Линейный микроакселерометр с оптической системой

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.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения линейного ускорения, например, в инерциальных системах навигации.

Известно устройство ″ADXL50″, содержащее инерционную массу на упругих подвесах, состоящую из дифференциальной конденсаторной структуры с воздушным диэлектриком, подвижные обкладки которой вытравлены из плоского куска поликремниевой пленки, а неподвижные жестко закреплены в корпусе и лежат в одной плоскости параллельно друг другу и подвижным обкладкам, датчик положения, компенсационный преобразователь, корпус, крышку и источник тока. [1]

Недостаткам данного устройства является низкая точность измерения линейного ускорения.

Известен акселерометр, содержащий инерционную массу на упругом подвесе, выполненную в виде кварцевой пластины, датчика положения, образованного поверхностями с металлическим напылением с двух сторон, расположенными на инерционной массе и обращенными к ней поверхностями, размещенными в корпусе, источник тока и компенсационный преобразователь, состоящий и двух катушек, закрепленных на инерционной массе, и двух постоянных магнитов, расположенных в корпусе. [2]

Недостатками известного устройства являются малый частотный диапазон измеряемого входного воздействия, массогабаритные характеристики.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является линейный микроакселерометр, содержащий корпус, крышку, две инерционные массы на упругих подвесах, выполненных в виде прямоугольных пластин их монокристаллического кремния и, расположенных в одной плоскости последовательно друг за другом вдоль оси чувствительности с возможностью линейного перемещения. [3]

Недостатками данного устройства являются малый частотный диапазон измеряемого входного воздействия, массогабаритные характеристики, сложность реализации.

Задачей является создание линейного микроакселерометра, измеряющего линейные ускорения с большей точностью за счет определения интенсивности различных излучений по цветопередаче в условиях ионизирующих излучений.

Линейный микроакселерометр, содержащий инерционную массу на упругих подвесах, датчик положения, компенсационный преобразователь, корпус, инерционную массу, выполненную в виде прямоугольных пластин из монокристаллического кремния и расположенных в одной плоскости последовательно друг за другом вдоль оси чувствительности с возможностью линейного перемещения, компенсационные преобразователи для каждой инерционной массы выполнены в виде двух постоянных магнитов, размещенных на крышке и корпусе, и напыленных на поверхности прямоугольных пластин и находящиеся в одной плоскости с осью чувствительности токопроводящих дорожек, замкнутых по периметру, датчики положения для каждой инерционной массы выполнены в виде двух пар монохроматических излучателей и фотоприемников с цветоделением, имеющих не менее двух выходов спектральных диапазонов, излучатели расположены над инерционными массами, а фотоприемники соосно с ними размещены в корпусе.

Светодиоды расположены над инерционными массами и соосно с фотоприемниками, так как данное конструктивное решение является оптимальным и легко реализуемым.

Инерционная масса совершает колебания вдоль оси чувствительности под действием знакопеременного сигнала постоянного тока, формируемого в цепи обратной связи. При этом наличие входного воздействия приводит к смещению центра колебаний и возникновению временной модуляции сигнала.

Линейный микроакселерометр является радиационно-стойким, так как его электронная база обладает высокой устойчивостью к ионизирующему воздействию.

Оптическая система, которая входит в состав микроакселерометра, является помехоустойчивой в условиях воздействия шумов и электромагнитных помех.

Усиление сигнала будет достигаться за счет увеличения контраста в фотоприемниках для различных спектральных диапазонов, что способствует снижению помех.

Повышение точности измерений достигается за счет режима автоколебаний, а также введения фотоприемников с цветоделением и уменьшения вследствие этого вредных моментов, действующих на инерционные массы.

Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам заявленного линейного микроакселерометра, отсутствуют, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию ″новизна″.

Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата, следовательно, заявленное изобретение соответствует ″изобретательскому уровню″.

Сущность изобретения поясняется Фиг. 1, где представлена конструктивная схема датчика и введены следующие обозначения:

1 - Первая инерционная масса

2 - Вторая инерционная масса

3 - Упругие подвесы

4 - Постоянные магниты

5 - Токопроводящие дорожки

6 - Корпус

7 - Излучатели первого датчика положения

8 - Излучатели второго датчика положения

9 - Фотоприемник первого датчика положения

10 - Фотоприемник второго датчика положения

В предлагаемом линейном микроакселерометре две инерционные массы 1, 2 размещены на упругих подвесах 3 в зазоре между полюсами постоянных магнитов 4 с возможностью линейного перемещения и выполнены в виде прямоугольных пластин из монокристаллического кремния, на поверхности которых напылены, перпендикулярно оси чувствительности, токопроводящие дорожки 5, замкнутые по периметру. Постоянные магниты 4 закреплены на корпусе 6. Датчики положения для каждой инерционной массы 1, 2 выполнены в виде двух пар излучателей 7, 8 и фотоприемников 9, 10, где первые из них 7, 8 расположены над инерционными массами, а вторые 9, 10 соосно с ними размещены в корпусе 6, причем каждая пара расположена таким образом, что торцы прямоугольной пластины являются модуляторами светового потока от излучателей 7, 8 к фотоприемникам 9, 10.

