RU2184380C1 - Accelerometer of compensation type - Google Patents
Accelerometer of compensation type Download PDFInfo
- Publication number
- RU2184380C1 RU2184380C1 RU2000132838/28A RU2000132838A RU2184380C1 RU 2184380 C1 RU2184380 C1 RU 2184380C1 RU 2000132838/28 A RU2000132838/28 A RU 2000132838/28A RU 2000132838 A RU2000132838 A RU 2000132838A RU 2184380 C1 RU2184380 C1 RU 2184380C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- movable element
- cantilever
- plate
- cantilever movable
- sides
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 23
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 8
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области измерительной техники, а именно к компенсационным преобразователям линейного ускорения с электростатическим обратным преобразователем. The present invention relates to the field of measurement technology, namely to compensation linear acceleration converters with an electrostatic inverse converter.
Известен компенсационный акселерометр, содержащий первую пластину с подвижным элементом, неподвижным элементом и соединяющим их упругим шарниром, вторую и третью пластины, дифференциальный емкостный преобразователь положения подвижного элемента с неподвижными электродами на второй и третьей пластинах, электростатический обратный преобразователь с неподвижными электродами на второй и третьей пластинах, усилитель [1]. Known compensation accelerometer containing a first plate with a movable element, a fixed element and an elastic hinge connecting them, a second and third plate, a differential capacitive transducer of the position of the movable element with fixed electrodes on the second and third plates, an electrostatic inverse converter with fixed electrodes on the second and third plates amplifier [1].
Наиболее близким по технической сущности является компенсационный акселерометр [2], содержащий первую пластину из монокристаллического материала, в которой образован консольный подвижный элемент, вторую и третью пластины, дифференциальный емкостный преобразователь, двухфазный генератор напряжения переменного тока, источник опорного напряжения постоянного тока, усилитель с двумя противофазными выходами, причем на второй пластине расположен первый неподвижный электрод дифференциального емкостного преобразователя, на третьей пластине расположен второй неподвижный электрод дифференциального емкостного преобразователя, первая пластина заключена между второй и третьей пластинами, каждый неподвижный электрод дифференциального емкостного преобразователя на второй и третьей пластинах подсоединен к одному из выходов двухфазного генератора напряжения переменного тока и к одному из противофазных выходов усилителя. The closest in technical essence is a compensation accelerometer [2], containing a first plate of single-crystal material, in which a cantilever movable element, a second and third plate, a differential capacitive transducer, a two-phase alternating current voltage generator, a DC voltage reference source, an amplifier with two antiphase outputs, with the first fixed electrode of the differential capacitive converter on the second plate, on the third plate the second fixed electrode of the differential capacitive converter is not located, the first plate is sandwiched between the second and third plates, each fixed electrode of the differential capacitive converter on the second and third plates is connected to one of the outputs of the two-phase AC voltage generator and to one of the antiphase outputs of the amplifier.
Недостатком такого компенсационного акселерометра является ограничение верхнего предела диапазона измеряемых ускорений недостаточным уровнем выходного напряжения усилителя. The disadvantage of such a compensation accelerometer is the limitation of the upper limit of the range of measured accelerations by the insufficient output voltage level of the amplifier.
Техническим результатом изобретения является повышение верхнего предела диапазона измеряемых ускорений и повышение точности измерения ускорений. The technical result of the invention is to increase the upper limit of the range of measured accelerations and increase the accuracy of measurement of accelerations.
