EA011204B1 - Конвективный акселерометр - Google Patents

Abstract

В изобретении описывается конвективный акселерометр, способный измерять линейные или угловые ускорения, скорость или угол наклона. Акселерометр содержит чувствительные элементы, которые реагируют на конвекцию, возникающую внутри герметичного корпуса, содержащего жидкую среду. Действующее внешнее ускорение вызывает вынужденную конвекцию жидкой среды, в результате чего возникают изменения электрического тока чувствительного элемента, которые пропорциональны действующему ускорению или углу наклона. Акселерометр имеет малые размеры, исключительно широкие частотный и динамический диапазоны, высокую чувствительность, простую конструкцию и пригоден для массового производства. Прибор имеет широкий диапазон применений, в частности, в системах управления и стабилизации, в охранных системах и при разведке нефти.

Description

Область техники

Изобретение относится к акселерометрам типа МЭМС (микроэлектромеханические системы) и более конкретно к МЭМС-акселерометрам на основе датчиков, содержащих текучие среды, предназначенным для измерения ускорения, угла наклона, положения и скорости путем измерения изменения величины электрического тока, который генерируется потоком жидкости под действием внешнего ускорения или при свободной конвекции.

Различные типы акселерометров находят широкое применение во многих областях, в том числе на транспорте, в навигации, роботехнике, бытовой электронике, игрушках и медицинских приборах, в частности в ортопедических устройствах.

Предпосылки создания изобретения

Различные механические и электромеханические приборы широко используются в настоящее время для измерения ускорения, угла наклона, скорости и перемещения, в том числе пьезоэлектрические и пьезорезистивные приборы и инструменты, а также емкостные или конвективные акселерометры с балансом сил.

В акселерометрах с обратной связью по усилию (серво-акселерометры) инерционная масса подвешена на пружине между двумя постоянными магнитами с возможностью перемещения между ними. Смещение массы под действием внешнего ускорения измеряется с использованием обычных электродинамических способов. Сигнал датчика усиливается, и выходной ток проходит через катушку, намотанную на массе, в результате чего возникает сила восстановления баланса, которая возвращает инерционную массу к ее исходному положению. Акселерометры такого типа имеют высокую чувствительность и точность, но при этом они очень дороги.

Другой тип акселерометров, которые способны измерять угловую скорость, действует на принципе инжекции газа в камеру через форсунку под действием внешнего ускорения. В камере имеются два чувствительных элемента в форме проводников, размещенных таким образом, чтобы инжектируемый газ равномерно распределялся между ними в отсутствии внешнего ускорения. При возникновении ускорения газ сосредотачивается возле одного из проводников, который становится холоднее второго проводника. Разница сопротивлений этих чувствительных элементов пропорциональна угловой скорости. Основным недостатком акселерометров такого типа является наличие распылительной форсунки, из-за которой измеритель имеет сравнительно большие размеры и высокую стоимость.

Другим типом акселерометров являются конвективные акселерометры. В качестве примера можно указать акселерометр, содержащий нагревательный элемент, размещенный по центру корпуса, и два датчика температуры, установленные в корпусе симметрично по отношению к нагревательному элементу. Если внешнее ускорение отсутствует, то нагретый газ циркулирует симметрично по отношению к нагревательному элементу, и температура датчиков практически одинакова так, что разница измерений датчиков близка к нулю, что указывает на состояние покоя. При появлении внешнего ускорения симметрия нарушается, и температура датчиков будет отличаться. Соответствующая разница температур будет пропорциональна величине внешнего ускорения. Недостатками такого прибора является малый динамический диапазон, низкая чувствительность и высокое потребление энергии, что связано с использованием нагревательного элемента. Кроме того, такой акселерометр не способен измерять характеристики вращательного движения.

Таким образом, имеется насущная потребность в высокочувствительных акселерометрах, имеющих широкий частотный и динамический диапазон, малые размеры и вес, низкое потребление и низкую стоимость.

Краткое описание изобретения

Предлагаемый в настоящем изобретении конвективный акселерометр содержит герметичный корпус, в котором размещается установочный модуль, содержащий чувствительный элемент. Кроме того, корпус содержит жидкую среду, в которой имеется электролит. Чувствительный элемент состоит из электропроводных элементов, в качестве которых могут в частности использоваться металлические пластины с отверстиями и металлическая сетка. Проводящие элементы разделены в пространстве. Разделение проводящих элементов может быть обеспечено путем их пространственного разнесения так, чтобы они не касались друг друга, или с использованием промежуточной вставки, например диэлектрической прокладки с отверстиями. При использовании металлических пластин и диэлектрических прокладок они размещаются таким образом, чтобы жидкая среда могла протекать сквозь отверстия при вынужденной конвекции, вызванной внешним ускорением. Сочетание корпуса, жидкой среды и чувствительного элемента, содержащего проводящие элементы и какие-либо прокладки, обозначается ниже в описании как МЭП (молекулярно-электронный преобразователь). Преобразующие сигнал электронные схемы, которые подключаются к чувствительным элементам МЭП, используются для преобразования выходного электрического тока, который изменяется в соответствии с конвективным переносом ионов к чувствительным элементам, в результате чего могут быть измерены такие параметры, как ускорение, скорость или угол наклона.

Одной из целей изобретения является создание конвективного акселерометра, содержащего герметичный корпус с жидкой средой, в которой имеется жидкий электролит, и по меньшей мере один устано

- 1 011204 вочный модуль, закрепленный в корпусе. Конвективный акселерометр содержит дополнительно по меньшей мере один чувствительный элемент, реагирующий на конвекцию, который закреплен в установочном модуле и погружен в жидкий электролит, протекающий сквозь чувствительные элементы в условиях вынужденной конвекции, вызванной приложенным внешним ускорением. В состав конвективного акселерометра также входит электрическая схема, которая подсоединена к одному или к нескольким чувствительным элементам и которая усиливает выходной сигнал этой системы и осуществляет его обработку.

Другой целью изобретения является создание конвективного акселерометра, содержащего герметичный корпус с жидкой средой, в которой имеется электролит, и по меньшей мере один установочный модуль, закрепленный в корпусе. В установочном модуле имеется один чувствительный элемент, который погружен в жидкую среду, протекающую сквозь акселерометр в условиях вынужденной конвекции, вызванной приложенным внешним ускорением. В некоторых вариантах осуществления изобретения чувствительный элемент содержит несколько металлических пластин, в которых имеются перфорированные отверстия, а также несколько прокладок с перфорированными отверстиями, которые предназначены для разделения металлических пластин. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения прокладки размещены между металлическими пластинами без зазоров и выполнены из диэлектрического материала. Конвективный акселерометр содержит дополнительно электрическую схему, которая подсоединена к системе чувствительных элементов и осуществляет усиление и обработку выходных сигналов этой системы.

В изобретении также предлагаются способы измерения углового ускорения, угловой скорости или углового перемещения, в которых используется тороидальный корпус, содержащий жидкую среду и по меньшей мере один чувствительный элемент, имеющий по меньшей мере одну пару проводящих элементов, разделенных перфорированными диэлектрическими прокладками и размещенных внутри корпуса. Жидкая среда внутри корпуса перемещается под действием углового ускорения, обеспечивая перенос ионов к чувствительным элементам за счет вынужденной конвекции.

В этом случае при возникновении ускорения изменение тока от каждого проводящего элемента в каждом чувствительном элементе пропорционально величине углового ускорения, угловой скорости или углового перемещения и зависит от геометрических характеристик чувствительных элементов и диэлектрических пластин.

Другой целью изобретения является способ измерения углового ускорения и/или угла наклона, содержащий (1) обеспечение установочного модуля, который закреплен в герметичном корпусе, имеющем тороидальный канал; (2) фиксацию внутри установочного модуля по меньшей мере одного чувствительного элемента, который реагирует на конвекцию; (3) добавление в герметичный корпус жидкой среды, содержащей электролит; (4) подсоединение одного или нескольких чувствительных элементов к электрической схеме; (5) воздействие на корпус углового ускорения путем его вращения вокруг оси чувствительности акселерометра, перпендикулярной плоскости тороидального канала или путем его наклона по углу в отношении вектора силы тяжести для создания вынужденной конвекции жидкой среды; и (6) определение величины углового ускорения или угла наклона корпуса путем измерения изменения выходного тока одного или нескольких чувствительных элементов, причем выходной ток выдается из электрической схемы, подключенной к одному или нескольким чувствительным элементам.

Другой целью настоящего изобретения является создание акселерометра для измерения линейных ускорений, содержащего герметичный корпус с каналом, который частично заполнен жидкой средой, содержащей раствор электролита. Установочный модуль закреплен в герметичном корпусе таким образом, что он погружен в жидкую среду. Установочный модуль содержит чувствительный элемент, реагирующий на конвекцию жидкой среды и погруженный в нее так, что жидкая среда протекает сквозь чувствительный элемент в условиях вынужденной конвекции, вызванной линейным ускорением, действующим на конвективный акселерометр. В линейном акселерометре также имеется электрическая схема, подсоединенная к чувствительному элементу для усиления и обработки его выходных сигналов.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание акселерометра, имеющего исключительно высокую чувствительность.

Другой целью изобретения является создание акселерометра с широким частотным и динамическим диапазоном с одновременным снижением уровня собственных шумов.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание конвективного акселерометра малых размеров, который может быть установлен в условиях недостатка места для размещения.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание конвективного акселерометра, имеющего простую конструкцию и низкую стоимость при массовом производстве.

