Акселерометр

Авторы патента:

G01P15/097 - с помощью вибрирующих элементов

Изобретение относится к измерению параметров двилсения на испытательных прецизионных центрифугах или других силозадающих установках и позволяет упростить конструкцию устройства . Газостатическая опора выполнена в виде полой оси 5 с жиклерными отверстиями 6, закрепленной по краям в корпусе 1 посредством крышек 7, и установлена с зазором 4 относительно чувствительного элемента - инерционного тела 3. Газовый поток, попадаю2Б 1В П Q & (Л 00 о со со 01

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 G 01 Р 15/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Zb /8 l7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3918282/24-10 (22) 28.06.85 (46) 15.04.87. Бюл. № 14 (72) Е.И.Новиков, В.И.Стручков и Б.Д.Фалеев (53) 531.768 (088.8) (56) Патент США № 3973442, кл. G 01 P 15!02, 1976.

Авторское свидетельство СССР

¹ 994998, кл. G 01 P 15/09, 1981.

Экспресс-информация, сер. Контрольно-измерительная техника, 1973, ¹ 48, реф. 352, с. 6-8.

ÄÄSUÄÄ 1303945 А1 (54) АКСЕЛЕРОМЕТР (57) Изобретение относится к измерению параметров движения на испытательных прецизионных центрифугах или других силозадаюших установках и позволяет упростить конструкцию устройства. Газостатическая опора выполнена в виде полой оси 5 с жиклерными отверстиями 6, закрепленной по краям в корпусе 1 посредством крышек 7, и установлена с зазором 4 относительно чувствительного элемента вЂ” инерционного тела 3. Газовый поток, попадаю1303945 щий через штуцер 11, ось 5 и отверс- дет к изменению интегральной толщины тия 6 в зазор 4, разделяется на две электрода 17 и резонансной частоты противоположно направленные струи,вы- пьезорезонатора 16, несущей информаходящие в газовую камеру 2 ° Отража- цию об изменяемом ускорении. Электтели 8 отбрасывают струи на торцовые род 17 выполнен в виде двух неравновЂ” поверхности инерционного тела З,обес- мерных по толщине частей, размещенных печивая его центрирование. При дейст- симметрично относительно центра пласвии ускорения в направлении 001 из- тины пьезорезонатора 16. 2 ил. менится положение тела 3, что привеИзобретение относится к измерению параметров движения, в частности к измерителям ускорений с чувствительным элементом на газостатической опоре. 5

Цель изобретения вЂ” упрощение конструкции акселерометра.

На фиг. 1 изображена конструкция предлагаемого акселерометра; на фиг. 2" разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 вЂ” блок- 1О схема акселерометра.

Акселерометр содержит корпус 1, образующий газовую камеру 2, в которой помещено инерционное тело 3 вЂ” чуввЂ” ствительный элемент с образованием

15 зазора 4. Цилиндрическая газостатическая опора выполнена в виде полой оси 5 с жиклерными отверстиями 6, установленной с зазором коаксиально чувствительному элементу, и установленной в корпусе 1 с помощью крышек

7, снабженных струйными отражателями

8, образованными коаксиально расположенными внешним 9 и внутренним 10 конусами. Полая ось 5 снабжена штуцером 11 и закреплена гайкой 12.Инерционное тело 3 снабжено газовой направляющей 13, выполненной в виде цилиндрической оси 14, установленной в крышках 7, параллельной полой оси 5 3О и образующей кинематическую связь с инерционным телом 3 посредством газовой смазки. Преобразователь 15 перемещения выполнен в виде укрепленной на корпусе пьезокварцевой пластины 35

16 вЂ” пьезорезонатора 16, на одной главной грани которой нанесены электрически изолированные между собой электроды 17 переменной толщины. У другой главной грани резонатора на 40 внешней поверхности инерционного те2 ла 3 укреплены электроды 18 посред1 ством электроизоляторов 19. Электроды 18 имеют емкостную связь с электродами 20, укрепленными на корпусе 1 посредством электроизолятора 21. Для обеспечения выхода газа из газовой камеры 2 электроизолятор 21 снабжен радиально расположенными перепускными отверстиями 22, а в корпус 1 кольцевой выточкой 23 и выходным отЪ верстием 24. Для обеспечения подвода газа к газовой направляющей 13, препятствующей провороту инерционного тела, в инерционном теле выполнено отверстие 25 подвода, которое с одной стороны заглушено технологической пробкой 26. Электроды 17 и 20 с помощью приборной вилки 27, установленной на корпусе 1, подключены к входам соответствующих электронных схем

28 возбуждения колебаний пьезорезонатора 16 (фиг.3). Выходы схем 28 возбуждения колебаний пьезорезонатора подключены ко входам частотного сумматора 29, выход которого соединен с индикатором 30.

