Разработка теоретических основ и методики проектирования электростатических МЭМП механической энергии в электрическую тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат технических наук Остертак, Дмитрий Иванович

• Остертак, Дмитрий Иванович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Остертак, Дмитрий Иванович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Анализ потребности в автономных источниках питания.

1.2. Основные виды источников энергии.

1.2.1. Солнечная энергия.

1.2.2. Электромагнитное излучение.

1.2.3. Тепловая энергия.

1.2.4. Потоки текучих сред.

1.2.5. Механические колебания (вибрации).

1.2.6. Другие виды источников механической энергии.

1.2.7. Энергия, порождаемая в процессе жизнедеятельности.

1.3. Источники механических колебаний.

1.4. Обобщённая модель преобразователя.

1.5. Способы преобразования механической энергии в электрическую.

1.5.1. Электромагнитные (индуктивные) преобразователи энергии.

1.5.2. Пьезоэлектрические преобразователи энергии.

1.5.3. Электростатические (емкостные) преобразователи энергии.

1.6. Электростатические преобразователи энергии.

1.6.1. Особенности функционирования.

1.6.2. Конструкции электростатических преобразователей.

1.6.3. Особенности проектирования упругих элементов.

1.6.4. Технология изготовления.

1.7. Анализ характеристик электростатических генераторов.

1.8. Постановка задачи.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЁМКОСТЕЙ И ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ СИЛВМЭМС.

2.1. Методика расчёта.

2.1.1. Общие сведения.

2.1.2. Выбор числа разбиений.

2.2. Распределение зарядов по электродам.

2.2.1. Двухэлектродная структура.

2.2.2. Трёхэлектродная структура.

2.2.3. Четырёхэлектродная структура.

2.3. Ёмкости и силы в плоскопараллельных МЭМС.

2.3.1. Результаты расчётов и эксперимента.

2.3.2. Влияние краевых эффектов на электрическую ёмкость.

2.3.3. Влияние краевых эффектов на электростатические силы.

2.4. Влияние числа электродов на ёмкости и силы в плоскопараллельных МЭМС.

2.4.1. Электрическая ёмкость.

2.4.2. Электростатическая сила при постоянном напряжении.

2.4.3. Электростатическая сила при постоянном заряде.

2.5. Влияние шероховатости поверхности на электрическую ёмкость.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка теоретических основ и методики проектирования электростатических МЭМП механической энергии в электрическую»

Потребность в беспроводных сенсорах и автономных информационно-измерительных системах вызвала проблему разработки и создания автономных источников питания. Несмотря на то, что за последние 15 лет ёмкость химических источников возросла примерно в 3 раза, во многих случаях их присутствие существенно увеличивает размеры устройств и их эксплуатационные расходы. В связи с этим, поиск альтернативных батареям и аккумуляторам источников энергии является в настоящее время предметом исследований во всём мире.

Использование возобновляемых источников питания основанных на извлечении энергии из окружающей среды взамен традиционным батареям и аккумуляторам является наиболее подходящим, этому же способствует непрерывное снижение энергопотребления современных интегральных микросхем. Возможными источниками энергии в этом случае могут являться свет, потоки жидкостей и газов, перепады давления и .температуры, радиоактивное излучение и механическая энергия колебаний, смещений, вибраций.

Анализ показывает, что вследствие распространённости и доступности источников механической энергии, наиболее подходящим является использование микроэлектромеханических преобразователей (МЭМП) (или генераторов) механической энергии в электрическую энергию. Особым фактором, способствующим их динамичному развитию, стало появление так называемых микроэлектромеханических систем (МЭМС), особенностью которых является формирование электрических и механических узлов из общего основания (например, кремниевой подложки), причём в результате использования технологии микроэлектроники обеспечивается получение МЭМП (генераторов) с высокими технико-экономическими показателями.

Наибольшее развитие получили три основных направления разработки МЭМП энергии - на основе пьезоэлектрических, электромагнитных и электростатических преобразователей. При этом с учётом необходимости изготовления МЭМП методами технологии микроэлектроники, а также получения достаточной для практических задач удельной мощности наиболее перспективными представляются электростатические (емкостные) микрогенераторы.

В настоящее время в ряде лабораторий мира активно занимаются разработкой и исследованием емкостных МЭМП энергии. Однако в большинстве случаев такие работы показывают только возможность создания генераторов, ведутся попытки рассчитать и создать конкретные, зачастую экзотические, конструкции преобразователей. Остаётся неясным, чего вообще можно достичь, какая конструкция и когда наиболее оптимальна, не в полной мере ясны достоинства и недостатки различных конструкций МЭМП, отсутствуют методики расчёта и оценки предельных параметров МЭМП.

При проектировании и создании электростатических МЭМП необходимо решать целый комплекс проблем, связанных с выбором конструкции преобразователя и схемы включения компонентов, расчётом его характеристик, проектированием и созданием упругих элементов, технологическими сложностями изготовления (аспектное отношение, вакуумирование, корпусирование). Однако часть этих проблем возникает, и в достаточной степени решена или активно решается при разработке других видов электростатических МЭМС, таких как микроактюаторы, микродвигатели, акселерометры, гироскопы, переключатели оптических микрозеркал и т.д. Прогресс же в области разработки МЭМП в первую очередь сдерживается отсутствием адекватных моделей, методик проектирования и оценки предельных параметров, что и определяет актуальность данной работы.

