Акселерометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) И 1 О 4 С 01 Р 15/08 АВТОРСКО ИДЕТЕЛЬСТВ ии ин(54) АКСЕЛЕРОИЕТ (57) Изобретение нию параметров дви ет повысить чувств рометра. Входные в элементы (ВШЭ) 12 телей размещены на Ро носится измереволяакселеения и п тельност но-штыревы зова икне 13 преобверхней и ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(56) Патент Франции У 252818кл. С 01 Р 15/08, 20,05.83.Патент США В 4346597,кл. С 01 Р 15/08, 31.08.82. торцовых плоскостях дерзателя нарасстоянии от торца инерционной массы 2, не превышающем четверти шага решетки преобразователя. Действие на инерционную массу 2 измеряемого ускорения приводит к изменению .с раз ным знаком времени задержки двух по верхностных акустических волн, возбужденных в чувствительном элементе1 с помощью ВШЭ 12 и 13. Влияние температуры на акселерометр компенсируется при использовании дифференциальной схемы включений линий задержки. Внутренние поверхности ВШЭ 12 и 13 металлизированы и образуют экраны 8 и 9, а на внешнем торце инерционной массы 2 нанесены поглотители 3 акустических волн, 4 з.п. ф-лы, 7 ил.1127 О 7Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к линейным акселерометрам с консольным чувствительным элементом и преобразователем, использующим поверхностные 5 акустические волны (ПАВ). Акселерометр предназначен для измерения ус корений объектов различного назначения.Цель изобретения - повышение чу чувствительности акселерометра.На Фиг. 1 показан акселерометр, фронтальный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - акселерометр, вид сверху на элементы 15 конструкции без крышки и верхнего элемента держателя на фиг. 4 и 5 - топология выходных встречно-штыревых преобразователей (ВШП) и форма пластины (УЧЗ); на фиг, 6 - акселе рометр, вид сверху, на фиг; 7 - разрез Б-Б на фиг. 1 (разрез упругого чувствительного элемента плоскостя" ми перпендикулярно фронтальной проекции).25Акселерометр состоит из консольно упругого чувствительного элемента (УЧЭ) 1, выполненного монолитно с инерционной массой 2, на торцовой части которой нанесен поглотитель 3. ЗО Два выходных ВШП 4 и 5 размещены на верхней и нижней основных плоскостяхУЧЭ между местом защемления и краем пластины. УЧЭ выполнен из пъезоэлектрика, например УХ-среза кварца, З 5 и жестко закреплен в деражателе между верхним 6 и йижним 7. его элементами, внутренние поверхности которых металлизированы и образуют экраны 8 и 9, расположенных от основных плос костей УЧЭ на расстоянии, не превышающем его максимального прогиба. На торцовых плоскостях держателя нанесены пъезоэлектрические пленки: 10 и11 и выходные ВШП 12 и 13, ориентиро ванные параллельно внутренним торцовым плоскостям УЧЗ и расположены,от них на расстоянии, не превышающем четверти периода решетки (шириныэлектродов) В 16 П 4, 12 и 5, 13 об разующих две линии задержки ПАВ. Ортогональные рабочие плоскости УЧЭ иинерционной массы сопряжены междусобой цилиндрическими поверхностями.Элементы держателя и пластина УЧЗсоединены между собой и дном корпуса 14 слоем легкоплавкого стекла 15. Герметизация и вакуумирование объема. 09в котором размещены УЧЭ и держатель, осуществляются с помощью крышки 16 с патрубком. Сигнальные 17, 18 и общие 19, 20 электроды входных ВШП и экраны 8 и 9 соединеняются с внешними устройствами через гермовводы 21, 22 и 23, 24. Сигнальные 25, 26 и общие 27, 28 электроды выходных ВШП соединяются с внешними устройствами через гермовводы 29, 30 и 31, 32. Для демпфирования отраженных акустических волн на краях пластины УЧЭ нанесен поглотитель 33 и 34.Акселерометр работает следующим образом.