DE69000479T2 - Beschleunigungsmesser mit biegeschwinger als traeger. - Google Patents

Beschleunigungsmesser mit biegeschwinger als traeger.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Beschleunigungsmesser, der beispielsweise als Beschleunigungsmesser in Flugkörpern oder Satelliten zu deren Lenkung oder als Querneigungsmesser auf einer Off-shore-Bohrplattform an Bord genommen werden kann.
  • Insbesondere arbeitet der Meßfühler mit Biegung und umfaßt einen festen Massivteil, einen beweglichen Massivteil und zwei Träger oder zwei Vibrationsplatten, die jeweils fest mit den Massivteilen entsprechend verbunden sind. Ein solcher Meßfühler nutzt die große Frequenzempfindlichkeit eines biegeschwingenden Trägers auf Druck- oder Dehnungskräfte, die sich in Längsrichtung auf den Träger auswirken, wenn der bewegliche Massivteil einer Querbeschleunigung ausgesetzt ist. Das Ausgangssignal des Meßfühlers hängt von einer Differentialfrequenz der beiden Träger ab, die leicht zunutze gemacht werden kann, um hieraus den Wert der Beschleunigung oder der Neigung einer Ebene in bezug auf das Erdgravitationsfeld abzuleiten.
  • Ein solcher als Ausleger bezeichneter Meßfühler mit Doppelresonator ist in der amerikanischen Patentschrift US-A- 4479385 beschrieben. Die Massivteile bestehen aus Massivüberdeckungen, von denen eine an einem Basiselement befestigt ist. Die Träger sind rechteckförmige Quarzplatten, die geeignete und vollständig getrennte und von den Massivüberdeckungen trennbare Elektroden tragen. Die Träger bilden Zwischenträger zwischen den Massivüberdeckungen. Die flachen Enden jedes Trägers sind an koplanaren Stirnseiten der Überdeckungen jeweils befestigt.
  • Der bekannte Meßfühler gemäß dem Patent US-A-4479385 weist hauptsächlich drei Nachteile auf.
  • Ein erster Nachteil des bekannten Meßfühlers besteht in einer geringen Beschleunigungsempfindlichkeit, gewöhnlich 100 bis 300 Hz maximale Frequenzänderung für Resonatorträger mit einer Eigenfrequenz von 40 kHz. Die maximale relative Frequenzänderung ist daher in der Größe von Δf/f = 200/40000 = 0,5%.
  • Dieser Nachteil beruht auf der Tatsache, daß der bewegliche Teil am festen Teil lediglich durch zwei Träger gehalten ist, deren Biegesteifigkeit wenig hoch ist. Die Masse des beweglichen Teils muß aufgrunddessen auf einen kleinen Wert begrenzt werden, damit die Eigenfrequenz des Meßfühlers entsprechend den Empfehlungen für Beschleunigungsmesser höher als 2000 Hz ist. Außerdem können die Träger aufgrund einer relativ geringen Steifigkeit mit Torsion arbeiten.
  • Ein weiterer Nachteil des bekannten Meßfühlers, der ebenfalls auf dem niedrigen Wert der beweglichen Masse beruht, bezieht sich auf das Erfordernis einer Vibrationsentkoppelung der Vibrationsträger, damit diese unabhängig voneinander schwingen. Jeder der Träger besteht vorzugsweise aus einem Resonator vom Doppelstimmgabel-Typ.
  • Ein dritter Nachteil des bekannten Meßfühlers betrifft die Montage der verschiedenen Elemente miteinander, Massivüberdeckungen und Vibrationsträger oder Wandlerträger. Die Montage greift beträchtlich in den Selbstkostenpreis des Meßfühlers einerseits und durch seine Eigenschaften in die Leistungen des Meßfühlers ein.
  • Die vorliegende Erfindung hat zum Zweck, einen Beschleunigungsmesser zu liefern, bei dem die Nachteile des Standes der Technik behoben sind und der insbesondere eine höhere Masse des beweglichen Teils aufweist, um die Empfindlichkeit des Meßfühlers zu verbessern.