Линейный микроакселерометр работает следующим образом.

В исходном состоянии инерционная масса 1 на упругих подвесах 3 перекрывает поток излучения одного из излучателей 7. При этом второй излучатель 8 открыт, в результате на выходе второго фотоприемника 10 появляется сигнал. Магнитное поле постоянных магнитов 4, взаимодействуя с полем тока, протекающего в токопроводящих дорожках 5, перемещает их вдоль оси чувствительности так, что инерционная масса 1 перекрывает поток излучения второго излучателя 8 и открывает поток первого излучателя 7. На выходе первого фотоприемника 9 появляется сигнал. Аналогичный процесс происходит с инерционной массой 2, которая в исходном состоянии перекрывает поток излучения одного из излучателей 7 так, что поток второго излучателя 8 при этом открыт. В результате на выходе второго фотоприемника 10 появляется сигнал. Магнитное поле постоянных магнитов 4, взаимодействуя с полем тока, протекающего в токопроводящих дорожках 5, перемещает их вдоль оси чувствительности так, что инерционная масса 2 перекрывает поток излучения второго излучателя 8 и открывает поток первого излучателя 7. Таким образом, инерционные массы 1, 2 совершают автоколебания с некоторой частотой и амплитудой в противофазе.

Инерционная масса совершает колебания вдоль оси чувствительности под действием знакопеременного сигнала постоянного тока, формируемого в цепи обратной связи. При этом наличие входного воздействия приводит к смещению центра колебаний и возникновению временной модуляции сигнала. Уровень шумов в схеме регистрации положения инерционной массы определяется величиной тока на выходе чувствительного элемента. При емкостном методе регистрации положения инерционной массы повышение выходного тока требует увеличения частоты и напряжения возбуждающего сигнала. Увеличение мощности возбуждающего оптического сигнала не требует изменений в системе ограничений и конструкции аппаратуры. При оптической регистрации положения легко увеличить динамический диапазон выходного тока до десятков и даже сотен микроампер при мощности излучателей на уровне десятков милливатт. При емкостном считывании максимальный выходной ток не превышает 1 мкА. Уровень дробового шума уменьшается обратно пропорционально корню квадратному из уровня тока считываемого сигнала. Прогнозируемое снижение шума в 3-5 раз.

Источники информации

1. Doscher J. Accelerometer Design and Applications. Analog Devices. 1998.

2. Патент РФ №2313100, МПК G01P 15/13, 20.03.2006.

3. Патент РФ №2410703, МПК G01P 15/08, 27.01.2011 - прототип.

Линейный микроакселерометр с оптической системой, содержащий две инерционные массы на упругих подвесах, два датчика положения, два компенсационных преобразователя и корпус, отличающийся тем, что 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 соосно с ними размещены в корпусе, причем каждый из монохроматических излучателей имеет ограничитель светового потока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения линейного ускорения. Волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения состоит из двух каналов приемо-передачи оптического излучения и чувствительного элемента, включающего два устройства ориентации оптического излучения, выполненные из кварцевого стекла в форме параллелепипеда, частично покрытые зеркальным напылением, и устройство поглощения оптического излучения, которое консольно закреплено через прокладки между устройствами ориентации оптического излучения и выполнено в виде балки из светопоглощающего материала с грузом, закрепленным на ее конце.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к акселерометрам, предназначенным для измерения малых ускорений. Акселерометр содержит ячейку из двух параллельно установленных поляроидов с чувствительным элементом между ними, выполненным из прозрачного тензочувствительного материала - полиуретана, имеющего форму клина.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к технике высокоточных измерений, и может быть использовано для измерения перемещений и вибраций.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в точном машиностроении и электронной технике. .

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

Изобретение относится к системам управления и измерительной технике и может быть использовано в качестве датчика управления подушками безопасности в автомобилях.

Изобретение относится к датчикам измерения ускорения движущегося объекта и может быть использовано в системах торможения различных транспортных средств. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения ускорений объектов. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах инерциальной навигации. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах инерциальной навигации. .

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.

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.

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.

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.
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.

Изобретение относится к устройствам для измерения ускорения и может быть использовано в качестве первичного преобразователя в системах инерциальной навигации и сейсмометрии.

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

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

Изобретение относится к измерительной технике. .

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

Изобретение относится к способам опознавания воздействий на подъемно-транспортную машину. Осуществляя контроль эксплуатации транспортного средства, обнаруживают перегрузки при столкновении транспортного средства.

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