Компенсационный акселерометр



Компенсационный акселерометр
Компенсационный акселерометр
Компенсационный акселерометр

 


Владельцы патента RU 2514151:

Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям линейного ускорения. Компенсационный акселерометр содержит корпус со стойкой, первую пластину из монокристаллического кремния, вторую пластину с двумя неподвижными электродами дифференциального емкостного преобразователя положения, третью пластину, магнитоэлектрический силовой преобразователь с постоянным магнитом, усилитель, причем последовательно по длине стойки от основания стойки установлены постоянный магнит, вторая пластина, первая пластина и третья пластина. В соответствии с изобретением на стойку установлена втулка из инвара, на которой расположены вторая пластина, первая пластина и третья пластина. Вторая и третья пластины выполнены из пирекса. Технический результат - повышение точности измерения ускорения. 3 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям линейного ускорения.

Известен компенсационный акселерометр [1], содержащий корпус, пластину с подвижной частью, неподвижной частью и соединяющими их упругими перемычками по оси подвеса, дифференциальный емкостный преобразователь положения, дифференциальный магнитоэлектрический силовой преобразователь с двумя постоянными магнитами на корпусе и установленной на подвижной части пластины компенсационной катушкой.

Наиболее близким по технической сущности является компенсационный акселерометр [2], содержащий корпус со стойкой, первую пластину из монокристаллического кремния с внешней подвижной частью, внутренней неподвижной частью и соединяющими их упругими перемычками по оси подвеса, дифференциальный емкостный преобразователь положения с подвижным электродом в виде электропроводной поверхности первой пластины и двумя неподвижными электродами на второй пластине, третью пластину, магнитоэлектрический силовой преобразователь с постоянным магнитом и установленной на подвижной части первой пластины посредством подставок кольцевой компенсационной катушкой, груз на подвижной части первой пластины, усилитель, причем последовательно по длине стойки от основания стойки установлены постоянный магнит, вторая пластина, первая пластина и третья пластина.

Недостатком такого компенсационного акселерометра является погрешность измерения ускорения вследствие изменения сигнала компенсационного акселерометра, не зависящего от ускорения, при изменении нулевого сигнала дифференциального емкостного преобразователя положения при температурных воздействиях вследствие изменения углового положения подвижной части относительно неподвижных электродов на второй пластине из-за различных температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) материалов корпуса, первой, второй и третьей пластин.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения ускорения.

Данный технический результат достигается в компенсационном акселерометре, содержащем корпус со стойкой, первую пластину из монокристаллического кремния с внешней подвижной частью, внутренней неподвижной частью и соединяющими их упругими перемычками по оси подвеса, дифференциальный емкостный преобразователь положения с подвижным электродом в виде электропроводной поверхности первой пластины и двумя неподвижными электродами на второй пластине, третью пластину, магнитоэлектрический силовой преобразователь с постоянным магнитом и установленной на подвижной части первой пластины посредством подставок кольцевой компенсационной катушкой, груз на подвижной части первой пластины, усилитель, причем последовательно по длине стойки от основания стойки установлены постоянный магнит, вторая пластина, первая пластина и третья пластина, тем, что на стойку установлена втулка из инвара, на которой расположены вторая пластина, первая пластина и третья пластина, вторая и третья пластины выполнены из пирекса.

Посредством установки на стойку втулки из инвара, на которой расположены вторая пластина, первая пластина и третья пластина, выполнением второй и третьей пластин из пирекса обеспечивается постоянство положения подвижной части первой пластины относительно неподвижных электродов второй пластины при изменении температуры окружающей среды вследствие близости ТКЛР инвара, пирекса и монокристаллического кремния, а также вследствие устранения контакта первой, второй и третьей пластин со стойкой корпуса. В результате минимизируется изменение нулевого сигнала дифференциального емкостного преобразователя положения при температурных воздействиях, уменьшается изменение не зависящего от ускорения сигнала компенсационного акселерометра, что повышает точность измерения ускорения.