Данный технический результат достигается в компенсационном акселерометре, содержащем первую пластину из монокристаллического материала, в которой образован консольный подвижный элемент, вторую и третью пластины, дифференциальный емкостный преобразователь, двухфазный генератор напряжения переменного тока, источник опорного напряжения постоянного тока, усилитель с двумя противофазными выходами, причем на второй пластине расположен первый неподвижный электрод дифференциального емкостного преобразователя, на третьей пластине расположен второй неподвижный электрод дифференциального емкостного преобразователя, первая пластина заключена между второй и третьей пластинами, каждый неподвижный электрод дифференциального емкостного преобразователя на второй и третьей пластинах подсоединен к одному из выходов генератора напряжения переменного тока и одному из противофазных выходов усилителя, тем, что во внутренней части первой пластины выполнен первый консольный подвижный элемент, у которого внешние первая и вторая боковые стороны и свободная сторона консоли отделены сквозным промежутком от образовавшихся расположенных напротив внешних первой и второй боковых сторон первого консольного подвижного элемента внутренних первой и второй боковых сторон первой пластины и расположенной напротив свободной стороны консоли внутренней третьей стороны первой пластины, во внутренней части первого консольного подвижного элемента выполнен второй консольный подвижный элемент, у которого внешние первая и вторая боковые стороны отделены сквозным промежутком от образовавшихся расположенных напротив внутренних первой и второй боковых сторон первого консольного подвижного элемента, этим же сквозным промежутком свободная сторона консоли второго консольного подвижного элемента отделена от образовавшейся внутренней четвертой стороны первой пластины, расположенной противоположно относительно внутренней третьей стороны первой пластины, первая и вторая внутренние боковые стороны первой пластины, внешние первая и вторая боковые стороны первого консольного подвижного элемента, внутренние первая и вторая боковые стороны первого консольного подвижного элемента, внешние первая и вторая боковые стороны второго консольного подвижного элемента расположены в одном первом одинаковом направлении, внутренняя третья сторона первой пластины, внутренняя четвертая сторона первой пластины, свободная сторона консоли первого консольного подвижного элемента, свободная сторона консоли второго консольного подвижного элемента расположены в одном втором одинаковом направлении, перпендикулярном первому направлению, первый консольный подвижный элемент и второй консольный подвижный элемент выполнены толщиной не более 20 мкм каждый, подвижный электрод дифференциального емкостного преобразователя выполнен в виде электропроводных поверхностей на втором консольном подвижном элементе, неподвижные электроды дифференциального емкостного преобразователя на второй и третьей пластинах выполнены в области проекции на них второго консольного подвижного элемента, источник опорного напряжения постоянного тока подключен к подвижному электроду на втором консольном подвижном элементе. This technical result is achieved in a compensation accelerometer containing a first plate of monocrystalline material, in which a cantilever movable element, a second and third plate, a differential capacitive converter, a two-phase alternating current voltage generator, a DC voltage reference source, an amplifier with two antiphase outputs are formed, and on the second plate is the first fixed electrode of the differential capacitive converter, on the third plate is located the second fixed electrode of the differential capacitive converter is laid down, the first plate is sandwiched between the second and third plates, each fixed electrode of the differential capacitive converter on the second and third plates is connected to one of the outputs of the AC voltage generator and one of the antiphase outputs of the amplifier, so that in the inner part the first plate is made the first cantilever movable element, in which the outer first and second sides and the free side of the console department through the gap from the inner first and second lateral sides of the first plate located opposite the first and second sides of the first cantilever movable element and the inner third side of the first plate located opposite the free side of the cantilever, the second cantilever movable element is made in the inner part of the first cantilever element, in which the outer first and second sides are separated through the gap from the formed opposite of the first and second lateral sides of the first cantilever movable element, the same through gap the free side of the console of the second cantilever movable element is separated from the formed inner fourth side of the first plate, located opposite to the inner third side of the first plate, the first and second inner side sides of the first plate, external the first and second sides of the first cantilever movable element, the inner first and second sides of the first cantilever of the movable element, the outer first and second sides of the second cantilever movable element are located in one first same direction, the inner third side of the first plate, the inner fourth side of the first plate, the free side of the console of the first cantilever element, the free side of the console of the second cantilever element the second same direction perpendicular to the first direction, the first cantilever movable element and the second cantilever movable element The entrances are made with a thickness of not more than 20 μm each, the movable electrode of the differential capacitive transducer is made in the form of electrically conductive surfaces on the second cantilever movable element, the stationary electrodes of the differential capacitive transducer on the second and third plates are made in the projection region of the second cantilever movable element on them, the reference voltage is constant current is connected to the movable electrode on the second cantilever movable element.