Еще одной целью изобретения является способ измерения углового ускорения, угловой скорости или углового перемещения, который обеспечивает высокую точность измерения этих параметров в широком частотном и динамическом диапазоне.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится подробное описание конвективного акселерометра и способа измерения углового ускорения и угла наклона с использованием примеров и со ссылками на прилагаемые чертежи.

- 2 011204

Фиг. 1 - схематический вид одного из вариантов осуществления конвективного акселерометра, имеющего чувствительный элемент, содержащий четыре металлических пластины и три прокладки;

фиг. 2 - вид сбоку конструкции, представленной на фиг. 1;

фиг. 3 - схематический вид одного из вариантов осуществления установочного модуля;

фиг. 4 - схематический вид системы чувствительных элементов (в аксонометрии);

фиг. 5 - схематический вид расположения отверстий в одном из вариантов осуществления диэлектрической прокладки или металлической пластины;

фиг. 6 - вид сбоку конструкции, представленной на фиг. 5;

фиг. 7 - схематический вид в аксонометрии одного из вариантов осуществления чувствительного элемента, имеющего набор металлических пластин с диэлектрическими прокладками, предназначенными для их разделения;

фиг. 8 - амплитудно-частотная характеристика передаточной функции акселерометра для различных величин толщины диэлектрических прокладок;

фиг. 9 - схематический вид одного из вариантов осуществления проводящего элемента, в качестве которого используется сетка;

фиг. 10 - схематический вид сечения спереди одного из вариантов осуществления акселерометра, в котором акселерометр содержит охранные электроды;

фиг. 11 - график зависимости выходного тока одной пары проводящих элементов от разности поданных на них напряжений;

фиг. 12 - вид электрической схемы, предназначенной для температурной компенсации выходного напряжения акселерометра;

фиг. 13 - вид электрической схемы, предназначенной для частотной компенсации выходного напряжения акселерометра;

фиг. 14 - графики зависимости выходного тока акселерометра при отсутствии внешнего ускорения от различных концентраций солей щелочных металлов;

фиг. 15 - графики зависимости выходного тока акселерометра при отсутствии внешнего ускорения от различных концентраций йода;

фиг. 16 - схематический вид одного из вариантов осуществления охранного электрода, выполненного в форме плоской спирали;

фиг. 17 - схематический вид одного из вариантов осуществления охранного электрода, выполненного в форме конической спирали;

фиг. 18 - вид одного из вариантов осуществления изобретения, в котором охранные электроды соединены проводником;

фиг. 19 - схематический вид герметичного корпуса, содержащего тороидальный канал, который выполнен таким образом, что внешние и внутренние формообразующие кривые имеют эксцентриситет, обозначенный е;

фиг. 20 - схематический вид тороидального канала с установленной в нем вставкой;

фиг. 21 - схематический вид тороидального канала, в котором размещаются два установочных модуля, расположенных диаметрально противоположно друг другу, причем каждый из модулей содержит чувствительный элемент, имеющий два проводящих элемента;

Фиг. 22 - схематический вид тороидального канала с установочными модулями, имеющими чувствительные элементы с двумя парами проводящих элементов;

Фиг. 23 - схематический вид тороидального канала с четным числом установочных модулей и с соответствующими чувствительными элементами;

Фиг. 24 - схематический вид предлагаемого в изобретении акселерометра для измерения линейных ускорений;

фиг. 25 - график калибровочных данных для предлагаемого в изобретении акселерометра угловых ускорений;

фиг. 26 - форма сигнала, полученного для случая идущего человека в эксперименте с обнаружением сквозь стену. Данные были записаны для 24-битного АЦП, скорость выборки - 320 выборок/с;

фиг. 27 - форма сигнала, полученного для случая измерения пульса и частоты дыхания человека с помощью акселерометра угловых ускорений с расстояния порядка двух метров (24-битный АЦП, 40 выборок/с). Расстояние такого дистанционного измерения может быть увеличено до 6 м за счет улучшения параметров акселерометра угловых ускорений;

фиг. 28 - спектр сигнала, представленного на фиг. 27;

фиг. 29 - спектр сигнала, записанного с помощью недорогого геофона СВ-10. Необходимо отметить, что геофон не обнаруживал низкочастотные сигналы, производимые подземным оборудованием;

фиг. 30 - спектр Х-компоненты сигнала, записанного широкополосным сейсмометром СМЕ 4011 для случая поступательных перемещений бурового оборудования;

фиг. 31 - спектр Υ-компоненты сигнала, записанного широкополосным сейсмометром СМЕ 4011 для случая поступательных перемещений бурового оборудования. Пик на частоте 1,1 Гц соответствует поступательному перемещению;

- 3 011204 фиг. 32 - спектр Ζ-компоненты сигнала, записанного широкополосным сейсмометром СМЕ 4011 для случая поступательных перемещений бурового оборудования. Пик на частоте 1,1 Гц соответствует поступательному перемещению;

фиг. 33 - схема молекулярно-электронного датчика угловых ускорений;

фиг. 34 - фотография трехкомпонентного МЭП-датчика угловых ускорений (размеры: 100x100x100 мм³);

фиг. 35 - спектр Х-компоненты сигнала, записанного с помощью предлагаемого в изобретении акселерометра угловых ускорений;

фиг. 36 - спектр Υ-компоненты сигнала, записанного с помощью предлагаемого в изобретении акселерометра угловых ускорений;

фиг. 37 - спектр Ζ-компоненты сигнала, записанного с помощью предлагаемого в изобретении акселерометра угловых ускорений.

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 и 2 представлен вариант осуществления предлагаемого в изобретении конвективного акселерометра, который содержит герметичный корпус 1, жидкую среду 2 в герметичном корпусе 1, содержащую электролит, и установочный модуль 3 (фиг. 1, 3), в котором жестко закреплен чувствительный элемент 4 (фиг. 1).

Акселерометр может содержать один или несколько установочных модулей 3 (фиг. 3), в каждом из которых имеется чувствительный элемент 4 (фиг. 1, 4), реагирующий на конвенцию. Чувствительный элемент 4 (фиг. 1) может содержать проводящие элементы 5, например две пары 100, 200 металлических пластин, разделенных диэлектрическими прокладками 6. Металлические пластины и прокладки представляют собой чередующиеся слои, и выровнены таким образом, что отверстия в металлических пластинах и в прокладках совпадают для того, чтобы пропускать через эти отверстия жидкую среду (например среду, содержащую электролит), как показано на фиг. 4. Необходимо отметить, что для наглядности на фиг. 4 показаны только два проводящих элемента (представленные здесь как металлические пластины) и одна прокладка 6, которые имеют только одно отверстие 7 для свободного прохождения жидкой среды 2 сквозь чувствительный элемент 4 под действием приложенного внешнего ускорения. Однако настоящее изобретение охватывает также чувствительные элементы с металлическими пластинами и диэлектрическими прокладками, которые имеют несколько отверстий. Например, проводящие элементы могут быть металлическими пластинами, имеющими выходные контакты 8, 9, 10 и 11 (см. фиг. 2), и диэлектрические прокладки 6 могут быть перфорированными, как показано на фиг. 5, 6 и 7. В некоторых вариантах осуществления изобретения отверстия имеют одинаковые размеры и форму, и схема их расположения представляет правильную сетку. Диэлектрические прокладки 6 вставлены между проводящими элементами 5 для предотвращения возможных электрических замыканий между ними. Однако в некоторых вариантах осуществления диэлектрические прокладки также используются и для обеспечения ламинарного потока жидкой среды 2 сквозь чувствительный элемент 4. Толщина прокладки 6 также влияет на частотный диапазон измерений, как указано ниже. Диаметр б и число отверстий 7 в прокладке 6 в свою очередь определяет чувствительность акселерометра и влияет на частотную характеристику передаточной функции акселерометра во всем рабочем диапазоне частот. При увеличении числа отверстий 7 и увеличении их диаметра б гидродинамическое сопротивление прокладки 6 уменьшается обратно пропорционально числу отверстий 7 и четвертой степени их диаметра б. Таким образом, передаточную функцию акселерометра можно изменять путем изменения числа и диаметра отверстий. Более конкретно, верхняя частота среза передаточной функции пропорциональна гидродинамическому сопротивлению, так что частотный диапазон увеличивается при повышении гидродинамического сопротивления. Исходя из этого, эффективное число отверстий 7 равно четырем или более для квадратных диэлектрических прокладок 6, имеющих размеры 1,5х 1,5 мм. Что касается диаметра отверстий, то они могут быть в диапазоне от примерно 1 до примерно 300 мкм и предпочтительно от примерно от 20 до примерно 200 мкм.

Материал прокладок 6 должен быть устойчив к коррозионному действию жидкой среды 2 и иметь такой температурный коэффициент расширения, который обеспечивает совместимость с другими компонентами чувствительного элемента 4, чтобы не произошло повреждений в результате тепловых расширений. Для этой цели могут использоваться многие различные материалы, например оксиды или фториды элементов четвертой группы Периодической таблицы, такие как форстерит, кварц и стекло. Толщина практически применимых прокладок находится в диапазоне от примерно 0,5 до примерно 150 мкм.

Форма отверстий 7 в металлических пластинах 5 и диэлектрических прокладках 6 не имеет особого значения и может быть любой. В некоторых вариантах осуществления изобретения используются такие геометрические формы, как квадрат, прямоугольник, круг и/или овал. Однако поскольку плотность тока, протекающего сквозь проводящие элементы чувствительного элемента 4, прямо пропорциональна площади проводящего элемента, находящегося в контакте с жидкой средой 2, то в наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения отверстия 7 имеют форму круга с радиально отходящими лучами (форма звезды). Различные типы отверстий могут быть выполнены в проводящих элементах и диэлектрических прокладках с использованием различных физических или химических способов, например

- 4 011204 штамповки, лазерной прошивки, химического травления и электрохимических способов.