  • Zu diesem Zweck ist ein Beschleunigungsmesser von der eingangs definierten Art dadurch gekennzeichnet, daß er zwei zweite Träger umfaßt, die jeweils fest mit den Massivteilen verbundene und auf beiden Seiten von den Vibrationsträgern angeordnete Enden aufweisen. Die Biegesteifigkeit der zweiten Träger ist höher als diejenige der Vibrationsträger. Unter diesen Bedingungen kann der bewegliche Teil eine große Masse in der Größe von 1000 mal der Masse eines einfachen Vibrationsträgers aufweisen und liefert eine gute mechanische Isolierung zwischen den Schwingungen der Träger. In der Praxis ist die relative Frequenzänderung der Vibrationsträger in der Größe von 5% für eine Beschleunigung von 100 G, wobei der Meßfühler eine Eigenfrequenz von 5000 Hz aufweist. Diese relative Frequenzänderung ist daher zehn mal größer als diejenige des Meßfühlers gemäß dem Patent US-A-4479385.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, jegliche Montage von trennbaren Teilen zu vermeiden.
  • Zu diesem Zweck bilden die Massivteile, die Vibrationsträger und die zweiten Träger einen Körper aus einem Stück, der aus einer selben Materialplatte mit gleichmäßiger Dicke maschinell hergestellt ist.
  • Es sei festgestellt, daß in der EP-A-14957 ein Beschleunigungsmesserkörper aus einem Stück veröffentlicht ist, der einen oder zwei flexible Träger aufweist und der durch Ätzen in einem Substrat erhalten wird. Indessen ist dieser Beschleungigungsmesser vom Typ mit veränderlichem Kondensator, der durch zwei Elektroden gebildet ist, die entsprechend am festen Teil und einem Vibrationsträger oder dem beweglichen Teil befestigt sind.
  • Die Eigenschaft der Einstückigkeit des Meßfühlers gestattet es, den Körper des Meßfühlers chemisch aus einer elastischen Massivmaterialplatte, beispielsweise aus piezoelektrischem Material wie Quarz, zu bearbeiten und damit die Herstellungsdauer und die Kosten des Meßfühlers, jedoch ebenso die Abmessungen des Meßfühlers herabzusetzen.
  • Das Merkmal der Einstückigkeit des Körpers des Meßfühlers gibt ebenso eine ausgezeichnete Definition der Geometrie der verschiedenen Teile des Meßfühlers, was noch dazu beiträgt, die Kosten herabzusetzen und die Leistungen des Meßfühlers zu verbessern. Vorzugsweise haben die Massivteile in ihrer Dicke eine gemeinsame Mittelebene, auf deren beiden Seiten sich die Vibrationsträger erstrecken. Die Vibrationsträger haben parallele Längsachsen, die in einer zur Mittelebene der Massivteile geneigten Ebene liegen.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen klarer beim Lesen der folgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten entsprechenden Zeichnungen hervor, in denen:
  • Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Körpers eines Meßfühlers gemäß der Erfindung ist und schematisch dem Meßfühler zugeordnete Mittel zur Frequenzmessung zeigt;
  • Fig. 2 eine Seitenlängsansicht des Meßfühlerkörpers von Fig. 1 ist;
  • Fig. 3 eine Schnittansicht nach Ebene III-III von Fig. 1 ist;
  • Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Meßfühlerkörpers gemäß der Erfindung ist; und
  • Fig. 5 eine Vorderansicht des Meßfühlerkörpers von Fig. 4 ist.
  • Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Körper eines Meßfühlers CA gemäß der Erfindung durch chemische maschinelle Bearbeitung einer piezoelektrischen Materialplatte, so wie Quarz, hergestellt, die eine gleichmäßige Dicke E aufweist. Der Körper des Meßfühlers CA ist daher aus einem Stück.
