Чувствительный элемент углового акселерометра



Чувствительный элемент углового акселерометра
Чувствительный элемент углового акселерометра

 


Владельцы патента RU 2489722:

Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в интегральных акселерометрах. Для измерения углового ускорения используется металлическое регулировочное кольцо, которое устанавливается на планарной инерционной массе, что позволяет увеличить порог чувствительности чувствительного элемента к угловому ускорению. 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может применятся в интегральных акселерометрах.

Известен угловой акселерометр [1], содержащий планарную инерционную массу на упругих подвесах, датчик положения, крышку, основание, два постоянных магнита, компаратор, ключ и источник постоянного тока. Планарная инерционная масса выполнена из монокристаллического кремния в виде диска с оптическими щелями и размещена на упругих подвесах в зазоре между постоянными магнитами. На поверхности планарной инерционной массы радиально напылены токопроводящие дорожки, начала и концы которых соединены между собой напыленными токопроводящими кольцами. Каждое из колец токопроводами через упругие подвесы соединено с выходом ключа, к первому входу которого подключен источник постоянного тока, а ко второму входу подключен выход компаратора, к входу которого подключены выходы фотоприемников, а излучатели подключены к источнику постоянного тока. Магниты закреплены на основании и крышке, датчик положения выполнен из двух излучателей и двух фотоприемников.

Диск планарной инерционной массы совершает автоколебания под действием электромагнитных сил, создаваемых токопроводящими дорожками, и магнитов. Автоколебания осуществляются за счет компаратора, переключающего ключи, управляющие источником постоянного тока. Компаратор управляется за счет пар излучателей и фотоприемников, расположенных по оси чувствительности углового акселерометра.

Применение ключа и источника постоянного тока позволяет формировать на выходе ключа прямоугольные импульсы тока, постоянные по силе тока и частоте, а значит, и автоколебания, постоянные по амплитуде и частоте. При воздействии на датчик углового ускорения он работает следующим образом. При наличии ускорения по оси чувствительности датчика на чувствительную массу будет действовать дополнительный крутящий момент. В результате это приводит к уменьшению времени поворота. В итоге данные явления приведут к изменению длительности прямоугольных импульсов на выходе ключа. По изменению длительности прямоугольных импульсов судят об измеряемом ускорении.

Недостатком данного акселерометра является низкая чувствительность к измеряемому ускорению.

Известен датчик угловых ускорений [2], содержащий основание, планарную инерционную массу на упругих подвесах, вторую планарную инерционную массу на упругих подвесах, расположенную так, что ось подвесов перпендикулярна оси упругих подвесов кольцевой планарной инерционной массы и находится внутри ее, емкостной датчик положения.

Данный датчик имеет возможность измерять угловое ускорение по двум осям чувствительности. При воздействии по одной из осей чувствительности углового ускорения на датчик планарная инерционная масса поворачивается на некоторый угол вокруг оси упругих подвесов. В результате изменяется расстояние между обкладками емкостного датчика положения, как следствие, и изменяется емкость конденсатора емкостного датчика. По изменению данной емкости судят об измеряемом ускорении.

Недостатками являются низкая точность измерения, малый частотный диапазон измеряемого воздействия.

Наиболее близким к заявленному устройству является чувствительный элемент микросистемного акселерометра [3], содержащий кремниевую каркасную рамку, в которой методом анизотропного травления выполнен кремниевый проводящий маятник, соединенный упругими подвесами с каркасной рамкой, центральной опорой крепления, жестко соединенной с неподвижным основанием. Маятник включает в себя две жестко соединенные первую и вторую пластины одинаковой длины и толщины, но разной ширины. Чувствительный элемент имеет возможность измерять как угловое, так и линейное ускорение. Поскольку пластины маятника имеют разную ширину, то чувствительность к угловому ускорению будет значительно ниже, чем к линейному. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии при отсутствии ускорения зазоры между пластинами проводящего маятника и пластинами-обкладками одинаковы. При действии ускорения пластины маятника, преодолев упругость подвесов, начинают перемещаться в противоположные стороны, изменяя при этом зазоры. Измеряя разность зазоров можно судить о действующем ускорении.

Недостатком является низкая чувствительность к угловому ускорению.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение является увеличение порога чувствительности чувствительного элемента к полезному сигналу, т.е. к угловому ускорению. Для достижения поставленной задачи на чувствительном элементе, содержащем планарную инерционную массу, соединенную упругими подвесами с центральной опорой крепления, распложенную в центре тяжести планарной инерционной массы, согласно изобретению, закрепляют металлическое кольцо, на котором радиально расположено несколько пар регулировочных винтов.

При этом плоскость металлического кольца ортогональна плоскости планарной инерционной массы и оси ее углового поворота при деформации упругих подвесов.

Существенным отличием заявленного устройства по сравнению с известным является то, что наличие металлического кольца увеличивает массу планарной инерционной массы, а регулировочные винты существенно снижают влияние линейного ускорения и угловой скорости на планарную инерционную массу, что в совокупности увеличивает чувствительность чувствительного элемента к полезному сигналу.

Предлагаемый ЧЭ углового акселерометра иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и фиг.2.

