Акселерометр

 

Изобретение относится к измерению параметров движения и позволя-ет повысить чувствительность акселерометра . Входные встречно-штыревые элементы (ВШЭ) 12 и 13 преобразователей размещены на верхней и нижней торцовых плоскостях держателя на расстоянии от торца инерционной массы 2, не превышающем четверти шага решетки преобразователя. Действие на инерционную массу 2 измеряемого ускорения приводит к измененик) .с разным знаком времени задержки двух поверхностных акустических волн, возбужденных в чувствительном элементе 1 с помощью ВШЭ 12 и 13. Влияние температуры на акселерометр компенсируется при использовании дифференциальной схемы включений линий задержки . Внутренние поверхности ВШЭ 12 и 13 металлизированы и образуют зкраны 8 и 9, а на внепшем торце инерционной массы 2 нанесены погло (Л тители 3 акустических волн. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

О АМ (l9) (И) ся) 4 G 01 P 15/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

° с

° °

° °

Ью

Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 3855622/24-10 (22) 19.02.85 (46) 15.11.86. Бюл. У 42 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) И.Е.Сырмолотнов (53) 531.768(088.8) (56) Патент Франции У 2528183, кл. G 01 P 15/08, 20.05.83.

Патент США В 4346597, кл. С 01 P 15/08, 31.08.82. (54) AKCEJIEPOMETP (57) Изобретение относится к измерению параметров движения и позволя-. ет повысить чувствительность акселерометра. Входные встречно-штыревые элементы (ВШЭ) 12 и 13 преобразователей размещены на верхней и нижней торцовых плоскостях держателя на расстоянии от торца инерционной массы 2, не превышающем четверти шага решетки преобразователя. Действие на инерционную массу 2 измеряемого ускорения приводит к изменению .с разным знаком времени задержки двух по верхностных акустических волн, возбужденных в чувствительном элементе

1- с помощью ВШЭ 12 и 13. Влияние температуры на акселерометр компенсируется при использовании дифференциальной схемы включений линий задержки. Внутренние поверхности ВШЭ

12 и 13 металлизированы и образуют экраны 8 и 9, а на внешнем торце g инерционной массы 2 нанесены поглотители 3 акустических волн. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

С

127О7

Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к линейным акселерометрам с консольным чувствительным элементом и преобразователем, использующим поверхностные .5 акустические волны (ПАВ). Акселерометр предназначен для измерения ус корений объектов различного назначения.

Цель изобретения — повышение чу-чувствительности акселерометра.

На фиг. 1 показан акселерометр, фронтальный разрез, на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — акселерометр, вид сверху на элементы конструкции без крышки и верхнего элемента держателя на фиг. 4 и 5— топология выходных встречно-штыревых преобразователей (ВШП) и форма пластины (УЧЗ); на фиг. 6 — акселерометр, вид сверху, на фиг. 7 - разрез Б-Б на фиг. 1 (разрез упругого чувствительного элемента плоскостями перпендикулярно фронтальной проек ции).

Акселерометр состоит из консольиб упругого чувствительного элемента (УЧЭ) 1, выполненного монолитно с инерционной массой 2, на торцовой части которой нанесен поглотитель 3.

Два выходных ВШП 4 и 5 размещены на верхней и нижней основных плоскостях

УЧЭ между местом защемления и краем пластины. УЧЭ выполнен из пъезоэлектрика, например УХ-среза KBapUa, 33 и жестко закреплен в деражателе между верхним 6 и йижним 7. его элементами, внутренние поверхности которых металлизированы и образуют экраны 8 и 9, расположенных от основных плос- 4о костей УЧЭ на расстоянии, не превышающем его максимального прогиба. На торцовых плоскостях держателя нанесены пъезоэлектрические пленки: 10 и

11 и выходные ВШП 12 и 13, ориентиро- 5 ванные параллельно внутренним тор цовым плоскостям УЧЗ и расположены, от них на расстоянии, не превышающем четверти периода решетки (ширины электродов) BI3I 4, 12 и 5, 13,, образующих две линии задержки ПАВ. Ортогональные рабочие плоскости УЧЭ и инерционной массы сопряжены между собой цилиндрическими поверхностями.

Элементы держателя и пластина УЧЗ соединены между собой и дном корпуса 14 слоем легкоплавкого стекла 15.

Герметизация и вакуумирование объема.

09 в котором размещены УЧЭ и держатель, осуществляются с помощью крышки 16 с патрубком. Сигнальные 17, 18 и общие 19, 20 электроды входных ВШП и экраны 8 и 9 соединеняются с внешними устройствами через гермовводы

21, 22 и 23, 24. Сигнальные 25, 26 и общие 27, 28 электроды выходных ВШП соединяются с внешними устройствами через гермовводы 29, 30 и 31, 32. Для демпфирования отраженных акустических волн на краях пластины УЧЭ нанесен поглотитель 33 и 34.

Акселерометр работает следующим образом.

