Акселерометр

 

Использование: в измерительной технике. Сущность изобретения: в акселерометре, содержащем корпус, пластину с закрепленной в корпусе неподвижной частью и соединенным с ней упругими перемычками чувствительным элементом, дифференциальный преобразователь положения с подвижными элементами на чувствительном элементе и неподвижными элементами в корпусе, образован второй чувствительный элемент, неподвижная часть пластины выполнена симметричной относительно поперечной оси пластины, чувствительные элементы соединены упругими перемычками с расположенными противоположно относительно поперечной оси частями неподвижной части пластины, на одной основной поверхности пластины у первого чувствительного элемента образовано нечетное количество упругих перемычек, у второго чувствительного элемента четное количество упругих перемычек, на второй основной поверхности у первого чувствительного элемента образовано четное количество упругих перемычек, у второго чувствительного элемента нечетное количество упругих перемычек, при этом изгибные поверхности упругих перемычек выполнены общими едиными с той основной поверхностью чувствительного элемента, на которой упругие перемычки образованы. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к преобразователям линейного ускорения с упругим подвесом чувствительного элемента.

Известен акселерометр с упругим подвесом чувствительного элемента, содержащий корпус, пластину с закрепленной в корпусе неподвижной частью и чувствительным элементом, соединенным с неподвижной частью упругими перемычками, груз, прикрепленный к чувствительному элементу, причем образованная осями изгиба упругих перемычек ось подвеса расположена на оси симметрии чувствительного элемента, проходящей через центр масс чувствительного элемента /1/.

Недостатком такого акселерометра является температурная погрешность, обусловленная температурными деформациями чувствительного элемента вследствие разности температурных коэффициентов линейного расширения груза и чувствительного элемента.

Наиболее близким по технической сущности является акселерометр /2/, содержащий корпус, пластину с закрепленной в корпусе неподвижной частью и соединенным с неподвижной частью упругими перемычками чувствительным элементом, продольная ось которого и продольные оси упругих перемычек направлены вдоль продольной оси пластины, дифференциальный преобразователь положения с подвижными элементами на чувствительном элементе и неподвижными элементами, установленными в корпусе, причем образованная осями изгиба упругих перемычек ось подвеса расположена на расстоянии от проходящей через центр масс чувствительного элемента прямой, параллельной оси подвеса, а упругие перемычки выполнены с изгибными поверхностями, параллельными основным поверхностям чувствительного элемента.

Недостатком этого акселерометра является погрешность измерения ускорения, вызванная перекрестной связью вследствие углового отклонения чувствительного элемента при наличии одновременно измеряемого и бокового ускорений.

Техническим результатом изобретения является повышение течности измерения ускорения.