  • Gemäß der in Fig. 1 bis 3 veranschaulichten Ausführung hat der Körper des Meßfühlers CA die allgemeine Form eines Parallelepipeds, das sich hier in vertikaler Richtung folgend der durch eine zentrale Längsachse Z'Z verkörperten Längsrichtung erstreckt. Die Achse Z'Z ist in einer Mittelebene PM der Platte parallel zu deren Seiten enthalten.
  • Gemäß der veranschaulichten Ausführung bildet die Achse Z'Z eine Symmetrieachse des Meßfühlers.
  • Der Meßfühler CA weist einen festen Massivteil 1 und einen beweglichen Massivteil 2 auf, die durch Parallelepipedüberdeckungen gebildet sind, die an den Längsenden des Körpers des Meßfühlers angeordnet sind und somit eine Dicke und Länge gleich denjenigen E und l des Körpers aufweisen. Die Höhen H1 und H2 der Teile 1 und 2 sind im allgemeinen unterschiedlich und vorzugsweise H1 < H2. Der feste Teil 1 ist dazu bestimmt, fest mit der Struktur einer Maschine (Flugkörper oder Satellit) mittels eines Gehäusebasiselements BA verbunden zu sein. Der feste Block 1 ist beispielsweise durch Kleben am Basiselement BA befestigt. Der Teil 2 bildet die Prüfmasse des Meßfühlers. Die Beschleunigung der Verschiebung der Maschine oder die Position der Maschine im Erdgravitationsfeld wird mittels des Meßfühlers CA gemessen, je nachdem, ob dieser als Beschleunigungsmesser oder Neigungsmesser verwendet wird.
  • Der Körper des Meßfühlers CA weist ebenso zwei identische erste Vibrationsträger 3&sub1; und 3&sub2; und zwei identische zweite Träger 4&sub1; und 4&sub2; mit größerem Querschnitt als die ersteren auf, um die beiden Teile 1 und 2 zu verbinden. Die Träger 3&sub1;, 3&sub2; und 4&sub1;, 4&sub2; sind im wesentlichen kreuzförmig angeordnet und erstrecken sich parallel zur Achse Z'Z.
  • Die ersten Träger 3&sub1; und 3&sub2; haben einen kleinen rechteckförmigen horizontalen Querschnitt, der durch eine Dicke e3 und eine Breite l3 definiert ist, die entsprechend der Breite l und der Dicke E des Körpers des Meßfühlers jeweils genommen sind. Die Breite l3 der ersten Träger ist kleiner als E/2 und die zur Außenseite des Körpers gewandten Längskanten der Träger 3&sub1; und 3&sub2; sind zu den großen Seiten der Überdeckungen 1 und 2 des Meßfühlers und damit mit den Stirnseiten der Materialplatte koplanar. Wenn der Körper durch chemische maschinelle Bearbeitung erhalten wird, sind außerdem die Träger 3&sub1; und 3&sub2; in bezug aufeinander um einen kleinen Abstand &delta; verschoben, d.h. die Achsen Z'&sub1;Z&sub1; und Z'&sub2;Z&sub2; der ersten Träger liegen in einer zur Mittelebene PM geneigten Ebene. Die Querschnitte der Träger 3&sub1; und 3&sub2;, die im Querschnitt in Fig. 3 dargestellt sind, sind um &delta;/2 in bezug auf eine zur Ebene PM senkrechten Ebene entfernt und verlaufen durch die Achse Z'Z.
  • Die Träger 3&sub1; und 3&sub2; bilden Biegeschwingplatten, die beispielsweise einer Richtung parallel zur Mittelebene PM folgen.
  • Die Vibrationen der Platten 3&sub1; und 3&sub2; sind auf ihren Eigenresonanzen mittels zweier herkömmlicher elektronischer Oszillatorkreise 5&sub1; und 5&sub2; wie in Fig. 1 gezeigt gehalten. Die elektrische Ansteuerung jeder Platte, beispielsweise der Platte 3&sub1;, wird durch zwei Elektroden 31&sub1; und 31&sub2; erhalten, die in der Form von zwei parallelen schmalen Bändern gedruckt sind, die in bezug auf die Längsmittelebene der Platte symmetrisch sind und am Ende der Längsaußenkante der Platte liegen, die dem festen Teil 1 benachbart ist. Auf der entsprechenden Seite des festen Teils 1 enden die Elektroden 31&sub1;, 31&sub2; der Platte 3&sub1; mittels zweier Platten 32&sub1; und 32&sub2;, die hier quadratisch sind, auf denen zwei mit zweckmäßigen Anschlüssen des Oszillatorkreises 5&sub1; verbundene entsprechende Leiterdrähte 33&sub1; und 33&sub2; angelötet sind.