В первом частном выполнении в компенсационном акселерометре внутренние первая и вторая боковые стороны первой пластины, внешние первая и вторая боковые стороны первого консольного подвижного элемента, внутренние первая и вторая боковые стороны первого консольного подвижного элемента, внешние первая и вторая боковые стороны второго консольного подвижного элемента выполнены параллельными друг другу, внутренние третья и четвертая стороны первой пластины, свободная сторона консоли первого консольного подвижного элемента, свободная сторона консоли второго консольного подвижного элемента выполнены параллельными и расположены перпендикулярно внешним и внутренним боковым сторонам первого и второго консольных подвижных элементов. In a first particular embodiment, in the compensation accelerometer, the inner first and second sides of the first cantilever element, the first and second sides of the first cantilever element, the inner first and second sides of the first cantilever element, the outer first and second sides of the second cantilever element each other, the inner third and fourth sides of the first plate, the free side of the console of the first cantilever movable element, free Oron console of the second cantilever movable element is parallel and arranged perpendicular to the outer and inner side sides of the first and second cantilever movable elements.
Во втором частном случае выполнения компенсационного акселерометра расстояние между внешней первой боковой и внутренней первой боковой стороной первого консольного подвижного элемента и расстояние между внешней второй боковой и внутренней второй боковой сторонами первого консольного подвижного элемента выполнены равными и не большими половины расстояния между внешними первой и второй боковыми сторонами второго консольного подвижного элемента. In the second particular case of the execution of the compensation accelerometer, the distance between the outer first lateral and inner first side of the first cantilever movable element and the distance between the outer second lateral and inner second lateral sides of the first cantilever movable element are equal and not greater than half the distance between the outer first and second lateral sides second cantilever movable element.
В третьем частном случае выполнения компенсационного акселерометра перемычки, образованные с двух сторон второго консольного подвижного элемента между свободной стороной консоли первого консольного подвижного элемента и границей окончания сквозного промежутка между боковыми сторонами первого и второго консольных подвижных элементов, выполнены с суммарной крутильной жесткостью, меньшей угловой жесткости второго консольного подвижного элемента. In the third particular case of the compensation accelerometer, jumpers formed on both sides of the second cantilever movable element between the free side of the cantilever of the first cantilever movable element and the end-to-end boundary between the sides of the first and second cantilever movable elements are made with total torsional rigidity less than the angular rigidity of the second cantilever movable element.
В четвертом частном случае выполнения компенсационного акселерометра первая пластина выполнена из монокристаллического кремния. In the fourth particular case of the execution of the compensation accelerometer, the first plate is made of single-crystal silicon.
В пятом частном случае выполнения в компенсационном акселерометре первый консольный подвижный элемент выполнен разной толщиной по сравнению с вторым консольным подвижным элементом. In the fifth particular case of execution in the compensation accelerometer, the first cantilever movable element is made of different thickness compared to the second cantilever movable element.