Указанный результат достигается в акселерометре, содержащем корпус, пластину с закрепленной в корпусе неподвижной частью и соединенным с неподвижной частью упругими перемычками чувствительным элементом, в котором продольные оси чувствительного элемента и упругих перемычек направлены вдоль продольной оси пластины; содержащем дифференциальный преобразователь положения с подвижными элементами на чувствительном элементе и неподвижными элементами, установленными в корпусе, причем образованная осями изгиба упругих перемычек ось подвеса расположена на расстоянии от проходящей через центр масс чувствительного элемента параллельно оси подвеса прямой линии, а упругие перемычки выполнены с изгибными поверхностями, параллельными основным поверхностям чувствительного элемента, тем, что в пластине выполнен второй чувствительный элемент, соединенный упругими перемычками с неподвижной частью, образованная осями изгиба упругих перемычек между вторым чувствительным элементом и неподвижной частью ось подвеса расположена на расстоянии от проходящей через центр масс второго чувствительного элемента прямой, параллельной оси подвеса второго чувствительного элемента, неподвижная часть пластины выполнена симметричной относительно поперечной оси пластины, перпендикулярной продольной оси пластины, оба чувствительных элемента выполнены с направлением их продольных осей перпендикулярно поперечной оси пластины, первый чувствительный элемент соединен упругими перемычками со стороной неподвижной части пластины, расположенной по одну сторону от поперечной оси пластины, второй чувствительный элемент соединен упругими перемычками со стороной неподвижной части пластины, расположенной по другую сторону от поперечной оси пластины; подвижные элементы дифференциального преобразователя положения выполнены на обоих чувствительных элементах, неподвижные элементы расположены в корпусе по обе стороны от обоих чувствительных элементов, каждый из неподвижных элементов дифференциального преобразователя положения, расположенный по одну сторону от основных поверхностей чувствительных элементов, выполнен общим для обоих чувствительных элементов; на одной из основных поверхностей каждого чувствительного элемента выполнено 2n (n=1,2.) упругих перемычек, одни из изгибных поверхностей которых выполнены общими едиными с данной основной поверхностью чувствительного элемента, на второй основной поверхности каждого чувствительного элемента выполнено (2к+1) упругих перемычек (к=0,1,2.), один из изгибных поверхностей которых выполнены общими едиными с этой основной поверхностью чувствительного элемента, вторые изгибные поверхности упругих перемычек расположены на параллельных основных поверхностях чувствительных элементов плоскостях в толще чувствительных элементов, при этом при четном количестве упругих перемычек на основной поверхности чувствительного элемента они расположены попарно симметрично в каждой паре относительно продольной оси чувствительного элемента, при нечетном количестве упругих перемычек на основной поверхности чувствительного элемента одна из упругих перемычек расположена своей продольной осью по продольной оси чувствительного элемента, а остальные упругие перемычки расположены попарно симметрично в каждой паре относительно продольной оси чувствительного элемента; на одних основных поверхностях чувствительных элементов, расположенных по одну сторону пластины, у первого чувствительного элемента образовано четное количество упругих перемычек, у второго чувствительного элемента нечетное количество упругих перемычек, на вторых основных поверхностях чувствительных элементов, расположенных по другую сторону пластины, у первого чувствительного элемента образовано нечетное количество упругих перемычек, у второго чувствительного элемента четное количество упругих перемычек.

В одном случае выполнения акселерометра чувствительные элементы выполнены с расположением их продольных осей последовательно вдоль продольной оси пластины на продольной оси пластины.

В другом частном случае выполнения акселерометра неподвижная часть, чувствительные элементы и упругие перемычки выполнены вместе единым элементом из монокристаллического материала, например, кремния.

В третьем частном случае выполнения акселерометра неподвижная часть пластины выполнена в центральной области пластины.

В четвертом частном случае выполнения акселерометра в дифференциальном преобразователе положения выполнены два емкостных преобразователя, подвижными электродами которых образованы подвижные элементы дифференциального преобразователя положения, а неподвижными электродами неподвижные элементы дифференциального преобразователя положения, причем подвижный электрод одного емкостного преобразователя расположен на одних основных поверхностях обоих чувствительных элементов, подвижный электрод другого емкостного преобразователя расположен на вторых основных поверхностях обоих чувствительных элементов, неподвижный электрод одного емкостного преобразователя расположен по одну сторону с одними основными поверхностями чувствительных элементов, неподвижный электрод второго емкостного преобразователя расположен по одну сторону с вторыми основными поверхностями чувствительных элементов, каждый из неподвижных электродов выполнен в виде металлизированной поверхности, образованной путем напыления электропроводного материала, например, алюминия, на изоляционную подложку на корпусе или на введенную в акселерометр и установленную в корпусе плату, каждый из неподвижных электродов распространен по площади на всю или часть области, занимаемой проекцией обоих чувствительных элементов на плоскость.

В пятом частном случае выполнения акселерометра подвижные электроды емкостных преобразователей выполнены в виде электропроводной поверхности чувствительных элементов, образованной или напылением электропроводного материала, например, алюминия, на окисленную поверхность кремния, или легированием кремния бором.

