Акселерометр

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для измерения линейных ускорений подвижных объектов. Целью изобретения является повышение точности работы акселерометра. Указанная цель достигается тем, что упругий подвес чувствительного элемента емкостного акселерометра выполнен в виде двух стержней, расположенных параллельно с двух сторон чувствительного элемента, при этом стержни соединены одними концами с чувствительным элементом упругими торсионами, оси которых совпадают, а другими концами - с неподвижной рамой другими торсионами, оси которых также совпадают. Электронная схема преобразования выходного сигнала акселерометра является схемой гиперболической линеаризации, а электроды емкостного датчика положения чувствительного элемента и электроды опорного конденсатора Со расположены по одну сторону от чувствительного элемента, причем один из электродов опорного конденсатора размещен на неподвижной раме. Такое расположение электродов повышает температурную стабильность выходного напряжения акселерометра, а следовательно, точность его работы. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5д 4 G 01 P 15/125

B:.Ec,ЫЗН

ПАТЕ.!т !.: .:i;:.11(Сйц

Е, !Ь.: !C -.-.А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4199208/24-10 (22) 24. 02.87 (46) 07. 05.89. Бюл. № 17 (71) Ленинградский политехнический институт им. M.È. Калинина(72) В. С. Моисейченко, В.Е. Евдокимов, В.И. Лобан и В.M. Артемов (53) 531. 768 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1150549, кл. G 01 P 15/13, 1983. (54) АКСЕЛЕРОМЕТР (57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для измерения линейных ускорений подвижных объектов. Целью изобретения является повышение точности работы акселерометра. Указанная цель достигается тем, что упругий подвес чувствительного элемента емкостного акселерометра выполнен в виде двух стержней, располоИзобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для измерения линейных ускорений подвижных объектов.

Целью изобретения является повышение точности работы акселерометра.

На фиг. 1 представлена конструктивная и электрическая схема акселерометра на фиг.2 — схема деформации упругого подвеса чувствительного элемента.

Подвижная пластина (чувствительный элемент) 1 с помощью двух стерж.ней 2 соединена с неподвижной рамой 3. При этом стержни 2 соединены

ÄÄSUÄÄ 1478127 А1, .женных параллельно с двух сторон чувствительного элемента, при этом стержни соединены одними концами с чувствительным элементом упругими торсионами, оси которых совпадают, а другими концами — с неподвижной рамой другими торсионами, оси которых также совпадают. Электронная схема преобразования выходного сигнала акселерометра является схемой гиперболической линеаризации, а электроды емкостного датчика положения чувствительного элемента и электроды опорного конденсатора С распсложены по одну сторону от чувствительного элемента, причем один из электродов опорного конденсатора размещен на неподвижной раме. Такое расположение электродов повышает температурную стабильность выходного напряжения акселерометра, а следовательно, точность его работы. 2 ил. на концах с рамой 3 упругими торсионами 4, оси которых совпадают, а на других концах — с чувствительным элементом 1 упругими торсионами 5, оси которых также совпадают. На пластине 1 напыпен электрод 6 измерительного конденсатора С „(емкостного датчика положения), на раме 3 — электрод 7 опорного конденсатора С0. Рама 3 жестко соединена с корпусом 8, на котором напылены электрод 9 измерительного конденсатора и электрод

10 опорного конденсатора. Полость а кс ел ер ометра з акр ыта крышкой f 1, жестко соединенной с рамой 3. Элек1478127 троды 7 и 10 опорного конденсатора

С„подключены к входу операционного усилителя 12 и источника 13 опорного напряжения U . Электроды 6 и 9 измерительного конденсатора С„подключены к входу и выходу операционного усилителя 1 2 .

Лкс ел ер ометр работа ет сл едующим образом.

При наличии ускорения а по измерительной оси 1 акселерометра стержни 2 упругого подвеса поворачиваются от носит ель но неподвижной рамы 3 на угол „, а пластина 1 чувствительногоо эл емента — от носит ель но ст ержней 2 на угол <р Геометрические раз2. меры пластины 1, стержней 2 и упругих торсионов 4 и 5 подбираются таким образом, чтобы ч,= Q,Ïðè этом пластина 1 перемещается параллельно самой себе, а измерительная емкость между электродами 6 и 9 выражается

ES зависимостью С „= — —, где S — площадь электродов; d — расстояние (зазор) межцу электродами.

Включение измерительного конденсатора С,. в цепь обратной связи операционного усилителя позволяет линеаризовать гиперболическую характеристику зависимости емкости от зазора и получить на выходе активного делителя емкости напряжение IJ„, пропорциональное перемещению dd чувствительного элемента (пластины 1) акс елерометра, т. е.

Со S, d So

U = 13 — = U —, — = Ц

o(; о я / О я

Sî

= U (1-- — ) о В о

Поскольку перемещение Dd пл гс ти— ны 1 пропорционально ускорению а, то выходное напряжение U „акс ел ерометра строго пропорционально измеряемому ус к ор ению а .

В силу конструктивных особеннос"

5 тей акселерометра зазор между электродами 7 и 10 опорного конденсатора Со при изменении температуры прибора остается равным начальному зазору межцу электродами 6 и 9 измерительного конденсатора С „, что повышает температурную стабильность выходного напряжения акселерометра, а следовательно, точность его работы.

Формула и з обр ет ения

Лкселерометр, содержащий корпус, размещенный в нем на упругом подвесе

2п чувствительный элемент, расположенные на чувствительном элементе и на корпусе электроды емкостного датчика положения чувствительного элемента и опорного конденсатора и элек25 тронную схему преобразования выходного сигнала, при этом чувствительный элемент, упругий подвес и элемент его крепления в корпусе, выполненный в виде неподвижной рамы, изготовлены из единой пластины монокристалла кремния, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, упругий подвес выполнен в виде двух стержней, расположен35 ных параллельно с двух сторон чувствительного элемента, причем стержни соединены своими концами с помощью двух пар соосных торсионов соответственно с чувствительным эле40 ментом и с неподвижной рамой, при этом электроды емкостью датчика положения и опорного конденсатора расположены по одну сторону от чувствительного элемента, а один из электродов опорного конденсатора размещен на неподвижной раме.

14 78127

Фиг.2

Составитель А. Трунов

Редактор С. Пекарь Техред Л.Олийнык Корректор С. Черни

Заказ 2357/44 Тираж 790 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101