  • Die Platten 3&sub1; und 3&sub2; führen somit Parallel zur Ebene PM Biegeschwingungen aus. Gemäß weiteren Anordnungen der Elektroden können die letzteren indessen quer zur Ebene PM schwingen.
  • Ausgänge der Kreise 5&sub1; und 5&sub2; übertragen zwei Signale mit entsprechenden Frequenzen f&sub1; und f&sub2; zu den Eingängen eines herkömmlichen Frequenzsubtraktionskreises 6, der ein Signal mit der differentiellen Frequenz f = f&sub1; - f&sub2; ausgibt, die durch einen Frequenzmesser 7 gemessen ist.
  • Die zweiten Träger 4&sub1; und 4&sub2; erstrecken sich ebenso parallel zur Achse Z'Z, haben jedoch Mittelebenen, die zur Ebene PM parallel und gemäß Fig. 1 bis 3 mit der Ebene PM verschmolzen sind. Die Breite l4 der zweiten Träger ist kleiner als (l-(2.e3+&delta;))/2. Die Dicke e4 der zweiten Träger ist vorzugsweise deutlich kleiner als E. In Fig. 1, 2, 4 und 5 ist die Länge L3 der ersten Träger 3&sub1; und 3&sub2; gleich der Länge L4 der zweiten Träger 4&sub1; und 4&sub2;, wobei die Längen hier in vertikaler Richtung folgend den Überdeckungshöhen H1 und H2 genommen sind.
  • Gemäß weiteren Varianten haben der eine oder die beiden Teile 1 und 2 eine Stirnseitenkontur T für L3 < L4 oder haben eine Stirnseitenkontur U für L3 > L4. Die zweiten Träger 4&sub1; und 4&sub2; bilden flexible Gelenke folgend ihrer Dicke, wenn der Meßfühler CA einer Beschleunigung folgend der empfindlichen Querrichtung DS ausgesetzt ist.
  • Der Meßfühler gemäß der Erfindung bildet somit einen einachsigen Meßfühler folgend der empfindlichen Richtung DS senkrecht zur Ebene PM.
  • Die Funktion des Meßfühlers ist die folgende unter Bezugnahme auf Fig. 2, die die Hauptbelastungen zeigt, die durch die bewegliche Masse 2 auf die Vibrationsplatten 3&sub1; und 3&sub2; und die Gelenke 4&sub1; und 4&sub2; ausgeübt werden, wenn der Meßfühler CA einer folgend der empfindlichen Richtung DS ausgeübten Beschleunigung &Gamma; ausgesetzt ist.
  • Die eine, 3&sub1;, der Platten wird einer Ausdehnungskraft und die andere Platte, 3&sub2;, wird einer Kompressionskraft ausgesetzt. Die beiden Kräfte haben dieselbe Stärke T, wenn die beiden Platten 3&sub1; und 3&sub2; identisch sind. Zur Vereinfachung der Darstellung der Berechnungen wird angenommen, daß die beiden Platten identisch sind, wobei bekannt ist, daß die gute Funktion eines Meßfühlers gemäß der Erfindung gut mit zwei unterschiedlichen Platten verträglich ist, d.h. mit unterschiedlichen Dicken und/oder Breiten der Platten.
  • Die Gelenke 4&sub1; und 4&sub2; erfahren zum einen ein Biegemoment C und zum anderen eine Scherbeanspruchung quasi gleich M&Gamma;, wobei M die Masse des beweglichen Teils ist. Während die Biegesteifigkeit der Platten 3&sub1; und 3&sub2; deutlich kleiner als diejenige der Gelenke 4&sub1; und 4&sub2; ist, können die von den Platten aufgenommenen Scherbeanspruchungen und Biegemomente vernachlässigt werden.
