Осевой акселерометр


 


Владельцы патента RU 2457494:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) (RU)

Изобретение относится к устройствам для измерения ускорения объекта в условиях вибрации и может быть использовано для контроля положения подвижного объекта. Акселерометр содержит чувствительную массу, подвижные электроды, неподвижные электроды, закрепленные на подложке анкерами, два преобразователя напряжения, блок вычисления разности и блок управления. На каждом неподвижном электроде размещены по три обкладки конденсаторов, причем с первыми входами преобразователей напряжения соединены первая обкладка первого электрода и вторая обкладка второго электрода, а вторая обкладка первого электрода и первая обкладка второго электрода соединены со вторыми входами преобразователей напряжения соответственно. Выходы преобразователей напряжения соединены с первым и вторым входами блока вычисления разности, выход которого через блок управления соединен с третьей и четвертой обкладками подвижного электрода, которые вместе с третьими обкладками первого и второго неподвижного электрода образуют датчик момента. Введением дополнительных обкладок на подвижные и неподвижные электроды достигается увеличение точности измерения ускорения в условиях трехкомпонентной вибрации. 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для измерения ускорения объекта в условиях вибрации и может быть использовано для контроля положения подвижного объекта.

Известна принципиальная схема микромеханического акселерометра (МА) фирмы Cornell Research Foundation Inc. (США, патент 6199874, дата патентования 13.03.2001. Инерционная масса смонтирована параллельно и на некотором расстоянии от основания (корпуса) с помощью двух пар упругих элементов повеса и анкеров. Инерционная масса перемещается в соответствии с измеряемым ускорением «а». Емкостный измеритель перемещений образован гребенчатыми структурами электродов, из которых подвижные электроды образуют единую структуру с инерционной массой, а неподвижные электроды, объединенные рамкой, скреплены с основанием.

Недостатком прибора является то, что в условиях двухкомпонентной вибрации наблюдается сдвиг нуля выходного сигнала акселерометра.

Наиболее близким аналогом является акселерометр производства компании «Analog Devices», США (США, патент 6386032 В1, опубл. 14.05.2002). Он состоит из чувствительной массы, соединенной подвесами к подложке, с закрепленными на ней одним или более электродами емкостного преобразователя и неподвижных электродов, закрепленных на подложке анкерами. Подвижные электроды чувствительной массы и неподвижные электроды образуют набор конденсаторов.

К недостаткам прибора можно отнести наличие у него значительной погрешности, обусловленной вибрационным сдвигом нуля, которая ограничивает возможности его применения.

Подвижный объект создает линейную трехкомпонентную вибрацию. Воздействие такой вибрации приводит к смещению положения равновесия чувствительной массы, вследствие того, что при несовпадении геометрического центра чувствительной массы и ее центра масс, а также в результате неравножесткости упругих элементов подвеса, чувствительная масса совершает под действием ускорения не только поступательное движение, но и угловое, аналогичное перемещению маятника, для которого характерно явление вибрационного сдвига нуля [Капица П.Л. Журн. экспер. и теорет. физики. 1961. Т. 21, №5, с.71-76].

Технической задачей изобретения является увеличение точности измерений ускорений осевым акселерометром при воздействии трехкомпонентной вибрации.

Поставленная техническая задача решается тем, что две пары обкладок неподвижного электрода используются в качестве датчика угла для определения поворота чувствительной массы вокруг центра масс. Третья пара обкладок используется в качестве датчика момента для возврата чувствительного элемента в исходное состояние.

Осевой акселерометр, содержащий чувствительную массу, подвижный электрод с четырьмя обкладками, неподвижные электроды закрепленные на подложке анкерами, на каждом неподвижном электроде размещены по три обкладки, первые две из которых вместе с первыми двумя обкладками подвижного электрода образуют емкостные датчики перемещения, два преобразователя напряжения, блок вычисления разности и блок управления, причем с первыми входами преобразователей напряжения соединены первая обкладка первого электрода и вторая обкладка второго электрода, а вторая обкладка первого электрода и первая обкладка второго электрода соединены со вторыми входами преобразователей напряжения соответственно, выходы преобразователей напряжения соединены с первым и вторым входами блока вычисления разности, выход которого через блок управления соединён с третьей и четвертой обкладками подвижного электрода, которые вместе с третьими обкладками первого и второго неподвижного электрода образуют датчик момента.

На фиг.1 показана конструктивная схема чувствительного элемента осевого акселерометра с компенсацией вибрационного сдвига нуля.

Осевой акселерометр содержит чувствительную массу 1, закрепленную при помощи подвесов 2 на анкерах 3, подвижный электрод 4, закрепленный на чувствительной массе 1, с обкладками 5, 6, 7, 8, неподвижные электроды 9, закрепленные на подложке анкерами 10, с размещенными на них обкладками 11, 12, 13, 14, 15, 16, из которых обкладки 11, 12, 14, 15 образуют вместе с обкладками 5, 6, 7, 8 емкостные датчики перемещения, преобразователи напряжения 17 и 18, блок вычисления разности 19 и блок управления 20, причем обкладки 11 и 15 соединены с первыми входами преобразователей напряжения 18 и 17 соответственно, а обкладки 14 и 12 соединены со вторыми входами преобразователей напряжения 18 и 17 соответственно, выходы преобразователей напряжения 17 и 18 соединены с первым и вторым входами блока вычисления разности 19, выход которого соединен со входом блока управления 20, первый выход блока управления 20 соединен с обкладкой 7, а второй выход с обкладкой 8, обкладки 7 и 8 вместе соответствующими обкладками 13 и 16 образуют датчик момента.