Путем выполнения во внутренней части первой пластины первого консольного подвижного элемента, выполнения во внутренней части первого консольного подвижного элемента второго консольного подвижного элемента, противоположного расположения свободных частей консолей первого и второго консольных подвижных элементов, выполнения первого и второго консольных подвижных элементов толщиной не более 20 мкм, выполнения подвижного электрода дифференциального емкостного преобразователя электропроводными поверхностями второго консольного подвижного элемента, выполнения неподвижных электродов дифференциального емкостного преобразователя на второй и третьей пластинах в области проекции на них второго консольного подвижного элемента, подключения источника опорного напряжения постоянного тока к подвижному электроду на втором консольном подвижном элементе достигается повышение верхнего предела диапазона измеряемых ускорений, так как даже при выходных напряжениях усилителя и напряжении источника опорного напряжения постоянного тока, обеспечиваемых ТТЛ-электроникой, сравнимых с толщиной первого и второго консольных подвижных элементов зазоров в дифференциальном емкостном преобразователе обеспечивается получение электростатических сил дифференциального емкостного преобразователя, достаточных для компенсации действующих на второй консольный подвижный элемент инерционных сил при ускорениях не менее 100 м/с2 и более вплоть до ускорений, превышающих ускорение свободного падения на несколько порядков.By performing in the inner part of the first plate of the first cantilever movable element, performing in the inner part of the first cantilever movable element of the second cantilever movable element, the opposite arrangement of the free parts of the consoles of the first and second cantilever movable elements, performing the first and second cantilever movable elements with a thickness of not more than 20 μm, of performing a movable electrode of a differential capacitive transducer by the electrically conductive surfaces of the second cantilever of the other element, the execution of the stationary electrodes of the differential capacitive transducer on the second and third plates in the area of projection of the second cantilever movable element onto them, the connection of the DC reference voltage source to the movable electrode on the second cantilever movable element, an increase in the upper limit of the range of measured accelerations is achieved, since even with the output voltages of the amplifier and the voltage of the DC reference voltage provided by the TTL-electronics, compared imyh with the thickness of the first and second cantilevered movable members gaps in a differential capacitive transducer is provided a electrostatic forces differential capacitive transducer, sufficient to compensate for acting on the second cantilever movable member inertia forces during acceleration of at least 100 m / s 2 or more up to the acceleration exceeding the acceleration free fall by several orders of magnitude.
При этом также повышается точность измерения ускорений за счет повышения разрешающей способности на нижнем пределе диапазона измеряемых ускорений вследствие уменьшения угловой жесткости упругого подвеса второго консольного подвижного элемента посредством выполнения упругого подвеса в виде первого консольного подвижного элемента. This also increases the accuracy of measuring accelerations by increasing the resolution at the lower limit of the range of measured accelerations due to a decrease in the angular stiffness of the elastic suspension of the second cantilever movable element by making the elastic suspension in the form of a first cantilever movable element.
Посредством выполнения первого и второго консольных подвижных элементов с противоположным расположением их свободных сторон консолей повышается точность измерения ускорений вследствие уменьшения погрешности от перекрестных связей за счет компенсации углового перемещения одного консольного подвижного элемента угловым перемещением другого консольного подвижного элемента. By performing the first and second cantilever movable elements with the opposite arrangement of their free sides of the consoles, the accuracy of measuring accelerations is increased due to a decrease in the error from cross-connections due to compensation of the angular displacement of one cantilever movable element by the angular displacement of the other cantilever movable element.
На фиг.1 представлен общий вид компенсационного акселерометра, на фиг.2 - вид первой пластины, на фиг.3 - вид второй пластины, на фиг.4 - электрическая схема компенсационного акселерометра. Figure 1 presents a General view of the compensation accelerometer, figure 2 is a view of the first plate, figure 3 is a view of the second plate, figure 4 is an electrical diagram of a compensation accelerometer.
