Емкостный акселерометр

) Изобре нно-изме наити приме ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 01 НРЬТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИ.Авторское свидУ 1067445, кл. С ение относится к информаительной технике и можетение в устройствах измепения параметров движения объектов.Целью изобретения является увеличение пределов измерения на один, двапорядка и повышение помехоустойчивости и надежности. Чувствительные элементы - пластины закреплены на однойоси с возможностью перемещения первого чувствительного элемента относительно второго, а перемычки имеютувеличенную жесткость.Акселерометримеет также две пластины 8 и 9 сэлектродами 1 О и 11 емкостного датчика перемещения и электродами 12 и 13электростатического компенсатора.Таким образом в акселерометре производится взаимная компенсация смещения двух подвижных чувствительныхэлементов при выполнении компенсатора только из подвижных частей. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к информационно-измерительной технике и можетнайти применение для точных измерений линейных ускорений, ускорений5сиды тяжести и параметров движенияобъектов,Целью изобретения является расширЕние диапазона измеряемых ускоренийз 4 счет частичной компенсации измеряе ого ускорения при небольшом разлиУч и масс чувствительных элементов,п вышение помехоустойчивости и над жности акселерометра и расширениевЕрхнего предела измеряемых ускорений,Иа фиг.1, 2 представлена конструктивная схема предлагаемого акселрометра; на фиг. 3 - структурнаясфема,20Акселерометр содержит первый чувс вительный элемент - пластину 1,з крепленную с помощью двух перемычек 2, второй чувствительный элемент3 закрепленный перемычками 4 с неп движным основанием 5 монопластинкремния, установленной в корпу-;с б и зажатой крышкой 7. По первомуварианту на чувствительном элементе3 с двух сторон закреплены дополнительные пластины 8 и 9 с электродами10 .и 11 и электродами 12 и 13. Напластине 1 с двух сторон расположеныэлектроды 14 и 15, противолежащие.Соответствующим электродам, распо 35хоженным на пластинах 8 н 9. Электроды 10, 11 и 14 образуют емкостныйдатчик взаимного перемещения чувстви.тельных элементов 1 и 3 н включеныдифференциальную схему измерительного моста 16. Выход моста подключенК входу дифференциального усилителя17 с фазочувствительным выпрямитеЛем, выходные напряжения которого+О и ок суммируются с постояннымнапряжением Б источника 8 опорногонапряжения и подводятся к электродам2, 13 и 15 электростатического комПенсатора.Акселерометр работает следующим50образом.При наличии измеряемого ускоренияХ на чувствительные элементы 1 и 3Цс массами ш и ш воздействуют усилияР и Г которые вызывают соответственф Зфио перемещения Хи Хэ пластин 1 и 3за счет углового поворота на углыЯ, и Ч (т.е. Х, = 11, и Х1, Ц)) . Перемещения, Х, и Х э вычи Е 8 Е" Р =- - -110 иГ =,Б Б к 2 д о к к 2 .оо о где с, - диэлектрическая постояннаясреды между электродами компенсатора;Б - площадь меньшего электродакомпенсатора;- расстояние между электродами еУсилия Рк и Р , воздействуя наКфчувствительные, элементы 1 и 3, вызывают соответственно перемещения и ХГК ы фй ХР где И, И - жесткости перемычек 2 и4 соответственно.Компенсирующее перемещение Х к =К фУравнение компенсации Х , = Хк или и ,ш ш Рк ГкХ / ) 11 1 з 1 12 При У= И измеряемое ускорение определяется выражением Е 8 Поох 23;2ш(1- - )шзшПо второму варианту пластина 8 с электродами может быть закреплена на одном чувствительном элементе, а пластина 9 с электродами - на другом. Тогда массы чувствительных элементов можно сделать мало отличающимися друг от друга, что позволяет при небольших значениях компенсирующего усилия измерять сколь угодно большие значения измеряемых ускорений.Таким образом, по сравнению с известными акселерометрами с электротаются емкостным датчиком взаимногоперемещения чувствительных элементов.Разность перемещений Х, = Х - Хпреобразуется схемой измерительногсмоста 16 в электрический сигнал ЬУ,который усиливается и выпрямляетсяусилителем 17, выходные напряжения+Б и -Цкоторого в сумме с опорнымнапряжением Б прикладываются кэлектродам 12, 13 и 15 электростатического компенсатора. Электростатические силы притяжения между электродами 12 и 15, 13 и 15 соответственно равны156 5 ие,2 статической компенсацией в предлагаемом при том же значении компенсирую,щего усилия значения измеряемого усшкорения в 2/(1 - ) раз больше. Приш одинаковых упругих подвесах, однойи той .же технологии изготовления,высокой стабильности упругих характеристик монокристалла кремния одинаковость жесткостей подвесов выдерживается с высокой точностью и погрешность предлагаемого акселерометраопределяется в основном погрешностями электростатического компенсатора,как и в известных компенсационныхакселерометрах. Кроме того, величинавзаимного перемещения Хмеждуподвижными электродами электростати"ческого компенсатора на порядок меньше перемещений Х и Хэ чувствительных элементов, что позволяет. уменьшать зазор между электродами компенсатора и, тем самым, увеличивать компенсационное усилие. Ф о р м у л а и з о б р е т"е н и я 1. Емкостный акселерометр, содержащий выполненные из одного моно- кристалла кремния неподвижное осно вание, два чувствительных элемента . в виде пластин, соединенных с основанием с помощью равножесткостных пере 1047 6мычек, а также. корпус, крышку, емкостный датчик перемещения, компенсатор и схему обработки выходного 5сигнала с усилителем и измерительным мостом, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью расширения диапазона измеряемых ускорений, повышенияпомехоустойчивости и надежности, внего введены две дополнительные пластины с закрепленными на них с однойстороны электродами датчика перемещения и электростатического компенсатора, противолежащие электроды которых закреплены на одной или двухпластинах чувствительных элементов,расположенных между дополнительнымипластинами.2. Акселерометр по п. 1, о т л и 20 ч а ю щ и й с я тем, что обе дополнительные пластины закреплены на одном чувствительном элементе, а электроды датчика перемещения и компенсатора - на обеих сторонах другого25 чувствительного элемента,3. Акселерометр по и. 1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью расширения верхнего пределаизмеряемых ускорений, одна дополниЗо тельная пластина жестко соединена спервым чувствительным элементом, адругая - с вторым, причем электродыкомпеысатора и датчика перемещениязакреплены на обоих чувствительныхэлементах с одной стороны.351561047 г.З Составитель А.ПолынковРедактор М.Бандура Техред М.Дидык Корректор С.Шевку Заказ 976 Типаж Подписное НИИПИ сударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб , д. 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 1