Микромеханический демпфер

Изобретение относится к измерительной технике. Микромеханический демпфер содержит демпфирующий узел, выполненный в виде сосредоточенной массы, соединенной с помощью упругих подвесов с демпфируемым узлом, с целью получения оптимального демпфирования, при этом в устройстве выполнено следующее соотношение между параметрами:

Kд1 - абсолютный коэффициент демпфирования внешнего узла (демпфируемого); Kд2 - абсолютный коэффициент демпфирования внутреннего узла внешнего узла (демпфирующего); m1 - масса внешнего узла; m2 - масса внутреннего узла; G1 - жесткость подвеса внешнего узла; G2 - жесткость подвеса внутреннего узла; χ - коэффициент механической связи между внешним и внутренним узлами. Технический результат - оптимизация режима работы микромеханического демпфера. 1 ил.

 

Решение относится к измерительной технике.

Известен аналогичный микромеханический демпфер [1], содержащий демпфирующий узел, выполненный в виде сосредоточенной массы, соединенной с помощью упругих подвесов с демпфируемым узлом.

Недостатком известного устройства является невозможность установления механических параметров связи для получения оптимального коэффициентов демпфирования, поскольку заранее не известны перемещения демпфируемого и демпфируемого узлов.

В качестве прототипа выбран микромеханический демпфер, описанный в работе [2]. Роль демпфера в чувствительном элементе интегрального датчика ускорений выполняет сосредоточенный груз, соединенный с помощью упругих подвесов с демпфируемым узлом. Вынужденные колебания, сообщаемые демпфируемому узлу внешним воздействием, через подвесы передаются демпфирующему узлу. На осуществление колебательного процесса демпфирующего узла расходуется энергия, сообщаемая ему демпфируемым узлом. Таким образом, от демпфируемого узла отбирается часть энергии и его колебательный процесс затухает.

Недостатком известного устройства является невозможность подгонки параметров демпфирующего узла для получения оптимального режима, поскольку на степень затухания влияют параметры как демпфируемого, так и демпфирующего узлов. Этот недостаток устраняется предлагаемым решением.

Решаемая задача - совершенствование микромеханического демпфера.

Технический результат - получение оптимального режима работы микромеханического демпфера.

Этот технический результат достигается тем, что в микромеханический демпфере, содержащем демпфирующий узел, выполненный в виде сосредоточенной массы, соединенной с помощью упругих подвесов с демпфируемым узлом, с целью получения оптимального демпфирования выполняют следующее соотношение между параметрами:

,

Кд1 - абсолютный коэффициент демпфирования внешнего узла (демпфируемого); Кд2 - абсолютный коэффициент демпфирования внутреннего узла внешнего узла (демпфирующего; m1 - масса внешнего узла; m2 - масса внутреннего узла; G1 - жесткость подвеса внешнего узла; G2 - жесткость подвеса внутреннего узла; χ - коэффициент механической связи между внешним и внутренним узлами.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема демпфированной микромеханической системы и показано взаимодействие сил: инерции Fин, упругости Fупр и демпфирования Fдем. Посредством анизотропного травления выполнены: подвижная рамка 1, соединенная с корпусной пластиной упругими растяжками 2. В свою очередь внутри рамки выполнен подвижный узел в виде плоской пластины 3, соединенный с рамкой упругими растяжками 4. Рамка 1, например, может служить чувствительным элементом осевого акселерометра, а подвижный узел 3 предназначается для обеспечения оптимального демпфирования рамки. Система имеет две степени свободы: y1 - линейное перемещение рамки 1 относительно корпуса 5; y2 - линейное перемещение подвижного узла 3 относительно рамки 1.

Существо заявляемого устройства не является очевидностью. Для его доказательства, во-первых, необходимо показать, что система, состоящая из двух взаимосвязанных подвижных узлов, представляет собой колебательную систему второго порядка с параметрами, зависящими от характеристик внешнего и внутреннего подвижных узлов. Тем не менее, точное описание заявляемой системы в динамическом плане описывается передаточной функцией четвертого порядка:

где введены следующие обозначения:

Если в качестве рабочего подвижного узла используется внутренняя рамка, то в передаточной функции (1) коэффициенты знаменателя остаются без изменений. Коэффициенты же числителя будут иными, а именно:

В (2) независимыми параметрами являются шесть величин: m1, G1, Kд1, m2, G2 и Kд2, причем первые три из них, относящиеся к демпфируемому узлу (внешнему), задаются из конструктивных соображений, а три остальные требуют определения в соответствии с условием достижения оптимальных демпфирующих свойств. В общем случае определение неизвестных величин эффективнее всего осуществлять с использованием ЭВМ по АЧХ, соответствующей передаточной функции четвертого порядка (1) при заданном показателе колебательности.