Необходимо отметить, что чувствительный элемент 4 может содержать набор проводяших элементов 5 в форме металлических пластин и набор диэлектрических прокладок 6, размещенных между металлическими пластинами 5, как показано на фиг. 7.

Число установочных модулей 3 и соответствующих чувствительных элементов 4, выбранное для конкретного акселерометра, зависит от требуемого динамического диапазона ускорений, которые должны измеряться, требуемой линейности, частотного диапазона и уровня собственных шумов. Как правило, увеличение числа установочных модулей и чувствительных элементов расширяет динамический и частотный диапазоны, улучшает линейность и снижает уровень собственных шумов. Когда проводящие элементы имеют форму металлических пластин, то практически целесообразно устанавливать от четырех до восьми таких пластин и от трех до семи прокладок, выполненных из диэлектрического материала. Предпочтительно пластины и прокладки устанавливаются примерно параллельно друг другу и примерно перпендикулярно местному направлению потока жидкой среды 2.

Расстояние между проводящими элементами 5 влияет на зависимость от частоты передаточной функции предлагаемого в изобретении акселерометра: в общем случае, чем шире требуемый частотный диапазон измерения ускорений, тем ближе друг к другу должны быть установлены проводящие элементы.

На фиг. 8 представлены амплитудно-частотные характеристики акселерометра для разных значений расстояний между проводящими элементами. Кривые 12, 13 и 14 соответствуют расстояниям между проводящими элементами, равным 100, 40 и 10 мкм, соответственно. Из фиг. 8 видно, что путем изменения расстояния между проводящими элементами можно изменять передаточные функции акселерометра для различных практических приложений. Для акселерометра, который имеет верхнюю частоту среза полосы частот между несколькими кГц и десятками кГц (например от примерно 1 до примерно 20 кГц), предпочтительное расстояние между проводящими элементами изменяется от примерно 1 до примерно 10 мкм. Соответственно, при использовании диэлектрических прокладок для разделения проводящих элементов прокладки должны иметь предпочтительную толщину от примерно 1 до примерно 10 мкм для указанного частотного диапазона.

В некоторых вариантах осуществления изобретения проводящие элементы 5 могут быть выполнены в форме сетки, содержащей проводники, как показано на фиг. 9. Для получения сетки, имеющей высокую прочность, она может быть выполнена в форме диагонального переплетения, и выходные контакты могут быть соединены с сеткой посредством пластинок 15 с использованием электрической сварки с сеткой плоских выходных проводников. Например, если проводящий элемент 5 представляет собой сетку с квадратными ячейками, и длина стороны квадрата равна 1,5 мм, то толщина сетки выбирается в диапазоне от примерно 50 до примерно 90 мкм, а проводники, из которых состоит сетка, могут иметь диаметр от примерно 25 до примерно 45 мкм. Вообще говоря, для предлагаемого в изобретении акселерометра подходят проводники, из которых изготавливается сетка, имеющие диаметр от примерно 10 до примерно 90 мкм. Подходящими материалами для изготовления сетки являются металлы платиновой группы (группа X). Однако для изготовления проводящих элементов могут использоваться также и другие благородные металлы и их сплавы, или другие проводники, устойчивые к коррозии. Сетка может быть изготовлена с использованием электрической сварки, причем расстояние между параллельными проводниками предпочтительно составляет от примерно 20 до примерно 90 мкм.

Выходные контакты 8, 9, 10 и 11 могут быть изготовлены, например, из проволоки, имеющей диаметр от примерно 20 до примерно 100 мкм. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения выходные контакты имеют примерно такой же коэффициент температурного расширения, как и материал проводников сетки, и материалы, используемые для изготовления установочного модуля 3 и герметичного корпуса 1.

Ниже приводится описание предпочтительных способов оптимизации и использования конвективного акселерометра.

Работа предлагаемого в изобретении конвективного акселерометра характеризуется тремя основными характеристиками: уровнем шумов, динамическим диапазоном и частотным диапазоном. Эти основные характеристики могут изменяться путем изменения определенных физических параметров (например, размера отверстий, толщины прокладок) конвективного акселерометра, как это описано ниже. Необходимо отметить, что в некоторых случаях изменение определенного физического параметра приводит к улучшению одной основной характеристики, но при этом может ухудшаться другая характеристика. Тем не менее, среднему специалисту в данной области будет ясно, что можно добиться получения необходимых характеристик работы предлагаемого в изобретении акселерометра путем подбора экспериментальным путем его физических параметров.

Например, для уменьшения уровня шумов необходимо уменьшить гидродинамическое сопротивление, а размер чувствительного элемента и площадь контакта проводящих элементов с жидкой средой должна быть увеличена. Гидродинамическое сопротивление можно уменьшить путем увеличения числа отверстий и/или их диаметра в прокладках и проводящих элементах, или же увеличением расстояния между параллельными проводниками в случае использования проводящих элементов в форме сетки, или

- 5 011204 же путем уменьшения толщины прокладки и/или толщины проводящих элементов. Площадь контакта проводящих элементов с жидкой средой можно увеличить путем использования толстых проводящих элементов с отверстиями больших размеров, или же увеличением числа отверстий, использованием проводников, имеющих увеличенный диаметр и/или использованием катаной проволоки для проводников проводящих элементов в форме сетки, и/или выбором формы отверстий, которая имеет большую длину периметра (например, форма звезды).

В то время как уровень шумов конвективного акселерометра снижается при уменьшении гидродинамического сопротивления, динамический диапазон и линейность, напротив, улучшаются при увеличении гидродинамического сопротивления. Гидродинамическое сопротивление можно увеличить установкой вставок, как указано ниже, и/или выбором нижеописанных внутренних и внешних формообразующих кривых, увеличивающих гидродинамическое сопротивление.

Частотный диапазон конвективного акселерометра можно расширить путем уменьшения толщины прокладок, и/или использованием отверстий меньшего диаметра в дополнение к способам, указанным выше.

Например, конвективный акселерометр с одним установочным модулем и без вставок, имеющий тороидальный канал диаметром 9 мм и чувствительный элемент с проводящими элементами и прокладками, имеющими толщину 30 мкм, и диаметром отверстий в них, равным 200 мкм, имеет следующие характеристики: частотный диапазон - 0-1000 Гц, уровень шумов -85 дБ, относительно 1 рад/с²/^Гц и динамический диапазон 138 дБс по отношению к шумам в полосе 1 Гц на частоте 1 Гц.

В случае, если, например, угловое ускорение действует на герметичный корпус 1 вдоль стрелки А (см. фиг. 10) жидкая среда 2 начинает протекать сквозь проводящие элементы 5, которые чувствительны к конвекции. В этом случае электрические заряды, присутствующие в виде ионов растворенных солей и иода (например, в результате растворения металлического иода), переносятся к одному из проводящих элементов 5 и отводятся от соседнего проводящего элемента, в результате чего в чувствительном элементе 4 генерируется электрический ток, величина которого пропорциональна действующему ускорению. Для последующего усиления и обработки электрических сигналов, снимаемых с этих проводящих элементов 5, эти элементы с помощью клемм 8, 9, 10 и 11 соединены с электрической схемой 16 (фиг. 2). Вид схемы приведен на фиг. 10.

Электрическая схема содержит операционный усилитель 77, используемый для преобразования в напряжение электрического тока проводящего элемента 5. В этом случае сопротивление 10 в цепи обратной связи операционного усилителя определяет общий коэффициент усиления выходного сигнала, поступающего из проводящих элементов 5. Электрическая схема содержит также сумматор 19, который используется для дифференциального соединения двух пар 100, 200 проводящих элементов 5. В этом случае разностный ток от двух пар 100, 200 проводящих элементов прямо пропорционален величине углового ускорения, угловой скорости или угла наклона и зависит от геометрических характеристик проводящих элементов 5 и диэлектрических прокладок 6. Источник 20 питания используется для питания всех электрических цепей. Источник 20 питания подсоединяется следующим образом: положительный вывод источника 20 питания подсоединяется к выходным контактам 8 и 11 проводящего элемента 5, а отрицательный вывод источника 20 питания и выходные контакты 9 и 10 проводящего элемента 5 подсоединяются к входам операционных усилителей 17. Если отсутствует внешнее ускорение, вызывающее конвекцию жидкой среды 2 между проводящими элементами, которые подсоединены к положительному и отрицательному выводам источника 20 питания, то в цепи протекает постоянный ток 1_А. Величина этого тока зависит от величины приложенного напряжения и, как можно видеть на фиг. 11. В этом состоянии в пространстве между проводящими элементами 5, подсоединенными к отрицательному выводу источника 20 питания, носители зарядов отсутствуют. Когда на акселерометр действует внешнее ускорение в направлении, обозначенном стрелкой А на фиг. 10, жидкая среда 2 переносит дополнительный заряд к первому проводящему элементу 5 и уносит заряд от второго проводящего элемента. Соответственно, ток от первого проводящего элемента 5 увеличивается, а ток от второго проводящего элемента уменьшается. Поскольку ток, поступающий от обоих проводящих элементов 5, практически не зависит от сопротивления 18 в цепи обратной связи операционного усилителя, то небольшие изменения тока, вызванные движением жидкой среды 2, приводят к появлению высокого напряжения на сопротивлении 18. Таким образом, сигнал усиливается в чувствительном элементе 4 и в зависимости от величины сопротивления 18 коэффициент усиления может достигать 10⁷. Соответственно, конвективный акселерометр имеет исключительно высокую чувствительность при использовании небольшой инерционной массы в форме жидкой среды 2.

