Компенсационный маятниковый акселерометр

 

Изобретение относится к компенсационным линейным акселерометрам, предназначенным для работы в составе инерциальных навигационных систем. Цель изобретения - повышение точности измерения ускорений. В процессе измерения ускорений кремниевое основание чувствительного элемента отклоняется. При этом изменяется емкость датчика угла, образованного основанием и электродами, расположенными на корпусных кольцах. В процессе сборки электроды - секторы настроечных емкостей, расположенных на платах внешних торцов магнитолроводов, отсоединяются путем устранения перемычек между ними. Выходной сигнал датчика угла через электронный усилитель подается в виде тока обратной связи в катушки датчика момента. В результате чувствительный элемент возвращается в исходное положение . 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 P 15/13

ГОСУДАРСТВЕ ННЫ И КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4734607/10 (22) 15.05.89 (46) 23,09.91. Бюл. М 35 (71) МГТУ им. Н, 3. Баумана и Научно-исследовательский институт прикладной механики (72) С. Ф. Коновалов, Г. M. Новоселов, И. И.

Медведева, А, А. Трунов и О, И. Садовский, (53) 531.768(088.8) (54)КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МАЯТНИКОВЫЙ

АКСЕЛЕРОМЕТР (57) Изобретение относится к компенсационным линейным акселерометрам. предназначенным для работы в составе инерциальных навигационных систем. Цель изобретения — повйшение точности измереИзобретение относится к измерению параметров движения, в частности к компенсационным измерителям линейных ускорений, предназначенным для работы в составе инерциальных навигационных систем.

Цель изобретения — повышение точности измерения ускорений, На фиг. 1 представлен предлагаемый акселерометр; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг.

1; на фиг. 3 — разрез Б — Б на фиг. 1; н.а фиг. 4 — акселерометр, вариант выполнения; на фиг. 5 — разрез  — В на фиг. 1: на фиг. 6— соединение корпусных колец со стойками; на фиг. 7 — вид Д на фиг. 4; на фиг. 8— корпусное кольцо, вариант выполнения, разрез Š— Е; на фиг. 9 — электрическая схема датчика угла акселерометра.

Акселерометр имеет разъемный корпус, состоящий из двух половин 1 и 2, маятниковый чувствительный элемент 3, балки 4 уп;„, Ы„„1679395 А1 ния ускорений, В процессе измерения ускорений кремниевое основание чувствительного элемента отклоняется. При этом изменяется емкость датчика угла, образованного основанием и электродами, расположенными на корпусных кольцах, В процессе сборки электроды — секторы настроечных емкостей, расположенных на платах внешних торцов магнитопроводрв, отсоединяются путем устранения перемычек между ними. Выходной сигнал датчика угла через электронный усилитель подается . в виде тока обратной связи в катушки датчика момента. В результате чувствительный элемент возвращается в исходное положение. 5 з,п. ф-лы, 9 ил. ругого подвеса чувствительного элемента, несущую рамку 5 и корпусные кольца 6 и 7.

Основание 8 чувствительного элемента, балочки 4 упругого подвеса и несущая рамка

5 выполнены иэ единой пластины монокристалла кремния, Корпусные кольца 6 и 7 изготовлены из ситала или поликора — материалов, имеющих такой же коэффициент температурного расширения, .что и кремний.

Кремниевое основание 8 чувствительного элемента 3 является подвижным электродом (ротором) емкостного датчика угла.

Неподвижные (статорныв) электроды 9 и 10 имеют 0-образную. форму и расположены на корпусных кольцах 6 и 7 соответственно на стороне, обращенной к основанию 8 чувствительного элемента, Ситал (поликор) является диэлектриком, и электроды 9 и 10 образуются напылением металла (напри1679395 мер, никеля, алюминия, золота) на поверхность корпусных колец, Несущая рамка 5 базируется на корпусные кольца 6 и 7 посредством платиков 11, имеющих высоту 15 — 20 мкм. Верхние пло- 5 скости платиков 11 покрыты мягким металлом, например, золотом, Корпусные кольца акселерометра соединены между собой стойками 12 из ситала (поликора) и имеют отверстия 13, расположенные напротив тех- 10 нологических перемычек 14; Кольца 6 и 7 соприкасаются с половинами 1 и 2 разъемного корпуса по плоскостям возвышений

15, На корпусных кольцах 6 и 7 со стороны, противоположной основанию 8 чувстви- 15 тельного элемента, расположены электроды — платики 16 настроечных емкостей. Они соединены с общим проводником 17 разрушаемыми переходами 18 и включены параллельно рабочим емкостям датчика угла. 20

На основании 8 чувствительного элемента 3 через переходные втулки 19 установлены катушки 20 и 21 магнитоэлектрического датчика момента. Ток обратной связи к подвижным катушкам 20 и 21 25 подводится по проводникам 22, напыленным через балочки 4 упругого подвеса, Возможен также вариант выполнения проводников 22 в виде свободно висящих ленточных токоподводов. Статоры датчика 30 образуются постоянными магнитами 23 и

24, полюсными наконечниками 25 и 26 и магнитопроводами, каковыми IIBIIIIIoTGA половины 1 и 2 разъемного корпуса акселерометра. Электроды-секторы 27 настроечных 35 емкостей расположены на платах 28, укрепленных на внешних торцах магнитопроводов. Вторым электродом настроечной емкости IIBIIIIGTcII магнитопровод (фиг, 6), Половины 1 и 2 разъемного корпуса прибо- 40 ра имеют сквозные отверстия 29, расположенные (как и отверстия 13 в кольцах 6 и 7) напротив технологических перемычек 14, Половины корпуса акселерометра с установленным между ними сообразным уз- 45 лом (состоящим из корпусных колец 6 и 7, стоек 12, несущей рамки 5 и чувствительного элемента 3) соединяются между собой в единое целое известными способами: либо кольцом; либо специальной втулкой (3, 4), 50

Выходной сигнал датчика угла через электронный усилитель 27 подается в виде тока обратной связи в катушки 20 и 21 датчика момента.