Воспользуемся понятием коэффициента связи, представляющим собой отношение сил упругости подвесов демпфируемого и демпфирующего узлов:

Для статического состояния зависимость коэффициента связи от конструктивных параметров можно получить в виде:

Используя (4) относительные коэффициенты демпфирования внешнего и внутреннего подвижных узлов, можно найти:

,

где G01=G1(1-1/χ)+G2; G02=G2(1-χG2/G1); Кд1 - абсолютный коэффициент демпфирования внешнего узла; Кд2 - абсолютный коэффициент демпфирования внутреннего узла.

Для обеспечения равенства относительных коэффициентов демпфирования внешней и внутренней рамок, в том числе и при оптимальном режиме , необходимо конструктивно выполнить следующее условие:

Формула (6) показывает преимущества двухмассового ЧЭ перед одномассовым с точки зрения их демпфирующих качеств, поскольку на значения абсолютных коэффициентов можно влиять варьированием величин масс и жесткостей, а также применением гистерезисных поглотителей энергии во внутренних подвесах или комбинацией того и другого.

Допуская характер гашения колебаний ЧЭ гистерезисным, при котором абсолютный коэффициент обратно пропорционален действующей частоте, т.е. Kг=Gη/(ωc+ω), можно утверждать, что снижение частоты синхронизма способствует повышению демпфирующих свойств. Из (6) видим, что на величину частоты можно в широких пределах влиять варьированием коэффициента связи и соответственно получать любое требуемое демпфирование.

Условие синхронизма ω12=ω при гармонических колебаниях подвижных узлов , можно получить в виде соотношения между конструктивными параметрами с учетом (6) при отсутствии демпфирования Kд1=Kд2=0

Из (7) видим, что на величину частоты можно в широких пределах влиять варьированием коэффициента связи и соответственно получать любое требуемое демпфирование. Таким образом, можно утверждать, что снижение частоты синхронизма способствует повышению демпфирующих свойств.

Источники информации

1. Северов Л.А. и др. Микромеханические гироскопы: конструкции, характеристики, технологии, пути развития. Известия ВУЗОВ. Приборостроение. 1998. Т. 41. №1-2, стр. 57…73.

2. Вавилов В.Д. Интегральные датчики. Изд-во НГТУ, 2003, 504 с.

Микромеханический демпфер, содержащий демпфирующий узел, выполненный в виде сосредоточенной массы, соединенной с помощью упругих подвесов с демпфируемым узлом, с целью получения оптимального демпфирования, отличающийся тем, что в устройстве выполнено следующее соотношение между параметрами:

Kд1 - абсолютный коэффициент демпфирования внешнего узла (демпфируемого); Kд2 - абсолютный коэффициент демпфирования внутреннего узла внешнего узла (демпфирующего); m1 - масса внешнего узла; m2 - масса внутреннего узла; G1 - жесткость подвеса внешнего узла; G2 - жесткость подвеса внутреннего узла; χ - коэффициент механической связи между внешним и внутренним узлами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области испытания механических систем, у которых главными деталями являются вращающиеся тела, о сопротивлениях движению которых судят по замедлению при выбеге, и может быть использовано для определения отрицательных ускорений вращающихся частей.

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.

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 и может применяться в навигационно-пилотажных системах летательных аппаратов. Сущность изобретения заключается в том, что чувствительный элемент микроэлектромеханического гироскопа выполнен из монокристаллического кремния, представляющий конструкцию «рамка в рамке». При этом во внешней рамке выполнен электростатический силовой преобразователь, компенсирующий в ней кориолисов момент, возникающий в ней при вторичных колебаниях, передаваемых от внутренней рамки. Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит две дифференциальные измерительные емкости, источник опорного напряжения, пару ключей зарядки измерительных емкостей, генератор тактовых импульсов, инвертор напряжения, пару ключей для съема сигнала с измерительных емкостей и фильтр нижних частот. Полный цикл работы устройства осуществляется за два такта синхронизирующих импульсов: в первый такт обе измерительные емкости заряжаются от источника опорного напряжения через первую пару ключей. Во второй такт обе измерительные емкости одновременно разряжаются, через вторую пару ключей, на фильтр нижних частот, который формирует сигнал соответствующей величины и полярности. Технический результат заключается в повышении точности. 1 ил.