При альтернативном варианте подсоединения проводящих элементов к электронной схеме положительный вывод источника питания и выходные контакты 8 и 11 проводящего элемента 5 подсоединяются к входам операционных усилителей 17, а выходные контакты 9 и 10 проводящего элемента 5 подсоединяются непосредственно к отрицательному выводу источника питания. Однако в этом случае увеличиваются электронные шумы на высоких частотах.

В другом варианте подсоединения проводящих элементов к электронной схеме положительный вывод источника питания и выходные контакты 8 и 11 проводящего элемента 5 подсоединяются к входам

- 6 011204 двух операционных усилителей, а отрицательный вывод источника питания и выходные контакты 9 и 10 проводящего элемента 5 подсоединяются к входам двух других операционных усилителей. Сумматор должен иметь четыре входа для соединения с выходами операционных усилителей так, что выходной сигнал сумматора будет линейной комбинацией выходных напряжений операционных усилителей. В этом случае электронный шум будет выше на высоких частотах и ниже на очень низких частотах.

Также могут использоваться схемы коррекции для повышения температурной стабильности акселерометра путем компенсации изменений выходного напряжения, вызванных изменениями окружающей температуры, в результате чего обеспечивается компенсация изменений частотных характеристик, как указано ниже. Изменения окружающей температуры могут влиять на выходной сигнал акселерометра в связи с изменением вязкости жидкой среды 2. В настоящем изобретении могут использоваться хорошо известные способы электронной компенсации изменений температуры. В одном из вариантов осуществления изобретения для компенсации изменений температуры используется полупроводниковый термистор 21 (фиг. 12), температурный коэффициент которого совпадает с температурным коэффициентом изменения вязкости жидкой среды 2.

Сигнал с выхода сумматора 19 (на фиг. 12 не показан) подается через резистор 22 на вход операционного усилителя 23, в цепи обратной связи которого имеется термистор 21 с регулирвочными резисторами 24, 25. Когда в схему, приведенную на фиг. 12, вводится операционный усилитель 23 (Ь, с - входы операционного усилителя 23, а б, е используются для подсоединения к источнику 20 питания (на фиг. не показан)), то его коэффициент усиления изменяется при изменении температуры таким образом, чтобы обеспечить постоянную частотную характеристику акселерометра в условиях изменений температуры окружающей среды. Электронные схемы для частотной компенсации передаточной функции акселерометра также могут использоваться для расширения эффективного частотного диапазона акселерометра в соответствии с требуемым применением. Например, частотный диапазон акселерометра с диэлектрическими прокладками 6, имеющими толщину 25-40 мкм, может быть расширен до частотного диапазона акселерометра с прокладками 6, имеющими толщину 6,5-8 мкм, за счет использования схемы частотной коррекции.

Пример схемы частотной коррекции приведен на фиг. 13.

Выходной сигнал У_(!1|| акселерометра подается на вход схемы частотной коррекции для расширения полосы пропускания на выходе. Схема частотной коррекции содержит операционный усилитель 26, подсоединенный, как показано на фиг. 13. Напряжение с выхода сумматора 19 (на фиг. 13 не показан) подается на вход операционного усилителя 26 через резистор 27. Вход ί заземлен, а входы 11 и д используются для подсоединения к источнику 20 питания (на фиг. 13 не показан). Резистором 28 задается чувствительность акселерометра, а корректирующая схема К2С1, состоящая из конденсатора 29 и резистора 30, вместе с резистором 27 ограничивает усиление на высоких частотах и используется для формирования требуемой полосы пропускания акселерометра.

Чувствительность акселерометра также зависит от физических и химических характеристик жидкой среды 2, находящейся в корпусе 1. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения необходимо, чтобы жидкая среда 2 имела минимальную вязкость при максимальной насыщенности раствора. Кроме того, жидкая среда может содержать соль (например, соль щелочного металла или щелочноземельного металла) и растворенное вещество, способное действовать как в качестве кислоты, так и основания по Льюису, например растворенный металлический йод. Подходящие для этой цели растворители включают, например, дистиллированную воду и органические растворители, способные растворять органические или неорганические соли, предпочтительно соли металлов, например соли щелочных металлов. При растворении солей щелочных металлов плотность раствора увеличивается, в результате чего увеличивается чувствительность акселерометра. Поэтому в некоторых вариантах осуществления изобретения необходимо, чтобы концентрация растворенных солей была высокой, предпочтительно близкой к пределу растворимости. Вообще говоря, применимые концентрации растворенной соли находятся в диапазоне от примерно 0,5 до примерно 4,0 моль/л и предпочтительно от примерно 2 до примерно 4,0 моль/л.

Кроме того, чистота соли и растворенного вещества, которое действует в качестве кислоты/основания по Люису (например йод) должна быть не меньше 98,5%, но наиболее предпочтительно не меньше 99,98%. Величина выходного электрического тока определяется концентрацией растворенного металлического йода, ионы которого являются носителями заряда, которые способны получать электрон от проводящих элементов 5 и возвращать им электрон. Таким образом, желательно иметь насыщенный раствор вышеуказанных солей с минимальной концентрацией растворенного металлического йода (порядка 0,0002 Ν). Такая концентрация растворенных солей обеспечивает работу прибора в широком диапазоне отрицательных температур (например до -70°С). Концентрация металлического йода может быть ниже, однако в этом случае выходной ток предлагаемого в изобретении акселерометра может быть недостаточным для нормальной работы электрических схем, в том числе и для схем, используемых для температурной и частотной коррекции. Применимые концентрации растворенного металлического йода находятся в диапазоне от примерно 0,0002 до примерно 0,4 моль/л и предпочтительно от примерно 2 до примерно 4 моль/л. Растворенные соли могут содержать соли металлов группы II Периодической табли

- 7 011204 цы, растворимость которых в жидкости не ниже, чем растворимость солей щелочных металлов. Наиболее подходящими для этой цели являются, например, соли бария, которые при максимальном уровне растворения имеют плотности раствора, превышающие соответствующие плотности солей щелочных металлов в 1,5 раза для одинаковой молярной концентрации растворенной соли.

Кроме чувствительности важной характеристикой акселерометра является уровень его собственных шумов. На ионы йода, являющиеся носителями заряда, действует сила тяжести, они могут сосредотачиваться в нижней части чувствительных элементов 5 после установки акселерометра. В результате происходит местное изменение плотности раствора, вызывающее свободную конвекцию. Свободная конвекция внутри герметичного корпуса 1 приводит к флуктуациям и даже к автоколебаниям электрического тока на выходе акселерометра в отсутствие внешнего ускорения. Строгое выдерживание баланса между содержанием соли и металлического йода позволяет предотвратить колебания и минимизировать эффект шумов, вызываемых свободной конвекцией. На фиг. 14 и 15 представлены данные для различных концентраций растворенных солей и металлического йода, где по оси абсцисс отложено время наблюдения, а по оси ординат отложена величина выходного тока предлагаемого в изобретении акселерометра в отсутствии внешнего ускорения.

На фиг. 14 приведены графики изменения выходного тока по времени для разных концентраций ΚΙ при постоянной концентрации йода, равной 0,0002 моль/л. Кривые 31-34 соответствуют концентрациям ΚΙ, равным 4, 3, 2 и 0,2 моль/л, соответственно. Сравнение данных, приведенных на фиг. 14, показывает, что при фиксированной концентрации йода, амплитуда выходного тока, вызванного свободной конвекцией, приемлема при концентрации соли щелочного металла порядка 2 моль/л и практически не изменяется при ее уменьшении.

На фиг. 15 кривые 35-38 соответствуют концентрации растворенного металлического йода, равной 0,8, 0,5, 0,1 и 0,02 моль/л, соответственно. В этом случае металлический йод растворяли в растворе 2М ΚΙ. Сравнение данных показывает, что при фиксированной концентрации соли щелочного металла амплитуда выходного тока, вызванного свободной конвекцией, минимальна при концентрации йода, равной 0,02 моль/л. Выходной ток монотонно падает при дальнейшем уменьшении концентрации йода.

Описанный конвективный акселерометр также может работать в качестве измерителя угла наклона так же, как описано выше для измерения ускорений за исключением того, что внешнее ускорение в описании заменяется углом наклона оси чувствительности акселерометра по отношению к вектору силы тяжести. Необходимо отметить, что ось чувствительности зависит от типа используемого акселерометра. Например, для акселерометров угловых ускорений с тороидальным каналом, заполненным жидкой средой, как описано в настоящей заявке (см. фиг. 1), ось чувствительности перпендикулярна плоскости, определяемой тороидальным каналом. С другой стороны, ось чувствительности акселерометров линейных ускорений с тороидальным каналом, частично заполненным жидкой средой, как описано в настоящей заявке (см. например, фиг. 24), имеет ось чувствительности, лежащую в плоскости, определяемой тороидальным каналом. В любом случае при наклоне предлагаемого в изобретении акселерометра, жидкая среда 2 начинает перемещаться, и на выходе сумматора 19 появляется напряжение, пропорциональное углу наклона.

Ниже приведено описание нескольких иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения.