Пример реализации заявленного устройства

Планарная инерционная масса 1 соединена упругими подвесами 2 с центральной опорой крепления 3, расположенной в центре тяжести планарной инерционной массы 1. Металлическое кольцо 4 устанавливается на планарную инерционную массу 1 так, чтобы его ось совпадала с осью чувствительности 6 чувствительного элемента. На металлическом кольце расположены регулировочные винты 5 с возможностью перемещения при помощи резьбового соединения по радиусу металлического кольца.

Устройство работает следующим образом. При действии измеряемого углового ускорения планарная инерционная масса 1, в составе металлического кольца 4 и регулировочных винтов 5, поворачивается на некоторый угол, величина которого зависит от жесткости упругих подвесов 2. Измеряя отклонения планарной инерционной массы можно определить действующее угловое ускорение.

Регулировка осуществляется следующим образом. Регулировочными винтами 5 сводят центр тяжести чувствительного элемента к его оси чувствительности, тем самым исключая влияние линейного ускорения. Устранение влияния угловой скорости производят теми же регулировочными винтами 5, уравнивая моменты инерции по осям, ортогональным оси чувствительности 6, при этом центр тяжести чувствительного элемента не перемещается. Введение металлического кольца позволило увеличить чувствительность к полезному сигналу, а введение регулировочных винтов уменьшить степень влияния вредных воздействующих факторов.

Источники информации

1. Патент РФ №2399915, МПК G01P 15/08, 2009.04.28.

2. Патент США №5349858 МПК G01P 15/08, 1994.

3. Патент РФ №2426134, МПК G01P 15/08, 2006.01 (ближайший аналог).

Чувствительный элемент углового акселерометра, содержащий планарную инерционную массу, соединенную упругими подвесами с центральной опорой крепления, расположенной в центре тяжести инерционной массы, отличающийся тем, что на инерционной массе закреплено металлическое кольцо, на котором радиально расположено несколько пар регулировочных винтов, при этом плоскость металлического кольца ортогональна плоскости планарной инерционной массы и оси ее углового поворота при деформации упругих подвесов.



 

Похожие патенты:

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, а именно к датчикам угловых ускорений, принцип действия которых основан на законе электромагнитной индукции. .

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

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 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.

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения углового ускорения. Для измерения углового ускорения объекта производят измерение длительности интервалов времени между фронтами всех импульсов импульсным датчиком углового положения, определяют среднюю скорость на каждом интервале времени, создавая обращенное относительное движение частей импульсного датчика углового положения, различно связанных с контролируемым объектом, обеспечивая генерирование импульсным датчиком максимального количества импульсов на конечном участке торможения контролируемого объекта, и производят измерение значений углового ускорения при торможении. Устройство содержит инерционную массу 5, импульсный датчик углового положения 2, жестко установленный на контролируемом объекте 1, регистрирующее устройство 7 и вычислитель 8, а также обгонную муфту 6, установленную между контролируемым объектом 1 и инерционной массой 5, жестко закрепленную на валу оптического диска 3 импульсного датчика углового положения 2, в качестве которого выбран датчик-энкодер. Изобретение обеспечивает повышение точности определения углового ускорения на конечном участке торможения контролируемого объекта. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах ориентации и навигации. Линейный микроакселерометр содержит основание, крышку, рамку с инерционной массой, выполненной из кремния, установленную с возможностью линейного перемещения на упругих подвесах вдоль продольной оси, датчик положения и источник напряжения, при этом в устройство дополнительно введены два компаратора, два усилителя тока, ключ, электромагнитный силовой привод, состоящий из 2N катушек, размещенных на 2N магнитопроводящих сердечниках с явно выраженными полюсами, направленными к торцевым сторонам инерционной массы, при этом магнитопроводящие сердечники размещены на противоположных торцевых сторонах рамки по N с каждой стороны, а на поверхности инерционной массы в области каждого из торцов расположены магнитопроводы, замыкающие магнитные потоки катушек, причем входы катушек подключены к выходу ключа, входы которого через компараторы подключены к датчику положения, который выполнен оптическим, и состоит из излучателя и фотоприемников, при этом излучатель подключен к источнику напряжения, а между излучателем и фотоприемниками расположена оптическая щель. Технический результат - повышение точности измерения ускорения. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит положительный и отрицательный источники опорных напряжений, ключевую схему для переключения полярности источников опорных напряжений, генератор синхронизирующих импульсов, сумматор обратной связи, дифференциальные измерительные емкости, первый синхронный детектор. В устройство введен второй синхронный детектор. Выходы первого и второго синхронных детекторов соединены с неинвертирующим и инвертирующим входами фильтра нижних частот. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается линейного микроакселерометра с оптической системой. Микроакселерометр включает в себя корпус, две инерционные массы на упругих подвесах, два датчика положения, два компенсационных преобразователя. Датчики положения выполнены в виде двух пар монохроматических излучателей с различным спектром излучения и двух фотоприемников с цветоделением, имеющих не менее двух выходов спектральных диапазонов. Излучатели расположены над инерционной массой, а фотоприемники размещены в корпусе соосно с фотоприемниками. Монохроматические излучатели снабжены ограничителями светового потока. Технический результат заключается в повышении точности измерений и упрощении конструкции. 1 ил.
Наверх