Входной ВШП 12 через воздушный зазор возбуждает в поверхностном слое УЧЭ первую ПАВ, которая распространяется по первой торцовой поверхности инерционной массы, переходит через цилиндрическую сопрягающую поверхность на вернюю главную плоскость УЧЗ и, проходя через зону эащемления, достигает выходной ВШП 4 за некоторое время Т„ . При этом фаза ПАВ равна 1 1 Т1э где 1. — частота акустического синхронизма первой пары ВШП

4, 12.

Аналогично с помощью второго входного BlilII 13 возбуждается через воздушный зазор вторая ПАВ, которая распространяется по второй торцовой поверхности инерционной массы и далее по нижней плоскости УЧЭ достигает выходной ВШП 5 за время Т . Фаза второй ПАВ г =14 Т2э где )г — частота акустического синхронизма второй пары ВШП

5., 13.

При воздействии на инерционную массу 2 инерционных сил от измеряемо- го ускорения происходит смещение торцовых поверхностей инерционной массы относительно ВШП 12 и 13, растяжение верхнего и сжатие нижнего поверхностных слоев УЧЭ и изменение зазоров между верхней и нижней поверхностями УЧЗ и экранами 8 и 9 соответственно. Это приводит к увеличению времени задержки первой ПАВ за счет увеличения длины акустического

1270709 пути от прогиба консоли (т.е. от смещения входного ВШП 12 в направлении от нейтральной плоскости УЧЭ), рас— тяжения.,верхнего поверхностного слоя вдоль направления распространения . 5 первой ПАВ и уменьшения скорости первой ПАВ за счет деформации растяжения, уменьшения степени экранирования при увеличении зазора между верхней поверхностью УЧЭ и экраном 8, из фазы пер нения фазы ционных сил

При X«-= х, = Ax:

Ча = Чог получают

+

Чо1 где Х0; — расстояние выходного ВШП 4 15 до края поверхности сопряжения, Х„ — деформация растяжения верхнего поверхностного слоя, У01 — расстояние от входного ВШП 20

12 до края поверхности сопряжения;

4У1 — смещение консоли (центра инерционной массы) относительно входного ВШП 12;

V„ — скорость ПАВ на горизонтальном участке УЧЭ,"

Ч„ — скорость ПАВ на вертикальном участке инерционной массы; 30 лЧ вЂ” изменение скорости от деформации;

1 ф? — изменение скорости от экранирования.

Уменьшение времени задержки второй ПАВ происходит за счет уменьшения длины акустического пути от смещения входного ВШП в направлении к нейтральной плоскости УЧЭ, сжатия нижнего поверхностного слоя УЧЭ и 4р увеличения скорости второй ПАВ от деформации сжатия и увеличения степени экранирования при уменьшении зазора между нижней поверхностью УЧЭ и эк раном 9 45

Хог Xa Уог 4уг.

Т,-лТ,—

V.++ьЧ. ьЧ Ч, 4. Акселерометр, по пп. 1-, о т— л и ч а ю шийся тем, что элементы держателя выполнены из кристалла

x0 + Аx1

Т1 + 4T1

V -1Ч-ЛЧ о где введены обозначения, аналогичные обозначениям в предыдущей фор 5О муле.

При воздействии градиента температур происходит увеличение времени задержки как первой, так и второй

ПАВ. Это влияние температуры компен- 5 сируется при использовании дифференциальной схемы включения линий задерж. ки, т.е. вычитания фазы второй ПАВ вой ПАВ. Полезные измеза счет воздействия инерпри этом удваиваются.

Xo = Хо, Уо = Уог = Ус, аХ; аУ = У, =аУ;

Ч1 из предыдущих формул

2ЬУ 2 (V, дХ1(дЧ Ч )Х

Ж Чг формула изобретения

1.- Акселерометр, содержащий установленную в держателе корпуса консоль с закрепленной на ее свободном конце инерционной массой, образующей с консолью Т-образный чувствительный элемент и две пары встречно-штыревых решетчатых преобразователей поверхностных акустических волн, выходные встречно-штыревые элементы которых размещены на плоскостях консольно чувствительному элементу, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, входные встречно-штыревые элементы преобразователей размещены на верхней и нижней торцовых плоскостях держателя на расстоянии от параллельно расположенных внутренних торцовых плоскостей инерционной массы, не превышающем четверти шага решетки преобразователя, причем внутренние участки поверхности держателя между встречно-штыревыми преобразователями каждой пары металлизированы и образуют зазор.

2. Акселерометр, по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что плоскости чувствительного элемента сопряжены с внутренними торцовыми плоскостями инерционной массы цилиндрическими поверхностями переменной кривизны, а на внешнем торце инерционной массы нанесены поглотители акустических волн.

3. Акселерометр, по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что металлизированные держатели повторяют форму срединной поверхности консоли при изгибе.

1270709 одинакового с чунстнител) ным том среза, нацример УХ-срез» элеменкварца. ные встречно-штыревые преобразователи расположены относительно входных с противоположной стороны от места защемления чувствительного элемента

5 в держателе

5. Акселерометр по пп. 1-4, о т л и ч а ю шийся тем, что выходСоставитель К.Лукомский

Редактор И.Киштулинец Техред И.Попович Корректор M.Øàðîøè

Заказ 6238/48 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Произвопственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул Проектная 4,