На фиг.1 представлен общий вид компенсационного акселерометра, на фиг.2 - вид первой пластины, на фиг.3 - электрическая схема компенсационного акселерометра.

В компенсационном акселерометре (фиг.1) в корпусе 1 на стойке 2 установлены дисковый постоянный магнит 3 магнитоэлектрического силового преобразователя и втулка 4 из инвара. На втулке 4 расположены первая пластина 5 из монокристаллического кремния, имеющая внешнюю подвижную часть 6 и внутреннюю неподвижную часть 7, вторая пластина 8 из пирекса с неподвижными электродами 9', 9'' дифференциального емкостного преобразователя положения, подвижным электродом которого является электропроводная поверхность подвижной части 6, образованная легированием монокристаллического кремния бором. Также на втулке 4 расположена третья пластина 10 из пирекса.

На подвижной части 6 первой пластины 5 установлены груз 11 и кольцевая компенсационная катушка 12 магнитоэлектрического силового преобразователя, расположенная на подставках 13', 13''.

Постоянный магнит 3 и втулка 4 установлены так, что от основания стойки 2 по длине стойки 2 последовательно расположены постоянный магнит 3, вторая пластина 8, первая пластина 5 и третья пластина 10.

Постоянный магнит 3 и втулка 4 закреплены на стойке 2 корпуса 1 гайкой 14.

Корпус 1 закрыт крышкой 15, загерметизирован и заполнен газовой средой, например сухим азотом.

В первой пластине 5 (фиг.2) подвижная часть 6 и неподвижная часть 7 соединены упругими перемычками 16', 16'' так, что проходящая по середине каждой из них прямая 17-17 представляет собой ось подвеса подвижной части 6 относительно неподвижной части 7. На подставках 18', 18'' компенсационная катушка 12 установлена на подвижной части 6 по оси подвеса 17-17.

В компенсационном акселерометре (фиг.3) неподвижный электрод 9' соединен с первым выводом резистора R1, неподвижный электрод 9'' соединен с первым выводом резистора R2. Вторые выводы резисторов R1 и R2 соединены вместе и подключены к выходу источника переменного тока с напряжением Un, второй выход которого подключен к общему проводу. К общему проводу также подключен подвижный электрод дифференциального емкостного преобразователя положения в виде электропроводной поверхности подвижной части 6 первой пластины 5. Точки соединения резисторов R1, R2 с неподвижными электродами 8', 8'' подключены к входу усилителя 19, состоящего из дифференциального усилителя, суммирующего усилителя, демодулятора и усилителя постоянного тока, к выходу которого подключена компенсационная катушка 12 магнитоэлектрического силового преобразователя.

Компенсационный акселерометр работает следующим образом. При наличии линейного ускорения под действием инерционной силы происходит изменение углового положения подвижной части 6, в результате чего изменяются емкости, образованные неподвижными электродами 9', 9'' и подвижным электродом 6 дифференциального емкостного преобразователя положения. На вход усилителя 19 поступает сигнал, который после преобразования и усиления подается на компенсационную катушку 12. В магнитоэлектрическом силовом преобразователе создается компенсационная сила, уравновешивающая инерционную силу, а ток в компенсационной катушке 12 является мерой линейного ускорения.

Так как первая пластина 5, вторая пластина 8 и третья пластина 10 расположены на втулке 4, то при температурных воздействиях вследствие разности ТКЛР корпуса 1 и втулки 4 происходит поступательное перемещение втулки 4 относительно корпуса 1. При этом угловое положение подвижной части 6 относительно неподвижных электродов 9', 9'' второй пластины 8 остается неизменным, не изменяется сигнал дифференциального емкостного преобразователя положения, не изменяется не зависящий от ускорения сигнал компенсационного акселерометра, что повышает точность измерения ускорения.