  • Der Ausdruck der Kräfte T wird erhalten, indem ein Gleichungssystem aufgelöst wird, das das Gleichgewicht der beweglichen Masse sowie das mechanische Verhalten der Platten und der Gelenke umsetzt. Es wird eine Kraftstärke proportional zur Beschleunigung &Gamma; erhalten:
  • T = &chi;M&Gamma;
  • wobei &chi; den Multiplikativkoeffizienten von M&Gamma; wie
  • &chi; = [(H2+L)/2d 1/(1+2 Ia/(sd²))]
  • bezeichnet, wobei
  • L = L3 = L4 und d = E-l3
  • - Ia die Summe der Querschnittsträgheitsmomente der beiden Gelenke 4&sub1; und 4&sub2; ist und
  • - s = l3.e 3 der Querschnitt einer Vibrationsplatte 3&sub1;,3&sub2; ist.
  • Die Platten werden daher Kräften T ausgesetzt, die eine Stärke = &chi; mal M&Gamma; aufweisen. Der Multiplikativkoeffizient &chi; kann leicht mehrere Einheiten erreichen, sogar mit Gelenken, die sehr viel steifer als die Vibrationsplatten sind.
  • Die Dehnungs- und Kompressionskräfte, die die Platten 3&sub1; und 3&sub2; erfahren, sind der Grund für entgegengesetzte Frequenzänderungen für die beiden Platten.
  • &Delta;f&sub1; = +k T
  • &Delta;f&sub2; = -k T
  • wobei k ein vom Querschnitt der Vibrationsplatten und Eigenschaften des piezoelektrischen Materials abhängiger Koeffizient ist. Die Resonanzfrequenzen der beiden Platten 3&sub1;und 3&sub2; stellen sich abhängig von der Beschleunigung &Gamma; dar:
  • f&sub1; = f&sub0; + k &chi;M&Gamma;
  • f&sub2; = f&sub0; - k &chi;M&Gamma;
  • wobei f&sub0; die Resonanzfrequenz der Platten bei Fehlen einer Beschleunigung ist. Die Frequenz f drückt sich nun wie folgt aus:
  • f = f&sub1; - f&sub2; = 2 k &chi;M&Gamma;
  • Die Änderungen der Frequenz f sind somit für Änderungen der Beschleunigung &Gamma; repräsentativ, die auf den Meßfühler folgend der empfindlichen Richtung DS ausgeübt wird. Der Vorteil, Maßnahmen abhängig von der Differenz der Frequenzen f&sub1; und f&sub2; vorzusehen, besteht zum einen darin, daß der Einfluß der parasitären Eingangsgrößen wie hauptsächlich der Temperatur beträchtlich herabgesetzt ist, und zum anderen die Empfindlichkeit des Meßfühlers auf die Beschleunigung die Summe der Empfindlichkeit der beiden Platten ist.
  • Es sei festgestellt, daß die in Fig. 1 bis 3 veranschaulichte Geometrie des Meßfühlers CA eine bevorzugte Geometrie ist, deren Vorteile nachstehend in bezug auf weitere Varianten des Meßfühlers gemäß der Erfindung dargestellt sind.
  • Die Mittelebene jedes der Gelenkträger 4&sub1; und 4&sub2; fällt vorzugsweise mit der Mittelebene PM der Platte zusammen, um die Wirkungen einer Beschleunigung parallel zur Achse ZZ' außer Kraft zu setzen. Im Fall einer Beschleunigung quer zur Empfindlichkeitsrichtung DS erfahren nämlich die Vibrationsplatten 3&sub1; und 3&sub2; gleiche Dehnungs- oder Kompressionsrestbeanspruchungen, und die Frequenzänderungen &Delta;f&sub1; und &Delta;f&sub2; sind im Modul und im Vorzeichen für die beiden Platten gleich. Die differentielle Frequenz f weist somit keine Änderung für eine Querbeschleunigung auf.
