Электростатический акселерометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 80115 549 15 И С 01 Р 15/13 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ(54) (57) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий корпус с внутреннейполостью, заполненной газом, помещенный в ней маятник на упругом подвесев виде балки из монокристаллическогоэлектропроводного материала, первыйи второй электроды конденсатора, расположенные по разные стороны маятника, эталонный конденсатор, а такжецепи обнаружения и управления с группой суммирующих и вычитающих операционных усилителей и ключей, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности работы акселерометра, маятник соединен с первой обкладкой эталонного конденсатора ичерез первый и второй ключи - с инвертирующими входами первого и второго операционных усилителей, а первый и второй электроды непосредственно соединены с выходами соответственно первого и второго операционных усилителей, инвертирующие входы которых соединены с общим проводом схемы, а выходы этих усилителей соединены с неинвертирующими входами соответственно третьего, четвертого и пятого операционных усилителей и соответственно с первым и вторым входами суммирующего усилителя, неинвертирующие входы третьего и четвертого операционных усилителей соединены с общим проводом схемы, а инвертирующий вход пятого усилителя соединен с исО точником опорного напряжения, выход третьего операционного усилителя через третий ключ соединен с входом С первого усилителя, а выходы четвертого и пятого усилителей соединены соответственно через четвертый и пятый ключи с входом второго усили 1 ев 4 теля, вторая обкладка эталонного конденсатора соединена с первым вы- ф ходом блока управления, управляющие входы ключей соединены соответствен- О но с вторым, третьим,четвертым 4 Ъ и пятым выходами блока управления, Ж а выход суммирующего усилителя соединен с входом блока управления.Изобретение относится к приборостроению и может быть использованодля измерения ускорения подвижныхобъектов.Известен электростатический акселерометр, содержащий корпус, две парыэлектродов, установленных в корпусе,и маятник, выполненный из непроводящего монокристаллического материала 1.Известен электростатический акселерометр, содержащий только одну пару электродов, которые обеспечиваюткак измерение отклонений маятника,так и создание компенсирующего момента Г 23,Как в первом, так и во втором устройствах необходим дополнительныйисточник возбуждения для ДУ, а этовозбуждение приводит к появлениюнежелательных сил, действующих намаятник при его отклонении от нулево"го положения. Кроме того, маятниквыполнен из непроводящего материала,чтобы можно было нанести на немизолированные электроды. При этомупругий элемент, на котором подвешенмаятник, выполняет роль токоподводов,что приводит к появлению вредныхмоментов,30Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук предлагаемому является электростатический акселерометр, в котором маятник выполнен в виде монокристаллического проводящего элемента 3.Недостатком известного акселерометра является низкая точность задания компенсирующего. момента.Целью изобретения является устранение данного недостатка.Указанная. цель достигается тем,что в электростатическом акселерометре, содержащем корпус с внутреннейполостью, заполненной газом, помещен ный в ней электропроводный маятникна упругом подвесе в виде балок измонокристаллического электропроводного материала, первый и второй электроды конденсатора, расположенные по 50разные стороны маятника, эталонныйконденсатор, а также цепи обнаруженияи управления с группой суммирующихи вычитающих операционных усилителей (ОУ) и ключей, маятник соединен 55с первой обкладкой эталонного конденсатора и через первый и второй ключи - с инвертирующими входами первого и второго операционных усилителей, а первый и второй электроды непосредственно соединены с выходами соответственно первого и второго операционных усилителей с высоким выходнымнапряжением, инвертирующие входы которых соединены с общим проводом схемы, а выходы этих усилителей соединены с неинвертирующими входами соответственно третьего, четвертого и пятого операционных усилителей и соответственно с первым и вторым входами суммирующего усилителя, неинвертирующие входы третьего н четвертого операционных усилителей соединены с общим проводом схемы, а инвертирующийвход пятого усилителя соединен с источником опорного напряжения, выход третьего операционного усилителя через третий ключ соединен с входом первого усилителя, а выходы четвертого и пятого усилителей соединены соответственно через четвертый и пятый ключи с входами второго усилителя, вторая обкладка эталонного конденсатора соединена с первым выходом блока управления, управляющие входы ключей соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым и пятым выходами блока управления, а выход суммирующего усилителя соединен с входом блока импульсного управления.