Емкостный акселерометр

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может найти применение в устройствах измерения параметров движения объектов. Целью изобретения является увеличение пределов измерения на один, два порядка и повышение помехоустойчивости и надежности с этой целью. В нем чувствительные элементы - пластины закреплены на одной оси с возможностью перемещения первого чувствительного элемента относительно второго, а перемычки имеют увеличенную жесткость. Акселерометр имеет также две пластины 8 и 9 с электродами 10 и 11 емкостного датчика перемещения и электродами 12 и 13 электростатического компенсатора. Таким образом в заявленном акселерометре производится взаимная компенсация смещения двух подвижных чувствительных элементов при выполнении компенсатора только из подвижных частей. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 G О1 Р 15/13 15/125

Н А ВТОРНИКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗО6РЕТЕНИЯМ И 01НРЬГТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4250213/24-10 (22) 13.04.87 (46) 30.04.90. Бюп. ¹ 16 (71) Ленинградский политехнический институт им. М.И.Калинина (72) В.М.Артемов, В.E.Åâäîêèìîâ, В.И.Лобан и В.С.Моисейченко (53) 531.768 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

IN - 1138746, кл. G 01 P 15/08, 1983.

Патент Великобритании ¹ 2047902, кл. С 01 P 15/13, t980. .Авторское свидетельство СССР

N- 1067445, кл. С 01 P 15/13, 1984. (54) ЕМКОСТНЫИ АКСЕЛЕРОМЕТР (57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может найти применение в устройствах изме„„Я0„„1561647 А 1

2 пения параметров движения объектов, Целью изобретения является увеличение пределов измерения на один, два порядка и повышение помехоустойчивости и надежности. Чувствительные элементы — пластины закреплены на одной оси с возможностью перемещения первого чувствительного элемента относительно второго, а перемычки имеют увеличенную. жесткость.Акселерометр имеет также две пластины 8 и 9 с электродами 10 и 11 емкостного датчика перемещения и электродами 12 и 13 электростатического компенсатора.

Таким образом в акселерометре производится взаимная компенсация смещения двух подвижных чувствительных элементов при выполнении компенсатора только из подвижных частей. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1561047

Изобретение относится к информацион но-измерительной технике и может найти применение для точных измерений линейных ускорений, ускорений

5 сиды тяжести и параметров движения объектов.

Целью изобретения является расширЕние диапазона измеряемых ускорений з4 счет частичной компенсации измеря- j0 е oro ускорения при небольшом разлиУ ч и масс чувствительных элементов, п вышение помехоустойчивости и над жности акселерометра и расширение верхнего предела измеряемых ускорений.

Иа фиг. 1, 2 представлена конструктивная схема предлагаемого аксел рометра; на фиг. 3 — структурная схема. 20

Акселерометр содержит первый чувс вительный элемент — пластину 1, з крепленную с помощью двух перемычек 2, второй чувствительный элемент

3 закрепленный перемычками 4 с не- 25 п движным основанием 5 монопластин кремния, установленной в корпу-, с б и зажатой крышкой 7. По первому варианту на чувствительном элементе

3i с двух сторон закреплены дополнительные пластины 8 и 9 с электродами

10 .и 11 и электродами 12 и 13. На пластине 1 с двух сторон расположены электроды 14 и 15, противолежащие .Соответствующим электродам, распо35 .ложенным на пластинах 8 н 9. Электроды 10, 11 и 14 образуют емкостный датчик взаимного перемещения чувстви.тельных элементов 1 и 3 н включены дифференциальную схему измерительного моста 16. Выход моста подключен

К входу дифференциального усилителя

17 с фазочувствительным выпрямитеЛем, выходные. напряжения которого

+о ° H Ux C MHp IOTÑ C noCTOHHHbM 5 напряжением U источника !8 опорного напряжения и подводятся к электродам

12, 13 и 15 электростатического комПенсатора.

Акселерометр работает следующим

50 образом.

При наличии измеряемого ускорения

Х на чувствительные элементы 1 и 3

Ц с массами m <, и m воздействуют усилия

Р и F -которые вызывают соответствен3 ио перемещения Х и Х пластин 1 и 3 за счет углового поворота на углы

Ч1 и Ч (т е. Х,= 1 1, иK>=

1, Ц) ) . Перемещения, Х < и Х э вычиE:s Е "..