  • Es ist erwünscht, daß die Biegesteifigkeit der Gelenke 4&sub1; und 4&sub2; deutlich größer als die Biegesteifigkeit der Platten 3&sub1; und 3&sub2; ist. Die bewegliche Masse 2 wird somit gut gehalten und der Meßfühler berücksichtigt trotz einer beträchtlichen beweglichen Masse die gewöhnliche Spezifikation betreffend die Eigenfrequenz von Beschleunigungsmeßfühlern: Eine beliebige Strukturresonanzfrequenz kleiner als 2000 Hz.
  • Eine große Steifigkeit der Gelenke 4&sub1; und 4&sub2; ist besonders interessant, denn dies gestattet es, eine ausreichend große bewegliche Masse 2 auszuwählen, um die Empfindlichkeit der Vibrationsplatten maximal auszunutzen. Üblicherweise ist die Masse des vorgenannten beweglichen Teils 2 ungefähr 1000 mal diejenige eines einfachen Trägers 3&sub1;, 3&sub2;. Es ist somit möglich, einen Meßfühler auszuführen, dessen Eigenfrequenz den Wert 5000 Hz hat, und für den jede der Vibrationsplatten 3&sub1;, 3&sub2; eine relative Frequenzänderung von 5% für eine angelegte Beschleunigung von 100 G aufweist.
  • Gemäß der in Fig. 1 und 2 veranschaulichten Ausführung ist die die Mittelachsen Z'&sub1;Z&sub1; und Z'&sub2;Z&sub2; der Platten 3&sub1; und 3&sub2; nicht zur Ebene PM senkrecht. Die Verschiebung &delta; zwischen den beiden Platten gestattet die Ausführung des Körpers des Meßfühlers durch chemische maschinelle Bearbeitung und ist für das gute Funktionieren des Meßfühlers aufgrund des Vorhandenseins der Gelenke 4&sub1; und 4&sub2; nicht nachteilig.
  • Eine weitere Ausführung eines Meßfühlers CAa gemäß der Erfindung ist in Fig. 4 und 5 gezeigt. Der Meßfühler CAa weist einen Körper aus einem Stück aus Quarz auf, der durch chemische maschinelle Bearbeitung mittels photolithographischer Verfahren ausgehend von einer Quarzplatte erhalten wird, deren Mittelebene zur kristallographischen Achse Z orthogonal ist.
  • Der Meßfühler CAa ist diskusförmig und umfaßt einen festen Teil 1a, einen beweglichen Teil 2a, Platten 3a&sub1; und 3a&sub2; und Gelenke 4a&sub1; und 4a&sub2; ähnlich denjenigen des Meßfühlers CA.
  • Bezüglich des Meßfühlers CA umfaßt der feste Teil 2 Abschnitte 10a&sub1; und 10a&sub2; in Form von diskusförmigen Segmenten, die entlang der Längskanten des beweglichen Teils 2a und der Gelenke 4a&sub1; und 4a&sub2; verlaufen und sich bis zum Ende der beweglichen Masse 2a erstrecken.
  • Schmale Schlitze 11a&sub1; und 11a&sub2; trennen somit die Abschnitte des festen Teils 10a&sub1; und 10a&sub2; und die Längskanten des beweglichen Teils 2a. Die Abschnitte sind von vier Löchern 12a durchbohrt, die für das Durchtreten von dichten elektrischen Durchführungen eines Gehäusebasiselementes des Meßfühlers vorgesehen sind. Die Befestigung des festen Teils am Basiselement ist in der Nähe der Löcher 12a ausgeführt, d.h. ausreichend weit von den Vibrationsträgern 3a&sub1; und 3a&sub2; entfernt, um die Qualität von deren Schwingungen nicht zu ändern.
  • Die kreisförmige Kontur des Körpers des Meßfühlers CAa liefert die Kompaktheit, die für seine Integration in einem zylindrischen Gehäuse mit geringem Raumbedarf erforderlich ist.