Вследствие того, что ТКЛР кремния составляет 2,33*10-6, ТКЛР инвара равен 3*10-6, ТКЛР пирекса составляет 3,2*10-6, то ТКЛР первой пластины 5, второй пластины 8 и третьей пластины 10 настолько близки, что при температурных воздействиях минимизируется изменение сигнала дифференциального емкостного преобразователя положения, уменьшается изменение не зависящего от ускорения сигнала компенсационного акселерометра. В результате повышается точность измерения ускорения.

Источники информации

1. Патент США №4498342 НКИ 73/514.23, МКИ G01P 15/13. Integrated silicon accelerometer with stress-free rebalancing. 1985 г.

2. Патент РФ №2193209, кл. G01P 15/13. Компенсационный акселерометр. 2001 г.

Компенсационный акселерометр, содержащий корпус со стойкой, первую пластину из монокристаллического кремния с внешней подвижной частью, внутренней неподвижной частью и соединяющими их упругими перемычками по оси подвеса, дифференциальный емкостный преобразователь положения с подвижным электродом в виде электропроводной поверхности первой пластины и двумя неподвижными электродами на второй пластине, третью пластину, магнитоэлектрический силовой преобразователь с постоянным магнитом и установленной на подвижной части первой пластины посредством подставок кольцевой компенсационной катушкой, груз на подвижной части первой пластины, усилитель, причем последовательно по длине стойки от основания стойки установлены постоянный магнит, вторая пластина, первая пластина и третья пластина, отличающийся тем, что на стойку установлена втулка из инвара, на которой расположены вторая пластина, первая пластина и третья пластина, вторая и третья пластины выполнены из пирекса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в приборах компенсационного типа с дискретным выходом в системах стабилизации, навигации и наведения.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в приборах компенсационного типа с дискретным выходом в системах стабилизации, навигации и наведения.

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в микромеханических компенсационных акселерометрах. Чувствительный элемент содержит инерционную массу, упругие элементы, катушку обратной связи, проводящие дорожки для электрической связи катушек обратной связи со схемой управления, стеклянные обкладки, внешнюю рамку, с расположенными на ней площадками крепления к стеклянным обкладкам.

Изобретение относится к области точного приборостроения, в частности к приборам измерения параметров движения летательных аппаратов, и может быть использовано при изготовлении маятниковых компенсационных акселерометров, предназначенных для измерения значительных линейных ускорений.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в приборах компенсационного типа в системах стабилизации и навигации. .

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к компенсационным преобразователям линейного ускорения. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам корректировки коэффициента усиления емкостного элемента. .

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

Изобретение относится к системам навигации и может применяться в приборах измерения механических величин компенсационного типа. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения. Акселерометр содержит чувствительный элемент, датчик момента, включенный в отрицательную обратную связь. В акселерометр введены две отрицательные интегрирующие обратные связи, одна с выхода датчика угла на один из входов датчика момента одновременно через усилитель обратной связи и первый интегратор, другая, отрицательная интегрирующая обратная связь, реализована с выхода датчика угла на другой вход датчика момента последовательно по информационным входам через усилитель, фильтр, компаратор, преобразователь уровня, пару ждущих синхронных генераторов, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, второй интегратор, триггер, электронный ключ. Дополнительные входы компаратора соединены с выходом генератора вспомогательной частоты. Вход электронного ключа соединен с выходом генератора тока, и вход схемы сравнения соединен с выходом генератора вспомогательной частоты через суммирующий двоичный счетчик, и выход реверсивного двоичного счетчика является цифровым кодом устройства. 3 ил.