Путем образования в пластине второго чувствительного элемента, выполнения неподвижной части симметричной относительно поперечной оси пластины, соединения с помощью упругих перемычек первого чувствительного элемента со стороной неподвижной части, расположенной по одну сторону от поперечной оси пластины, соединения с помощью упругих перемычек второго чувствительного элемента со стороной неподвижной части, расположенной по другую сторону от поперечной оси пластины, выполнения обоих чувствительных элементов с направлением их продольных осей перпендикулярно поперечной оси пластины, выполнения подвижных элементов дифференциального преобразователя положения на обоих чувствительных элементах, расположенных по каждую сторону от основных поверхностей обоих чувствительных элементов, выполнения каждого из неподвижных элементов, расположенного по одну сторону от одних основных поверхностей чувствительных элементов, общим для обоих чувствительных элементов и распространенным по площади на область, занимаемую обоими чувствительными элементами, обеспечивается компенсация суммарного перемещения обоих чувствительных элементов в зависимости от бокового ускорения, так как при наличии одновременно измеряемого и бокового ускорений вызванное инерционной силой от измеряемого ускорения перемещение одного чувствительного элемента под действием инерционной силы от бокового ускорения увеличивается, а перемещение второго чувствительного элемента при наличии того же бокового ускорения уменьшается. В результате суммарное перемещение обоих чувствительных элементов является функцией только измеряемого ускорения, выходной сигнал дифференциального преобразователя положения изменяется только в зависимости от перемещения чувствительных элементов, вызванного измеряемым ускорением, и выходной сигнал акселерометра является функцией измеряемого ускорения. Поэтому устраняется погрешность измерения ускорения от перекрестных связей и повышается точность измерения ускорения с помощью акселерометра помощью акселерометра.

При расположении оси подвеса чувствительных элементов на расстоянии от прямой, проходящей через центр масс чувствительных элементов параллельно их оси подвеса, в акселерометре нет необходимости применения закрепляемых на чувствительных элементах грузах, что устраняет температурные деформации чувствительных элементов вследствие разности температурных коэффициентов линейного расширения материалов грузов и чувствительных элементов. Поэтому повышается точность измерения ускорения.

Посредством выполнения изгибных поверхностей упругих перемычек общими едиными с основными поверхностями чувствительных элементов обеспечивается более точное выполнение толщины упругих перемычек, чем достигается большая идентичность упругих перемычек. В результате обеспечиваются равные величины перемещения чувствительных элементов при одинаковых ускорениях, и повышается точность измерения ускорения.

При выполнении упругих перемычек с совмещением их изгибных поверхностей с поверхностями обеих основных поверхностей чувствительных элементов достигается статическая балансировка чувствительных элементов относительно оси подвеса, в результате чего уменьшается смещение характеристики акселерометра, и повышается точность измерения ускорения.

Путем выполнения на одной основной поверхности чувствительного элемента четного числа упругих перемычек, а на другой основной поверхности нечетного числа упругих перемычек обеспечивается рациональное размещение изгибных поверхностей упругих перемычек по основным поверхностям чувствительных элементов. Поэтому обеспечивается возможность выполнения минимальной суммарной жесткости упругих перемычек, в результате чего повышается порог чувствительности акселерометра, и повышается точность измерения ускорения.

Посредством выполнения на одной стороне пластины у первого чувствительного элемента четного количества упругих перемычек, у второго чувствительного элемента нечетного количества упругих перемычек, на другой стороне пластины у первого чувствительного элемента нечетного количества упругих перемычек, у второго чувствительного элемента четного количества упругих перемычек обеспечивается равные суммарные перемещения чувствительных элементов при различных направлениях ускорения, что обеспечивает повышение точности измерения ускорения с помощью акселерометра.

При выполнении неподвижной части, обоих чувствительных элементов и упругих перемычек единым элементом из монокристаллического материала, например, кремния, повышается точность измерения ускорения, так как устраняется температурная погрешность вследствие уменьшения температурных деформаций чувствительных элементов, которое обеспечивается однородностью конструкции основных элементов акселерометра.

На фиг. 1 представлен общий вид акселерометра; на фиг.2, 3 общий вид и разрез одного из вариантов пластины; на фиг.4 общий вид другого варианта пластины; на фиг. 5 третий вариант выполнения пластины; на фиг.6,7 разрезы пластины этого варианта; на фиг.8 конструкция неподвижного элемента преобразователя положения; на фиг.9 показана электрическая схема преобразователя положения.