Целью диссертационной работы является разработка и совершенствование теоретических основ и математических моделей для расчёта характеристик МЭМП, моделирование зависимостей их свойств от параметров компонентов. Создание методики расчёта и оптимизации электростатических МЭМП, оценка их предельных характеристик. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1) провести анализ и выявить преимущества и недостатки МЭМП различных конструкций и схем включения и их моделей;

2) исследовать электростатические взаимодействия в МЭМС, получить аналитические выражения для оценки ёмкостей и электростатических сил;

3) построить математические модели, разработать алгоритмическое и программное обеспечение для моделирования характеристик преобразователей с различными способами модуляции ёмкостей и схемами включения компонентов, разработать теоретические основы для аналитического расчёта;

4) разработать и создать макеты преобразователей, исследовать их характеристики и провести анализ достоверности теоретических моделей;

5) оценить предельные характеристики преобразователей, создать методики расчёта и оптимизации их основных параметров.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. проведены экспериментальные и теоретические исследования основных типов МЭМП, позволившие с единых позиций выявить критические параметры, определяющие работоспособность преобразователя;

2. предложены математические модели, позволяющие с учётом краевых эффектов оценить степень влияния геометрических размеров электродов, межэлектродного зазора и взаимного смещения электродов на электростатические взаимодействия;

3. получены аналитические выражения для оценки ёмкостей и электростатических сил с учётом взаимного смещения электродов и краевых эффектов;

4. разработаны модели преобразователей, учитывающие краевые эффекты и взаимное влияние электрических и упругих сил, позволяющие оценивать основные параметры и проводить оптимизацию характеристик МЭМП.

Практическая значимость работы:

1) разработаны и предложены новые варианты МЭМП энергии, позволяющие исключить переключатели, избавиться от необходимости синхронизации фаз работы преобразователя с внешними воздействиями, уменьшить количество циклов заряда-разряда первичного источника, использовать маломощные источники питания;

2) получены выражения для оценки предельно достижимых параметров

МЭМП с учётом взаимного влияния электрических и упругих сил, установлены ограничивающие факторы;

3) на основе полученных аналитических выражений создан комплекс программ, позволяющий сделать обоснованный выбор параметров конструкции и проводить оптимизацию на этапе предварительного проектирования;

4) разработаны и созданы действующие макеты преобразователей.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх

Заключение диссертации по теме «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и нано- электроника на квантовых эффектах», Остертак, Дмитрий Иванович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанной работы было получено следующее:

1. Предложена классификация микроэлектромеханических преобразователей механической энергии в электрическую, позволившая предложить новые типы преобразователей (с последовательной схемой, двухконденсаторный МЭМП с одним переменным конденсатором и с мостовой схемой включения компонентов).

2. Выявлены преимущества и недостатки различных конструкций и схем включения МЭМП:

• показано, что преобразователи с последовательной схемой включения компонентов позволяют избавиться от использования переключателей и необходимости синхронизации работы ключей с изменениями направления действия внешней силы, а также использовать многочастотный режим, при этом средняя энергия, потребляемая ими от источника питания, равна нулю;

• при использовании двухконденсаторных схем удаётся существенно уменьшить количество циклов разряда-заряда первичного источника, а при использовании двух переменных конденсаторов ещё и увеличить выходную мощность;

• мостовая схема включения позволяет использовать менее мощные первичные источники.

3. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для расчёта ёмкостей и электростатических сил в МЭМС, позволившие рассчитать с учётом краевых эффектов зависимости ёмкостей и электростатических сил от величины межэлектродного зазора и площади перекрытия электродов и найти аналитические выражения, позволяющие рассчитывать данные зависимости в интервалах 0<d/b<\ и 0<х/Ь<\ с погрешностью не более 12%.

4. Установлено, что даже в отсутствие взаимного смещения лишь для d/b <0.02 и d/b <0.05 значения ёмкостей могут быть найдены по формуле ИПК (без учёта краевых эффектов) с погрешностью менее 5% и 10%, соответственно, а при d/b = 0.5 погрешность составит уже около 65%.

При увеличении взаимного смещения электродов х влияние краевых эффектов возрастает. Так при х/Ь = 0.8 и d/b = 0.02 погрешность в оценке значения ёмкости по модели ИПК увеличится до 35%, а при d/b = 0.5 - до 300%.

5. Показано, что значения электростатических сил, рассчитанные с использованием выражений, полученных в рамках модели ИПК, существенно отличаются от значений, рассчитанных с учётом краевых эффектов. В результате, например, при постоянном заряде значения нормальной компоненты нормированной силы в точке d/b = 1, рассчитанные в приближении ИПК и с учётом краевых эффектов, отличаются более чем на 270%.

6. Разработаны модели, алгоритмы и программное обеспечение для моделирования характеристик преобразователей энергии, позволившие существенно сузить диапазон поиска значений параметров преобразователя, удовлетворяющих техническому заданию, а при заданных значениях напряжения источника питания VQ, внешней силы F0 и максимального смещения электродов получить исходные данные для расчёта упругого подвеса и переменного конденсатора:

• для преобразователя с параллельным включением компонентов и изменяющейся площадью перекрытия установлено, что энергия, накопленная в конденсаторе к концу цикла преобразования, превысит энергию, позаимствованную от внешнего источника, только если C0F02/(2kb2) < 1/5, a F0/kb > 2/15. Показано, что для получения максимального значения накопленной энергии при максимальном отношении энергии, полученной к концу цикла преобразования, к энергии, позаимствованной от внешнего источника, оптимальными являются значения C0F02/(2&&2) в интервале от 0.02 до 0.025;

• для преобразователей с параллельным включением компонентов и изменением межэлектродного зазора установлено, что основным ограничивающим факторюм повышения мощности в МЭМП с параллельным расположением электродов является эффект схлопывания, а с гребенчатым расположением электродов — условие сохранения системой положительной жёсткости. В результате для МЭМП с параллельным расположением электродов максимальный заряд на обкладках переменного конденсатора не должен превышать значения dyj2kC0(l-F0/kd)/3, а с гребенчатым расположением электродов - bd^2kC0 .