В одном из вариантов осуществления изобретения на фиксированном расстоянии от проводящих элементов 5 могут быть размещены два дополнительных электрода 39 и 40, как показано на фиг. 10. В общем случае, охранные электроды должны размещаться как можно ближе к внешним проводящим элементам чувствительных элементов и могут даже касаться их в некоторых вариантах осуществления изобретения. В других вариантах внешние проводящие элементы чувствительных элементов находятся от охранных электродов на расстоянии от примерно 5 до примерно 120 мкм. Размещение дополнительных охранных электродов 39 и 40 создает пространственную неоднородность концентрации носителей зарядов за проводящими элементами 5, в результате чего уменьшается свободная конвекция, вызванная разницей плотностей жидкой среды во всем объеме и возле поверхности проводящих элементов 5. Для такого применения форма дополнительных охранных электродов 39 и 40 не особенно важна и, вообще говоря, они могут иметь любую форму, которая (1) обеспечивает большую площадь контакта с жидкой средой 2 (а именно площадь, которая равна или больше, чем площадь контакта проводящего элемента и жидкой среды), и (2) создает минимальное гидродинамическое сопротивление (а именно, по меньшей мере в два раза меньше, чем гидродинамическое сопротивление чувствительного элемента). Например, охранный электрод может иметь форму плоской спирали 41 (фиг. 16), конической спирали 42 (фиг. 17) или плоской сетки, как показано на фиг. 19. Для обеспечения высокой стабильности работы охранные электроды 39 и 40 предпочтительно соединяются проводящим элементом 43, как показано на фиг. 18. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения охранные электроды 39 и 40 (фиг. 10) подсоединены к положительному выводу источника 20 питания. Кроме того, при использовании нескольких установочных модулей, как описано более подробно ниже, предпочтительно использовать соответствующие охранные электроды для каждого установочного модуля.

Герметичный корпус 1 (фиг. 1) предназначен для содержания в нем жидкой среды 2 и для предот

- 8 011204 вращения утечек или испарения этой среды. Для изготовления герметичного корпуса 1 могут использоваться многие материалы или сочетания различных материалов при условии, что такие материалы или сочетания материалов химически устойчивы, и их поверхность не является проводящей в отношении жидкой среды 2. Например, герметичный корпус 1 может быть изготовлен в соответствии с обычной технологией производства керамики с использованием диффузионной сварки, и может быть выполнен из кварца, стекла или химически устойчивой пластмассы. Выходные контакты 8, 9, 10 и 11 заделываются герметично и используются для соединения проводящих элементов 5 с электрической схемой. В некоторых вариантах осуществления изобретения используется верхний резервуар 44, который выполнен как одно целое с герметичным корпусом 1 и служит емкостью расширения для компенсации температурного расширения жидкой среды 2 в широком диапазоне изменений температуры окружающей среды. Жидкая среда 2 заливается в герметичный корпус 1 через входное отверстие 45.

Герметичный корпус 1 (фиг. 19) может быть снабжен каналом 46, также заполненным жидкой средой 2. Форма канала 46 может быть образована внешними и внутренними формообразующими кривыми, которые могут иметь одинаковую форму, или их формы могут отличаться. Тип формирующей кривой может быть практически любым, и это может быть любая замкнутая кривая (эллипс, круг, прямоугольник, квадрат, овал или даже кривая, имеющая неправильную форму). Например, когда внутренние и внешние формирующие кривые представляют собой окружности, то поперечное сечение канала является кольцом, то есть канал представляет собой тороидальный проход. Необходимо отметить, что изобретение охватывает также каналы, форма которых отличается от тороидальной, в том числе такие, которые могут иметь одинаковые или различающиеся внутренние и внешние формирующие кривые, и/или каналы, форма сечения которых отличается от кольца. Однако тороидальный канал является предпочтительным для минимизации влияния возможных деформаций корпуса, вызванных изменениями температуры и давления окружающей среды, которые могут приводить к изменениям характеристик акселерометра. Соответственно, акселерометр с тороидальным каналом имеет повышенную чувствительность к движениям жидкой среды 2, которые возникают в результате вынужденной конвекции, вызванной внешним ускорением, даже при наличии помех, связанных с изменениями параметров окружающей среды. Канал 46 содержит жидкую среду 2, которая обычно заливается через капилляр 47 (фиг. 2), обеспечивающий свободное прохождение жидкой среды 2 из верхнего резервуара 44 в тороидальный канал 46 (фиг. 19). Тороидальный канал 46 может быть выполнен таким образом, что внутренняя и внешняя формообразующие кривые имеют эксцентриситет относительно друг друга. Эксцентриситет е внутренней и внешней формообразующих кривых представляет расстояние между центрами этих кривых. Для некоторых предпочтительных применений величина е может изменяться от примерно 0,1 мм до примерно 5 мм. Для высокочастотных применений эффективным является использование конвективных акселерометров с большим значением эксцентриситета е (например, > 1 мм, см. фиг. 19), поскольку частота среза акселерометра повышается с увеличением эксцентриситета.

Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изобретения частотный диапазон конвективного акселерометра может изменяться изменением величины гидродинамического сопротивления для движения жидкой среды 2 с помощью вставки. В настоящем описании термин вставка означает любой объект, который вводится в герметичный корпус для увеличения гидродинамического сопротивления канала 46. Например, вставка может быть установлена в одной из стенок канала 46 (фиг. 20). Введение такого элемента обеспечивает местное сужение канала 46, в результате чего повышается гидродинамическое сопротивление. Число таких вставок 48 может варьироваться, и его определяют следующим образом: сначала оценивают гидродинамическое сопротивление, которое необходимо для обеспечения определенного частотного диапазона, и затем вычисляют количество вставок, которое необходимо для создания такого гидродинамического сопротивления. Для среднего специалиста в данной области очевидно, что эти параметры могут быть определены путем проведения стандартных экспериментов. Местного сужения канала 46, получаемого с помощью вставок, можно также добиться путем подбора внешней и внутренней формообразующих кривых, которые обеспечивают необходимое сужение канала для получения требуемого гидродинамического сопротивления. Например, если конвективный акселерометр, в котором в качестве внутренней формообразующей кривой используется окружность диаметра б, может быть модифицирован таким образом, чтобы внутренняя формообразующая кривая представляла собой квадрат с длиной стороны б, и в этом случае гидродинамическое сопротивление модифицированного акселерометра будет больше, чем у исходного варианта конструкции. Это происходит потому, что канал будет иметь местные сужения возле углов квадрата, которые выступают в канал.

Проводящие элементы 5 могут быть размещены в центре установочного модуля 3 (фиг. 1) на одинаковых расстояниях друг от друга так, чтобы минимизировать разницу между абсолютными значениями токов, протекающих через каждую пару проводящих элементов 100, 200 в состоянии покоя, и для минимизации изменений амплитудно-частотных характеристик каждой пары проводящих элементов по отношению друг к другу. Проводящие элементы 5 могут быть размещены на фиксированном расстоянии от стенок установочного модуля 3 для предотвращения возможного рассогласования. Если проводящие элементы выполнены в форме сетки (см. фиг. 9), то центры отверстий в диэлектрических прокладках предпочтительно должны быть находиться напротив центров ячеек сетки (то есть промежутков между

- 9 011204 проводниками). Предпочтительно площадь сетки должна перекрывать область отверстий в прокладке с граничными полями, равными радиусу отверстий. Для улучшения линейности характеристик акселерометра тороидальный канал 46 (фиг. 19) может быть снабжен двумя установочными модулями 3 (фиг. 21), размещенными диаметрально противоположно друг относительно друга. Каждый из установочных модулей 3 содержит по меньшей мере два проводящих элемента, однако для повышения чувствительности акселерометра в состав установочных модулей 3 могут быть включены еще два проводящих элемента, как показано на фиг. 22. Число установочных модулей 3 может варьироваться, хотя для некоторых вариантов осуществления изобретения предпочтительно использовать четное число установочных модулей и размещать их симметрично и равномерно по герметичному корпусу для улучшения линейности характеристик акселерометра (см. фиг. 23). В предпочтительных вариантах осуществления изобретения установочные модули размещаются симметрично по герметичному тороидальному корпусу с допуском порядка 1° или меньше. В этом случае, усредняя информацию, полученную от каждой пары проводящих элементов, можно существенно повысить точность измерений с помощью акселерометра, поскольку ошибка измерения уменьшается при увеличении числа η установочных модулей как 1/7(п). В общем случае, число установочных модулей и проводящих элементов выбирается так, чтобы получить оптимальный баланс между высокой чувствительностью и частотой среза.

В настоящем изобретении также предлагается акселерометр, способный измерять линейные ускорения. В одном из вариантов осуществления изобретения акселерометр для измерения линейных ускорений содержит тороидальный канал, который только частично заполнен жидкой средой, описанной выше. Как показано на фиг. 24, тороидальный канал для такого акселерометра, измеряющего линейные ускорения, ориентирован таким образом, чтобы плоскость тора была параллельна направлению силы тяжести д, и по меньшей мере один установочный модуль 3, содержащий чувствительный элемент, размещается таким образом, чтобы он был погружен в жидкую среду в тороидальном канале. В предпочтительном варианте осуществления изобретения тороидальный канал заполнен жидкой средой 2 наполовину. Ось чувствительности А этого типа акселерометра для измерения линейных ускорений лежит в плоскости тороидального канала и перпендикулярна направлению силы тяжести. Когда на акселерометр действует ускорение, имеющее компоненту, направленную по оси чувствительности, жидкая среда течет под действием ускорения, как указано криволинейными стрелками на фиг. 24, в результате чего уровни жидкой среды 2 в разных частях тороидального канала изменяются, как указано пунктирными линиями. Это движение жидкой среды обнаруживается чувствительным элементом в основном так же, как это было описано для акселерометра, предназначенного для измерения угловых ускорений. Для специалиста в данной области будет ясно, что в акселерометре, предназначенном для измерения линейных ускорений, также могут использоваться формы канала, которые отличны от тороидальной. В частности внутренние и внешние формообразующие кривые могут быть концентрическими прямоугольниками или овалами.