Акселерометр работает следующим об- 55 разом.

При наличии выходного ускорения ал по измерительной оси у прибора маятниковый чувствительный элемент 3 отклоняется под действием инерционного момента а а

Псследовательно включенные датчики угла, усилитель 30 и датчик момента создают момент, уравновешивающий инерционный.

Падение напряжения U x на эталонном резисторе R» является выходным сигналом акселерометра.

Особенностью сборки и регулировки акселерометра является следующее.

На кремниевую деталь (содержащую рамку 5, основание 8, балочки 4 и неразрушенные технологические перемычки 14), а конкретнее на основание 8 устанавливают втулки 19 с укрепленными на них катушками

20 и 21, Далее производится распайка электрической цепи датчика момента: проводник 22 — катушка 20 — катушка 21 проводник 22 (фиг. 5).

В технологическое приспособление устанавливаются корпусное кольцо 7, три стойки 12, кремниевая деталь с собранным чувствительным элементом и корпусное кольцо 6. Термокомпрессорной сваркой стойки 12 свариваются с кольцами 6 и 7.

Возможен конструктивный вариант выполнения корпусного кольца 6 (7), при котором место контакта кольца с платиком 11 кремниевой несущей райки 5 выполнено согласно фиг. 8.

Несущая рамка 5 подпружинивается между корпусными кольцами 6 и 7 за счет упругих деформаций консольных выступов, вырезанных в кольцах. Эти упругие деформации возникают во время выполнения технологической операции термокомпрессионной сварки корпусных колец 6 и 7 и стоек

12 в единый сборочный узел.

Стойка 12 (фиг. 6) выполнена в виде трех консольных выступов, соединенных общим основанием, При проведении термокомпрессионной сварки консольные выступы принудительно раздвигаются, а после окончания этой технологической операции выступы сжимаются, стятивая корпусные кольца 6 и 7 и расположенную между ними рамку 5.

В первом варианте предлагаемого акселерометра собранный таким образом узел маятникового чувствительного элемента с датчиком угла устанавливается вертикально (ось р направлена вниз), запитывается цепь датчика угла и разрушением переходов 18 настраивается минимальный (нулевой) сигнал датчика угла.

После этого через отверстия 13 в корпусных кольцах пережигаются технологические перемычки 14.

Во втором варианте акселерометра после сборки прибора акселерометр устанавливается осью р вниз и разрушением

1679395 переходов 18 между секторами 27 и общим проводником 17 (фиг, 7), настраивается датчик угла, После этого через отверстия 29 и

13 пережигаются технологические перемычки 14 и производится окончательная 5 сборка акселерометра.

Таким образом, предлагаемый акселерометр позволяет совмещать положение чувствительного элемента, в котором балочки его упругого подвеса недефермированы, 10 с положением, в котором датчик угла имеет нулевой сигнал. Это повышает точность работы акселерометра.

Формула изобретения

1. Компенсационный маятниковый ак- 15 селерометр, содержащий разъемный корпус, выполненный в виде двух магнитных систем, расположенный в нем на упругом балочном подвесе маятниковый пластинчатый чувствительный элемент, дифференци- 20 альный емкостный датчик угла с роторными и статорными пластинами, усилитель обратной связи и сдвоенный магнитоэлектрический датчик момента, при этом основание чувствительного элемента, балочки упруго- 25 го подвеса и корпусная рамка выполнены из единой пластины материала с малым гистерезисом, а корпусная рамка устанавливается в половинах корпуса через корпусные кольца, изготовленные из материала с та- 30 ким же коэффициентом температурного расширения. что и пластина чувствительного элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, пластина чувствительного элемента изго- 35 товлена из монокристаллического кремния, корпусные кольца соединены между собой стойками, статорные электроды емкостного датчика угла расположены на корпусных кольцах на стороне, обращенной к основанию чувствительного элемента, в корпусных кольцах выполнены сквозные отверстия, расположенные напротив технологических перемычек пластины чувствительного элемента, при этом в акселерометр введены емкости, включенные параллельно рабочим емкостям датчика угла, причем электроды настроечных емкостей выполнены в виде пластин, соединенных с общим проводником разрушаемыми переходами.

2. Акселерометр по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что электроды настроечных емкостей расположены на платах из диэлектрика, укрепленных на внешних торцах магнитных систем, а ответными электродами настроечных емкостей являются магнитные системы датчика момента.

3. Акселерометр по пп. 1 и 2 о т л и ч аю шийся тем, что в корпусных кольцах выполнены три консольные выступа, на которые базируется корпусная рамка, 4, Акселерометр по пп. 1 и 2, о т л и ч аю шийся тем, что стойки выполнены в виде трех консольных выступов, соединенныхобщим основанием, на которые базируются корпусные кольца.

5. Акселерометр по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что корпусные кольца и стойки изготовлены из стали.

6. Акселерометр по и. 1, о т л и ч а юшийся тем. что корпусные кольца и стойки изготовлены из поликора.

1679395

1б79395

Фиг. б

1679395

1679395

Составитель К.Лукомский

Техред М.Моргентал Корректор М, Шароши

Редактор H.Ãóíüêî

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

Заказ 3210 Тираж, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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