АКСЕЛЕРОМЕТР Российский патент 1995 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к приборостроению и, в частности, к приборам измерения параметров движения подвижных объектов.

Известны компенсационные маятниковые акселерометры [1] Чувствительный элемент указанных акселерометров состоит из боковых неподвижных пластин и одной, находящейся между ними, центральной пластины в виде диска с незамкнутой кольцевой прорезью. Перемычки между диском и кольцевой опорой являются упругими элементами пружинного подвеса.

Наиболее близким по техническому решению является акселерометр [2] который снабжен двумя дополнительными электрически соединенными одна с другой неподвижными пластинами, расположенными по обеим сторонам подвижной части и подключенными к блоку питания емкостного датчика. Между центральной подвижной пластиной и боковыми неподвижными пластинами обеспечивается зазор порядка 30 мкм за счет платиков (выступов), предусмотренных на неподвижных пластинах. Указанные платики опираются при сборке чувствительного элемента в неподвижное (опорное) кольцо центральной пластины. Все пластины в упомянутом акселерометре из кварца, а их поверхности металлизированы.

В момент подключения акселерометра к источнику питания или при разрыве обратной связи центральная кварцевая пластина касается своей верхней частью поверхности боковых пластин. При этом происходит перенос зарядов с поверхности боковых пластин на центральную пластину. Это приводит к тому, что после включения обратной связи на центральной пластине появляется дополнительный заряд, искажающий электрическое поле в зазоре емкостного датчика. Искажение электрического поля приводит к изменению момента тяжения акселерометра. Самым неблагоприятным фактором является то, что при следующем соприкосновении центральной и боковых пластин величина переносимого заряда может измениться, что вновь изменит величину момента тяжения акселерометра. Таким образом в существующей конструкции и прототипа и аналога принципиально заложено появление дестабилизирующего фактора, снижающего точность работы прибора.

Целью изобретения является повышение точности акселерометра за счет стабилизации составляющей электростатического тяжения.

Цель достигается тем, что в известном аскелерометре боковые пластины выполнены с защитным слоем изоляции, нанесенным на металлизированную поверхность. Толщина защитного слоя выбирается в пределах 2-10% от рабочего зазора емкостного датчика. Указанный слой (1-3 мкм в конкретном случае) надежно изолирует металлизированные поверхности боковых кварцевых пластин, обеспечивая при этом электрическое сопротивление более 10 мОм. Устранение гальванического контакта между пластинами емкостного датчика в предлагаемом акселерометре позволяет повысить его точность при минимальном изменении конструкции прибора и технологии его изготовления.

В существующих разработках до предлагаемого изобретения изменение составляющей погрешности электростатического тяжения составляло величину порядка 2˙10^-4 g (т.е. практически величина допуска). Применение в приборе боковых пластин с изолирующим слоем позволило уменьшить суммарный разброс случайной составляющей тяжения до 0,2-0,3˙10^-4 g.

На фиг. 1 изображен чувствительный элемент (ЧЭ) предлагаемого акселерометра, общий вид; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Чувствительный элемент содержит маятник 1 на упругом подвесе 2. На маятнике укреплены катушки 3, а на неподвижной части магниты 4. Внутренние поверхности неподвижных пластин 5 и наружные поверхности подвижной пластины 6 образуют дифференциальный емкостный датчик положения. Наружные металлизированные поверхности боковых пластин 5 выполнены с изолирующим слоем фоторезиста 7 толщиной 1-3 мкм. Зазор между подвижной и неподвижными пластинами образуется с помощью трех платиков 8, расположенных с каждой стороны неподвижного кольца 9 центральной пластины.

При разрыве обратной связи под действием ускорения маятник может отклоняться влево или вправо и наружная поверхность 6 центральной пластины коснется упомянутого изолирующего слоя фоторезистора, который предотвращает гальваническую связь между обкладками 5 и 6 емкостного датчика. Наличие в предлагаемом акселерометре изолирующего слоя таким образом устраняет случайное попадание электрических зарядов с боковых пластин на центральную пластину. Этим самым устраняется возникавшее ранее взаимодействие между подвижной и неподвижными частями емкостного датчика акселерометра и появление дополнительного уводящего момента типа тяжения, величина которого может меняться каждый раз при новом касании упомянутых пластин.

Изобретение позволит увеличить точность прибора (в части стабильности нулевого сигнала, зависящего от изменения момента тяжения) в 5-10 раз (разброс составляющей погрешности тяжения уменьшается с 2˙10^-4 g до 0,2-0,3˙10^-4 g).

Использование: приборы инерциальной навигации, акселерометрия. Сущность изобретения: боковые неподвижные пластины выполнены с защитным слоем изоляции, например из фоторезиста, нанесенным на металлизированную поверхность пластин. Устранение гальванического контакта между пластинами емкостного датчика акселерометра позволяет повысить его точность. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий маятник в виде центральной пластины, упругий подвес, дифференциальный емкостный датчик положения с неподвижными боковыми металлизированными пластинами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет увеличения стабильности составляющей электростатического тяжения, в нем боковые пластины выполнены с изолирующим покрытием толщиной 3
10% от величины зазора между подвижной и неподвижными пластинами. 2. Акселерометр по п. 1, отличающийся тем, что изолирующим покрытием является фоторезист.