Акселерометр /фиг. 1/ содержит первую часть 1 корпуса и вторую часть 2 корпуса, между которыми закреплены пластина 3 своими частями 4,4. На первой части 1 корпуса на подложке 5 образован неподвижный элемент 6 дифференциального преобразователя положения акселерометра. На второй части 2 корпуса на подложке 7 образован неподвижный элемент 8 дифференциального преобразователя положения акселерометра. На основной поверхности 9 пластины 3 образован подвижный элемент 10 дифференциального преобразователя положения, на основной поверхности 11 пластины 3 образован подвижный элемент 12 дифференциального преобразователя положения. В дифференциальном преобразователе положения, содержащем два емкостных преобразователя, подвижные элементы 10, 12 выполнены общим подвижным электродом для обоих емкостных преобразователей, неподвижный элемент 6 является неподвижным электродом одного емкостного преобразователя, а неподвижный элемент 8 неподвижным электродом второго емкостного преобразователя.

Подложки 5, 6 могут быть выполнены путем напыления слоя электроизоляционного материала на первую 1 и вторую 2 части корпуса или в виде плат из электроизоляционного материала, установленных в первой 1 и второй 2 частях корпуса. Неподвижные электроды 6, 8 емкостных преобразователей могут быть образованы путем напыления слоя электропроводного материала, например, алюминия на подложки или платы 5, 6.

Пластина 3 /фиг. 2/ симметрична относительно продольной оси 13-13' и перпендикулярной ей поперечной оси 14-14'. Неподвижная часть пластины 3 выполнена из симметричных относительно поперечной оси 14-14' пластины 3 частей 15,16 и имеет части 4,4' для крепления между первой частью 1 и второй частью 2 корпуса. В пластине 3 образован первый чувствительный элемент 17 и второй чувствительный элемент 18. Продольная ось 19-19' первого чувствительного элемента 17 и продольная ось 20-20' второго чувствительного элемента 18 направлены вдоль продольной оси 13-13' пластины 3 параллельно ей и расположены перпендикулярно поперечной оси 14-14' пластины 3.

У первого чувствительного элемента 17 на основной поверхности 9 пластины 3 образована упругая перемычка 21, на основной поверхности 11 упругие перемычки 22,22'. У второго чувствительного элемента 18 на основной поверхности 9 упругие перемычки 24,24'.

Продольная ось 25-25' упругой перемычки 21 направлена по продольной оси 19-19' первого чувствительного элемента 17 и совпадает с ней. Продольные оси 26-26', 27-27' упругих перемычек 22,22' направлены вдоль продольной оси 19-19' первого чувствительного элемента 17 и параллельны ей. Первый чувствительный элемент 17 соединен упругими перемычками 21, 22,22' с неподвижной частью 15 пластины 3, расположенной по одну сторону от поперечной оси 14-14' пластины 3.

Продольная ось 28-28' упругой перемычки 23 направлена по продольной оси 20-20' второго чувствительного элемента 18 и совпадает с ней. Продольные оси 29-29' 30-30' упругих перемычек 24,24' направлены вдоль продольной оси 20-20' второго чувствительного элемента 18 и параллельны ей. Упругими перемычками 23,24,24' второй чувствительный элемент 18 соединен с неподвижной частью 16 пластины 3, расположенной по другую сторону от поперечной оси 14-14' пластины 3 по сравнению с неподвижной частью 15.

Осями изгиба упругих перемычек 21,22,22' образована ось подвеса 31-31' первого чувствительного элемента 17. Центр масс 32 первого чувствительного элемента 17 расположен на параллельной оси подвеса 31-31' прямой 33-33' на расстояние L от оси подвеса 31-31'. Осями изгиба упругих перемычек 23,24,24' образована ось подвеса 34-34' второго чувствительного элемента 18. Центр масс 35 второго чувствительного элемента 18 расположен на параллельной оси подвеса 34-34' прямой линии 36-36' на расстояние L от оси подвеса 34-34'.

Пластина 3 выполнена из электропроводного материала и является общим подвижным электродом емкостных преобразователей.