В корпусе 1 (фиг.1) компенсационного акселерометра установлена первая пластина 2 из монокристаллического материала, например кремния, поверхности 3, 4 которой выполнены электропроводными путем легирования бором. Первая пластина 2 посредством прокладок 5', 5'' установлена между второй пластиной 6 с первым неподвижным электродом 7 дифференциального емкостного преобразователя и третьей пластиной 8 с вторым неподвижным электродом 9 дифференциального емкостного преобразователя. Корпус 1 закрыт крышкой 10. In the housing 1 (Fig. 1) of the compensation accelerometer, a
Во внутренней части первой пластины 2 (фиг.2) выполнен первый консольный подвижный элемент 11, отделенный сквозным промежутком 12 от первой пластины 2. Сквозным промежутком 12 образовавшаяся внутренняя первая боковая сторона 13 первой пластины 2 отделена от расположенной напротив внешней первой боковой стороны 14 первого консольного подвижного элемента 11, образовавшаяся внутренняя вторая боковая сторона 15 первой пластины 2 отделена от расположенной напротив внешней второй боковой стороны 16 первого консольного подвижного элемента 11, образовавшаяся внутренняя третья сторона 17 первой пластины 2 отделена от расположенной напротив свободной стороны 18 консоли первого консольного подвижного элемента 11. In the interior of the first plate 2 (FIG. 2), a first cantilever
Во внутренней части первого консольного подвижного элемента 11 выполнен второй консольный подвижной элемент 19. Сквозным промежутком 20 образовавшаяся внутренняя первая боковая сторона 21 первого консольного подвижного элемента 11 отделена от расположенной напротив внешней первой боковой стороны 22 второго консольного подвижного элемента 19, образовавшаяся внутренняя вторая боковая сторона 23 первого консольного подвижного элемента 11 отделена от расположенного напротив внешней второй боковой стороны 24 второго консольного подвижного элемента 19, внутренняя четвертая сторона 25 первого консольного подвижного элемента 11 отделена от расположенной напротив свободной стороны 26 консоли второго консольного подвижного элемента 19. In the inner part of the first cantilever
Внутренняя четвертая сторона 25 первой пластины 2 расположена противоположно по оси симметрии 27-27 первой пластины относительно внутренней третьей стороны 17 первой пластины 2. The inner
Расположенная по линии 28-28 ось упругого шарнира первого консольного подвижного элемента 11 перпендикулярна оси симметрии 27-27. Расположенная по линии 29-29 ось упругого шарнира второго консольного подвижного элемента 19 также перпендикулярна оси симметрии 27-27. Located along the line 28-28, the axis of the elastic hinge of the first cantilever
Стороны 13. . . 16, 21...24 первой пластины 2, первого 11 и второго 19 консольных подвижных элементов параллельны друг другу. Стороны 17, 18, 25, 26 первой пластины 2, первого 11 и второго 19 консольных подвижных элементов параллельны друг другу и перпендикулярны сторонам 13...16, 21...24. В общем случае стороны 13...26 первой пластины 2, первого 11 и второго 19 консольных подвижных элементов могут быть выполнены с любой конфигурацией.
Перемычка 30', заключенная в области между границей 31 окончания сквозного промежутка 20, сторонами 18, 21 первого консольного подвижного элемента 11 и стороной 22 второго консольного подвижного элемента 19, перемычка 30", ограниченная границей 32 окончания сквозного промежутка 20, сторонами 18, 23 первого консольного подвижного элемента 11 и стороной 24 второго консольного подвижного элемента 19, могут быть выполнены с такими размерами, что их суммарная крутильная жесткость будет меньше угловой жесткости второго консольного подвижного элемента 19. Перемычки 30', 30" расположены симметрично относительно оси симметрии 27-27 первой пластины 2. A jumper 30 'enclosed in the region between the
Расстояния S между внешней первой боковой стороной 14 и внутренней первой боковой стороной 21 первого консольного подвижного элемента 11, между внешней второй боковой стороной 16 и внутренней второй боковой стороной 23 первого консольного подвижного элемента 11 могут быть выполнены равными и не большими половины расстояния b между внешними первой боковой стороной 22 и второй боковой стороной 24 второго консольного подвижного элемента 19. Тогда угловая жесткость первого консольного подвижного элемента 11 будет не больше угловой жесткости второго консольного подвижного элемента 19. The distances S between the outer first lateral side 14 and the inner first
Толщина первого консольного подвижного элемента 11 в пределах от оси 28-28 упругого шарнира до оси 29-29 упругого шарнира может быть выполнена меньше толщины второго консольного подвижного элемента 19. При этом при величинах расстояния S, меньших половины ширины b второго консольного подвижного элемента 19, угловая жесткость первого консольного подвижного элемента будет меньше угловой жесткости второго консольного подвижного элемента 19. The thickness of the first cantilever