Claims (16)

1. Beschleunigungsmesser, umfassend einen festen Massivteil (1), einen beweglichen Massivteil (2) und zwei Biegeschwingerträger (3&sub1;, 3&sub2;), die jeweils fest mit den entsprechenden Massivteilen verbundene Enden aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei zweite Träger (4&sub1;, 4&sub2;) umfaßt, die jeweils fest mit den Massivteilen (1, 2) verbundene und auf beiden Seiten von den Vibrationsträgern (3&sub1;, 3&sub2;) angeordnete Enden aufweisen.
2. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Biegesteifigkeit der zweiten Träger (4&sub1;, 4&sub2;), die höher als diejenige der Vibrationsträger (3&sub1;, 3&sub2;) ist.
3. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Querschnitt (l4.e4) der zweiten Träger (4&sub1;, 4&sub2;) der größer als derjenige (l3.e3) der Vibrationsträger (3&sub1;, 3&sub2;) ist.
4. Beschleunigungsmesser nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsträger (3&sub1;, 3&sub2;) zueinander parallele und zu den großen Längsseiten der zweiten Träger (4&sub1;, 4&sub2;) senkrechte große Längsseiten aufweisen.
5. Beschleunigungsmesser nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch identische zweite Träger (4&sub1;, 4&sub2;).
6. Beschleunigungsmesser nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Massivteile (1, 2) und die Vibrationsträger (3&sub1;, 3&sub2;) und die zweiten Träger (4&sub1;, 4&sub2;) einen aus einer selben Materialplatte mit gleichmäßiger Dicke maschinell hergestellten Körper aus einem Stück (CA) bilden.
7. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Platte piezoelektrisch ist.
8. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus einem Stück durch chemische maschinelle Bearbeitung der Platte erhalten worden ist.
9. Beschleunigungsmesser nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Massivteile (1, 2) in ihrer Dicke (E) eine gemeinsame Mittelebene (PM) aufweisen, auf deren beiden Seiten sich die Vibrationsträger (3&sub1;, 3&sub2;) erstrecken.
10. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsträger (3&sub1;, 3&sub2;) Breiten (23) aufweisen, die jeweils in den beiden Halbdicken (E/2) der Massivteile (1, 2) enthalten sind.
11. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsträger (3&sub1;, 3&sub2;) in einer zur Mittelebene (PM) der Massivteile (1, 2) geneigten Ebene liegende parallele Längsachsen (Z'&sub1;Z&sub1;, Z'&sub2;Z&sub2;) aufweisen.
12. Beschleunigungsmesser nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Träger (4&sub1;, 4&sub2;) eine mit der Mittelebene (PM) der Massivteile (1, 2) verschmolzene nämliche Längsmittelebene aufweisen.
13. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Träger (4&sub1;, 4&sub2;) Breiten (l4) aufweisen, die in den Halbbreiten (l/2) der Massivteile (1, 2) jeweils enthalten sind.
14. Beschleunigungsmesser nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch identische Vibrationsträger (3&sub1;, 3&sub2;).
15. Beschleunigungsmesser nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet daß die Vibrationsträger (3&sub1;, 3&sub2;) und der feste Teil (1) paarweise koplanare und Elektrodenpaare (31, 32) tragende Seiten aufweisen.
16. Beschleunigungsmesser nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Teil (1a) Abschnitte (10a&sub1;, 10a&sub2;), die entlang der Längskanten der zweiten Träger (4a&sub1;, 4a&sub2;) und des beweglichen Teils (2a) verlaufen, und Mittel (12a) umfaßt, um die Abschnitte des festen Teils auf einem Basiselement (BA) zu befestigen.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2685964B1 (fr) * 1992-01-06 1996-06-07 Onera (Off Nat Aerospatiale) Capteur accelerometrique miniature a lames vibrant en flexion.
FI920754A0 (fi) * 1992-02-21 1992-02-21 Novatron Foerfarande foer att definiera laeget av ett laongstraeckt stycke.