Изгибные поверхности 37,37', 37" /фиг.3/ упругой перемычки 21 первого чувствительного элемента 17 и упругих перемычек 24,24' второго чувствительного элемента 18 совмещены с основной поверхностью 9 пластины 3 и выполнены общей единой поверхностью с ней. Изгибные поверхности 38,38',38" упругой перемычки 23 второго чувствительного элемента 18 и упругих перемычек 22,22' первого чувствительного элемента 17 совмещены с основной поверхностью 11 пластины 3 и выполнены общей единой поверхностью с ней. Изгибные поверхности 39,39^I,39^V упругих перемычек 21,22,22',23,24,24' расположены в толще пластины в пределах ее толщины h.

В варианте выполнения пластины /фиг.4/ продольная ось 20-20' второго чувствительного элемента 18 расположена последовательно с продольной осью 19-19' первого чувствительного элемента 17 вдоль продольной оси 13-13' пластины 3, и продольные оси 19-19', 20-20' чувствительных элементов 17,18 совмещены с продольной осью 13-13' пластины 3. Материалом пластины 3 является монокристаллический кремний. Общий подвижный электрод емкостных преобразователей выполнен из двух частей 10,10', расположенных на основной поверхности 9 чувствительных элементов 17,18 и двух частей 12,12', расположенных на основной поверхности 11 чувствительных элементов 17,18. Части 10,10', 12,12' общего подвижного электрода емкостных преобразователей соединены между собой гальванически и выполнены напылением электропроводного материала, например, алюминия, на окисленную поверхность кремниевой пластины 3.

В пластине 3 /фиг.5/ неподвижные части 15,16 выполнены в центральной области пластины 3 и расположены симметрично относительно ее поперечной оси 14-14'. Установка пластины 3 в первой части 1 и второй части 2 корпуса осуществляется с помощью частей 4,4' пластины 3. Продольные оси 19-19', 20-20' чувствительных элементов 17,18 расположены последовательно вдоль продольной оси 13-13' пластины 3 и совмещены с ней. На первой основной поверхности 9 пластины 3 у первого чувствительного элемента 17 образованы упругая перемычка 40, продольная ось 41-41' которой направлена вдоль продольной оси 19-19' первого чувствительного элемента 17 и совмещена с ней, К /k= 0,1,2. /упругих перемычек 42,42'.42^/K-1/ и К упругих перемычек 43,43'. 43^/K-1/, так что число упругих перемычек на основной поверхности 9 первого чувствительного элемента 17 нечетно, и их общее количество равно /2k+1/. На второй основной поверхности 11 первого чувствительного элемента 17 выполнено n/n= 1,2. / упругих перемычек 44,44'.44^/n-1/ и n упругих перемычек 45,45'. 45^/n-1/. При этом число упругих перемычек на основной поверхности II первого чувствительного элемента 17 четно, и их общее количество составляет 2n. Упругие перемычки 42,42'.^/K-1/, 43,43'.43^/K-1/, а также упругие перемычки 44,44,44^/n-1/, 45,45'.45^/n-1/ расположены попарно симметрично в каждой паре относительно продольной оси 19-19' первого чувствительного элемента 17.

На первой основной поверхности 9 второго чувствительного элемента 18 выполнено n упругих перемычек 46,46'.46^/n-1/ и n упругих перемычек 47,47'. 47^/n-1/. Поэтому число упругих перемычек на основной поверхности 9 второго чувствительного элемента 18 четно, и их общее количество равно 2n. На второй основной поверхности II второго чувствительного элемента 18 выполнены упругая перемычка 48, продольная ось 49-49' которой расположена по продольной оси 20-20' второго чувствительного элемента 18, К упругих перемычек 50,50'. 50 ^/k-1/ и К упругих перемычек 51,51'.51^/k-1/. При этом число упругих перемычек на основной поверхности II второго чувствительного элемента 18 нечетно, и их общее количество составляет /2K+1/. Упругие перемычки 46,46'. 46^/n-1/, 47,47'. ^/n-1/, а также упругие перемычки 50,50'.50^/K-1/, 51,51'. 51^/K-1/ расположены попарно симметрично в каждой паре относительно оси 20-20' второго чувствительного элемента 18ю Пластина 3 выполнена из монокристаллического кремния и легирована бромом, поэтому ее основные поверхности 9,11 являются электропроводными и служат в качестве подвижных электродов емкостных преобразователей дифференциального преобразователя положения.

