Емкостный акселерометр Советский патент 1989 года по МПК G01P15/125 

сл

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения линейных ускорений. Целью изобретения является повышение точности работы путем исключения влияния паразитных электростатических усилий. Цель достигается тем, что в емкостный акселерометр, содержащий корпус, размещенный в нем на упругом подвесе чувствительный элемент в виде пластины 1, выполненной вместе с упругим подвесом - стержнями 2 и перемычками 3 и 4 - из монокристалла кремния, и емкостный датчик положения чувствительного элемента, состоящий из расположенных на чувствительном элементе и корпусе изолированных электродов 6 и 7, блока напряжения возбуждения и схемы гиперболической линеаризации - усилителя 10 и емкости C₀, введены вторая пара изолированных электродов 6 и 9, вторая схема гиперболической линеаризации (усилитель 11 и емкость C₀) и блок вычитания 12, подключенный к выходам схем гиперболической линеаризации. В данном акселерометре паразитные электростатические усилия взаимодействия электродов эмкостного датчика положения чувствительного элемента прибора взаимно компенсируются в любом положении чувствительного элемента относительно корпуса акселерометра. 2 ил.

1

0 7

jL

.ел

со о ko с

Фи9. Г

се чувствительный элемент в виде плас тины 1 , вьтолненной вместе с упругим подвесом - стержнят и 2 и перемычками 3 и 4 - из монокристалла кремния, и емкостный датчик положения чувствительного элемента, состоящий из расположенных на чувствительном элементе и корпусе изолированных электродов 6 и 7, блока напряжения возбуждения и схемы гиперболической линеаризации - усилителя 10 и емкости С, введены вторая пара изолированных электродов

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения линейных ускорений.

Цель изобретения - повышение точ- ности работы акселерометра.

На фиг, 1 представлена электроконструктивная схема акселерометра, разрез А-А; на фиг. 2 - схема акселерометра, вариант.

Чувствительный элемент акселерометра - подвижная пластина 1 с помощью четырех стержней-консолей 2 с перемычками 3 и 4 на концах закреплена в основании 5. С двух сторон плас- тины 1 выполнены электроды 6. В основании 5 выполнен неподвижньй электрод 7, а в крышке 8 - электрод 9. Электро ,ды 6 подключень к входам операционных усилителей 10 и 11, электрод 7 со единен с выходом операционого усилителя JO, электрод 9 - с выходом усилителя 1 1 . Выходы операщюнных усилителей подключены на вход устройства 12 вычитания. Источник 13 образцового напряжения U через ключ 14, коммутируемый модулятором 15, и образцовые конденсаторы С соединен с входами операционных усилителей 10 и 11 .

В схеме акселефометра(фиг.2) электроды 6 соединены вместе и подключены к входу операционного усилителя 10, а электроды 7 и 9 - к входу ком- мутатора 16, управляемого через делитель I7 частоты с коэффициентом деления п от модулятора 15. Последний управляет коммутатором 14 в цепи источника постоянного опорного напря жения и с периодом модуляции Т. Выходы гиперболической цепи и источника 18 опорного напряжения подклю-

6 и 9, вторая схема гиперболической линеаризации (усилитель 11 и емкость С)и блок 12 вычитания, подкпюченньгй к выходам схем гиперболической линеаризации. В данном акселерометре паразитные электростатические усилия взаимодействия электродов емкостного .датчика положения чувствительного элемента прибора взаимно компенсируются Б любом положении чувствительного элемента относительно корпуса акселерометра. 2 ил.

чены к входу разностного устройства 12.

Акселерометр работает следующим образом.

При отсутствии измеряемого ускорения X О пластина 1 находится посередине между электродами 7 и 9, т.е. зазоры в емкости между электродами 6,7 и 6, 9 равны So, 8д 8 и Сх - CK. Тогда и выходные напряжения операционных усилителей равны UM и,,, Uo- , а выходное напряжение разностной цепи 12 0. При этом электростатические усилия взаимодействия электродов равны и взаимно компенсируются.

При наличии измеряемого ускорения X пластина 1 смещается на

&х

Х Ш

V

где m и W - масса пластины и жесткость подвеса.

При этом емкости принимают соответственно значения

EoS

С,о

60 S

Se+ux

6о - диэлектрическая проницаемость газа, заполняющего корпус . акселерометра I S - площадь электродов.

Выходные напряжения операционных усилителей

Со

и,. и,

бо З

(Sn+Лх )

и.а Uo g%-(So-ux),

а выходное напряжение акселерометра

Таким образом, при идентичности пар электродов паразитные электростатические усилия независимо от перемещения пластины 1 равны и взаимно компенсируются во всем диапазоне измерения ускорений.

В схеме акселерометра (фиг.2; в

положения при х

Uo Со

о с

и

Ко

при и,

но

on

выходное напряжение U 0.

При наличии измеряемого ускорения X 0 пластина 1 смещается на х, емкости изменяются, и выходное напряжение в одном полупёриоде модуляции равно

-(«+ их)

(5„ - их).

у.. - переменная состав Схо

выходного разностного напря- 2Ue Cc

л.и,

o S

-Ьх, т.е. пропорциональна измеряемому ускорению. Значения сил в импульсе напряжения равны

,

селерометрах полностью исключено действие паразитных электростатических 20 усилий, что повышает точность измерения ускорений и позволяет существенно, расширить вниз диапазон измеряемых ускорений.

25 Формула изобретения

Емкостный акселерометр, содержащий корпус, размещенный в нем на упругом подвесе чувствительный элемент в виде пластины, выполненной вместе

30 с упругим подвесом из монокристалла кремния, и емкостный датчик положения чувствительного элемента, состоящий из расположенных на чувствительном элементе и корпусе изолированных электродов, блока напряжения возбуждения и схемы гиперболической линеаризации, в которую включены электроды,отличающийся тем, что, с целью повышения точности пу.Q тем исключения влияния паразитных электростатических усипий, в акселерометр введены вторая пара изолированных электродов, расположенных по другую сторону пластины, вторая схема

д5 гиперболической линеаризации, в которую включена эта пара электродов, и блок вычитания, подключенный к выходам схем гиперболической линеаризации.

35

L 9 « / -5

Фи9.2