Скорость и смещение также могут быть вычислены с использованием информации, полученной из акселерометра, в частности на компьютере с помощью хорошо известных алгоритмов интегрирования. Поэтому предлагаемое в изобретении устройство может быть использовано как акселерометр, измеритель угла наклона и измеритель скорости или перемещения.

Внешние размеры акселерометра могут быть достаточно небольшими, так что весь прибор может быть помещен в стандартный модуль с 14 выводами, и он может иметь такую конфигурацию выводов, которая позволяет установить его на стандартной карте. Предлагаемое в изобретении устройство может быть достаточно небольшим для того, чтобы быть пригодным для различных применений, в том числе в бытовой электронике, развлекательных устройствах, системах управления и стабилизации, сетях навигации наземного и воздушного транспорта, системах контроля автомобилей и диагностических стендов, ортопедических устройствах, нейрохирургических инструментах и в системах охранной сигнализации. Акселерометр может быть установлен горизонтально, вертикально или наклонно под требуемым углом.

Что касается чувствительности, частотного и динамического диапазона, то по этим параметрам предлагаемый в изобретении акселерометр по меньшей мере на два порядка величины превосходит все существующие аналогичные устройства, имеющие такие же размеры. Простота конструкции, низкая стоимость изготовления, высокая надежность работы в различных условиях делают это устройство необычайно привлекательным для массового использования в самых разных практических применениях.

В то время как изобретение было подробно описано в отношении конкретных вариантов его осуществления, специалисту в данной области будет очевидно, что без отклонения от сущности и объема изобретения могут быть выполнены различные изменения и модификации и использованы различные эквиваленты.

Пример 1.

В данном примере описывается акселерометр угловых ускорений, имеющий один установочный модуль. Установочный модуль размещен в тороидальном герметичном корпусе, имеющем следующие параметры:

1. диаметр: 9 мм

2. размер канала: 2x2 мм,

- 10 011204

3. величина е: нуль.

Чувствительный элемент содержал четыре электрода, между которыми размещались три прокладки. Электроды представляли собой металлические пластинки толщиной 30 мкм, имеющие размеры 2x2 мм, с девятью круглыми отверстиями, имеющими диаметр 200 мкм. В качестве прокладок использовались кварцевые пластинки толщиной 45 мкм, имеющие размеры 2,5x2,5 мм. В прокладках также было девять круглых отверстий, имеющих диаметр 200 мкм.

Передаточная функция акселерометра измерялась с помощью вибростенда угловых колебаний (1МУ, Япония) для полосы частот 20-1000 Гц и калибратора (угловые колебания), предоставленного для этих испытаний Центром молекулярной электроники (ЦМЭ), Россия, для полосы частот 0,08-40 Гц.

Диапазон постоянных угловых ускорений вибростенда 1МУ составлял 80-400 рад/с² в полосе частот 20-800 Гц. Выходные сигналы испытываемого датчика записывались и анализировались с помощью цифрового осциллографа/анализатора спектра РС8321, Уе11етап (на базе ПК).

Максимальное угловое смещение калибратора ЦМЭ равнялось 1°. Эта величина ограничивала максимальное ускорение и, соответственно, выходной сигнал датчика, особенно на низких частотах. В результате на низких частотах выходной сигнал датчика мог падать ниже порога разрешения 12-битного АЦП, который использовался для калибровки. Поэтому для калибровки использовались угловые смещения, максимально возможные для этого калибратора. Кроме того, для полосы частот 0,08-3 Гц использовался предусилитель с коэффициентом усиления, равным 100. Калибровочные данные накапливались и обрабатывались с использованием специальных программных и аппаратных средств, являющихся составной частью комплекса калибровки.

Полученный график, приведенный к исходному усилению акселерометра, приведен на фиг. 25.

Испытания по определению собственных шумов проводились ночью. Для записи данных в течение 6 ч использовался 24-битный АЦП. Два одинаковых акселерометра устанавливались так, чтобы их оси чувствительности были сориентированы в одном направлении, и для выделения сейсмических сигналов и коррелированной части собственных шумов АЦП из записанных данных использовалась технология корреляционной обработки данных. Окончательно уровень шумов вычислялся усреднением по 16 выборкам. В результате было найдено, что минимальный уровень собственных шумов в полосе частот 0 500 Гц не зависит от частоты. Было найдено, что после вычитания коррелированной части сигналов (для исключения собственных шумов АЦП) абсолютная величина минимальных собственных шумов равна 85 дБ, относительно 1 рад/с²/^Тц. Суммарные шумы имели следующую величину: 5х10^-5 рад/с² в полосе 1 Гц на частоте 1 Гц.

Полный диапазон датчика был не меньше, чем 400 рад/с. Для этого диапазона гармонические искажения и зависимость усиления от уровня сигнала были ниже точности оборудования, использованного в экспериментах, которая была равна 4%. Далее, динамический диапазон, определяемый как отношение полного диапазона датчика к уровню шумов, имел следующую величину: -138 дБ по отношению к шумам в полосе 1 Гц на частоте 1 Гц.

Пример 2.

Одним из необычайно важных применений предлагаемого в изобретении акселерометра является улучшение охранных систем. В этих системах акселерометр может использоваться различными способами. Ниже описаны три иллюстративных примера его применения: для обнаружения нарушителя, для его идентификация и в качестве дистанционного детектора лжи.

Что касается обнаружения нарушителя, то высокая чувствительность предлагаемого в изобретении акселерометра обеспечивает обнаружение нарушителя на расстоянии даже сквозь стены и полы здания за счет обнаружения его шагов и/или физиологических признаков, таких как биение сердца и дыхание. Такое обнаружение возможно даже в условиях шума городских районов благодаря использованию известных способов обработки сигналов (например, производные спектры). На фиг. 26 приведена форма сигнала, полученного с помощью акселерометра угловых ускорений, установленного на полу, для случая идущего человека. Необходимо отметить, что возможно различение отдельных шагов человека (указаны стрелками), даже в том случае, когда он идет на другом этаже и на расстоянии более 10 м от акселерометра. На фиг. 27 представлены сигналы биения сердца и дыхания, полученные с помощью акселерометра угловых ускорений, расположенного на расстоянии примерно двух метров от человека, и 24-битного АЦП с частотой выборки 40 отсчетов/с. Расстояние дистанционного измерения может быть увеличено до 6 м за счет увеличения размеров датчика и уменьшения гидродинамического сопротивления акселерометра. Дистанционное обнаружение с использованием конвективного акселерометра, описанного в заявке, имеет преимущества по сравнению со способами обнаружения нарушителя с использованием оптических или инфракрасных приборов, для которых обычно необходима прямая видимость между нарушителем и датчиком.

Кроме обнаружения нарушителя предлагаемый в изобретении акселерометр может использоваться для идентификации личности на основе его физиологических сигналов. Например, на фиг. 28 приведен частотный спектр (физиологическая сейсмограмма) для сигналов биения сердца и дыхания человека, полученные с помощью акселерометра угловых ускорений в соответствии с изобретением. Как можно

- 11 011204 видеть, сигналы дыхания и биения сердца человека имеют выраженные особенности спектра. Поскольку люди в основном имеют различные частоты ударов сердца и ритм дыхания, то возможность получения индивидуального профиля на основании этих параметров является ценной для идентификации личности или различения между двумя или несколькими людьми.

Настоящее изобретение также охватывает применение акселерометра в качестве дистанционного детектора лжи. Принцип работы известных типов детекторов лжи основан на изменении частоты ударов сердца, вызванном повышенной нервозностью человека, который лжет. Поскольку описанный в заявке конвективный акселерометр обладает способностью дистанционного обнаружения биения сердца, то он может использоваться в качестве дистанционного детектора лжи. Например, если установить конвективный акселерометр возле регистрационной стойки в аэропорту (например, под полом), то сотрудник, регистрирующий пассажиров, может определить, когда потенциальный пассажир начинает нервничать, отвечая на вопрос о содержании его багажа. Поскольку обнаружение осуществляется незаметно, то потенциальный пассажир, являющийся террористом, не будет контролировать свои внутреннее эмоциональное состояние для того, чтобы обмануть аппаратуру, как он это мог бы сделать при проверке на традиционном детекторе лжи. Таким образом, можно получить более точную оценку эмоционального состояния потенциального пассажира.

Пример 3.

Этот пример показывает, что предлагаемый в изобретении конвективный акселерометр может быть приспособлен для применения в сейсмических приложениях, в частности для получения сейсмических изображений или разведки нефти. В частности, описанные в заявке акселерометры, предназначенные для измерения угловых ускорений, могут быть приспособлены для измерения разностного сейсмического поля, или более конкретно, для непосредственного определения завихрения поля перемещения. Известные способы измерения разностного сейсмического поля являются косвенными и требуют использования двух разнесенных датчиков линейных ускорений и серии вычислений на основе информации, полученной от этих датчиков.

