere Informationen: Bingchen Zhu et al., „Unterdrückung der Temperaturdrift und Beseitigung der Messtotzone von differentiellen MEMS-Resonanzbeschleunigungsmessern mittels Dual-Mode-Betriebsmethode“, *Microsystems & Nanoengineering* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Microsystems & Nanoengineering*.