Изобретение относится к навигационным устройствам, в частности может быть использовано для определения направления на географический север. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения направления на географический север. Технический результат достигается за счет того, что устройство для определения направления на географический север, содержит помимо датчика углового движения также датчик, чувствительный к изменению угла наклона. Обработка сигналов производится путем исключения из сигнала датчика угловых движений сигналов, вызванных наклонами оси вращения, с использованием показаний установленного на ту же платформу датчика, чувствительного к изменениям угла наклона. Момент начала вращения платформы определяют из условия стабилизации электродных токов неподвижного молекулярно-электронного датчика. Для уменьшения времени стабилизации электродных токов предварительно механически перемешивают жидкость в канале датчика угловой скорости путем вибраций платформы или помещают в жидкости вне области расположения преобразующего элемента датчика угловой скорости дополнительные электроды, находящиеся при одинаковом электрическом потенциале. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано в МЭМС акселерометрах и гироскопах. Емкостный датчик перемещений содержит широтно-импульсный модулятор, подвижный электрод и выполненные на изоляционных обкладках неподвижные электроды, размещенные симметрично относительно подвижного электрода с одинаковыми зазорами, каждый неподвижный электрод разделен пополам, а одинаковые части, размещенные с разных сторон подвижного электрода на одинаковом расстоянии от оси качания, соединены между собой перекрестно и составляют два дифференциально включенных измерительных конденсатора, которые при равных зазорах имеют одинаковую емкость, при этом неподвижные электроды, находящиеся на одной изоляционной обкладке, разделены асимметрично относительно оси качания и перекрывают всю площадь подвижного электрода, а ответные неподвижные электроды выполнены симметрично относительно плоскости подвижного электрода. Технический результат - повышение чувствительности и точности преобразователя перемещений. 3 ил.