Работа устройства происходит следующим образом. При наличии трехкомпонентной вибрации чувствительная масса поворачивается на некоторый угол, вокруг ее центра масс, вследствие конечной упругости подвесов 2 и несовпадения центра масс и геометрического центра чувствительного элемента. Разность напряжений между обкладкой 6 и обкладкой 15, и обкладкой 5 и обкладкой 12 снимается при помощи преобразователя напряжения 17. Разность напряжений между обкладкой 6 и обкладкой 14, и обкладкой 5 и обкладкой 11 снимается при помощи преобразователя напряжения 18. В блоке 19 вычисляется разность напряжений с блоков 17 и 18, которая подается в блок управления 20, который подает напряжение на обкладки 7 и 8, создавая момент, пропорциональный углу отклонения чувствительной массы, возвращающий её в исходное состояние.

Таким образом, предложенная конструкция позволяет компенсировать вибрационный сдвиг нуля осевого микромеханического акселерометра при воздействии трехкомпонентной вибрации.

Осевой акселерометр, содержащий чувствительную массу, подвижные электроды, неподвижные электроды, закрепленные на подложке анкерами, отличающийся тем, что на подвижном электроде размещены четыре обкладки, на каждом неподвижном электроде размещены по три обкладки, первые две из которых вместе с первыми двумя обкладками подвижного электрода образуют емкостные датчики перемещения, дополнительно введены два преобразователя напряжения, блок вычисления разности и блок управления, причем с первыми входами преобразователей напряжения соединены первая обкладка первого неподвижного электрода и вторая обкладка второго неподвижного электрода, а вторая обкладка первого неподвижного электрода и первая обкладка второго неподвижного электрода соединены со вторыми входами преобразователей напряжения соответственно, выходы преобразователей напряжения соединены с первым и вторым входами блока вычисления разности, выход которого через блок управления соединен с третьей и четвертой обкладками подвижного электрода, которые вместе с третьими обкладками первого и второго неподвижных электродов образуют датчик момента.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обнаружению вращательного и поступательного движения. .

Изобретение относится к преобразующим элементам устройств для проведения инерциальных измерений. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при решении задач навигации, управления и гравиметрии. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в интегральных акселерометрах с импульсной силовой компенсацией. .

Изобретение относится к емкостным датчикам и может использоваться в интегральных акселерометрах и гироскопах. .

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к автоматизированным системам контроля, и может быть использовано для измерения значения ускорения, скорости изменения ускорения (фронта), времени интегрирования, интеграла линейного ускорения, контроля состояния контактов, измерения значения постоянного напряжения и генерации постоянного напряжения при испытании на центробежных установках.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к приборостроению, а именно к акселерометрам. .

Изобретение относится к инерциальным приборам и может быть использовано в системах управления подвижных объектов различного назначения. .

Изобретение относится к измерительным устройствам и может использоваться для регистрации угловой составляющей сейсмических колебаний почвы, инженерных сооружений и вибрации.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений, скоростей и ускорений объектов в бесплатформенных инерциальных навигационных системах

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к датчикам угловых ускорений, принцип действия которых основан на законе электромагнитной индукции

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к средствам измерения линейных ускорений, угловых скоростей и тепловых полей малой интенсивности в инфракрасной и терагерцовой области

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в интегральных акселерометрах

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений, скоростей и ускорений

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в микромеханических датчиках линейных ускорений

Изобретение относится к устройствам для измерения ускорения и может быть использовано в качестве первичного преобразователя в системах инерциальной навигации и сейсмометрии. Молекулярно-электронный акселерометр содержит диэлектрический корпус с двумя параллельными неподвижными электродами и третий подвижный электрод, установленный между неподвижными электродами. Подвижный электрод посредством упругих подвесов связан с жесткой рамкой, вмонтированной в корпус. Все электроды находятся в контакте с электропроводящей жидкостью, которая заполняет полость корпуса, и имеют внешние электрические выводы. Техническим результатом является уменьшение значения погрешности измерения ускорения, а также обеспечение широкого диапазона измерения ускорения при сохранении высокой чувствительности преобразователя во всем диапазоне измерения ускорения. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к микромеханическим устройствам и может применяться в интегральных акселерометрах и гироскопах. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности емкостного датчика при измерении угловых перемещений. Технический результат достигнут посредством разделения пополам неподвижных электродов и перекрестного включения секторов в смежные плечи дифференциальных конденсаторов. В результате разделения электродов датчик стал нечувствителен к плоскопараллельной составляющей движений, при этом появилась возможность измерять одну компоненту, а именно угловую. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изготовлении интегральных акселерометров. Чувствительный элемент интегрального акселерометра выполнен из проводящего монокристаллического кремния и содержит маятник 3, соединенный с помощью упругих подвесов 2 с каркасной рамкой 1, обкладки 4, соединенные с каркасной рамкой 1 через площадки 6, расположенные на каркасной рамке 1. На обкладках 4 выполнены выемки 7 в местах соединения с площадками 6, расположенными на каркасной рамке 1. На поверхностях выемок 7 и площадок 6 сформированы последовательно слои диэлектрика 10 и металла 11 для улучшения качества соединения. Дифференциальный конденсатор, необходимый для функционирования интегрального акселерометра, образован проводящей поверхностью кремниевого проводящего маятника 3 и металла 11, нанесенного на обкладки 4 со стороны маятника 3 с образованием емкостного зазора 5. Техническим результатом является улучшение метрологических характеристик путем усовершенствования конструкции чувствительного элемента интегрального акселерометра. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх