Электростатический акселерометр Советский патент 1993 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения ускорений.

Цель изобретения - повышение надёжности и расширение диапазонов измерений.

На чертеже представлена конструкция электростатического акселерометра.

Электростатический акселерометр содержит две стеклянные пластины 1 с напы- ленными на них обкладками 2 и 3 и токоподводами к ним 4, инерционный элемент, расположенный между двумя стеклянными пластинами 1, состоящий из опорного элемента 5 и подвижной пластины 6, соединенной с опорным элементом упругими перемычками 7. Вдоль оси 1-1 на обкладке 1 и на поверхности, обращенной к обкладке 3, напылены параллельные ребра треугольного сечения 8 и 9 соответственно. Перпендикулярно оси 1-1 на обкладке 3 и поверхности пластины 6, обращенной к обкладке 2, выполнены параллельные ребра треугольного сечения 10 и 11 соответственно. Между ребрами 8 и 10. 9 и 11 имеется

Небольшой зазор, величина которого больше заданного рабочего перемещения подвижной пластины 6. Ребра 8 и 10 на обкладках 2 формируются напылением, а ребра 9 и 11 на подвижной пластине 6 - анизотропным травлением. При этом ребра 9 и 11 образуют ребра жесткости, необходимые для обеспечения плоскостности подвижной пластины.

Кроме описанных узлов и деталей акселерометр имеет усилитель системы уравновешивания, входы и выходы которого подключены к обкладкам дифференциального конденсатора, образуя контур отрицательной обратной связи.

Акселерометр работает следующим образом.

При действии ускорения в направлении, перпендикулярном плоскости подвижной пластины б. Она отклоняется от своего исходного состояния. При этом изменяются емкости дифференциального конденсатора. Это изменение преобразовывается в изменение напряжения, которое с выхода усилителя подается на подвижную пластину б,

00 CN

Взаимодействие этого напряжения с постоянными напряжениями одинаковой величины, но противоположной полярности, приложенными к неподвижным обкладкам 2 и 3, приводит к возникновению электростатической силы, стремящейся возвратить подвижную пластину 6 в исходное состояние. Напряжение на подвижной пластине 6 пропорционально разности действующих на нее инерционной силы от измеряемого ускорения и силы обратного электростатического преобразователя.

В момент включения акселерометра или после перегрузок по входу подвижная пластина 6 прилипает к одной из неподвижных обкладок 2 или 3, касаясь ребрами 8, 10 или 9, 11. Для разрыва полученной связи необходимо приложить дополнительное усилие. Выше показано, что прочность полученной при прилипании адгезионной связи пропорциональна площади прилипания.

Применение ребер треугольного сечения на обеих сторонах подвижной пластины и емкостных обкладках стеклянных пластин позволяет значительно уменьшить площадь прилипания, т.к. подвижная и неподвижная пластины дифференциального конденсатора могут соприкасаться только ребрами в 4-х точках, что существенно ослабляет адге- зивную связь, В этом случае отрыв подвижной пластины осуществляется силами обратного преобразователя, что исключает эффект прилипания/Наряду с этим выполнение упоров по периметру подвижной пластины обеспечивая ее плоскостность и заданную жесткость в различных направлениях позволяет улучшить соотношение емкость конденсатора обратного преобразователя - масса гтрдвижной пластины и за счет этого расширить диапазоны измерений.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что заявляемый акселерометр за счет изменения площади прилипания и возможности уточнения и облегчения подвижной обкладки обеспечива- ет повышение надежности работы & условиях воздействия .значительных механических перегрузок; повышение выхода годных приборов прйв электростатическом соединении (в 2-3 раза); повышение диапа- зона измерений в 3-5 раз по сравнению с известными образцами.

Формула изобретения Электростатический акселерометр, содержащий две стеклянные пластины с напы- ленными на них неподвижными обкладками

и токоподводами к ним, инерционный элемент из кремния, расположенный между стеклянными пластинами и состоящий из опорного элемента и подвижной емкостной

пластины, соединенной с опорным элементом упругими перемычками, о т л и ч a torn, и и с я тем, что, с целью повышения надежности и расширения диапазонов измерений, на подвижной пластине с двух сторон и на обкладках стеклянных пластин выполнены параллельные ребра треугольного сечения, причем ребра на одной стороне подвижной пластины перпендикулярны ребрам на другой ее стороне и перпендикулярны ребрам на неподвижных обкладках, образующих с подвижной дифференциальный конденсатор.

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения ускорений подвижных объектов. Сущность изобретения: устройство содержит стеклянные пластины 1, обкладки 2, 3, тркрподводы 4, опорный элемент 5, подвижную пластину 6, упругие перемычки 7; ребра треугольного сечения 8.9.10.11. усилитель системы уравновешивания. 1 ил.