При этом максимальная энергия, накопленная в конденсаторе, и максимальное напряжение к концу цикла преобразования в первом случае не превысят значений 0.25kd и yjl6kd2/27 С0 , а во втором - b2kd2 / 2 и 8yjkd2/2C0 . Показано, что при учёте краевых эффектов величина параметра С,, характеризующего превышение выработанной энергии по отношению к полученной от внешнего источника, при увеличении отношения d/b существенно уменьшается. Так для d/b >0.5 максимально достижимое значение С, может уменьшиться по сравнению со значением, рассчитанным в рамках модели ИПК, более чем в 5 раз. Кроме того, если в модели, основанной на концепции ИПК, не имело смысла использование данного преобразователя при F0/kd< 1/4, то с учётом краевых эффектов это значение может возрасти до 1/3, что необходимо учитывать при проектировании;

• для одноконденсаторных преобразователей с последовательным включением компонентов и изменяющейся площадью перекрытия установлено, что при b/d >100 значение z, необходимо выбирать в диапазоне (0.1453 + 0.59z2)<zx <0. При этом максимум отдаваемой энергии при выбранном z2 будет достигаться при z, = 0.049 + 0.215z2. Для этого, в свою очередь, потребуется приведённая сила F0/kb = 0.049 - 0.785z2;

• для преобразователей с двумя переменными конденсаторами и изменением площади перекрытия электродов максимально допустимое значение C0V02 /2kb2 не может превышать 0.25, а с изменением межэлектродного зазора: максимальный заряд на обкладках переменного конденсатора не должен превышать значения dyJkC0 /2, а максимальное напряжение — значения bd~Jk/2C0, при этом полезная энергия, отдаваемая в нагрузку, будет определяться выражением 2rF2!(k{\ - г)), где г = 2О2 / (C0kd2);

• для двухконденсаторных МЭМП мостового типа найдены выражения, позволяющие рассчитать оптимальные параметры электромеханической системы, при которых достигается максимальная мощность, выделяемая в резисторе нагрузки. Показано, что максимальная мощность определяется массой подвижного электрода т, частотой вынуждающей силы f, ёмкостью С0 и добротностью Q системы. Установлено, что увеличение приложенного напряжения в МЭМП мостового типа с изменяющейся площадью перекрытия электродов приводит к увеличению резонансной частоты системы в отличие от двухконденсаторных систем с изменением межэлектродного зазора. Добиться увеличения мощности, выделяемой в нагрузке, при данной конструкции преобразователя можно также, используя многочастотный режим.

7. Разработаны и созданы макеты одно- и двухконденсаторных преобразователей механической энергии в электрическую, на которых проведены исследования работы различных конструкций и схем включения компонентов, показано хорошее согласие результатов экспериментов с рассчитанными характеристиками.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Остертак, Дмитрий Иванович, 2009 год

1. Chandrakasan, A. Trends in low power digital signal processing / A. Chandrakasan, R. Amirtharajah, J. Goodman, W. Rabiner // Proceedings of the 1998 1.EE International Symposium on Circuits and Systems. - 1998. - P. 604-607.

2. Amirtharajah, R. Self-Powered Signal Processing Using Vibration-Based Power Generation / R. Amirtharajah, A.P. Chandrakasan // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1998. - Vol. 33. - No. 5. - P. 687-695.

3. Sauerbrey, J. A 0.5-V 1-p.W successive approximation ADC / A. Sauerbrey, D. Schmitt-Landsiedel, R. Thewes // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2003. -Vol. 38.-P. 1261-1265.

4. Amirtharajah, R. Circuits for Energy Harvesting Sensor Signal Processing / R. Amirtharajah, J. Wenck, J. Collier, J. Siebert, B. Zhou // DAC 2006, San Francisco, California, USA. 2006. - P. 639-644.

5. Lee, H.-S. Analog-to-Digital Converters: Digitizing the Analog World / H.-S. Lee, C. G. Sodini // Proceedings of the IEEE. 2008. - Vol. 96. - No. 2. - P. 323334.

6. Chandrakasan, A.P. Next Generation Micro-power Systems / A.P. Chandrakasan, D.C. Daly, J. Kwong, Y.K. Ramadass // 2008 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers. 2008. - P. 2-5.

7. Vullers, R.J.M. Micropower energy harvesting / R.J.M. Vullers, R. van Schaijk, I. Doms, C. Van Hoor, R. Mertens // Solid-State Electronics. 2009. - Vol. 53.-P. 684-693.

8. Soykan, O. Power sources for implantable medical devices / O. Soykan // Business Briefing: Medical Device Manufacturing & Technology. 2002. - P. 7679.

9. Kamarudin, S. Overview on the challenges and developments of micro-direct methanol fuel cells (DMFC) / S. Kamarudin, W. Daud, S. Ho, U. Hasran // J. Power Sources. -2007. Vol. 163. - P. 743-754.

10. Friedman, D. A low-power CMOS integrated circuit for field-powered radiofrequency identification / D. Friedman, H. Heinrich, D-W. Duan // Proceedings of the 1997 IEEE Solid-State Circuit Conference. 1997. - Vol. 474. - P. 294-295.

