СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ МОМЕНТА ТЯЖЕНИЯ В МАЯТНИКОВОМ АКСЕЛЕРОМЕТРЕ Российский патент 1998 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано в маятниковых компенсационных акселерометрах на упругом кварцевом подвесе.

В современном приборостроении для изготовления маятниковых компенсационных акселерометров широко используется плавленый кварц, используемый для создания упругого подвеса маятника. Так, например, акселерометр [1] содержит опорное кольцо, представляющее собой кварцевую пластину с незамкнутой кольцевой прорезью. Подвижная часть (инерционная масса) связана с опорным кольцом двумя упругими перемычками (подвес маятника), толщина которых составляет примерно 20 мкм. Для связи катушки датчика момента и средней части дифференциального емкостного датчика, расположенных на маятнике, используется токопроводящий слой, нанесенный напылением на упругие перемычки подвеса. Указанное напыление наносится как правило в вакууме при +250 ^oC 350^oC. Такой способ напыления, способствуя хорошей адгезии токопроводящего слоя с кварцем, приводит к тому, что из-за возможной различной шероховатости поверхности упругих перемычек с разных сторон из-за разнотолщинности и различной площади напыления токопроводящего слоя, в последнем возникают напряжения. Величина этих напряжений, в силу указанных выше факторов, с различных сторон упругих перемычек может быть различной, особенно учитывая то, что акселерометры используются при существенно более низких температурах, чем при температурах, при которых осуществляют напыление. Уровень напряжения пропорционален разнице между температурой напыления и рабочей температурой разнотолщинности токопроводящих дорожек, расположенных с противоположных сторон перемычек, и разнице из ширины. Оценка величины уводящего момента может быть выполнена на основании теории термобиометаллических элементов.

Упомянутые напряжения приводят к тому, что после разрезки технологической перемычки, связывающей маятник с опорным кольцом, в упругих перемычках возникает момент, отклоняющий маятник из плоскости опорного кольца в ту или иную сторону на несколько дуговых минут. При регулировании акселерометра маятника как правило с помощью системы обратной связи выставляют в среднее положение, т.е. компенсируют указанный угол отклонения маятника. Это приводит к существенному увеличению систематической составляющей момента тяжения, которая может быть учтена с помощью цифровой вычислительной машины. Однако временная релаксация возникающих напряжений и их температурная зависимость приводят к изменению этой учтенной величины, что существенно ухудшает точностные характеристики акселерометра.

Одним из способов уменьшения моментов тяжения в маятниковом акселерометре является уменьшение разности моментов тяжения, обусловленных напряжениями, возникающими в токопроводящих слоях, нанесенных с противоположных сторон на упругие перемычки акселерометра.

Целью изобретения является повышение эффективности способа за счет повышения эффективности уменьшения разности моментов тяжения, обусловленных напряжениями в токопроводящих слоях, покрывающих перемычки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе уменьшения моментов в маятниковом акселерометре, содержащем инерционную массу, связанную с опорным кольцом двумя упругими перемычками, покрытыми с двух сторон токопроводящим слоем, включающим уменьшение разности моментов тяжения, обусловленных напряжениями в токопроводящих слоях, согласно изобретению уменьшение разности моментов тяжения осуществляют путем вставки плоскости опорного кольца в вертикальное положение посредством установочного приспособления, определения величины и направления угла отклонения плоскости инерционной массы от плоскости опорного кольца α и в случае превышения величины угла α допустимого значения, удаления части токопроводящего слоя с каждой перемычки со стороны, соответствующей напряжению отклонения угла α, с последующим соответствующим поочередным измерением величины угла α, при этом удаления частоты токопроводящего слоя осуществляют посредством электроимпульсного воздействия, производимого в течение 1 ^oC 10 м•с с помощью перемещающегося вблизи поверхности токопроводящего слоя точечного электрода диаметром 50 ^oC 10 мкм, соединенного с положительным потенциалом источника постоянного тока 25 ^oC 30 B, отрицательный потенциал которого соединен с токопроводящим слоем.

Как указывалось выше, при напылении токопроводящего слоя на две противоположные стороны упругих перемычек возникают напряжения и, как следствие, момент, уводящий инерционную массу из среднего положения. Путем термообжига или обработки в парах йода понижается уровень напряжения разности моментов тяжения.

В предлагаемом способе повышение указанной эффективности достигается за счет удаления части токопроводящего слоя с помощью электромипульсного воздействия, позволяющего уровнять интегральные уровни оставшихся напряжений в токопроводящих слоях, расположенных на противоположных поверхностях перемычек. В таком случае инерционная масса займет среднее положение и при включении обратной связи компенсации моментов тяжения не потребуется, а значение его систематической составляющей будет мало. Следовательно, будет мало температурное изменение момента тяжения и, как следствие, изменения тяжения во времени.