=- — -U U иF =--,— U U

К 2Д о У к 2 .о о о где с, — диэлектрическая постоянная среды между электродами компенсатора;

S — площадь меньшего электрода компенсатора;

F,— — расстояние между электродами е

Усилия Fz u F, воздействуя на ("2 чувствительные. элементы 1 и 3, вызывают соответственно перемещения и Х

Fx

Ka W У 2.

Х

Р к, W

1 где W<, W — жесткости перемычек 2 и

4 соответственно.

Компенсирующее перемещение Х =

=ХК -Х !

Kg

Уравнение компенсации Х, = Х или н ш m Рк Fw<

Х / . ) 3

При W < = W< измеряемое ускорение определяется выражением

F8UoUx г Ъ;

m (1 —.— ) шз

m)

По второму варианту пластина 8 с электродами может быть закреплена на одном чувствительном элементе, а пластина 9 с электродами — на другом.

Тогда массы чувствительных элементов можно сделать мало отличающимися друг от друга, что позволяет при небольших значениях компенсирующего усилия измерять сколь угодно большие значения измеряемых ускорений.

Таким образом, по сравнению с известными акселерометрами с электротаются емкостным датчиком взаимного перемещения чувствительных элементов.

Разность перемещений Х, = Х вЂ” Х> преобразуется схемой измерительногс моста 16 в электрический сигнал АУ, который усиливается и выпрямляется усилителем 17, выходные напряжения

+U„ и -Ц„которого в сумме с опорным напряжением Б прикладываются к электродам 12, 13 и 15 электростатического компенсатора. Электростатические силы притяжения между электродами 12 и 15, 13 и 15 соответственно равны

156 статической компенсацией в предлагаемом при том же значении компенсирую,щего усилия значения измеряемого ус# корения в 2/(1 — - -) раз больше. При

m„ одинаковых упругих подвесах, одной и той .же технологии изготовления, высокой стабильности упругих характеристик монокристалла кремния одинаковость жесткостей подвесов выдерживается с высокой точностью и погрешность предлагаемого акселерометра определяется в основном погрешностями электростатического компенсатора, как и в известных компенсационных акселерометрах. Кроме того, величина взаимного перемещения Х > между подвижными электродами электростатического компенсатора на порядок мень.— ше перемещений Х и Х чувствительных элементов, что позволяет. уменьшать зазор между электродами компенсатора и, тем самым, увеличивать компенсационное усилие.

Ф о р м у л а и з о б р е т"е н и я

1. Емкостный акселерометр, содержащий выполненные из одного монокристалла кремния неподвижное осно вание, два чувствительных элемента . в виде пластин, соединенных с основанием с помощью равножесткостных пере1047 6 мычек, а также. корпус, крышку, емкостный датчик перемещения, компенсатор и схему обработки выходного

5 сигнала с усилителем и измерительным мостом, отличающийся тем, что, с целью .расширения диапазона измеряемых ускорений, повышения помехоустойчивости и надежности, в него введены две дополнительные плас тины с закрепленными на них с одной стороны электродами датчика перемещения и электростатического компенсатора, противолежащие электроды которых закреплены на одной или двух пластинах чувствительных элементов, расположенных между дополнительными пластинами.

2. Акселерометр по п. 1, о т л и20 ч а ю шийся тем, что обе дополнительные пластины закреплены на одном чувствительном элементе, а электроды датчика перемещения и компенсатора — на обеих сторонах другого

25 чувствительного элемента.

3. Акселерометр по и. t о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения верхнего предела измеряемых ускорений, одна дополни 0 тельная пластина жестко соединена с первым чувствительным элементом, а другая — с вторым, причем электроды компеысатора и датчика перемещения закреплены на обоих чувствительных элементах с одной стороны.

1561047

Составитель А. Полынков

Техред N. Дидык Корректор С.Шевкун

Редактор M.Áàíäóðà

Заказ 976

Подписное

Типаж 454

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101