Первая изгибная поверхность 52 упругой перемычки 40, первые изгибные поверхности 53,53'.53^/K-1/ упругих перемычек 42,42'.42^/K-1/, первые изгибные поверхности 54,54'.54^/K-1/ упругих перемычек 43,43'.43^/K-1/ совмещены с основной поверхностью 9 пластины 3 и образуют общую единую поверхность с основной поверхностью 9 /фиг.6/. Первые изгибные поверхности 55,55'.55^/n-1/ упругих перемычек 44,44'.44^/n-1/, первые изгибные поверхности 56,56'.56^/n-1/ упругих перемычек 45,45'.45^/n-1/ совмещены с основной поверхностью II пластины 3 и образуют общую единую поверхность с основной поверхностью II. Вторая изгибная поверхность 57 упругой перемычки 40, вторые изгибные поверхности 58,58'.58^/K-1/ упругих перемычек 42,42'.42^/K-1/, вторые изгибные поверхности 59,59'.59^/K-1/ упругих перемычек 43,43'.43^/K-1/, вторые изгибные поверхности 60,60'.60^/n-1/ упругих перемычек 44,44'.44^/n-1/, вторые изгибные поверхности 61,61'.61^/n-1/ упругих перемычек 45,45'.45^/n-1/ расположены в толще h пластины 3 на параллельных основным поверхностям 9,11 пластины 3 плоскостях.

На фиг. 7 первые изгибные поверхности 62,62'.62^/n-1/ упругих перемычек 46,46'.46^/n-1/, первые изгибные поверхности 63,63'.63^/n-1/ упругих перемычек 47,47'. 47^/n-1/ совмещены с основной поверхностью 9 пластины 3 и выполнены общей единой поверхностью с основной поверхностью II пластины 3 и выполнены с ней общей единой поверхностью. Вторые изгибные поверхности 67,67'.67^/n-1/ упругих перемычек 46,46'.46^/n-1/, вторые изгибные поверхности 68,68'.68^/n-1/ упругих перемычек 47,47'.47^/n-1/, вторая изгибная поверхность 69 упругой перемычки 48, вторые изгибные поверхности 70,70'.70^/K-1/ упругих перемычек 50,50'.50^/K-1/, вторые изгибные поверхности 71,71'.71^/K-1/ упругих перемычек 51,51'. 51^/K-1/ расположены на параллельных основным поверхностям 9, 11 пластины 3 плоскостях в толще h пластины 3.

Неподвижные части 15,16, чувствительные элементы 17,18, упругие перемычки 40,42,42'. 42^/K-1/, 43,43'.^/K-1/, 44,44'.44^/n-1/, 45,45'.45^/n-1/, 46,46'46^/n-1/, 47,47'.^/n-1/, 48,50,50'.^/K-1/, 51,51'.51^/K-1/ выполнены вместе единым элементом из монокристаллического кремния.

Неподвижный электрод 8 одного из емкостных преобразователей дифференциального преобразователя положения выполнен на подложке общим для обоих чувствительных элементов 17, 18 и имеет размеры, обеспечивающие размещение его по площади на проекцию 72 чувствительных элементов 17, 18 на плоскость, параллельную основным поверхностям 9, 11 пластины 3 /фиг.8/. Аналогично выполнен неподвижный электрод 6 второго емкостного преобразователя дифференциального преобразователя положения.

Дифференциальный преобразователь положения /фиг.9/ содержит емкостные преобразователя С1, С2, включенные в мостовую схему вместе с резисторами R1, R2. Общим подвижным электродом емкостных преобразователей С1, С2 служат подвижные электропроводные элементы 10, 12, образованные на основных поверхностях 9, 11 чувствительных элементов 17, 18. Подвижные элементы 10, 12 соединены гальванически между собой и с общим проводом дифференциального преобразователя положения. Неподвижным электродом первого емкостного преобразователя С1 является металлизированная поверхность 6 на подложке корпуса или на плате в корпусе. Неподвижным электродом второго емкостного преобразователя С2 служит металлизированная поверхность 8 на подложке корпуса или на плате в корпусе. Питание дифференциального преобразователя положения осуществляется от источника переменной ЭДС 73, включенного в одну из диагоналей мостовой схемы. Съем выходного сигнала дифференциального преобразователя положения и акселерометра производится с другой диагонали мостовой схемы.