Используя совместно акселерометры линейных и угловых ускорений, описанные выше, можно получить гораздо больше информации о геологических условиях пласта с помощью измерений пространственного сейсмического поля с высоким разрешением. В отличие от обычных геофонов, которые способны регистрировать лишь первый полученный сейсмоакустический сигнал, пара акселерометров, один из которых предназначен для измерения угловых ускорений, а другой - для измерения линейных ускорений, измеряют раздельно как первые полученные поперечные колебания (акселерометр угловых ускорений), так и продольные волны (акселерометр линейных ускорений). Это возможно благодаря тому, что датчик угловых ускорений нечувствителен к поступательным перемещениям, а датчик линейных ускорений нечувствителен к угловым перемещениям. Таким образом, становится возможным измерение с высокой точностью величины ΔΙ = - ΐ₁, где ΐ и ΐ₁ - моменты прихода первой продольной и первой поперечной волн, соответственно. Разделение приходов продольных и поперечных волн позволяет определить не только модуль Юнга, но и коэффициент Пуассона. Поэтому становится возможным определение с гораздо более высокой точностью свойств среды вдоль пути распространения волн.

Другим преимуществом предлагаемого в изобретении прибора является то, что данные, полученные одновременно из акселерометра для измерения угловых ускорений и из акселерометра для измерения линейных ускорений позволяют осуществлять интерполяцию между характерными установочными точками для определения сейсмического поля между этими точками, в результате чего может быть получено изображение с высоким разрешением сейсмического поля для одного и того же или меньшего числа точек измерения, по сравнению с традиционными способами.

Ниже приведены параметры недорогого прибора для получения пространственного изображения сейсмического поля с высоким разрешением, в котором используются акселерометры для измерения угловых и линейных ускорений в соответствии с настоящим изобретением.

Частотный диапазон: 1-1000 Гц;

Динамический диапазон: 126 дБ;

Уровень шумов: 5х10^-5 рад/с²/^Гц для канала угловых ускорений и 10^-6 м/с²/^Гц для канала линейных ускорений;

Потребление: 5 мА, 12 В;

Диапазон рабочих температур: -40°С-+55°С (до +100°С в специальном исполнении);

Габаритные размеры комбинированного датчика:

диаметр: 30 мм длина: 170 мм.

Высокая чувствительность и малые размеры датчиков позволяют существенно упростить измерения и уменьшить их стоимость, поскольку в этом случае становится возможным уменьшить диаметр скважин, увеличить расстояние между ними и уменьшить мощность источника сигнала. При этом обеспечивается существенное увеличение объема получаемой информации и улучшение разрешения получаемых пространственных изображений сейсмических полей.

- 12 011204

Предлагаемые в настоящем изобретении конвективные акселерометры также открывают новые возможности для контроля бурового оборудования в процессе разведки и/или добычи нефти или газа. Существуют два основных способа контроля бурового оборудования в процессе извлечения нефти или газа: (1) датчики размещены на забойном инструменте. В этом случае существует несколько проблем, связанных с надежным функционированием датчиков в условиях высоких вибраций и температур, и с передачей данных на поверхность; или (2) датчики размещены на поверхности. В этом случае датчики должны быть очень чувствительными для того, чтобы обнаружить сигналы от бурового оборудования, и, кроме того, они должны быть способны выделять полезные сигналы в условиях высоких уровней шумов.

Данный пример относится ко второму способу, и в нем используется сеть сейсмоприемников, состоящих из малошумящих, высококачественных, широкополосных конвективных акселерометров, обеспечивающих измерение параметров бурового оборудования аналогично измерению параметров землетрясения. Спектры, полученные с использованием традиционных датчиков, представлены на фиг. 29-32. В этих испытаниях датчики устанавливались на поверхности. Данные приведены для недорогого вертикального геофона (модель СВ-10, частотный диапазон - 5-120 Гц: российский аналог модели СМС40Т, компания Сига1р (Великобритания)), и трехкомпонентный широкополосный сейсмометр для измерения линейных ускорений (модель СМЕ4011, частотный диапазон - 0,033-20 Гц: российский аналог модели Ь28, компания Магк Ргойис® (США)). Датчики были размещены на расстоянии 600 м от буровой вышки, а рабочий инструмент бурильной колонны находился на глубине примерно 1 км. Эксперименты выполнялись во время весеннего паводка, причем буровая вышка и датчики находились на двух островах, разделенных небольшой протокой.

В результате анализа полученных результатов можно сделать следующие выводы: (1) дешевый вертикальный геофон (фиг. 29) не обеспечивает обнаружение сигналов низкой частоты, приходящих от внутрискважинного оборудования и, соответственно, бесполезен для целей данного эксперимента; (2) широкополосный сейсмограф регистрировал пики, соответствующие поступательным перемещениям бурового оборудования (пики на частоте 1,1 Гц на фиг. 31-32); и (3) ни один из используемых в испытаниях акселерометров измерения линейных ускорений не обнаружил спектральные компоненты, соответствующие вращательному движению рабочего инструмента бурильной колонны.

Однако вращательное движение рабочего инструмента бурильной колонны обнаруживалось конвективным акселерометром угловых ускорений, имеющим разрешение 5х10^-7 рад/с и частотный диапазон 0,05-100 Гц. Принцип его работы иллюстрируется на фиг. 33. Если угловое ускорение действует, как показано криволинейной стрелкой, то текучая среда протекает через чувствительный элемент. Выходной ток преобразователя пропорционален угловому ускорению или угловой скорости в широкой полосе частот в зависимости от конфигурации чувствительного элемента.

На фиг. 34 представлено изображение трехкомпонентного конвективного акселерометра для измерения угловых ускорений, а на фиг. 35-37 представлены спектры, записанные с помощью трехкомпонентного датчика угловых ускорений. Только датчик угловых ускорений обнаруживает частоты, соответствующие частоте вращения рабочего инструмента бурильной колонны (0,8 Гц) и второй и третьей гармоническим составляющим (1,6 и 2,4 Гц, соответственно). Эти пики исчезли после того, как бурильная колонна была остановлена, и появились снова после возобновления работы. Такие пики не могли наблюдаться в спектрах акселерометра линейных ускорений, так как они маскируются фоновыми сейсмическими шумами, создаваемыми волнением водной поверхности, которые были значительными в ветреную погоду. Однако эти шумы не влияли на работу датчика угловых ускорений благодаря способности этого датчика осуществлять пространственную фильтрацию.

Результаты этого эксперимента показывают, что датчики угловых ускорений имеют большой потенциал для использования в следующие областях нефтегазовой индустрии: (1) дистанционный контроль состояния рабочего инструмента буровой колонны; (2) определение направления бурения, которое становится возможным благодаря зависимости между амплитудой сигналов, измеренной по всем трем компонентам датчиком угловых ускорений; (3) определение положения и скорости рабочего инструмента бурильной колонны по его мгновенному направлению и пройденному расстоянию. Необходимо подчеркнуть, что все эти измерения и обработка данных могут выполняться с поверхности на расстояниях до 1 км от буровой вышки.

Claims (45)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Конвективный акселерометр, содержащий герметичный корпус;

   жидкую среду, содержащую раствор электролита, причем жидкая среда содержится в герметичном корпусе;

   установочный модуль, закрепленный в герметичном корпусе;

   чувствительный элемент, реагирующий на конвекцию жидкой среды, причем чувствительный элемент закреплен в установочном модуле и погружен в жидкую среду так, что она протекает сквозь чувствительный элемент в условиях вынужденной конвекции, вызванной ускорением, действующим на кон

