Емкостный акселерометр

 

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 C<SB POS="POST">0</SB>, введены вторая пара изолированных электродов 6 и 9, вторая схема гиперболической линеаризации (усилитель 11 и емкость C<SB POS="POST">0</SB>) 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (1!) (5)) 4 G 01 Р 15/125

Ю ЕСОЮЗНМ

)(" . 1": !: "=СКАЯ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЬЬ1 КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21 ) 4242934/24-10 (22) i1.04.87 (46) 23.12.89. Бюл. У 47 (71 ) Ленинградский политехнический институт им. М.И.Калинина (72) В.М. Артемов, Э.А, Кудряшов, Д.В. Лебедев и В.С. Моисейченко .(53) 531.768(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 1478127, кл . G О1 P 15/125, 24.02.87.

2 (5- ЕМКОСТНЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР (5", ) Изобретение относится к приборостроению н предназначено для измерения линейных ускорений. Целью изобретения является повышение точности работы путем исключения влияния паразитных электростатических усилий.

Цель достигается тем, что в емкостный акселерометр, содержап(ий корпус, пазмешенный в нем на упругом подве1530999

6 и 9, вторая схема гиперболической линеаризации (усилитель 11 и емкость

С j и блок 1 2 вычитания, подключенный к выходам схем гиперболической линеаризации. В данном акселерометре паразитные электростатические усилия взаимодействия электродов емкостного .датчика положения чувствительного элемента прибора взаимно компенсируются в любом положении чувствительного элемента относительно корпуса акселерометра. 2 ип. чены к входу разностного устройства 12.

Акселерометр работает следующим образом.

При отсутствии измеряемого ускореи ния х = О пластина 1 находится поI середине между электродами 7 и 9, т.е. зазоры в емкости между электродами 6,7 и 6, 9 равны о = S«г S u

С x, = С х2. Тогда и выходные напряжения операционных усипителеР равны

U x, = U0 С,/Сх Uxz = U С,/С„р ходкое напряжение разностной цепи

12 ЬБп — — О. При этом электростатические усилия взаимодействия электродов равны и взаимно компенсируются.

При наличии измеряемого ускорения х" пластина 1 смещается на

x-m

Дх =—

Ъ7 где m u w - масса пластины и жесткость подвеса.

При этом емкости принимают соответственно значения

Eî S

8 + Дх

Eî

С„,— где Я, В схеме акселерометра(фиг.2) электроды 6 соединены вместе и подключены к входу операционного усилителя

10, а электроды 7 и 9 — к входу коммутатора 16, управляемого через делитель 17 частоты с коэффициентом деления и от модулятора 15. Последний управляет коммутатором 14 в цепи

5 и источника постоянного опорного напря- 55 кения U с периодом модуляции Т.

Выходы гиперболической цепи и источника 18 опорного напряжения подклюВыходные напряжения операционных усилителей

= U, 8 (3,+дх) а выходное напряжение акселерометра се чувствительный элемент в виде пластины 1, выполненной вместе с упругим подвесом — стержнями 2 и перемычками

3 и 4 — из монокристалла кремния, и емко стный 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 — повьппение точ- 20 ности работы акселерометра.

На фиг. 1 представлена электроконструктивная схема акселерометра, разрез А-А; на фиг. 2 — схема акселерометра, вариант. 25

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- 30 тины 1 выполнены электроды 6 . В основании 5 выполнен неподвижный электрод

7, а в крьппке 8 — электрод 9. Электро,ды 6 подключены к входам операционных усилителей 10 и 11, электрод 7 со= единен с выходом оцерационого усилителя !О, электрод 9 — с выходом усилителя 11. Выходы операционных усилителей подключены.на вход устройства )2 вычитания. Источник 33 образцового напряжения U через ключ 14, коммутируемый модулятором

15, и образцовые конденсаторы С> соединен с входами операционных усилителей 10 и 11. 45 — диэлектрическая проницае— мость газа, заполняющего корпус . акселерометра, площадь электродов.

U U0 (E, sx ) о

1S30999

6U„ = U, — U,0 KX „

2И, С. о 11 о Со о

ЯS

У С

Яр о о ипы за период комЕ хг 4 посо

Ео S Ux2 .

Р = 2 (Яо- ах)2

2 7

Uo Со

2j S и

Fx — F2 а в другом о пропорционально измеряемому ускорению.

Паразитные усилия взаимодействия между электродами 6, 7 и 6, 9 с достаточной точностью выражаются

2 2 ES Ua< Uo. Co

2 (L, + Ьх)2 2Г,S

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 начальном положения при х" = 0 С>

oi

11 о Со

= С„ У„ о выходное напряжение h к= 0.

При наличии измеряемого ускорения

И х = 0 пластина 1 смещается íà g х, емкости изменяются, и выходное напряжение в одном полупериоде модуляции равно

Uo Co

При U = переменная состав©я ляющая выходного разностного напря211о С, жения gU „= g х, т. е. проо порциональна измеряемому ускорению.

Значения сил в импульсе напряжения равны

2 с о

S2

1О

Ф

Среднее значение с мут ации р ав но

E,Б у 4 15оГо 1

Таким образом, в предлагаемых аяселерометрах полностью исключено действие паразнтных электростатичесКих

20 усилий, что повьппает 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 с упругим подвесом из монокристалла кремния, и емкостный датчик положения чувствительного элемента, состоящий из расположенных на чувствительном элементе и корпусе изолированных

35 электродов, блока напряжения возбуждения и схемы гиперболической линеаризации, в которую включены электроды, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности пу4О тем исключения влияния паразитных электростатических усилий, в акселерометр введены вторая пара изолированных электродов, расположенных по другую сторону пластины, вторая схема

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

1530999

Составитель А, Трунов

Техред g,дидык

Редактор А. Коз ориз

Корре ктор Т.Малец:

Заказ 7947/45 Тираж 789 Подписное

ВНИКПК Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн 1 КШ (. CP

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

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