Акселерометр предназначен для применения в качестве чувствительного элемента в системах стабилизации и навигации. Изобретение может найти применение в приборах измерения механических величин компенсационного типа. Акселерометр содержит чувствительный элемент, отклонение которого фиксируется датчиком угла, выходы которого соединены с входами сумматора через пороговый элемент и интегрирующий усилитель, и датчик момента, включенный в отрицательную обратную связь. Выход сумматора является аналоговым выходом устройства. Для повышения точности и расширения полосы пропускания в акселерометр введены две отрицательные обратные связи: одна - с выхода датчика угла на один из входов датчика момента через дифференцирующий фильтр, другая - отрицательная интегрирующая обратная связь, реализована с выхода сумматора на другой вход датчика момента последовательно по информационным входам через компаратор, преобразователь уровня, пару ждущих синхронных генераторов, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, триггер, электронный ключ. Дополнительные входы компаратора, реверсивного двоичного счетчика, ждущих синхронных генераторов соединены с генератором вспомогательной частоты. Кроме того, вход электронного ключа соединен с выходом генератора тока. Вход схемы сравнения соединен с выходом генератора вспомогательной частоты через суммирующий двоичный счетчик. Выход реверсивного двоичного счетчика является цифровым выходом устройства. Отрицательная обратная связь, реализованная с выхода датчика угла на вход датчика момента, через дифференцирующий фильтр, осуществляет стабилизацию параметров акселерометра. Введение в акселерометр интегрирующей отрицательной обратной связи позволяет создать устройство с астатизмом по отклонению, работающее в автоколебательном режиме, с расширенной полосой пропускания и значительным быстродействием. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения ускорений в системах коррекции дальности полета реактивных снарядов. Целью предлагаемого изобретения является уменьшение температурной нестабильности коэффициента преобразования акселерометра. Компенсационный акселерометр содержит инерционный элемент (1), колебательную систему (2), преобразователь перемещения (3), усилитель цепи уравновешивания (4), обратный преобразователь (5), узел подключения масштабирующего резистора (6), термокомпенсирующий усилитель (7). В цепь отрицательной обратной связи термокомпенсирующего усилителя между его инвертирующим входом и резистором обратной связи включена цепь, состоящая из датчика температуры R01, зашунтированного резистором RШ1, значение электрического сопротивления которого выбирается из условия: где где K∑(t) - скомпенсированное значение температурной нестабильности коэффициента преобразования акселерометра; Kt0(t0), Kt0(Δt1), Kt0(Δt2) - температурная характеристика усилителя термокомпенсации при отключенных датчиках температуры в условиях воздействия номинальной, пониженной и повышенной рабочих температур акселерометра соответственно; KA(t0), KA(Δt1), KA(Δt2) - температурная характеристика акселерометра при отключенных датчиках температуры в условиях воздействия номинальной, пониженной и повышенной рабочих температур акселерометра соответственно; Kt(t0), Kt(Δt1), Kt(Δt2) - температурная характеристика выбранной конфигурации термокомпенсирующего усилителя в условиях воздействия номинальной, пониженной и повышенной рабочих температур акселерометра соответственно; R0, R01 - электрическое сопротивление медных катушек, подключенных ко входу термокомпенсирующего усилителя и в цепь его отрицательной обратной связи соответственно, при номинальном значении окружающей среды; αR, αM - температурные коэффициенты сопротивления резисторов RП, RП1 и медных катушек R0, R01 соответственно; Δt - приращение значения температуры окружающей среды акселерометра относительно ее номинального значения. Подключение двух датчиков температуры в схему термокомпенсирующего усилителя позволяет линеаризовать скомпенсированную температурную характеристику акселерометра, что обеспечивает уменьшение температурной нестабильности его коэффициента преобразования и снижение трудоемкости процесса его температурной отладки. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения ускорений и может быть использовано в системах стабилизации и навигации. Сущность: устройство содержит чувствительный элемент (1), датчик положения (2), выход которого соединен с входом усилителя (4) со стабильным коэффициентом усиления, магнитоэлектрический силовой преобразователь (15), включенный в отрицательную обратную связь. При этом в него введены аналоговая, интегрирующая и дискретная отрицательные обратные связи. Аналоговая отрицательная обратная связь реализована с выхода датчика (2) положения на один из входов магнитоэлектрического силового преобразователя (15) через последовательно соединенные по информационным входам усилитель (4) переменного тока, первый логический элемент (5), схему (8) исключающее ИЛИ, фильтр (9), первый преобразователь (10) напряжение-ток и сумматор (11). Интегрирующая отрицательная обратная связь реализована с выхода схемы (8) исключающее ИЛИ на вход магнитоэлектрического силового преобразователя (15) через последовательно соединенные по информационным входам первый интегратор (12), второй преобразователь (13) напряжение-ток и сумматор (11). Дискретная отрицательная обратная связь введена с выхода схемы (8) исключающее ИЛИ на вход магнитоэлектрического силового преобразователя (15) через последовательно соединенные по информационным входам триггер (14) и сумматор (11). Кроме того, генератор (3) опорного напряжения соединен как с датчиком (2) положения, так и с фазовым сдвигателем (6). Выход фазового сдвигателя (6) соединен с одним из входов схемы (8) исключающее ИЛИ через второй логический элемент (7). Один из выходов триггера (14) соединен с входом реверсивного двоичного счетчика (16), выход которого является дискретным выходом акселерометра. Технический результат: расширение полосы пропускания и увеличение точности измерения ускорений. 6 ил.