11. Chalasani, S. A survey of energy harvesting sources for embedded systems / S. Chalasani, J.M. Conrad // Southeast conference. 2008. - P. 442-447.

12. Mateu, L. Review of Energy Harvesting Techniques and Applications for Microelectronics / L. Mateu, F. Moll // Proceedings of the SPIE. 2005. - Vol. 5837. -P. 359-373.

13. Roundy, S. A study of low level vibrations as a power source for wireless sensor nodes / S. Roundy, P.K. Wright, J. Rabaey // Computer Communications.2003.-Vol. 26.-P. 1131-1144.

14. Roundy, S. Energy Scavenging for Wireless Sensor Networks: with special focus on vibration / S. Roundy, P.K. Wright, J.M. Rabaey. Boston.: Kluwer Publishers Group, 2004. — 212 p.

15. Paradiso, J.A. Energy scavenging for mobile and wireless electronics / J.A. Paradiso, T. Starner // IEEE Pervasive Сотр. 2005. - Vol. 4. - P. 18-27.

16. Roundy, S. Power sources for wireless sensor nodes / S. Roundy, D. Stein-gart, L. Frechette, P. Wright, J. Rabaey // Lecture Notes in Computer Science.2004.-Vol. 2920.-P. 1-17.

17. Starner, T. Human-Generated Power for Mobile Electronics / T. Starner, J.A. Paradiso // Low-Power Electronics Design, C. Piguet, ed., CRC Press, 2004, chapter 45, P. 1-35.

18. Starner, T. Human powered wearable computing / T. Starner // IBM Systems Journal. 1996. - Vol. 35. - No. 3-4. - P. 618-629.

19. Dewei, J. Human power-based energy harvesting strategies for mobile electronic devices / J. Dewei, L. Jing // Front. Energy Power Eng. China. 2009. - Vol. 3. - No. l.-P. 27-46.

20. Romero, E. Energy scavenging sources for biomedical sensors / E. Romero, R.O. Warrington, M.R. Neuman // Physiol. Meas. 2009. - Vol. 30. - P. 35-62.

21. Косцов, Э.Г. Состояние и перспективы микро- и наноэлектромеханики / Э.Г. Косцов // Автометрия. 2009. - Т. 45. - №3. - С. 3-52.

22. Akyildiz, I.F. Wireless sensor networks: a survey / I.F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, E. Cayirci // Computer Networks. 2002. - Vol. 38. - P. 393422.

23. Mitcheson, P.D. Energy Harvesting From Human and Machine Motion for Wireless Electronic Devices / P.D. Mitcheson, E.M. Yeatman, G.K. Rao, A.S. Holmes, T.C. Green // Proceedings of the IEEE. 2008. - Vol. 96. - No. 9. - P. 1457-1486.

24. Roundy, S. Improving Power Output for Vibration-Based Energy Scavengers / S. Roundy, E.S. Leland, J. Baker, E. Carleton, E. Reilly, E. Lai, В., Otis, J.M. Ra-baey, P.K. Wright, V. Sundararajan // IEEE Pervasive Computing. 2005. - Vol. 4. — P. 28-36.

25. Torres, E.O. Energy-Harvesting System-in-Package Microsystem / E.O. Torres, G.A. Rincon-Mora // Journal of Energy Engineering. 2008. - Vol. 134. — No. 4.-P. 121-129.

26. Arms, S.W. Power Management for Energy Harvesting Wireless Sensors / S.W. Arms, C.P. Townsend, D.L. Churchill, J.H. Galbreath, S.W. Mundell // SPIE Int'l Symposium on Smart Structures & Smart Materials. 2005. - P. 1-9.

27. Elvin, N.G. Feasibility of structural monitoring with vibration powered sensors / N.G. Elvin, N. Lajnef, A.A. Elvin // Smart Mater. Struct. 2006. - Vol. 15. -P.977-986.

28. Torah, R. Self-powered autonomous wireless sensor node using vibration energy harvesting / R Torah, P. Glynne-Jones, M. Tudor, T. O'Donnell, S. Roy, S. Beeby // Meas. Sci. Technol. 2008. - Vol. 19. - P. 1-8.

29. Torfs, T. Bert gyselinckx body-heat powered autonomous pulse oximeter / T. Torfs, V. Leonov, C.V. Hoof // 5th IEEE conference on sensors. 2006. - P. 427430.

30. Puccinelli, D. Wireless sensor networks: applications and challenges of ubiquitous sensing / D. Puccinelli, M. Haenggi // IEEE Circuits and Systems Magazine. 2005. - Vol. 3 - No. 3. - P.l 9 - 29.

31. Shockley, W. Detailed balance limit of efficiency of p-n junction solar cells / W. Shockley, H. Queisser // J. Appl. Phys. 1961. - Vol. 32. - P. 510-519.

32. Raghunathan, V. Design Considerations for Solar Energy Harvesting Wireless

33. Embedded Systems / V. Raghunathan, A. Kansal, J. Hsu, J. Friedman, M. Srivastava th

34. IEEE-ACM International Conference on Information Processing in Sensor Networks.-2005.

35. Bouvier, J. A smart card CMOS circuit with magnetic power and communications interface / J. Bouvier, Y. Thorigne, S. Abou Hassan, M.J. Revillet, P. Senn // Proceedings of the 1997 IEEE Solid-State Circuit Conference. 1997. - Vol. 474. -P. 296-297.