На второй пластине 6 (фиг.3) первый неподвижный электрод 7 дифференциального емкостного преобразователя в виде металлизированной поверхности, образованной, например, напылением слоя меди, выполнен в пределах контура со стороной 33, являющейся проекцией внешней первой боковой стороны 22 второго консольного подвижного элемента 19, со стороной 34, представляющей проекцию внешней второй боковой стороны 24, со стороной 35, являющейся проекцией свободной стороны 26 консоли второго консольного подвижного элемента, стороной 36, представляющей проекцию оси 29-29 упругого шарнира. Аналогично выполнен второй неподвижный электрод 9 на третьей пластине 8. On the second plate 6 (Fig. 3), the first fixed electrode 7 of the differential capacitive transducer in the form of a metallized surface formed, for example, by spraying a layer of copper, is made within the contour with
Компенсационный акселерометр (фиг. 4) содержит двухфазный генератор 37 напряжения переменного тока, источник 38 опорного напряжения постоянного тока, усилитель 39 с двумя противофазными выходами. Compensation accelerometer (Fig. 4) contains a two-
Дифференциальный емкостный преобразователь содержит конденсаторы С1 и С2, образованные соединенными вместе электропроводными поверхностями 3, 4 первой пластины 2 и неподвижным электродом 7 на второй пластине 6 и неподвижным электродом 9 на третьей пластине 8. Два выхода двухфазного генератора 37 переменного тока подсоединены через конденсаторы С3 и С4 к дифференциальному емкостному преобразователю. The differential capacitive converter contains capacitors C1 and C2 formed by the electrically conductive surfaces 3, 4 of the
Образованный соединенными вместе электропроводными поверхностями 3, 4 первой пластины 2 подвижный электрод дифференциального емкостного преобразователя подключен к источнику 38 опорного напряжения постоянного тока с напряжением U0 и через разделительный конденсетор C5 к входу усилителя 39.Formed by the electrically conductive surfaces 3, 4 of the
К одному из противофазных выходов усилителя 39 посредством резистора R1 подключен первый неподвижный электрод 7 на второй пластине 6. К другому противофазному выходу усилителя 39 посредством резистора R2 подключен второй неподвижный электрод 9 на третьей пластине 8. To one of the out-of-phase outputs of the
Компенсационный акселерометр работает следующим образом. При наличии ускорения a по измерительной оси компенсационного акселерометра, перпендикулярной плоскости первой пластина 2, на второй консольный подвижный элемент 19 действует инерционный момент Ми:
где b, l, δ - соответственно ширина, длина и толщина второго консольного подвижного элемента 19;
ρ - плотность материала первой пластины 2.Compensation accelerometer works as follows. In the presence of acceleration a along the measuring axis of the compensation accelerometer perpendicular to the plane of the
where b, l, δ are respectively the width, length and thickness of the second cantilever
ρ is the density of the material of the
Под действием момента Ми происходит угловое перемещение первого консольного подвижного элемента 11 вместе с вторым консольным подвижным элементом 19 относительно оси 28-28 упругого шарнира и угловая деформация второго консольного подвижного элемента 19 относительно оси 29-29 упругого шарнира. В результате такого суммарного углового перемещения центра масс второго консольного подвижного элемента 19 изменяются емкости конденсаторов С1 и С2 дифференциального емкостного преобразователя, и с подвижного электрода на вход усилителя 39 поступает сигнал рассогласования следящей системы компенсационного акселерометра.Under the influence of the moment M , the first cantilever
После усиления и преобразования входного напряжения усилителя 39 выходное напряжение U подается на неподвижные электроды 7 и 9. При воздействии электростатических сил, вызванных напряжениями U0, U, на второй консольный подвижный элемент 19 воздействует компенсационный момент Мк:
где ε - относительная диэлектрическая проницаемость среды между подвижным и неподвижными электродами дифференциального емкостного преобразователя;
ε0 - абсолютная диэлектрическая проницаемость;
d - зазор между каждым из неподвижных электродов 7, 9 и подвижным электродом.After amplification and conversion of the input voltage of the
where ε is the relative dielectric constant of the medium between the movable and fixed electrodes of the differential capacitive transducer;
ε 0 is the absolute dielectric constant;
d is the gap between each of the
Компенсационный момент Мк уравновешивает инерционный момент Ми, и рассогласование следящей системы устраняется. При этом
Ми=Мк (3)
При подстановке в (3) выражений (1) и (2) получается:
Отсюда
U=Ка, (5)
где К - коэффициент преобразования компенсационного акселерометра.The compensation moment M k balances the inertial moment M and , and the mismatch of the tracking system is eliminated. Wherein
M and = M to (3)
When substituting expressions (1) and (2) in (3), it turns out:
From here
U = Ka, (5)
where K is the conversion coefficient of the compensation accelerometer.