Акселерометр работает следующим образом.

Газовый поток под давлением через штуцер 11 попадает в полую ось 5 и через жиклерные отверстия 6 и отверстие 25 поступает в зазор 4 и газовую направляющую 13. Газовый поток, выходя из полой оси 5 через жиклерные отверстия 6 в кольцевой зазор между полой осью 5 и внутренней поверхностью инерционного тела 3, разделяется на две противоположно направленные струи. Эти струи, выходя из зазоров в газовую камеру 2, попадают на струй3 13039 ные отражатели 8 и отбрасываются на торцовые поверхности инерционного тела 3, что обеспечивает его центрирование и удержание в средней части газовой камеры 2. Отработавший газ через перепускные отверстия 22 икольцевую выточку 23 корпуса 1 выходит через выходное отверстие 24. Отверстие 25 подвода газа в сочетании с жиклерным отверстием 6 при прохожде- 1р нии газового потока создает дополнительное центрирование исходного положения инерционного тела 3.

Каждая электронная схема 28 возбуждения (в дифференциальной схеме 15 преобразователя перемещения, состоящего из двух пьезоэлектронных каналов). связана гальванически с электродом 17 и посредством емкостной связи через электрод 20 с электродом 18, Zp который с электродом 17 возбуждает в подэлектродной зоне пьезорезонатора

16 пьезоэлектрические колебания. Частота пьезоэлектрических колебаний в исходном положении определяется тол- 25 надиной пьезокварцевой пластины 16 и толщиной части электрода 17 переменного сечения, попадающей в зону пьезоэлектрических колебаний.

В исходном положении (фиг.1) час- 30 тота пьезоэлектрических колебаний резонатора определяется толщиной пьезокварцевой пластины (постоянной во всем сечении) и толщиной средней части электрода 17. 35

При наличии ускорения в направлении О вЂ” О„ инерционное тело (газовый поплавок) займет новое положение, при котором интегральная толщина, а следовательно, и масса левой части

45 4 (фиг.1) электрода 17 уменьшится, а правой части вЂ” увеличится. В частотном сумматоре 29 после алгебраического суммирования будет иметь место удвоение прироста частоты, которое и фиксируется индикатором 30, как несущее информацию об измеряемом ускорении.

Формула изобретения

Акселерометр, содержащий установленный в цилиндрическом корпусе на газостатической опоре цилиндрический чувствительный элемент и дифференциальный преобразователь его перемещения относительно корпуса, о т л ивЂ” ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции, в нем газостатическая опора выполнена в виде полой оси с жиклерными отверстиями, установленной с зазором коаксиально чувствительному элементу и закрепленной по краям корпуса посредством крышек, симметрично закрепленных у торцовых поверхностей корпуса и снабженных струйными отражателями в виде кольцевых углублений, а преобразователь перемещения чувствительного элемента выполнен в виде пьезорезонатора, установленного в корпусе вдоль его образующей и содержащего два неравномерных по толщине электрода, симметричных относительно среднего положения чувствительного элемента, причем чувствительный элемент и внутренняя поверхность корпуса снабжены изолированными друг от друга кольцевыми электродами, расположенными напротив электродов пьезорезонатора.

А-A

Составитель К.Лукомский

Техред И.Попович

Редактор А.Ренин

Корректор Л. Патай

Заказ 1303/45 Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для высокоточных измерений ускорений, давления , силы тяжести и т.д

Способ измерения механических воздействий на стержневой резонатор // 1196703

Вибрационный акселерометр // 1024852

Частотный датчик ускорения // 1000916

Вибрационный акселерометр // 924582

Датчик ускорения с частотным выходом // 871076

Акселерометр // 853553

Датчик ускорений // 853551

Датчик акселерометра // 838586

Датчик ускорений // 726481

Компактный инерциальный датчик // 2258937

Изобретение относится к инерциальным датчикам, в частности к акселерометрам

Способ компенсации температурной погрешности датчика с вибрирующим элементом // 2333500

Монолитный дифференциальный вибрационный датчик // 2335775

Изобретение относится к монолитным вибрационным датчикам, функционирующим в дифференциальном режиме

Частотный микромеханический акселерометр // 2377575

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к датчикам навигационных систем, измеряющим ускорение

Трехосевой акселерометр с переменной осевой чувствительностью // 2390030

Изобретение относится к акселерометрам, в частности к трехосевым кристаллическим акселерометрам