JP3114006B2 (ja) * 1994-08-29 2000-12-04 セイコーインスツルメンツ株式会社 半導体装置、及び、その製造方法
US5544716A (en) * 1995-06-22 1996-08-13 Automotive Systems Laboratory, Inc. Dual, independent sensor vehicle impact detectin system
JP3114580B2 (ja) * 1995-08-24 2000-12-04 株式会社村田製作所 加速度センサ
FR2739190B1 (fr) * 1995-09-26 1997-11-28 Onera (Off Nat Aerospatiale) Transducteur monolithique d'acceleration
US5962786A (en) * 1995-09-26 1999-10-05 Onera (Office National D'eudes Et De Recheres Aerospatiales) Monolithic accelerometric transducer
JP2800112B2 (ja) * 1996-02-28 1998-09-21 株式会社エスアイアイ・アールディセンター 半導体装置
EP0793103A3 (de) * 1996-02-27 1998-10-07 Seiko Instruments R&amp;D Center Inc. Halbleiter-Beschleunigungssensor
US5992032A (en) * 1997-02-24 1999-11-30 Chung-Shan Institute Of Science & Technology Method and apparatus for inclination measurement using piezoelectric effect
US6595054B2 (en) 2001-05-14 2003-07-22 Paroscientific, Inc. Digital angular rate and acceleration sensor
US6826960B2 (en) 2002-08-07 2004-12-07 Quartz Sensors, Inc. Triaxial acceleration sensor
JP5137404B2 (ja) * 2004-01-07 2013-02-06 ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション ３つの軸線に沿った加速度を検知すべく採用可能な面一のプルーフマス
CN100405011C (zh) * 2007-07-09 2008-07-23 北京信息工程学院 新型压电石英水平姿态传感器
US8117917B2 (en) * 2008-03-27 2012-02-21 Honeywell International Inc. Vibrating beam accelerometer with improved performance in vibration environments
US8616054B2 (en) * 2008-08-06 2013-12-31 Quartz Seismic Sensors, Inc. High-resolution digital seismic and gravity sensor and method
CN103760381A (zh) * 2014-01-24 2014-04-30 东南大学 一种一体式的石英振梁加速度计
CN108398575B (zh) * 2018-03-19 2024-02-27 重庆科技学院 一种静电谐振式加速度计及加速度测量方法
US11474126B2 (en) 2020-03-05 2022-10-18 Quartz Seismic Sensors, Inc. High precision rotation sensor and method

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1243895B (de) * 1961-07-14 1967-07-06 Litton Industries Inc Elektromechanischer Messumformer zur Messung einer Kraft, insbesondere zur Verwendung als Beschleunigungsmesser
SU794546A1 (ru) * 1978-03-31 1981-01-07 Предприятие П/Я Х-5332 Пьезоакселерометр с частотнымВыХОдОМ
GB2121953B (en) * 1982-06-10 1985-09-04 Itt Ind Ltd Improvements in transducers
US4479385A (en) * 1982-09-23 1984-10-30 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Double resonator cantilever accelerometer
GB8418914D0 (en) * 1984-07-25 1984-08-30 Standard Telephones Cables Ltd Transducer
GB2174500B (en) * 1985-05-04 1988-02-10 Stc Plc Accelerometer
US4751849A (en) * 1986-06-17 1988-06-21 Paroscientific, Inc. Force-sensitive resonator load cell
US4766768A (en) * 1987-10-22 1988-08-30 Sundstrand Data Control, Inc. Accelerometer with isolator for common mode inputs
FR2627592B1 (fr) * 1988-02-22 1990-07-27 Sagem Accelerometre pendulaire non asservi a poutre resonante
GB8809757D0 (en) * 1988-04-25 1988-06-02 Secr Defence Transducer
US4881408A (en) * 1989-02-16 1989-11-21 Sundstrand Data Control, Inc. Low profile accelerometer

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FR2650895B1 (fr) 1991-10-11
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FR2650895A1 (fr) 1991-02-15
EP0414588A1 (de) 1991-02-27
CA2022745C (en) 1994-11-08

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