Устройство относится к измерительной технике, а именно к датчикам угловых ускорений, принцип действия которых основан на законе электромагнитной индукции. Датчик угловых ускорений с жидкостным ротором содержит чувствительный элемент и тороидальный корпус, заполненный жидкостью. Чувствительный элемент 1 представляет собой цилиндр 3, выполненный из диэлектрического материала в виде сужающего устройства с конфузором и диффузором, в котором диаметрально противоположно установлены металлические электроды Э1, Э2. В плоскости, перпендикулярной плоскости электродов, установлены сверху и снизу обмотки возбуждения OB1, ОВ2, запитываемые двухполярным стабилизированным током. Тороидальный корпус присоединяется соосно к цилиндру 3. Образованная кольцевая полость заполняется рабочей жидкостью с определенной электропроводностью и вязкостью, например водой. Электрический сигнал, пропорциональный ускорению, снимается с электродов Э1 и Э2 и подается на измерительное устройство ИУ. С выхода измерительного устройства выдается сигнал, пропорциональный угловому ускорению. Технический результат заключается в повышении чувствительности датчика и расширении диапазона измерения угловых ускорений. 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и микросистемной техники. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство дополнительно введены четыре дополнительных неподвижных электрода емкостных преобразователей перемещений, выполненные в виде пластин с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложке так, что они образуют конденсатор с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, четыре дополнительных неподвижных электрода электростатических приводов, выполненные в виде пластин с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложке так, что они образуют конденсаторы с подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, восемь дополнительных опор, выполненные из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на полупроводниковой подложке, восемь дополнительных «П»-образных систем упругих балок, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно полупроводниковой подложки, причем четыре подвижных электрода емкостных преобразователей перемещений выполнены в виде «Т»-образных пластин с перфорацией с гребенчатыми структурами с трех сторон, четыре неподвижных электрода емкостных преобразователей перемещений объединены в один, а инерционная масса выполнена с перфорацией. Технический результат - возможность измерения величин угловой скорости и линейного ускорения вдоль осей Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки гироскопа-акселерометра, и X, Y, расположенных в плоскости подложки устройства. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и микросистемной техники. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство дополнительно введены четыре дополнительных подвижных электрода емкостных преобразователей перемещений, выполненные в виде пластин с перфорацией с гребенчатыми структурами с двух сторон из полупроводникового материала и расположенные с зазором относительно подложки, восемь дополнительных неподвижных электродов емкостных преобразователей перемещений, выполненные с гребенчатыми структурами с одной стороны и расположенные непосредственно на подложке так, что они образуют с дополнительными подвижными электродами емкостных преобразователей перемещений конденсаторы в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, четыре дополнительных подвижных электрода электростатических приводов, выполненные в виде пластин с перфорацией с гребенчатыми структурами с двух сторон из полупроводникового материала и расположенные с зазором относительно подложки, девять дополнительных неподвижных электродов электростатических приводов, выполненные с гребенчатыми структурами с одной стороны из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на подложке так, что они образуют электростатическое взаимодействие с подвижными электродами электростатических приводов в плоскости их пластин через боковые зазоры и взаимопроникающие друг в друга гребенки электродов, шестнадцать «П»-образных систем упругих балок, выполненные в виде пластин из полупроводникового материала и расположенные с зазором относительно подложки, и двадцать одна дополнительная опора, выполненные из полупроводникового материала и расположенные непосредственно на подложке, причем две инерционные массы выполнены с перфорацией, а подложка и неподвижные электроды емкостных преобразователей перемещений выполнены из полупроводникового материала. Технический результат - возможность измерения величин угловой скорости вдоль осей Y, расположенной в плоскости подложки, и Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки, и величин линейных ускорений вдоль осей Χ, Y, Z. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для навигации и ориентации в пространстве и может быть использовано для определения направления на географический север. Устройство для определения направления на географический север содержит молекулярно-электронный датчик угловых движений, установленный на платформе, способной вращаться с угловой скоростью, изменяющейся по знаку и абсолютной величине, при этом устройство содержит датчик, измеряющий угловую скорость вращения платформы относительно неподвижного основания, и контроллер, управляющий вращением платформы и выполняющий совместную обработку данных молекулярно-электронного датчика угловых движений и датчика, измеряющего угловую скорость вращения платформы относительно неподвижного основания. Технический результат – повышение точности определения направления на географический север, повышение точности измерений. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к датчику ускорения и способу изготовления такого датчика ускорения. Датчик ускорения содержит подложку с поверхностью подложки и пробную массу, которая выполнена с возможностью перемещения относительно подложки в направлении (x) отклонения, по существу параллельном поверхности подложки первом направлении (x). Пробная масса содержит гребенчатый электрод, выполненный с возможностью перемещения вместе с пробной массой и содержащий несколько зубьев, которые проходят в первом направлении (x). Датчик ускорения содержит, кроме того, противоположный электрод, неподвижно соединенный с подложкой и содержащий неподвижный гребенчатый электрод, а неподвижный гребенчатый электрод содержит несколько зубьев, которые проходят в направлении, противоположном первому направлению (x). Зубья подвижного гребенчатого электрода входят в зацепление с зубьями неподвижного гребенчатого электрода. Датчик ускорения содержит, кроме того, экранирующий электрод, неподвижно соединенный с подложкой и выполненный с возможностью увеличения демпфирования пробной массы во время движения отклонения пробной массы. Технический результат – увеличение демпфирования движения отклонения пробной массы. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение может быть использовано в линейных и угловых акселерометрах и может найти применение в сейсмодатчиках, приборах для стабилизации движущихся объектов и инерциальной навигации. Предложена схема подключения к электронной плате молекулярно-электронного преобразователя, состоящего из четырех электродов, помещенных в замкнутый корпус, заполненный электролитом, при этом внутренние электроды служат катодами, а периферийные - анодами, в которой катоды подключены к двум соединенным с землей посредством резисторов R1 и R2 входам операционного усилителя, в обратной связи которого установлен резистор R3, причем величины всех резисторов удовлетворяют соотношению R2=R1/(1-R1/R3). Величины резисторов могут удовлетворять условиям R1/R3<<1 и R2/R3<<1. Изобретение обеспечивает преобразование разностного катодного тока в электрическое напряжение, сохраняющего неизменными потенциалы катодов, обеспечивая тем самым линейность преобразования, и, одновременно, обеспечивающего меньшее по сравнению с аналогичными решениями потребление тока. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к измерительной технике. Микромеханический демпфер содержит демпфирующий узел, выполненный в виде сосредоточенной массы, соединенной с помощью упругих подвесов с демпфируемым узлом, с целью получения оптимального демпфирования, при этом в устройстве выполнено следующее соотношение между параметрами:Kд1 - абсолютный коэффициент демпфирования внешнего узла ; Kд2 - абсолютный коэффициент демпфирования внутреннего узла внешнего узла ; m1 - масса внешнего узла; m2 - масса внутреннего узла; G1 - жесткость подвеса внешнего узла; G2 - жесткость подвеса внутреннего узла; χ - коэффициент механической связи между внешним и внутренним узлами. Технический результат - оптимизация режима работы микромеханического демпфера. 1 ил.

Наверх