Как следует из выражения (6), коэффициент преобразования не зависит от площади электродов дифференциального емкостного преобразователя.
As follows from expression (6), the conversion coefficient does not depend on the area of the electrodes of the differential capacitive converter.
Таким образом, выходное напряжение усилителя 39 пропорционально измеряемому ускорению. Thus, the output voltage of the
На верхнем пределе ам измеряемых ускорений
а=ам (7)
При этом
U=Uм, (8)
где Uм - максимальное выходное напряжение усилителя 39. При подстановке (7), (8) в выражение (4) получается:
Отсюда
Компенсационный акселерометр, первая пластина 2 которого изготовлена из монокристаллического кремния с ρ = 2,4•103 кг/м3, при U0=Uм=12 В и δ=d=20 мкм обеспечивает измерения ускорений с верхним пределом диапазона измеряемых ускорений
При таких же условиях, но при δ=d=5 мкм верхний предел диапазона измеряемых ускорений
a''м=8,49•103м/с2=866g,
где g - ускорение свободного падения.At the upper limit a m of measured accelerations
a = a m (7)
Wherein
U = U m , (8)
where U m is the maximum output voltage of the
From here
A compensation accelerometer, the
Under the same conditions, but with δ = d = 5 μm, the upper limit of the range of measured accelerations
a '' m = 8.49 • 10 3 m / s 2 = 866g,
where g is the acceleration of gravity.
Применяемые для выполнения упругого шарнира упругие перемычки при толщине консольного подвижного элемента не более 20 мкм соизмеримы с ним по толщине. Поэтому для выполнения достаточной для обеспечения высокой разрешающей способности компенсационного акселерометра угловой жесткости упругого шарнира длина упругих перемычек приближается к длине консольного подвижного элемента, что приводит к увеличению габаритных размеров компенсационного акселерометра. При выполнении первого 11 и второго 19 консальных подвижных элементов роль упругих перемычек выполняет первый консольный подвижный элемент 11. Чем меньше его ширина и толщина, тем более высокая разрешающая способность обеспечивается при измерении ускорений на нижнем пределе диапазона измеряемых ускорений. The elastic jumpers used to make the elastic hinge with a thickness of the cantilever movable element of not more than 20 μm are commensurate with it in thickness. Therefore, to perform the angular stiffness of the elastic joint sufficient to ensure high resolution of the compensation accelerometer of the elastic joint, the length of the elastic jumpers approaches the length of the cantilever movable element, which leads to an increase in the overall dimensions of the compensation accelerometer. When performing the first 11 and second 19 cantilever movable elements, the role of the elastic jumpers is performed by the first cantilever
При выполнении суммарной крутильной жесткости перемычек 30', 30'' меньше угловой жесткости второго консольного подвижного элемента 19 также достигается повышение разрешающей способности компенсационного акселерометра на нижнем пределе диапазона измеряемых ускорений. When performing the total torsional stiffness of the jumpers 30 ', 30' 'less than the angular stiffness of the second cantilever
При наличии поперечного ускорения, направленного по оси симметрии 27-27 первой пластины 2, например, так, что первый консольный подвижный элемент 11 при угловом перемещении приближается к второй пластине 6, второй консольный подвижный элемент 19 при угловом перемещении, наоборот, отдаляется от второй пластины 6. Таким образом, суммарное угловое перемещение второго консольного подвижного элемента 19, вызванное угловым перемещением первого консольного подвижного элемента 11 и собственным угловым перемещением, существенно уменьшается, в результате чего уменьшается погрешность измерения компенсационного акселерометра вследствие перекрестных связей. In the presence of lateral acceleration directed along the axis of symmetry 27-27 of the
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1620944, кл. G 01 P 15/08. "Электростатический акселерометр", 1991 г.Sources of information