36. Rowe, D. Miniature low-power high-voltage thermoelectric generator / D. Rowe, D. Morgan, J. Kiely // Electronics Letters. 1989. - Vol. 25. - No. 2. - P. 166-168.

37. Stordeur, M. Low Power Thermoelectric Generator self-sufficient energy supply for micro systems / M. Stordeur, I. Stark // 16th International Conference on Thermoelectrics. - 1997. P. 575-577.

38. Krivchenko, G. Hydraulic Machines: Turbines and Pumps / G. Krivchenko. -CRC Press, Inc., Boca Raton, FL, 2nd edition, 1994.

39. Veld, B. Harvesting mechanical energy for ambient intelligent devices / B. Veld, D. Hohlfeld, V. Pop // Inf. Syst. Front. 2009. - Vol. 11. - P. 7-18.

40. Stephen, N.G. On energy harvesting from ambient vibration / N.G. Stephen // Journal of Sound and Vibration. 2006. - Vol. 293. - P. 409-^125.

41. Beeby, S.P. Energy harvesting vibration sources for microsystems applications / S.P. Beeby, M.J. Tudor, N.M. White // Meas. Sci. Technol. 2006. - Vol. 17. -P. 175-195.

42. Horowitz, S.B. A MEMS acoustic energy harvester / S.B. Horowitz, M. Shep-lak, L.N. Cattafesta, T. Nishida // J. Micromech. Microeng. 2006. - Vol. 16. - P. 174-181.

43. Hayakawa, M. Electronic wristwatch with generator / U.S. Patent No. 5.001.685, March 1991.

44. Roundy, S. On the Effectiveness of Vibration-based Energy Harvesting / S. Roundy // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2005. - Vol. 16. -P. 809-823.

45. Williams, C.B. Analysis of a micro-electric generator for Microsystems / C.B. Williams, R.B. Yates // Sensors and Actuators A. 1996. - Vol. 52. - P. 8-11.

46. Beeby, S.P. A microelectromagnetic generator for vibration energy harvesting / S.P. Beeby, R.N. Torah, M.J. Tudor, P. Glynne-Jones, T. O'Donnell, C.R. Saha, S. Roy // J. Micromech. Microeng. 2007. - Vol. 17. - No. 7. - P. 1257-1265.

47. Kulah, H. An electromagnetic micro power generator for low-frequency environmental vibrations / H. Kulah, K. Najafi // Micro Electro Mechanical Systems — 17th IEEE Conference on MEMS (Maastricht). 2004. - P. 237-240.

48. Shearwood, C. Development of a resonant electromagnetic micro-generator / C. Shearwood, R.B. Yates // Electronic letters. 1997. - Vol. 33. - No. 22. - P. 1883-1884.

49. Williams, C.B. Development of an electromagnetic micro-generator / C.B. Williams, S. Shearwood, M.A. Harradine, P.H. Mellow, T.S. Birsch, R.B. Yates // IEEE Proc.: Circuits Devices Syst.-2001.-Vol. 148.-No. 6.-P. 337-342.

50. Roundy, S. A piezoelectric vibration based generator for wireless electronics / S. Roundy, P.K. Wright // Smart Mater. Struct. 2004. - Vol. 13. - P. 1131-1142.

51. Sodano, H.A. Estimation of electric charge output for piezoelectric energy harvesting / H.A. Sodano, G. Park, D.J. Inman // Strain 2004. - Vol. 40. - No. 2. -P. 49-58.

52. Sodano, H.A. A Review of Power Harvesting from Vibration using Piezoelectric Materials / H.A. Sodano, D.J. Inman // The Shock and Vibration Digest. 2004. -Vol. 36.-No. 3.-P. 197-205.

53. Galhardi, M.A. A review of power harvesting on mechanical vibrations using piezoelectric materials and applications / M.A. Galhardi, Т.Н. Guilherme, V.L. Junior // 7th Brazilian Conference on Dynamic, Control and Applications. — 2008. — P. 1-9.

54. Liu, J.-Q. A MEMS-based piezoelectric power generator array for vibration energy harvesting / J.-Q. Liu, H.-B. Fang, Z.-Y. Xu, X.-H. Mao, X.-C. Shen, D. Chen, H. Liao, B.-C. Cai // Microelectronics Journal. 2008. - Vol. 39. P. 802-806.

55. Tashiro, R. Development of an electrostatic generator for a cardiac pacemaker that harnesses the ventricular wall motion / R. Tashiro, N. Kabei, K. Katayama, F. Tsuboi, K. Tsuchiya // J. Artif. Organs. 2002. - P. 239-45.

56. Miao, P. MEMS inertial power generators for biomedical applications / P. Miao, P.D. Mitcheson, A.S. Holmes, E.M. Yeatman, T.C. Green, B.H. Stark // Microsystem Technology. 2006. - Vol. 12. - P. 1079-1083.

57. Sterken, T. Motion-based generators for industrial applications / T. Sterken // Symposium on Design, Test, Integration and Packaging of MEMS & MOEMS Stre-sa, Italy, 26-28 April 2006.

58. Roundy, S. Micro-electrostatic vibration-to-electricity converters / S. Roundy, P.K. Wright, K.S.G. Pister // Proceedings of IMECE. 2002. - ASME International Mechanical Engineering Congress & Exposition. - P. 1-10.

59. Meninger, S. Vibration-to-Electric Energy Conversion / S. Meninger, J. Oscar Mur-Miranda, R. Amirtharajah, A.P. Chandrakasan, J.H. Lang // IEEE Transactionon VLSI systems. 2001. - Vol. 9. - No. 1. - P. 64-76.

