Чувствительный элемент углового акселерометра Российский патент 2023 года по МПК G01P15/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в интегральных акселерометрах.

Известен чувствительный элемент микросистемного акселерометра [1], содержащий кремниевую каркасную рамку, в которой методом анизотропного травления выполнен кремниевый проводящий маятник, соединенный упругими подвесами с каркасной рамкой, центральной опорой крепления, жестко соединенной с неподвижным основанием. Маятник включает в себя две жестко соединенные первую и вторую пластины одинаковой длины и толщины, но разной ширины. Чувствительный элемент имеет возможность измерять как угловое, так и линейное ускорение. Поскольку пластины маятника имеют разную ширину, то чувствительность к угловому ускорению будет значительно ниже, чем к линейному. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии при отсутствии ускорения зазоры между пластинами проводящего маятника и пластинами-обкладками одинаковы. При действии ускорения пластины маятника, преодолев упругость подвесов, начинают перемещаться в противоположные стороны, изменяя при этом зазоры. Измеряя разность зазоров можно судить о действующем ускорении.

Недостатком является низкая чувствительность к угловому ускорению.

Известен чувствительный элемент [2], содержащий планарную инерционную массу, соединенную упругими подвесами с центральной опорой крепления, распложенную в центре тяжести планарной инерционной массы с закрепленным на инерционной массе металлическим кольцом, на котором радиально расположено несколько пар регулировочных винтов.

При действии измеряемого углового ускорения планарная инерционная масса, в составе металлического кольца и регулировочных винтов, поворачивается на некоторый угол, величина которого зависит от жесткости упругих подвесов. Измеряя отклонения планарной инерционной массы можно определить действующее угловое ускорение.

Недостатками являются низкий частотный диапазон измерения углового ускорения, низкая ударопрочность.

Наиболее близким к заявленному устройству является чувствительный элемент [3], содержащий каркасную рамку, в которой выполнена инерционная масса, соединенная с каркасной рамкой упругими подвесами, расположенными на оси симметрии инерционной массы на одной из сторон инерционной массы, закреплена на одинаковом расстоянии относительно указанной оси катушки датчика момента обратной связи, а на противоположной стороне инерционной массы на этой же оси закреплена втулка с двумя взаимоперпендикулярными резьбовыми отверстиями, в которых расположены регулировочные винты.

При действии измеряемого углового ускорения планарная инерционная масса, в составе катушек датчика момента обратной связи и втулки с регулировочными винтами, поворачивается на некоторый угол, величина которого зависит от жесткости упругих подвесов. Измерительный сигнал отклонения инерционной массы преобразуется и в виде тока поступает на катушки датчика момента обратной связи, которые при взаимодействии с магнитным полем создают электрическую пружину, которая компенсирует угол отклонения инерционной массы, заставляя вернутся ее в исходное положение. По величине тока, протекающего в катушках датчика момента обратной связи, можно определить действующее угловое ускорение.

Недостатками являются высокая чувствительность к линейной вибрации и изменению температуры окружающей среды.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение является повышение стойкости к воздействию линейной вибрации и уменьшение погрешности выходного сигнала от действия изменения температуры окружающей среды. Для достижения поставленной задачи на чувствительном элементе, содержащем каркасную рамку, в которой выполнена инерционная масса, соединенная с каркасной рамкой упругими подвесами, расположенными на оси симметрии инерционной массы на одной из сторон инерционной массы в центре закрепляют втулку с двумя взаимно перпендикулярными резьбовыми отверстиями, в которых расположены регулировочные винты, а на противоположной стороне, согласно изобретению, закрепляют Ш-образный элемент с тремя выступами, при этом средний выступ Ш-образного элемента прикрепляют в центре инерционной массы, крайние выступы Ш-образного элемента прикрепляют на одинаковом расстоянии от оси симметрии инерционной массы.

Существенным отличием заявленного устройства по сравнению с известным является то, что наличие Ш-образного элемента дополнительно создает жесткость инерционной массы, исключая при этом изгибные колебания инерционной массы относительно ее оси симметрии при действии линейной вибрации и изменении температуры окружающей среды.

Предлагаемый чувствительный элемент углового акселерометра иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1

Пример реализации заявленного устройства.

Инерционная масса 1 соединена с каркасной рамкой 2, в которой выполнена инерционная масса упругими подвесами 3, расположенными на оси 4, проходящей через центр тяжести 5 инерционной массы 1. На одной из сторон инерционной массы закреплена втулка 6 с регулировочными винтами 7, на противоположной стороне инерционной массы закреплен Ш-образный элемент 8, с тремя выступами 9.

Устройство работает следующим образом. При действии измеряемого углового ускорения планарная инерционная масса 1, в составе втулки 6 с регулировочными винтами 7 и Ш-образным элементом 8, поворачивается на некоторый угол, величина которого зависит от жесткости упругих подвесов 3. По величине угла можно судить о действующем угловом ускорении.

Источники информации

1. Патент РФ №2426134, МПК G01P 15/08, 2006.01.

2. Патент РФ №2489722, МПК G01P 15/08, 2006.01.

3. Патент РФ №2710100, МПК G01P 15/08, 2006.01 (ближайший аналог).

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в интегральных акселерометрах. Чувствительный элемент углового акселерометра содержит каркасную рамку, в которой выполнена инерционная масса, соединенная с каркасной рамкой упругими подвесами, расположенными на оси симметрии инерционной массы, при этом на одной из сторон инерционной массы в центре закреплена втулка с двумя взаимно перпендикулярными резьбовыми отверстиями, в которых расположены регулировочные винты, а на противоположной стороне закреплен Ш-образный элемент с тремя выступами, при этом средний выступ Ш-образного элемента прикреплен в центре инерционной массы, крайние выступы Ш-образного элемента прикреплены на одинаковом расстоянии от оси симметрии инерционной массы. Технический результат – повышение стойкости к воздействию линейной вибрации, уменьшение погрешности выходного сигнала от действия изменения температуры окружающей среды в интегральных акселерометрах. 1 ил.

Чувствительный элемент углового акселерометра, содержащий каркасную рамку, в которой выполнена инерционная масса, соединенная с каркасной рамкой упругими подвесами, расположенными на оси симметрии инерционной массы, при этом на одной из сторон инерционной массы в центре закреплена втулка с двумя взаимно перпендикулярными резьбовыми отверстиями, в которых расположены регулировочные винты, а на противоположной стороне закреплен Ш-образный элемент с тремя выступами, при этом средний выступ Ш-образного элемента прикреплен в центре инерционной массы, крайние выступы Ш-образного элемента прикреплены на одинаковом расстоянии от оси симметрии инерционной массы.