1. Copyright certificate of the USSR 1620944, cl. G 01
2. Электростатический уравновешенный кремниевый акселерометр. НТИ 2(63), 1992 г. "Пилотажно-навигационное оборудование за рубежом". Изд-во ГОНТИ, 1992 г. 2. Electrostatic balanced silicon accelerometer. NTI 2 (63), 1992 "Flight and navigation equipment abroad." GONTI Publishing House, 1992
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000132838/28A RU2184380C1 (en) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | Accelerometer of compensation type |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000132838/28A RU2184380C1 (en) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | Accelerometer of compensation type |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2184380C1 true RU2184380C1 (en) | 2002-06-27 |
Family
ID=20244089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000132838/28A RU2184380C1 (en) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | Accelerometer of compensation type |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2184380C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2404436C1 (en) * | 2009-10-14 | 2010-11-20 | ОАО "Концерн "Созвездие" | Molecular-electronic angular acceleration converter |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5616844A (en) * | 1993-12-27 | 1997-04-01 | Hitachi, Ltd. | Capacitance type acceleration sensor |
| RU2126161C1 (en) * | 1994-06-27 | 1999-02-10 | Коновалов Сергей Феодосьевич | Compensation accelerometer |
| RU2149412C1 (en) * | 1998-06-24 | 2000-05-20 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Compensating acceleration meter |
-
2000
- 2000-12-28 RU RU2000132838/28A patent/RU2184380C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5616844A (en) * | 1993-12-27 | 1997-04-01 | Hitachi, Ltd. | Capacitance type acceleration sensor |
| RU2126161C1 (en) * | 1994-06-27 | 1999-02-10 | Коновалов Сергей Феодосьевич | Compensation accelerometer |
| RU2149412C1 (en) * | 1998-06-24 | 2000-05-20 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Compensating acceleration meter |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2404436C1 (en) * | 2009-10-14 | 2010-11-20 | ОАО "Концерн "Созвездие" | Molecular-electronic angular acceleration converter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5205171A (en) | Miniature silicon accelerometer and method | |
| SU1346058A3 (en) | Triaxial electrostatic accelerometer | |
| US5111694A (en) | Accelerometer with rebalance coil stress isolation | |
| US4091680A (en) | Force transducer having a linear transfer characteristic | |
| JPS5952365B2 (en) | Measuring device that can be used for angle measurement or acceleration measurement | |
| CN108918912B (en) | Cantilever friction type self-powered electrostatic acceleration sensor | |
| RU2184380C1 (en) | Accelerometer of compensation type | |
| CN108593962B (en) | Cantilever Contact Self-Powered Electrostatic Accelerometer | |
| RU2137141C1 (en) | Compensation accelerometer | |
| RU2028000C1 (en) | Compensating accelerometer | |
| JPH03293565A (en) | PWM electrostatic servo accelerometer | |
| RU2566655C1 (en) | Measurement of apparent acceleration and piezoelectric accelerometer to this end | |
| RU2140652C1 (en) | Compensation accelerometer | |
| RU2083989C1 (en) | Accelerometer | |
| RU2149412C1 (en) | Compensating acceleration meter | |
| RU2107301C1 (en) | Compensation accelerometer | |
| RU2173854C1 (en) | Compensation accelerometer | |
| RU2193209C1 (en) | Compensation accelerometer | |
| RU2121694C1 (en) | Compensation accelerometer | |
| RU2148831C1 (en) | Acceleration meter | |
| RU2096813C1 (en) | Gravity meter | |
| RU2098832C1 (en) | Sensitive element of capacitance acceleration meter | |
| RU2149411C1 (en) | Compensating acceleration meter | |
| RU2096785C1 (en) | Compensation accelerator | |
| RU2120641C1 (en) | Accelerometer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051229 |