Акселерометр работает следующим образом. При отсутствии ускорения мостовая схема /фиг.9/ дифференциального преобразователя положения сбалансирована, и на ее выходе нет сигнала. При наличии измеряемого ускорения, вектор которого направлен перпендикулярно основным поверхностям 9, 11 пластины 3, под действием инерционной силы происходят угловые перемещения первого чувствительного элемента 17 относительно оси подвеса 31-31' за счет изгибных деформаций упругих перемычек 21,21,29' /фиг. 2,4/ или упругих перемычек 40,42,42'.42^/K-1/, 43,43'.43^/K-1/, 44,44'.44^/n-1/, 45,45'.45^/n-1/ /фиг.5/, а также второго чувствительного элемента 18 относительно оси подвеса 34-34' за счет изгибных деформаций упругих перемычек 23,24,24'/фиг.2, 4/ или упругих перемычек 46,46'.46^/n-1/, 47,47'.47^/n-1/, 48,50,50'.50^/K-1/, 51,51'.51^/K-1/ /фиг. 5/. Пусть, например, направление вектора ускорения таково, что под действием инерционной силы чувствительные элементы 17, 18 сближаются с неподвижным элементом 6 дифференциального преобразователя положения. Тогда расстояния между первым чувствительным элементом 17 и неподвижным элементом 6, между вторым чувствительным элементом 18 и неподвижным элементом 6 уменьшаются, емкость первого емкостного преобразователя С1 увеличивается, а емкость второго емкостного преобразователя С2 уменьшается /фиг.9/. При этом происходит разбаланс мостовой схемы дифференциального преобразователя положения, и с выхода мостовой схемы поступает выходной сигнал дифференциального преобразователя положения и акселерометра, Так как перемещение чувствительных элементов 17, 18 пропорционально ускорению, то выходной сигнал акселерометра пропорционален измеряемому ускорению, а его фаза определяется направлением вектора ускорения. Измеряя напряжение выходного сигнала акселерометра и определяя его фазу, определяют величину измеряемого ускорения и его направление.

При наличии бокового ускорения, направленного так вдоль продольных осей 19-19', 20-20' чувствительных элементов, что происходит сближение первого чувствительного элемента 17 с неподвижным элементом 6 дифференциального преобразователя положения, второй чувствительный элемент 18 отдаляется от неподвижного элемента 6. Расстояние между неподвижным элементом 6 и первым чувствительным элементом 17 уменьшается, расстояние между неподвижным элементом 6 и вторым чувствительным элементом 18 увеличивается, емкости первого емкостного преобразователя С1 и второго емкостного преобразователя С2 не изменяются, мостовая схема дифференциального преобразователя положения остается сбалансированной, и с выхода акселерометра нет сигнала от бокового ускорения.