60. Mitcheson, P.D. MEMS electrostatic micropower generator for low frequency operation / P.D. Mitcheson, P. Miao, B.H. Stark, E.M. Yeatman, A.S. Holmes, T.C. Green // Sensors and Actuators A. 2004. - Vol. 115. - P. 523-529.

61. Sterken, T. Characterisation of an electrostatic vibration harvester / T. Ster-ken, G. Altena, P.Fiorini, R. Puers // Symposium on Design, Test, Integration and Packaging of MEMS & MOEMS Stresa, Italy, 25-27 April 2007.

62. Chiu, Y. A capacitive vibration-to-electricity energy converter with integrated mechanical switches / Y. Chiu and V.F.G. Tseng // J. Micromech. Microeng. 2008. -Vol. 18.-P. 1-8.

63. Chiu, Y. Design and fabrication of a micro electrostatic vibration-to-electricity energy converter / Y. Chiu, C.-T. Kuo, Y.-S. Chu // Symposium on Design, Test, Integration and Packaging of MEMS & MOEMS Stresa, Italy, 26-28 April 2006.

64. Salem, M.S. Effect of Parallel Capacitance in Increasing Output Power of Electrostatic MEMS Converters / M.S. Salem, M.S. Salem, A.A. Zekry, H.F. Ragai // IEEE ICM December 2007.

65. Kuehne, I. Power MEMS A capacitive vibration-to-electrical energy converter with built-in voltage / I. Kuehne, A. Frey, D. Marinkovic, G. Eckstein, H. Sei-del // Sensors and Actuators A. - 2008. - Vol. 142. - P. 263-269.

66. Nounou, A. A lateral comb-drive structure for energy scavenging / A. Nou-nou, H.F. Ragaie // Proceedings 2004 International Conference on Electrical, Electronic and Computer Engineering, ICEEC'04. 2004. - P. 553-556.

67. Yen, B.C. A Variable-Capacitance Vibration-tOrElectric Energy Harvester / B.C. Yen, J.H. Lang // IEEE Transactions on circuits and systems. 2006. - Vol. 53. -No. 2.-P. 288-295.

68. Mitcheson, P.D. Architectures for Vibration-Driven Micropower Generators / P.D. Mitcheson, T.C. Green, E.M. Yeatman, A.S. Holmes // Journal of Microelec-tromechanical systems. 2004. - Vol. 13. - No. 3. - P. 429^140.

69. Peano, F. Design and Optimization of a MEMS Electret-Based Capacitive Energy Scavenger / F. Peano, T. Tambosso // Journal of Microelectromechanical systems. 2005. - Vol. 14. - No. 3. - P. 429^135.

70. Suzuki, Y. Energy Harvesting from Vibration Using Polymer Electret / Y. Suzuki // Invited talk, IEEE Int. Symp. Micro-NanoMechatoronics and Human Science, Nagoya 2008. - P. 180-183.

71. Naruse, Y. Electrostatic micro power generation from low-frequency vibration such as human motion / Y. Naruse, N. Matsubara, K. Mabuchi, M. Izumi, S. Suzuki // J. Micromech. Microeng. 2009. - Vol. 19. - P. 1-5.

72. Hoffmann, D. Fabrication, characterization and modelling of electrostatic micro-generators / D. Hoffmann, B. Folkmer, Y. Manoli // J. Micromech. Microeng. — 2009.-Vol. 19.-P. 1-11.

73. Mitcheson, P.D. Power processing circuits for electromagnetic, electrostatic and piezoelectric inertial energy scavengers / P.D. Mitcheson, T.C. Green, E.M. Yet man // Microsyst. Technol. 2007. - Vol. 13. - P. 1629-1635.

74. Багинский, И.Л. Анализ возможности создания микроэлектронного электростатического генератора энергии / И.Л. Багинский, Э.Г. Косцов // Автометрия. -2002. -№1. С. 107-122.

75. Багинский, И.Л. Микроэлектронные высокоэнергоёмкие генераторыэнергии / И.Л. Багинский, Э.Г. Косцов // Микросистемная техника. — 2002. — №6.-С. 24-26.

76. Драгунов, В.П. МЭМ электростатический генератор энергии / В.П. Драгунов, Э.Г. Косцов // Нано- и Микросистемная техника. 2007. - № 11.- С.47— 53.

77. Драгунов, В.П. Микромеханический электростатический преобразователь / В.П. Драгунов // Доклады АН ВШ РФ. 2007. - Т. 8 - №1. - С. 69-79.

78. Драгунов, В.П. Предельные характеристики микроэлектромеханических преобразователей энергии / В.П. Драгунов, Д.И. Остертак // Научный вестник НГТУ. 2009. - Т. 34. - №1. - С. 129-141.

79. Драгунов, В.П. Анализ электромеханических процессов в МЭМП с изменяющейся площадью перекрытия электродов / В.П. Драгунов, Д.И. Остертак // Научный вестник НГТУ. 2009. - Т. 35 - №2. - С. 115-127.

80. Драгунов, В.П. Взаимосвязь электромеханических параметров МЭМП мостового типа / В.П. Драгунов, Д.И. Остертак // Доклады АН ВШ РФ. 2009. -Т. 12 -№1. - С. 88-98.

81. Драгунов, В.П. Емкостной МЭМП с последовательной схемой включения компонентов / В.П. Драгунов, Д.И. Остертак // Доклады АН ВШ РФ. -2009.-Т. 13-№2.-С. 106-116.