Указанная последовательность операций в предлагаемом способе и заявляемые параметры (длительность электроимпульсного воздействия, величины напряжения источника питания и диаметра точечного электрода) выбраны расчетно-экспериментальным путем для обеспечения поставленной цели.

Предлагаемый способ реализован следующим образом.

Выставляют плоскость опорного кольца в вертикальное положение, с помощью, например, прецизионного уровня.

Определяют угол и направление отклонения плоскости инерционной массы от плоскости опорного кольца, угол α , с помощью автоколлиматора. Если величина угла α превышает допустимое значение, например ± 5 угл.с, удаляют с помощью электроимпульсного воздействия часть токопроводящего слоя с одной из перемычек со стороны, соответствующей направлению отклонения α .

Для проведения указанной операции соединяют требуемый токопроводящий слой с отрицательным потенциалом источника постоянного тока 20 ^oC 30 B, положительный потенциал которого соединен с точечным электродом диаметром 50 ^oC 100 мкм. Посредством точечного электрода, находящегося вблизи поверхности перемычки, дают один или несколько импульсов длительностью 1 ^oC 10 м•с. При этом на локальном участке токопроводящего слоя, расположенном под электродом, заряженным положительно, образуется электрическая дуга, в результате чего развивается высокая температура, приводящая к точечному испарению материала токопроводящего слоя.

По окончании указанной операции определяют с помощью автоколлиматора угол α, и если его величина не достигла допустимого значения, удаляют часть токопроводящего слоя со второй перемычки, с той же стороны, для чего располагают точечный электрод вблизи ее поверхности и операцию повторяют аналогичным образом. По окончании этой операции вновь определяют угол, и если его величина опять не достигла допустимого значения, удаляют часть токопроводящего слоя опять с первой перемычки, повторяя известную операцию с последующим определением угла α.

Таким образом методом последовательных приближений, повторяя указанные операции, достигают уменьшения угла α до допустимого значения.

Как показали экспериментальные проверки, предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить на порядок моменты тяжения в маятниковом акселерометре.

Использование предлагаемого способа в маятниковом акселерометре позволяет уменьшить его систематическую составляющую погрешности тяжения в 5 ^oC 10 раз.

Использование: в авиационном приборостроении, в частности в акселерометрии. Сущность изобретения: маятник акселерометра содержит инерционную массу, связанную с опорным кольцом двумя упругими перемычками, покрытыми с двух сторон токопроводящим слоем. Для уменьшения разности моментов тяжения, обусловленных напряжениями в токопроводящих слоях, предусматривают вставку плоскости опорного кольца в вертикальное положение посредством установочного приспособления, определяют величины и направления угла отклонения плоскости инерционной массы от плоскости опорного кольца (угол α). В случае превышения величины угла α допустимого значения ведут удаление части токопроводящего слоя поочередно с каждой перемычки со стороны, соответствующей направлению отклонения угла α, с последующим соответствующим поочередным измерением величины α. Удаление части токопроводящего слоя осуществляют посредством электроимпульсного воздействия, производимого в течение 1 - 10 м • с с помощью перемещаемого вблизи поверхности токопроводящего слоя точечного электрода диаметром 50 - 100 мкм, соединенного с положительным потенциалом источника постоянного тока 25 - 30 В, отрицательный потенциал которого соединен с токопроводящим слоем.

Способ уменьшения момента тяжения в маятниковом акселерометре, включающий уменьшение разности моментов тяжения, в упругих перемычках соединяющих инерционную массу с опорным кольцом, покрытых с двух сторон токопроводящим слоем, которые обусловлены напряжениями в токопроводящих слоях, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа, уменьшение разности моментов тяжения осуществляют путем выставки плоскости опорного кольца в вертикальное положение посредством установочного приспособления, определения величины и направления угла α отклонения плоскости инерционной массы от плоскости опорного кольца и в случае превышения величины угла α допустимого значения, удаления части токопроводящего слоя поочередно с каждой перемычки со стороны, соответствующей направлению отклонения угла α, с последующим соответствующим поочередным измерением величины α, при этом удаление части токопроводящего слоя осуществляется посредством электроимпульсного воздействия, производимого в течение 1 - 10 м • с с помощью перемещаемого вблизи поверхности токопроводящего слоя точечного электрода диаметром 50 - 100 мкм, соединенного с положительным потенциалом источника постоянного тока 25 - 30 В, отрицательный потенциал которого соединен с токопроводящим слоем.