Емкостный акселерометр Советский патент 1990 года по МПК G01P15/13 G01P15/125 

(21)4250213/24-10

(22)13.04.87

(46) 30.04.90. Бкш. № 16

(71)Ленинградский политехнический институт им. К.И.Калинина

(72)В.М.Артемов, В„Е.Евдокимов, В.И.Лобан и В.С.Моисейченко (53) 531.768 (088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР № 1138746, кл. G 01 Р 15/08, 1983.

Патент Великобритании № 2047902, кл. G 01 Р 15/13, 1980.

Авторское свидетельство СССР « 1067445, кл. G 01 Р 15/13, 1984.

(54) ЕМКОСТНЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

(57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может найти применение в устройствах изме3

7 6

й

.

,

мает

4.

рения 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. I

72

/J

15 Г5

/

с

0

(Л

СП

о

4ъ Ч

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.

11 М1Ь

Фиг. 1

15

20

25

Изобретение относится к информацинно-измерительной технике и может применение для точных измереий линейных ускорений, ускорений , илы тяжести и параметров движения бъектов.

Целью изобретения является расши- ешие диапазона измеряемых ускорений за счет частичной компенсации измеря- JQ емого ускорения при небольшом разлиии масс чувствительных элементов, повышение помехоустойчивости и на- фжности акселерометра и расширение верхнего предела измеряемых ускорений.

На фиг. Ч, 2 представлена конструктивная схема предлагаемого аксе- л рометра; на фиг. 3 - структурная .

| Акселерометр содержит первый чувствительный -элемент - пластину 1, закрепленную с помощью двух перемы- 2, второй чувствительный элемент 3i закрепленный перемычками 4 с неодвижным основанием 5 монопластины кремния, установленной в корпу- сг 6 и зажатой крышкой 7. По первому варианту на чувствительном элементе 3i с двух сторон закреплены дополнительные пластины 8 и 9 с электродами 10 .и И и электродами 12 и 13. На пластине 1 с двух сторон расположены электроды 14 и 15, противолежащие соответствующим электродам, распо- л;оженным на пластинах 8 и 9. Электроды 10, 11 и 14 образуют емкостный датчик взаимного перемещения чувствительных элементов 1 и 3 и включены и дифференциальную схему измеритель- Його моста 16. Выход моста подключен К входу дифференциального усилителя 17с фазочувствительным выпрямителем, выходные напряжения которого 4U,- и -Uх суммируются с постоянным напряжением U0 источника 18 опорного напряжения и подводятся к электродам 12, 13 и 15 электростатического ком- йенсатора.

Акселерометр работает следующим образом.

При наличии измеряемого ускорения К на чувствительные элементы 1 и 3 С массами m , и ш воздействуют усилия и F, ,-которые вызывают соответственно перемещения X 1 и Х5 пластин 1 и 3 за счет углового поворота на углы tp( и tf , (т.е. Хч 1, Cf, иХэ I,tp3). Перемещения ,Х и Хэ вычи30

35

40

50

55

0

5

таются емкостным датчиком взаимного перемещения чувствительных элементов. Разность перемещений Х,|5 Х4 - Х5 преобразуется схемой измерительное моста 16 в электрический сигнал uUx, который усиливается и выпрямляется усилителем 17, выходные напряжения +UX и UXкоторого в сумме с опорным напряжением U0 прикладываются к электродам 12, 13 и 15 электростатического компенсатора. Электростатические силы притяжения между электродами 12 и 15, 13 и 15 соответственно равны

Ч ггги° и и V ц; ио их

где Ј - диэлектрическая постоянная

среды между электродами компенсатора;

S - площадь меньшего электрода компенсатора;

ио

0. - расстояние между электродами,

Усилия FKi и FK , воздействуя на чувствительные, элементы 1 и 3, вызывают соответственно перемещения

X

ESJL „ v K1 W и АКа W2

5

где W, W - жесткости перемычек 2 и

4 соответственно. Компенсирующее перемещение X k

ХК, - хкй

1 Уравнение -компенсации Хо Хк или

C--i - - ZiL

X (

w, w

W.

w

40

При W , W2 измеряемое ускорение определяется выражением

X

ЈSU0UX

.l()

0

5

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 электростатической компенсацией в предлагаемом при том же значении компенсирую- ,щего усилия значения измеряемого ускорения в 2/(1 - --) раз больше. При mi

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

Формула изобр

н и я

0

5

0

5

0

5

мычек, а также, корпус, крышку, емкостный датчик перемещения, компенсатор и схему обработки выходного 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.

Фиг. 2

X

Фиг.З

Редактор М.Бандура

Составитель А.Полынков

Техред М.Дидык Корректор С.Шевкун

Заказ 976

Типаж 454

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

U0

13

Подписное