Акселерометр
Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, в частности, к средствам измерения ускорений и может быть использована в акселерометрах для повышения их противоперегрузочной устойчивости. Акселерометр, содержащий консольно установленный в корпусе балочный чувствительный элемент, на свободном конце которого закреплена инерционная масса, отделенная зазорами от плоских ограничителей хода, характеризующийся тем, что с целью расширения измерительного диапазона и повышения точности инерционная масса выполнена со срезами, формирующими в ее средней части зону касания с ограничителями хода при сверхнормативных перегрузках.
Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, в частности, к средствам измерения ускорений и может быть использована в акселерометрах для повышения противоперегрузочной устойчивости акселерометра.
Известны акселерометры, содержащие корпус, чувствительный элемент, выполненный из монокристаллического кремния в виде электропроводящей инерционной массы, представляющей собой маятник, имеющий два плеча и подвешенный с помощью крестообразных торсионов с поперечным сечением в виде Х-образного профиля, и электрическую плату, представляющую собой диэлектрическую пластину с двумя парами электродов, симметрично размещенных относительно оси подвеса - соответственно электродов емкостной системы съема перемещений и электродов электростатического датчика момента. Ось симметрии инерционной массы совмещена с осью, проходящей через торсионы подвеса, а маятниковый подвес образован удалением части одного плеча инерционной массы на внешней по отношению к электрической плате поверхности плеча инерционной массы, при этом указанная поверхность выполнена с ребрами жесткости, профиль поперечного сечения которых имеет Т-образную форму, а наклонные грани крестообразных торсионов ориентированы по направлению кристаллографической решетки монокристаллического кремния. - Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт электронной техники (технический университет)" (МИЭТ) «Микромеханический акселерометр» RU 2251702 C1.
Недостатком данного аналога является малая противоперегрузочная устойчивость.
В качестве аналога, наиболее близкого к предлагаемому акселерометру, выбран акселерометр, содержащий корпус, упругий чувствительный элемент, инерционную массу, при этом корпус снабжен компенсирующим элементом
образующим терморегулируемый зазор между сопряженными поверхностями компенсирующего элемента и инерционной массы, заполненный демпфирующей жидкостью, удерживаемой в нем силами поверхностного натяжения. - Брехов Р.С. «Акселерометр» Патент РФ 2091797.
На рис.1 представлена конструктивная схема этого акселерометра. Чувствительный элемент 1 консольно закреплен на основании 2, размещенном внутри герметичного корпуса акселерометра. На свободном конце чувствительного элемента закреплена инерционная масса 3, сила инерции которой, возникающая при воздействии на акселерометр ускорения в направлении его измерительной оси, вызывает изгибную деформацию рабочего участка 4 чувствительного элемента. При этом на выходе тензорезисторного моста, сформированного в поверхностном слое рабочего участка кремниевого чувствительного элемента, появляется электрический сигнал, пропорциональный измеряемому ускорению. Демпфирующая жидкость, введенная в малый зазор 5, сформированный смежными поверхностями инерционной массой 3 и компенсирующим элементом 6, обеспечивает требуемую степень демпфирования акселерометра. При воздействии на акселерометр сверхнормативных перегрузок инерционная масса 3 упирается в смежную поверхность компенсирующего элемента 6 (рис.2), которая при этом является упором, ограничивающим величину деформации чувствительного элемента 1 и тем самым защищающая его от поломки.
В высокочувствительных акселерометрах, имеющих большие инерционные массы, такая защита недостаточно эффективна, т.к. зона касания массы и упора сдвинута к дальнему ребру массы (точка А на рис.2). Из-за этого при больших перегрузках возникает встречный момент М=m·a·L, где m - масса инерционной массы, а - ускорение, действующее на инерционную массу, L - плечо (расстояние от края инерционной массы до ее центра тяжести). В результате этого момента возникает сила,
воздействующая на рабочий участок упругого элемента, что приводит к его поломке.
Таким образом, недостатком акселерометра по патенту РФ 2091797 является малая противоперегрузочная устойчивость при сверхнормативных перегрузках.
Цель создания полезной модели - повышение противоперегрузочной устойчивости акселерометра при сверхнормативных перегрузках.
Цель достигается тем, что инерционная масса выполнена со скосами, формирующими в ее средней части зону касания с ограничителями хода при сверхнормативных перегрузках (рис.3).
Это позволяет минимизировать плечо L, тем самым уменьшить силу, воздействующую на рабочий участок упругого элемента (рис.4), что обеспечивает повышение противоперегрузочной устойчивости акселерометра при сверхнормативных перегрузках.
Акселерометр, содержащий консольно установленный в корпусе балочный чувствительный элемент, на свободном конце которого закреплена инерционная масса, отделенная зазорами от плоских ограничителей хода, отличающийся тем, что инерционная масса выполнена со срезами, формирующими в ее средней части зону касания с ограничителями хода при сверхнормативных перегрузках.
