Датчик линейных ускорений

Полезная модель может применяться датчиках линейных ускорений. Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является увеличение точности микромеханического датчика.

Датчик линейных ускорений содержит корпус, на основании которого сформированы две пары продольных и поперечных прямоугольных канавок. В центре пересечения двух пар продольных и поперечных прямоугольных канавок, образуется стержень с прямоугольным сечением. Чувствительный элемент (не показан), выполненный из монокристаллического кремния низкой проводимости, соединенный со стеклянными подложками (не показаны), после нанесения клея на поверхность стержня с прямоугольным сечением, прижимается специальным приспособлением нему. Остатки клея при этом стекают в две пары продольных и поперечных прямоугольных канавок. Тем самым обеспечивается плотное стабильное соединение чувствительного элемента со стеклянными подложками к основанию корпуса. Крепления корпуса к кронштейну необходимо для закрепления прибора на объекте.

Полезная модель относится к измерительной технике и может применяться в микромеханических датчиках линейных ускорений.

Известен датчик линейных ускорений, содержащий корпус, чувствительный элемент, выполненный из каркасной катушки подвешенный в корпусе на металлических растяжках, датчик перемещения каркасной катушки.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции крепления каркасной катушки, выполняющая роль инерционной массы. Низкая точность из-за чувствительности к перекрестным связям и погрешности базирования, а так же высокого уровня нулевых сигналов [1].

Известен другой датчик линейных ускорений, у которого чувствительный элемент выполнен из плавленого кварца.

Недостатком этого устройства является трудоемкость изготовления чувствительного элемента из-за наличия в у механической обработке его упругих элементов, трудоемкой установке в корпус, сложной регулировке, высоких нулевых сигналов [2].

Наиболее близким по технической сути является датчик линейных ускорений, содержащий корпус, чувствительный элемент, выполненный из монокристаллического кремния в виде электропроводящей инерционной массы, представляющей собой маятник и подвешенный с помощью упругих торсионов, электрическую плату. [3]

Недостатком этого устройства является то, после анодного соединения диэлектрической пластиной (стеклянная подложка типа ЛК-105) с кремниевым чувствительным элементом осуществляется непосредственно в зоне и по линии торсионов. Далее, вся конструкция помещается в корпус. То есть, одна из стеклянных подложек прикрепляется к основанию корпуса. Так после присоединения, возникающие контактные напряжения влияют на упругий подвес, за счет чего увеличивается нестабильность смещения нуля и, как следствие, понижается точность прибора в целом.

Так же при воздействии возмущающих факторов, в частности плюсовых и минусовых температур, конструкция чувствительного элемента будет деформирована, что приведет к появлению нестабильности нулевого сигнала, его высокому уровню. Изменится так же жесткость торсионов и как следствие уход крутизны преобразователя перемещений. Все это существенно снижает точность прибора в целом.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является увеличение точности датчика линейных ускорений.

Для достижения этого в датчике линейных ускорений, содержащем корпус, чувствительный элемент со стеклянными подложками, прикрепленный к основанию корпуса, согласно заявленному решению, в основании вдоль поперечной и продольной осей его, со стороны крепления чувствительного элемента, сформированы по две пары прямоугольных канавок, таким образом, что в месте пересечения двух пар прямоугольных канавок, образуя стержень с прямоугольным сечением для закрепления стеклянной подложки чувствительного элемента, площадью менее половины всей площади чувствительного элемента.

Признаком, отличающим предложенный датчик от известного является то, что в корпусе, а именно в его основании вдоль поперечной и продольной осей его, со стороны крепления чувствительного элемента, сформированы по две пары прямоугольных канавок, И в месте пересечения двух пар прямоугольных канавок, образуется стержень с прямоугольным сечением. На поверхности, которого закрепляется стеклянная подложка чувствительного элемента. Поверхность стержня выбрана таким образом, чтобы минимизировать площадь соприкосновения, но в то же время надежность соединения. Поэтому после нанесения клея на поверхность стержня и установки на него стеклянной подложки с чувствительным элементом, после прижатия, остатки клея стекают в канаки, обеспечивая тем самым плотное, надежное соединение, не оставляя наплывов на поверхности основания. Так после присоединения, возникающие контактные напряжения минимально влияют на упругий подвес, за счет чего уменьшается нестабильность смещения нуля и, как следствие, повышается точность прибора в целом. Так же при воздействии возмущающих факторов, в частности плюсовых и минусовых температур, конструкция чувствительного элемента будет деформирована, что приведет к появлению нестабильности нулевого сигнала, его высокому уровню. Изменение жесткости торсионов сведется к минимуму и как следствие минимальным будет и уход крутизны преобразователя перемещений.

Все это в целом увеличивает точность измерения полезного сигнала в целом.

Предложенный датчик линейных ускорений иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 На фиг.1 изображено основание корпуса.

Где:

1 - корпус;

2 - крепления корпуса к кронштейну;

3 - продольная пара прямоугольных канавок;

4 - поперечная пара прямоугольных канавок;

5 - стержень с прямоугольным сечением.

Датчик линейных ускорений содержит корпус (1), на основании которого сформированы две пары продольных и поперечных прямоугольных канавок (3, 4). В центре пересечения двух пар продольных и поперечных прямоугольных канавок (3, 4), образуется стержень с прямоугольным сечением (5). Чувствительный элемент (не показан), выполненный из монокристаллического кремния низкой проводимости, соединенный со стеклянными подложками (не показаны), после нанесения клея на поверхность стержня с прямоугольным сечением (5), прижимается специальным приспособлением нему. Остатки клея при этом стекают в две пары продольных и поперечных прямоугольных канавок (3, 4). Тем самым обеспечивается плотное стабильное соединение чувствительного элемента со стеклянными подложками к основанию корпуса (1). Крепления корпуса к кронштейну (2) необходимо для закрепления прибора на объекте.

Датчик линейных ускорений работает следующим образом.

При воздействии вредных факторов, расположение чувствительного элемента со стеклянными подложками на стержне прямоугольного сечения (5), резко уменьшает нулевой сигнал и его нестабильность, а при одновременном воздействии еще измеряемого ускорения уменьшает погрешность крутизны характеристики прибора в целом.

Проведенные макетные испытания показали положительный эффект данного устройства и по технологичности и по точности.

Источники информации:

1. Акселерометр капиллярный АК5-15, ТУ 611.781.ТУ. 1984 г.

2. Патент США 3702073

3. Патент US 6463804 (прототип).

Датчик линейных ускорений, содержащий корпус, чувствительный элемент со стеклянными подложками, прикрепленный к основанию корпуса, отличающийся тем, что в основании вдоль поперечной и продольной осей его, со стороны крепления чувствительного элемента сформированы по две пары прямоугольных канавок таким образом, что в месте пересечения двух пар прямоугольных канавок образуется стержень с прямоугольным сечением для закрепления стеклянной подложки чувствительного элемента площадью менее половины всей площади чувствительного элемента.