На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого акселероиетра; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов в различных точках схемы,Акселерометр состоит из корпуса с внутренней полостью (условно не показан), в котором на упругом подвесе помещен маятник 1 из монокристаллического электропроводного материала, первого 2 и второго 2 электродов на внутренней полости корпуса, противолежащих маятнику и образующих с ним соответственно конденсатоПры С и С, эталонного конденсатора 3 емкостью С, первого 4 и второго 5 ОУ с высоким выходным напряжением, первого 7. и второго 8 аналоговых ключей, третьего 9, четвертого 1 О и пятого 11 ОУ и третьего 12, четвертого 13 и пятого 14 аналоговых ключей, источника 15 опорного напряжения, суммирующего усилителя 16 и блока 17 импульсного управления.Лкселерометр работает следующим образом.При наличии ускорения маятникотклоняется от исходного нулевогоположения. Это отклонение измеряется во время интервалов обнаружения,соответствующих интервалам С-, , 5с.-с (фиг. 2). Во время интерваловкомпенсации, соответствующих интервалам сз-с, с -с а (фиг. 2) создается момент, компенсирующий моментинерционных сил. Во время интерваловподготовки, соответствующих интервалам "в с 1, сг 9 ".6 с 7 (фиг 2)схема акселерометра устанавливаетсяв исходное положение, Интервалы обнаружения и компенсации, разделяемые 15интервалами подготовки, периодическиповторяются,В течение интервала подготовкиключи 7, 12 и 13 замкнуты, а ключи 8.и 14 разомкнуты. Так как усилители 9 20и 10 своими инвертирующими входамисоединены с землей, а неинвертирующим - с выходами .усилителей 4 и 5 соответственно, то на выходе этих усилителей будет поддерживаться 25напряжение, равное нулю.В течение интервала обнаруженияключи 12 и 13 размыкаются, а ключ 14замыкается. Состояние ключей 7 и 8не изменяется (ключ 7 замкнут, а 30ключ 8 разомкнут). Выход усилителя 11соединен через ключ 14 со входом уси"лителя 5 и поэтому на выходе послед-,него устанавливается напряжениеЦ =ПО, . Усилитель 4 и конденсаторыС С" и С образуют схему усилителязаряда.На первом выходе блока 17 импульснбго управления поддерживается напряжение О =0. Тогда 40О=-(в,+О,) "-1 р,где к - коэффициент пропорциональности, определяемый геометриеймаятника;- угол отклонения маятника.Напряжение О анализируетсяэ блоке 17 импульсного управления. Если 0) О, что соответствует р ( О, то в течение интервала компенсации необходимо заряжать конденсатор Спри О ( 0 необходимо заряжать СВ йнтервале компенсации, в соответствии с сигналом, вырабатываемым блоком 17 импульсного управления, заряжается конденсатор С или С, .Возможны два варианта коммутации аналоговых ключей.В первом варианте (заряжается конденсатор С, и это соответствует интервалу с -с ) ключи 7 и 13 замкнуты, а остальные - разомкнуты. Приэтом конденсаторы С, С и С включены в цепь обратной связи усилителя 4.Во втором варианте (заряжается конденсатор С, и это соответствуетинтервалу г. -с) ключи 8 и 12 замкнуты, а остальные - разомкнуты. При этом конденсаторы С, С 1 и:С г( включены в цепь обратной связи усилителя 5. Таким образом, на интервале компенсации к маятнику прикладывается постоянный компенсирующий момент, не зависящий от изменения емкостейконденсаторов С и С в течение этого интервала.Таким образом, предложенная конструкция акселерометра имеет техническое преимущество в сравнении с известным объектом, так как в ней величина компенсирующего момента не зависит от изменения емкостей конденсаторов, образованных электродами и маятником в процессе задания этого момента, благодаря чему повышается точность работы акселерометра. Причем это техническое преимущество достигается без введения в конструкцию электромеханического узла акселеро-, метра дополнительных узлов, а лишь благодаря изменению электронной части акселерометра.