Акселерометр // 2421736

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для измерения ускорения и углового положения относительно горизонта, и в частности для коррекции положения при измерениях прецизионными датчиками давления

Виброчастотный микромеханический акселерометр // 2434232

Изобретение относится к области измерительной техники, а более конкретно к измерительным элементам линейного ускорения

Частотный датчик линейных ускорений // 2436106

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерительным элементам линейного ускорения

Микромеханический акселерометр // 2543686

Изобретение относится к устройствам для измерения линейных ускорений и может быть использовано для одновременного измерения ускорений вдоль трех взаимно перпендикулярных осей. Сущность: акселерометр содержит инерционную массу (1), которая закреплена во внутренней раме (2) с помощью торсионов (3- 6). Торсионы (3-6) размещены в микромеханическом акселерометре с возможностью совершения поступательных колебаний инерционной массы (1) вдоль оси Х. На инерционной массе (1) закреплены подвижные электроды (7, 8) датчика перемещения, выполненные с гребенчатыми структурами с одной стороны. На внутренней раме (2) закреплены подвижные электроды (9, 10) датчика перемещения, выполненные с гребенчатыми структурами с одной стороны. Внутренняя рама (2) закреплена во внешней раме (11) с помощью торсионов (12-15). Торсионы (12-15) размещены в микромеханическом акселерометре с возможностью совершения поступательных колебаний внутренней рамы (2) вдоль оси Y. Внешняя рама (11) закреплена в корпусе (16) с помощью торсионов (17-20). Торсионы (17-20) размещены в микромеханическом акселерометре с возможностью совершения поступательных колебаний внешней рамы (11) вдоль оси Z. На внешней раме (11) закреплены подвижные электроды (21, 22) датчика перемещения. Корпус (16) закреплен на подложке (23), на которой закреплены неподвижные электроды (24, 25) датчика перемещения, выполненные с гребенчатыми структурами с одной стороны. Неподвижные электроды (24, 25) образуют конденсаторы с подвижными электродами (7, 8) в плоскости их пластин, образуя при этом емкостной датчик перемещения инерционной массы (1) относительно подложки (23). На подложке (23) закреплены неподвижные электроды (26, 27) датчика перемещения, выполненные с гребенчатыми структурами с одной стороны. Неподвижные электроды (26, 27) образуют конденсаторы с подвижными электродами (9, 10) в плоскости их пластин, образуя при этом емкостной датчик перемещения внутренней рамы (2) относительно подложки (23). На подложке (23) закреплены неподвижные электроды (28, 29) датчика перемещения. Неподвижные электроды (28, 29) образуют конденсаторы с подвижными электродами (21, 22) в плоскости их пластин, образуя при этом емкостной датчик перемещения внешней рамы (11) относительно подложки (23). Инерционная масса (1), внутренняя рама (2), внешняя рама (11), торсионы (3-6, 12-15, 17-20), подвижные электроды (7-10, 21, 22) датчиков перемещения расположены с зазором относительно подложки (23). Инерционная масса (1), внутренняя рама (2), внешняя рама (11), торсионы (3-6, 12-15, 17-20), подвижные электроды (7-10, 21, 22) датчиков перемещения, неподвижные электроды (24-29) датчиков перемещения, корпус (16) выполнены из полупроводникового материала, например, из монокристаллического кремния. Подложка (23) может быть изготовлена из диэлектрика, например, из боросиликатного стекла. Технический результат: возможность проведения одновременных измерений ускорений вдоль трех взаимно перпендикулярных осей X, Y, Z. 1 ил.

Датчик с подвижным чувствительным элементом, работающим в смешанном вибрирующем и маятниковом режиме, и способы управления таким датчиком // 2632264

Группа изобретений относится к датчику, используемому для обнаружения ускорения, давления или, в целом, любой физической величины, изменение которой может привести к перемещению подвижного тела относительно корпуса. Датчик для измерения давления или ускорения содержит корпус; первое тело, подвижное вдоль чувствительной оси, две пары вторых тел, расположенные симметрично относительно первого тела вдоль чувствительной оси; преобразователи для обнаружения положения первого тела относительно корпуса, сообщения колебаний вторым телам вдоль оси вибрации и обнаружения частоты колебаний вторых тел; и средства поверхностной электростатической связи, связывающие каждое второе тело с первым телом таким образом, чтобы перемещение первого тела относительно корпуса вдоль чувствительной оси приводило соответственно к усилению или к ослаблению электростатической связи для одной и другой из пар вторых тел. Технический результат – повышение точности измерения. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.