82. Остертак, Д.И. Анализ параметров латеральных микроэлектромеханических преобразователей с электродами из различных материалов / Д.И. Остертак, М.Н. Лютаева, В.П. Драгунов // Сборник научных трудов НГТУ. 2009. -№2 (56).-С. 47-52.

83. Драгунов, В.П. Особенности функционирования электростатических микрогенераторов энергии / В.П. Драгунов, Э.Г. Косцов // Автометрия. 2009. -Т. 45.-№3. - С. 62-73.

84. Драгунов, В.П. Оценка параметров МЭМ преобразователей с электродами из разных материалов / Драгунов В.П., Лютаева М.Н. // Электроника Сибири. 2008. - №3. - С. 93-96.

85. Sterken, T. Novel design and fabrication of a MEMS electrostatic vibration scavenger / T. Sterken, P. Fiorini, K. Baert, G. Borghs, R. Puers // Power MEMS Conference, Kyoto, Japan. 2004. - P. 18-21.

86. Mitcheson, P.D. Performance limits of the three MEMS inertial energy generator transduction types / P.D. Mitcheson, E.K. Reilly, T. Toh, P.K. Wright, E.M. Yeatman // J. Micromech. Microeng. 2007. - Vol. 17. - P. 211-216.

87. Paracha, A.M. A Silicon MEMS DC/DC Converter for Autonomous Vibration-to-Electrical-Energy Scavenger / A.M. Paracha, P. Basset, D. Galayko, F. Marty, T. Bourouina // IEEE electron device letters. 2009. - Vol. 30. - No. 5. - P. 481483.

88. Mizuno, M. Investigation of a resonance microgenerator / M. Mizuno, D. Chetwynd // J. Micromech. Microeng. 2003. - Vol. 13. - P. 209-216.

89. Boland, J.S. Arrayed liquid rotor electret power generator systems / J.S. Bol-and, J.D.M. Messenger, H.W. Lo, Y.C. Tai // Proc. MEMS '05, Miami. 2005. - P.618.621.

90. Tsutsumino, Т. Seismic power generator using high-performance polymer electret / T. Tsutsumino, Y. Suzuki, N. Kasagi, Y. Sakane. // Proc. MEMS '06, Istanbul. 2006. - P. 98-101.

91. Yoon, J.-B. A high-Q tunable micromechanical capacitor with movable dielectric for RF applications / J.-B. Yoon, С. T.-C. Nguyen // Technical Digest, IEEE Int. Electron Devices Meeting, San Francisco, California. 2000. - P. 489-492.

92. Yeh, R. Single mask, large force, and large displacement electrostatic linear inchworm motors / R. Yeh, S. Hollar, K.S.J. Pister // Journal of Microelectromechan-ical Systems. 2002. - Vol. 11. - No. 4. - P. 330-336.

93. Фадеев, А.В. Эмиссионная томография плазмы в технологических реакторах микроэлектроники / А.В. Фадеев, К.В. Руденко, В.Ф. Лукичёв, А.А. Орликовский // Микроэлектроника. 2009. - Т. 38. - № 2. - С. 107-121.

94. Chen, C.-S. Squeeze and viscous dampings in micro electrostatic comb drives / C.-S. Chen, W.-J. Kuo // Sensors and Actuators A. 2003. - Vol. 107. - P. 193-203.

95. Marques, A.F. Modelling the electrostatic actuation of MEMS: state of theart 2005 / A.F. Marques, R.C. Castello, A.M. Shkel // IOC-DT-P-2005-18 September 2005.-P. 1-33.

96. Lee, A.P. Repetitive impact testing of micromechanical structures / A.P. Lee, A.P. Pisano // Sensors and Actuators A. 1993. - Vol. 39. - No. 1 - P. 73-82.

97. Rocha, L.A. Full characterisation of pull-in in single-sided clamped beams / L.A. Rocha, E. Cretu, R.F. Wolffenbuttel // Sensors and Actuators A. 2004. - Vol. 110.-P. 301-309.

98. Zhang, Y. Numerical and analytical study on the pull-in instability of micro-structure under electrostatic loading / Y. Zhang, Y. Zhao // Sensors and Actuators A. 2006. - Vol. 127. - P. 366-380.

99. Leus, V. Fringing field effect in electrostatic actuators / V. Leus, D. Elata // Technical Report ETR-2004-2, Technion (Haifa, Israel, 2004).

100. Palmer, H.B. Capacitance of a parallel-plate capacitor by the Schwartz-Christoffel transformation / H.B. Palmer // Transaction on AIEE. 1937. - Vol. 56. — №3.-P. 363-366.

101. Elliot R.S. Electromagnetics. New York: McGraw-Hill, 1966. - 631 p.

102. Chang, W.H. Analytic IC-metal-line capacitance formulas / W. H. Chang // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1976. - Vol. MTT-24. - P. 608-611.

103. Yuan, C.P. A simple formula for the estimation of the capacitance of two-dimensional interconnects in VLSI circuits / C.P. Yuan, T.N. Trick // IEEE Electron Device Lett. 1982. - Vol. EDL-3. - P. 391-393.

104. Sakurai, T. Simple formulas for two- and three-dimensional capacitances / T. Sakurai, K. Tamaru // IEEE Trans. Electron Devices. 1983. - Vol. ED-30. - P. 183-185.

105. Van de Meijs, N. VLSI circuit reconstruction from mask topology / N. Van de Meijs, J.T. Fokkema // Integration. 1984. - Vol. 2. - P. 85-119.