Входной ВШП 12 через воздушный зазор возбуждает в поверхностном слое УЧЭ первую ПАВ, которая распространяется по первой торцовой поверхности инерционной массы, переходит через цилиндрическую сопрягающую поверхность на вернюю главную плоскость УЧЗ и, проходя через зону эащемления, достигает выходной ВШП 4 за некоторое время Т . При этом фаза ПАВ равна1 1 Т 1 вгде 21- частота акустического синхронизма первой пары ВШП 4, 12,Аналогично с помощью второго входного ВШП 13 возбуждается через воздушный зазор вторая ПАВ, которая распространяется по второй торцовой поверхности инерционной массы и далее по нижней плоскости УЧЭ достигает выходной ВШП 5 за время Т . Фаза второй ПАВфг =1 г Т 2где дг - частота акустического синхронизма второй пары ВШП 5., 13,При воздействии на инерционную массу 2 инерционных сил от измеряемо- го ускорения происходит смещение торцовых поверхностей инерционной массы относительно ВШП 12 и 13, растяжение верхнего и сжатие нижнего поверхностных слоев УЧЭ и изменение зазоров между верхней и нижней поверхностями УЧЗ и экранами 8 и 9 соответственно. Это приводит к увеличению времени задержки первой ПАВ за счет увеличения длины акустического1270709 пути от прогиба консоли (т,е, от смещения входного ВШП 12 в направленииот нейтральной плоскости УЧЭ), рас -тяжения.,верхнего поверхностного слоявдоль направления распространения . 5первой ПАВ и уменьшения скорости первой ПАВ за счет деформации растяжения, уменьшения степени экранирования при увеличении зазора между верхней поверхностью УЧЭ и экраном 8, 0 из фазы пернения фазы ционных силПри Х,= Х = Х.Ч - Чо, получают где Хо; - расстояние выходного ВШП 4 5до края поверхности сопряжения;Х - деформация растяжения верхнего поверхностного слоя,Уо, - расстояние от входного ВШП 2012 до края поверхности сопряжения;4 У - смещение консоли (центраинерционной массы) относительно входного ВШП 12;Ч - скорость ПАВ на горизонтальном участке УЧЭ,"Ч - скорость ПАВ на вертикальном участке инерционноймассы; 30лЧ - изменение скорости от деформации;1лЧ - изменение скорости от экранирования,Уменьшение времени задержки второй ПАВ происходит за счет уменьшения длины акустического пути от смещения входного ВШП в направлении к нейтральной плоскости УЧЭ, сжатия нижнего поверхностного слоя УЧЭ и 40 увеличения скорости второй ПАВ от деформации сжатия и увеличения степени экранирования при уменьшении зазора между нижней поверхностью УЧЭ и экраном 945Хог Ха Уог -4 уг.+г -г Ч +ьЧз ЬЧ Чоа 4, Акселерометр, по пп. 1-3, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что элементы держателя выполнены из кристалла Х, +АХ,Т, + а Т,Ч -дЧ-Чо где введены обозначения, аналогичные обозначениям в предыдущей фор муле.При воздействии градиента температур происходит увеличение времени задержки как первой, так и второй ПАВ. Это влияние температуры компен сируется при использовании дифференциальной схемы включения линий задерж ки, т.е, вычитания фазы второй ПАВ вой ПАВ, Полезные измеза счет воздействия инерпри этом удваиваются. Хог= Хо Уо = Уог = Уо, ьХ; дУ = У, = аУ; Ч, из предыдущих формул 2 ьУ 2 ЧоЬХ (ЧфйЧ )Х Ж Чг Формула изобретения 1. Акселерометр, содержащий установленную в держателе корпуса консоль с закрепленной на ее свободном конце инерционной массой, образующей с консолью Т-образный чувствительный элемент и две пары встречно-штыревых решетчатых преобразователей поверхностных акустических волн, выходные встречно-штыревые элементы которых размещены на плоскостях консольно чувствительному элементу, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, входные встречно-штыревые элементы преобразователей размещены на верхней и нижней торцовых плоскостях держателя на расстоянии от параллельно расположенных внутренних торцовых плоскостей инерционной массы, не превышающем четверти шага решетки преобразователя, причем внутренние участки поверхности держателя между встречно-штыревыми преобразователями каждой пары металлизированы и образуют зазор. 2. Акселерометр, по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что плоскости чувствительного элемента сопряжены с внутренними торцовыми плоскостями инерционной массы цилиндрическими поверхностями переменной кривизны, а на внешнем торце инерционной массы нанесены поглотители акустических волн.3, Акселерометр, по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что металлизированные держатели повторяют форму срединной поверхности консоли при изгибе.238/48 Тираж 778НИИПИ Государственного комитета СССпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб Произвопственно-полиграфическое предприятие, г; Ужгород, ул. П ная, 4,5. Аксеерометр по пп. 1-4, о тл и ч а ю ц и й с я тем, что выходные встречно-штыревые преобразователи расположены относительно входныхс противоположной стороны от местазацемления чувствительного элемента 5 в держателе,