Компенсационный акселерометр предназначен для применения в системах стабилизации и навигации. Устройство содержит чувствительный элемент, датчик положения, выход которого соединен с входом усилителя со стабильным коэффициентом усиления, магнитоэлектрический силовой преобразователь, включенный в отрицательную обратную связь. При этом в него дополнительно введены аналоговая, интегрирующая и дискретная интегрирующая отрицательные обратные связи. Аналоговая отрицательная обратная связь реализована с выхода датчика положения на один из входов магнитоэлектрического силового преобразователя через последовательно соединенные по информационным входам усилитель переменного тока, первый логический элемент, схему исключающее ИЛИ, фильтр, первый преобразователь напряжение-ток и сумматор. Интегрирующая отрицательная обратная связь реализована с выхода схемы исключающее ИЛИ, на вход магнитоэлектрического силового преобразователя через последовательно соединенные по информационным входам первый интегратор, второй преобразователь напряжение-ток и сумматор. Дискретная интегрирующая отрицательная обратная связь введена с выхода схемы исключающее ИЛИ на вход магнитоэлектрического силового преобразователя через последовательно соединенные по информационным входам второй интегратор, триггер и сумматор. Кроме того, генератор опорного напряжения соединен как с датчиком положения, так и с фазовым сдвигателем, выход которого соединен с одним из входов схемы исключающее ИЛИ через второй логический элемент, а один из выходов триггера соединен с входом реверсивного двоичного счетчика, выход которого является дискретным выходом компенсационного акселерометра. Технический результат заключается в расширении полосы пропускания и увеличении точности измерения ускорений. 3 ил.