106. Yang, H. Microgyroscope and microdynamics / Ph. D. Dissertation, December, 2000.

107. Bao, M.H. Handbook of sensors and actuators. 2001. - Vol. 8. - P. 144145.

108. Electrostatic analysis of a comb-finger actuator with Schwarz-Christoffer conformal mapping / P. Bruschi, A. Nannini, F. Pieri, G. Raffa, B. Vigna, S. Zerbini // ST Journal of Research. 2004. - Vol. 4. - No. 1. - P. 38-52.

109. Dual BIE approaches for modeling electrostatic MEMS problems with thin beams and accelerated by the fast multipole method / Y.J. Liu // Engineering Analysis with Boundary Elements. 2006. - Vol. 30. - P. 940-948.

110. Драгунов, В.П. Расчёт латеральной составляющей электростатической силы в МЭМС / В.П. Драгунов, Д.И. Остертак // Научный вестник НГТУ. -2009. №1 (34). - С. 229-232.

111. Драгунов, В.П. Расчёт нормальной составляющей электростатической силы в МЭМС / В.П. Драгунов, Д.И. Остертак // Сборник научных трудов НГТУ. 2009. - №1 (55). - С. 40-45.

112. Драгунов, В.П. Электростатические взаимодействия в МЭМС со встречно-штыревой структурой / В.П. Драгунов, Д.И. Остертак // Доклады АН ВШ РФ. 2009. - № 1 (12).-С. 99-106.

113. Драгунов, В.П. Влияние краевых эффектов на электрическую ёмкость в МЭМС / В.П. Драгунов, В.А. Колчужин, Д.И. Остертак // Доклады АН ВШ РФ. 2009. - №2 (13). - С. 97-105.

114. Ostertak, D. Investigations of the structural, optical, and electrical properties of Pbo.8Sn0.2Te layers grown on Si(100) using BaF2/CaF2 buffer / D. Ostertak, M.

115. Friedrich, A. Velichko, V. Ilyushin, and D.R.T. Zahn // Thin Solid Films. 2009. -Vol. 517.-P. 4599^1604.

116. Синельников, Б.М. Исследование поверхности пластин карбида кремния методом атомно-силовой микроскопии / Б. М. Синельников, Н. И. Каргин,

117. A. С. Гусев, В. А. Гридчин, С. В. Дорогой, Л. В. Михнев, А. Е. Москвинова, Д. И. Остертак // Вестник СевКГТУ. 2006. - № 5 (9). - С. 5-8.

118. Величко, А.А. Морфологическая перестройка поверхности пленки CaF2(100) под действием электронного пучка дифрактометра / А.А. Величко,

119. B.А. Илюшин, Д.И. Остертак, Н.И. Филимонова // Современные проблемы геодезии и оптики: Сборник научных статей. Новосибирск: СГГА., 2006. - С. 5053.

120. Иоссель, Ю.Я. Расчёт электрической ёмкости / Ю.Я. Иоссель, Э.С. Кочанов, М.Г. Струнский. Ленинград: Энергоиздат, 1981. — 288 с.

121. Ghosh, S. Estimation of capacitance of different conducting bodies by the method of rectangular subareas / S. Ghosh, A. Chakrabarty // Journal of Electrostatic. 2008. - Vol. 66. - P. 142-146.

122. Остертак, Д.И. Экспериментальное определение параметров емкостных МЭМП / Д.И. Остертак // Сборник научных трудов НГТУ. 2009. - №3 (57). -С. 65-74.

123. Ostertak, D. Experimental Evaluation of Parameters of the Capacitive MEMS Converters / D. Ostertak // International school and seminar Internano'2009, Session IV, October 28-31, NSTU, Novosibirsk. 2009. - P. 97-102.

124. Остертака Дмитрия Ивановича

125. Методики расчёта электрической ёмкости в системах со сложной конфигурацией проводников с учётом их конечных размеров.

126. Экспериментальных данных по исследованию электрической ёмкости в системах с проводниками сложной формы.

127. Рекомендаций по использованию аппроксимационных формул при расчёте электрической ёмкости.

128. Использование указанных результатов позволяет сократить затраты на проведение опытно-конструкторских работ и натурных испытаний, а также повысить качество проектирования.

129. Triada-TV" 167, N-Danchenko st, Novosibirsk, 630087, Russia Tcl/Гах [phone],308-12-34 E-mail: [e-mail] www.trindatv ru

130. Декан РЭФ НГТУ, д.т.н., проф.

131. Технический директор ООО «НПП Триада-ТВ»

132. ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ1. НПО «ЭКБС»630064, Новосибирская область, г. Новосибирск, ул. Немировича-Данченко, 145т. [phone]

133. Р/с 40702810506000000026 в ФАКБ «РОССИЙСКИЙ КАПИТАЛ» Новосибирский

134. БИК 045004777 ИНН 5401262299

135. Настоящий акт составлен в том, что при разработке автоматизированного стенда для диагностики сбалансированности автомобильных колёсных дисков в ООО НПО «ЭКБС» использовались результаты исследований Д.И. Ос-тертака в виде:

136. Методики оценки параметров колебаний с помощью емкостных преобразователей.

137. Остертака Дмитрия Ивановича

138. Методики расчёта напряжения переключения (Ккр) с учётом краевых эффектов.

139. Методики расчёта электростатической силы прижима с учётом влияния краевых эффектов.

140. Оценка минимальной и максимальной ёмкостей в состояниях включено и выключено.

141. Использование указанных результатов позволило ускорить процесс проектирования и повысить его качество.1. Главный инженер

142. ЗАО «Системы телевещания», к.т.н.1. Р.Т. Сулайманов