Формула изобретения

1. Акселерометр, содержащий корпус, пластину с закрепленной в корпусе неподвижной частью и соединенным с неподвижной частью упругими перемычками чувствительным элементом, в котором продольные оси чувствительного элемента и упругих перемычек направлены вдоль продольной оси пластины, дифференциальный преобразователь положения с подвижными элементами на чувствительном элементе и неподвижными элементами, установленными в корпусе, причем образованная осями изгиба упругих перемычек ось подвеса расположена на расстоянии от проходящей через центр масс чувствительного элемента параллельно оси подвеса прямой линии, а упругие перемычки выполнены с изгибными поверхностями, параллельными основным поверхностям чувствиельного элемента, отличающийся тем, что в пластине выполнен второй чувствительный элемент, соединенный упругими перемычками с неподвижной частью, образованная осями изгиба упругих перемычек между вторым чувствительным элементом и неподвижной частью ось подвеса расположена на расстоянии от проходящей через центр масс второго чувствительного элемента прямой линии, параллельной оси подвеса второго чувствительного элемента, неподвижная часть пластины выполнена симметричной относительно поперечной оси пластины, перпендикулярной продольной оси пластины, оба чувствительных элемента выполнены с направлением их продольных осей перпендикулярно поперечной оси пластины, первый чувствительный элемент соединен упругими перемычками со стороной неподвижной части пластины, расположенной по одну сторону от поперечной оси пластины, второй чувствительный элемент соединен упругими перемычками со стороны неподвижной части пластины, расположенной по другую сторону от поперечной оси пластины, подвижные элементы дифференциального преобразователя положения выполнены на обоих чувствительных элементах, неподвижные элементы расположены в корпусе по обе стороны от обоих чувствительных элементов, каждый из неподвижных элементов дифференциального преобразователя положения, расположенный по одну сторону от основных поверхностей обоих чувствительных элементов, выполнен общим для обоих чувствительных элементов, на одной из основных поверхностей каждого чувствиельного элемента выполнено 2n (n 1,2.) упругих перемычек, одни из изгибных поверхностей которых выполнены общими едиными с данной основной поверхностью чувствительного элемента, на второй основной поверхности каждого чувствительного элемента выполнены 2k + 1 упругих перемычек (k 0,1,2.), одни из изгибных поверхностей которых выполнены общими едиными с этой основной поверхностью чувствительного элемента, вторые изгибные поверхности упругих перемычек расположены на параллельных основным поверхностям чувствительных элементов плоскостях в толще чувствительных элементов, при этом при четном количестве упругих перемычек они расположены попарно симметрично в каждой паре относительно продольной оси чувствительного элемента, при нечетном количестве упругих перемычек одна из упругих перемычек расположена своей продольной осью по продольной оси чувствительного элемента, а остальные упругие перемычки расположены попарно симметрично в каждой паре относительно продольной оси чувствительного элемента, на одних основных поверхностях чувствительных элементов, расположенных по одну сторону пластин, у первого чувствительного элемента образовано четное количество упругих перемычек, у второго чувствительного элемента нечетное количество упругих перемычек, на вторых основных поверхностях чувствительных элементов, расположенных по одну сторону пластин, у первого чувствительного элемента образовано нечетное количество упругих перемычек, у второго чувствительного элемента четное количество перемычек.

2. Акселерометр по п. 1, отличающийся тем, что чувствительные элементы выполнены с расположением их продольных осей последовательно вдоль продольной оси пластины на продольной оси пластины.

3. Акселерометр по п. 1, что неподвижная часть, чувствительные элементы и упругие перемычки выполнены вместе единым элементом из монокристаллического материала, например кремния.

4. Акселерометр по п. 1, отличающийся тем, что неподвижная часть пластины выполнена в центральной области пластины.

5. Акселерометр по п. 1, отличающийся тем, что в дифференциальном преобразователе положения выполнены два емкостных преобразователя, подвижными электродами которых образованы подвижные элементы дифференциального преобразователя положения, а неподвижными электродами неподвижные элементы дифференциального преобразователя положения, причем подвижный электрод одного емкостного преобразователя расположен на одних основных поверхностях обоих чувствительных элементов, подвижный электрод другого емкостного преобразователя расположен на вторых основных поверхностях обоих чувствительных элементов, неподвижный электрод одного емкостного преобразователя расположен по одну сторону с одними основными поверхностями чувствительных элементов, неподвижный электрод второго емкостного преобразователя расположен по одну сторону с вторыми основными поверхностями чувствительных элементов, каждый из неподвижных электродов выполнен в виде металлизированной поверхности, образованной путем напыления электропроводного материала, например алюминия, на изоляционную подложку на корпусе или на введенную в акселерометр и установленную в корпусе плату, каждый из неподвижных электродов емкостных преобразователей распространен по площади на всю или часть области, занимаемой проекцией обоих чувствительных элеметов на параллельную основным поверхностям чувствительных элементов плоскость.

6. Акселерометр по пп. 3 и 5, отличающийся тем, что подвижные электроды емкостных преобразователей выполнены в виде электропроводной поверхности чувствительных элементов, образованной или напылением электропроводного материала, например алюминия, на окисленную поверхность кремния, или легированием кремния бором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9