Изобретение относится к датчикам первичной информации (приборам) для измерения линейного ускорения. Сущность изобретения заключается в том, что в компенсационном маятниковом акселерометре, в котором магнитоэлектрический датчик момента представляет собой две магнитные системы, состоящие из постоянных магнитов, закрепленных с торцевой части в магнитопроводы в виде обода, катушка датчика момента напылена на верхней и нижней поверхностях единой пластины монокристаллического кремния маятникового чувствительного элемента, измерительный узел выполнен в виде компактного пакета, склеенного в не менее чем в четырех местах контакта пазов на плоских изолирующих платах и платиках единой пластины монокристаллического кремния маятникового чувствительного элемента, подача и вывод электрического сигнала на элементы измерительного узла от элементов электроники осуществляется с помощью токопроводящих контактов, выполненных в виде штырей, крепление элементов магнитных систем, измерительного узла и элементов электроники осуществляется с помощью направленных навстречу друг другу пар винтов, закрепленных в общей трубке с внутренней резьбой, при этом в основаниях головок которых расположены уплотняющие прокладки, элементы электроники и термодатчик расположены в отдельном отсеке, который изолируется крышкой, а в месте контакта элементов магнитной системы и платы электроники расположена изолирующая прокладка, кроме того, в защитном кожухе предусмотрено отверстие для осуществления вакуумирования внутреннего пространства прибора. Технический результат - повышение точности измерения. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой компенсационный акселерометр и предназначено для использования в качестве измерительного преобразователя линейных ускорений. Акселерометр содержит корпус, первую пластину из монокристаллического кремния с подвижной и неподвижной частями и соединяющими их упругими перемычками по оси подвеса, дифференциальный емкостный преобразователь положения с двумя неподвижными электродами на второй пластине, третью пластину, магнитоэлектрический силовой преобразователь с постоянным магнитом и компенсационной катушкой, установленной на двух подставках на подвижной части, груз на подвижной части, усилитель. Для минимизации угловой деформации подвижной части первой пластины при температурных воздействиях на ней в области расположения установленных симметрично относительно оси подвеса подставок выполнены прорези. Техническим результатом является повышение точности измерения ускорения. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение может найти применение в приборах измерения механических величин компенсационного типа. Компенсационный акселерометр содержит чувствительный элемент, датчик угла, фазовый детектор отрицательной обратной связи, интегрирующий усилитель. Генератор опорного напряжения соединен как с входом датчика угла, так и с входом фазового детектора отрицательной обратной связи. Выход компаратора соединен последовательно по информационным входам с входом датчика момента через преобразователь уровня, пару ждущих синхронных генераторов, реверсивный двоичный счетчик, суммирующий двоичный счетчик, выход которого соединен с одним из входов схемы сравнения, пороговый элемент, электронный ключ, генератор тока, соединенный с входом электронного ключа. Генератор вспомогательной частоты соединен с входами компаратора, пары ждущих синхронных генераторов, суммирующего двоичного счетчика и реверсивного двоичного счетчика. Один из выходов фазового детектора отрицательной обратной связи соединен с входом датчика момента через фильтр. На вход компаратора введена стабилизирующая цепь, содержащая два контура, вход которой соединен с выходом фазового детектора отрицательной обратной связи. Выход реверсивного двоичного счетчика является цифровым выходом компенсационного акселерометра. Технический результат заключается в возможности измерения ускорений, при этом компенсационный акселерометр работает в автоколебательном режиме, с астатизмом и с расширенной полосой пропускания и значительным быстродействием. 3 ил.

Изобретение относится к средствам измерения линейных ускорений. Сущность: акселерометр содержит корпус (1), в котором размещены маятниковый пластинчатый чувствительный элемент (МЧЭ) (2), упругий подвес, посредством которого МЧЭ связан с корпусом (1); магнитоэлектрический датчик (3) момента, фотоэлектрический датчик (6) угла перемещения, компенсационный усилитель (10). Упругий подвес состоит из двух соосно расположенных металлических растяжек (7) с прямоугольным поперечным сечением, закрепленных в МЧЭ (2) и в корпусе (1), и устройства (8) крепления растяжек (7). Металлические растяжки (7) являются токопроводами к выводам катушек (5) магнитоэлектрического датчика (3) момента. При этом обе растяжки (7) установлены так, что их большая сторона сечения параллельна продольной оси катушек магнитоэлектрического датчика (3) момента. Технический результат: увеличение динамического диапазона измерений, обеспечение малой величины и высокой стабильности смещения нуля прибора, обеспечение надежности в условиях механических воздействий. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области приборостроения, а именно - к инерционным датчикам порогового действия, осуществляющим регистрацию и запоминание в автономном режиме (без источника электропитания) информации о достижении ускорением заданных предельных уровней. Датчик предельных ускорений содержит корпус с установленным в нем инерционным телом, предварительно поджатым к упору упругим элементом, установленным с возможностью перехода из одного устойчивого положения в другое путем прощелкивания. Упругий элемент выполнен в виде гибкой тарельчатой пружины с краевыми гофрами, имеющей на участке рабочего хода отрицательную жесткость, при этом в центральном отверстии тарельчатой пружины установлено инерционное тело сферической формы. Технический результат: повышение точности срабатывания датчика при действии ускорений, действующих вдоль и под углом к оси датчика, в том числе ударных импульсов произвольной формы, и повышение устойчивости в условиях вибронагружений. 2 ил.
Наверх