   - 13 011204 вективный акселерометр; и электрическую схему, подсоединенную к чувствительному элементу для усиления и обработки его выходных сигналов.
2. 2. Конвективный акселерометр по п.1, в котором чувствительный элемент содержит по меньшей мере два проводящих элемента и прокладку, содержащую диэлектрический материал, которая разделяет проводящие элементы, причем прокладка и проводящие элементы устроены так, чтобы обеспечивать прохождение потока жидкой среды сквозь чувствительный элемент.
3. 3. Конвективный акселерометр по п.2, в котором проводящие элементы и прокладка снабжены отверстиями, сквозь которые проходит поток жидкой среды в условиях, когда на акселерометр действует ускорение.
4. 4. Конвективный акселерометр по п.2 или 3, в котором прокладка размещена между проводящими элементами так, чтобы между прокладкой и проводящими элементами не было зазоров.
5. 5. Конвективный акселерометр по п.2 или 3, в котором в качестве проводящих элементов используются металлические пластины, которые примерно параллельны друг другу и примерно перпендикулярны направлению потока жидкой среды.
6. 6. Конвективный акселерометр по п.2, в котором прокладка имеет толщину в диапазоне от примерно 0,5 до примерно 150 мкм.
7. 7. Конвективный акселерометр по п.3, в котором по меньшей мере одно отверстие в прокладке имеет круглую форму.
8. 8. Конвективный акселерометр по п.7, в котором по меньшей мере одно отверстие в прокладке имеет диаметр в диапазоне от примерно 1 до примерно 300 мкм.
9. 9. Конвективный акселерометр по п.2, в котором прокладка содержит оксид или фторид элемента группы IV Периодической таблицы элементов.
10. 10. Конвективный акселерометр по п.1, который содержит дополнительно по меньшей мере два охранных электрода, причем чувствительный элемент размещен между этими охранными электродами.
11. 11. Конвективный акселерометр по п.10, в котором расстояние между внешними проводящими элементами чувствительного элемента и охранными электродами составляет от примерно 5 до примерно 120 мкм.
12. 12. Конвективный акселерометр по п.10, в котором по меньшей мере один охранный электрод содержит сетку.
13. 13. Конвективный акселерометр по п.10, в котором по меньшей мере один охранный электрод содержит металлический проводник в форме плоской спирали.
14. 14. Конвективный акселерометр по п.10, в котором по меньшей мере один охранный электрод содержит металлический проводник в форме конической спирали.
15. 15. Конвективный акселерометр по п.10, в котором два охранных электрода соединены проводящим элементом.
16. 16. Конвективный акселерометр по п.2, в котором по меньшей мере один проводящий элемент содержит проводящую сетку.
17. 17. Конвективный акселерометр по п.16, в котором сетка содержит металлические проводники, имеющие диаметр от примерно 10 до примерно 90 мкм.
18. 18. Конвективный акселерометр по п.16, в котором сетка содержит металлические проводники, которые примерно параллельны друг другу и распределены равномерно с шагом от примерно 20 до примерно 90 мкм.
19. 19. Конвективный акселерометр по п.16, в котором сетка содержит металл платиновой группы.
20. 20. Конвективный акселерометр по п.2, в котором электрическая схема содержит источник питания, имеющий положительный и отрицательный выводы и подсоединенный к проводящим элементам таким образом, что положительный вывод источника питания соединен с первым проводящим элементом или непосредственно, или через операционный усилитель, а отрицательный вывод соединен со вторым проводящим элементом или непосредственно, или через операционный усилитель, и операционный усилитель, имеющий два входа и один выход, причем один вход соединен либо с первым, либо со вторым проводящим элементом, а другой вход соединен соответственно с положительным или отрицательным выводом для преобразования тока, текущего от проводящего элемента, в напряжение, и выход операционного усилителя является выходом всей электрической схемы.
21. 21. Конвективный акселерометр по п.1, в котором жидкая среда содержит раствор электролита, содержащий соль и растворенное вещество, способное действовать как в качестве кислоты по Льюису, так и основания по Льюису.
22. 22. Конвективный акселерометр по п.21, в котором в качестве соли используется соль щелочного металла или соль щелочно-земельного металла.
23. 23. Конвективный акселерометр по п.22, в котором растворенное вещество содержит растворенный металлический йод.
24. 24. Конвективный акселерометр по пп.21, 22 или 23, в котором раствор электролита содержит в качестве растворителя дистиллированную воду.

    - 14 011204
25. 25. Конвективный акселерометр по пп.21, 22 или 23, в котором раствор электролита содержит в качестве растворителя органическую жидкость.
26. 26. Конвективный акселерометр по п.22, в котором концентрация соли металла находится в диапазоне от примерно 0,5 до примерно 4 моль/л.
27. 27. Конвективный акселерометр по п.23, в котором концентрация металлического йода находится в диапазоне от примерно 0,0002 до примерно 0,4 моль/л.
28. 28. Конвективный акселерометр, содержащий герметичный корпус;

    жидкую среду, содержащую раствор электролита, причем жидкая среда содержится в герметичном корпусе;

    установочный модуль, закрепленный в герметичном корпусе и содержащий чувствительный элемент, вырабатывающий выходной сигнал, когда жидкая среда движется в результате конвекции, причем чувствительный элемент содержит пары металлических пластин с перфорированными отверстиями;

    диэлектрические прокладки с перфорированными отверстиями, которые размещены таким образом, чтобы разделять без зазоров указанные пластины, и электрическую схему, подсоединенную к чувствительному элементу и предназначенную для усиления и обработки выходных сигналов, вырабатываемых чувствительным элементом.
29. 29. Конвективный акселерометр по п.28, в котором чувствительный элемент содержит четыре металлические пластины, размещенные примерно параллельно друг другу и разделенные диэлектрическими прокладками таким образом, что имеются две внешние металлические пластины и две внутренние металлические пластины, и электрическая схема содержит источник питания, подсоединенный к металлическим пластинам таким образом, что его положительный вывод соединен с внешними металлическими пластинами, а его отрицательный вывод соединен с внутренними металлическими пластинами либо непосредственно, либо через операционный усилитель;

    по меньшей мере два операционных усилителя, причем первые входы усилителей соединены с разными внутренними пластинами, а вторые входы усилителей заземлены; и сумматор с двумя входами и одним выходом, причем входы сумматора соединены с выходами разных операционных усилителей, так что напряжение на выходе сумматора прямо пропорционально величине действующего ускорения.
30. 30. Конвективный акселерометр по п.29, в котором электрическая схема содержит первый электронный элемент, предназначенный для температурной компенсации и соединенный с входом сумматора.
31. 31. Конвективный акселерометр по п.30, в котором электрическая схема содержит второй электронный элемент, подключенный последовательно с первым электронным элементом и предназначенный для коррекции частотной характеристики передаточной функции акселерометра.
32. 32. Конвективный акселерометр по п.1, в котором герметичный корпус содержит тороидальный канал, содержащий жидкую среду, причем тороидальный канал имеет форму, которая определяется внутренней и внешней формообразующими кривыми;

    емкость расширения, которая сообщается с тороидальным каналом и предназначена для компенсации расширения жидкой среды в тороидальном канале при изменениях температуры; и проход, обеспечивающий сообщение с емкостью расширения, который предназначен для обеспечения прохода жидкой среды в тороидальный канал.
33. 33. Конвективный акселерометр по п.32, в котором внешняя и внутренняя формообразующие кривые являются окружностями с центрами, смещенными друг от друга на расстояние от примерно 0,1 до примерно 5 мм.
34. 34. Конвективный акселерометр по п.32, в котором внешняя и внутренняя формообразующие кривые имеют разную форму и выбираются для обеспечения определенного гидродинамического сопротивления.
35. 35. Конвективный усилитель по п.32, в котором центры внешней и внутренней формообразующих кривых смещены друг от друга на расстояние от примерно 0,1 до примерно 5 мм.
36. 36. Конвективный акселерометр по п.32 или 34, в котором тороидальный канал имеет по меньшей мере одну вставку, установленную на стенке тороидального канала и предназначенную для создания дополнительного гидродинамического сопротивления для движения жидкой среды за счет местного сужения поперечного сечения тороидального канала.
37. 37. Конвективный акселерометр по п.32, в котором герметичный корпус содержит дополнительный установочный модуль, размещенный диаметрально противоположно по отношению к первому установочному модулю, причем дополнительный установочный модуль содержит чувствительный элемент, соединенный со схемой.
38. 38. Конвективный акселерометр по п.32, в котором герметичный корпус содержит пары установочных модулей, причем установочные модули каждой пары расположены на тороидальном канале диаметрально противоположно по отношению друг к другу, установочные модули равномерно распределены, и

    - 15 011204 каждый установочный модуль содержит чувствительный элемент, соединенный со схемой.
39. 39. Конвективный акселерометр по п.32, в котором чувствительный элемент содержит первую пару металлических пластин и необязательно вторую пару металлических пластин, причем металлические пластины соединены со схемой.
40. 40. Конвективный акселерометр по п.36, в котором чувствительные элементы содержат первую пару металлических пластин и необязательно вторую пару металлических пластин, причем металлические пластины соединены со схемой.
41. 41. Способ измерения углового ускорения и/или угла наклона, который содержит следующие стадии:

    устанавливают акселерометр по п.32 таким образом, чтобы возникающие в процессе измерения воздействия приводили к вынужденной конвекции жидкой среды вокруг оси чувствительности, которая перпендикулярна к плоскости тороидального канала акселерометра;

    определяют величины углового ускорения или угла наклона корпуса по результатам измерения изменения выходного тока чувствительного элемента с помощью электрической схемы, подсоединенной к чувствительному элементу.
42. 42. Конвективный акселерометр по п.28, в котором электрическая схема содержит операционные усилители, каждый из которых связан с одной парой металлических пластин, причем каждый операционный усилитель имеет два входа и один выход;

    непосредственное или опосредованное электрическое соединение между положительным выводом источника питания и первой пластиной в каждой паре пластин;

    непосредственное или опосредованное электрическое соединение между отрицательным выводом источника питания и второй пластиной в каждой паре пластин, причем опосредованные соединения осуществляются через операционный усилитель;

    непосредственное электрическое соединение между первым входом операционного усилителя и первой или второй пластинами пар пластин, причем второй вход операционного усилителя соединен, соответственно, с положительным или отрицательным выводом источника питания, и сумматор, имеющий входы и выход, причем каждый вход сумматора соединен с выходом каждого операционного усилителя, так что напряжение на выходе сумматора представляет собой линейную комбинацию выходных напряжений операционных усилителей и прямо пропорционально величине действующего ускорения.
43. 43. Акселерометр для измерения линейных ускорений, содержащий герметичный корпус, содержащий канал;

    жидкую среду, содержащую раствор электролита, причем жидкая среда частично заполняет канал;

    установочный модуль, закрепленный в герметичном корпусе таким образом, что он погружен в жидкую среду;

    чувствительный элемент, реагирующий на конвекцию жидкой среды, причем чувствительный элемент закреплен в установочном модуле и погружен в жидкую среду так, что она протекает сквозь чувствительный элемент в условиях вынужденной конвекции, вызванной линейным ускорением, действующим на конвективный акселерометр, и электрическую схему, подсоединенную к чувствительному элементу для усиления и обработки выходных сигналов, вырабатываемых чувствительным элементом.
44. 44. Акселерометр для измерения линейных ускорений по п.43, в котором канал имеет тороидальную форму.
45. 45. Акселерометр для измерения линейных ускорений по п.43 или 44, в котором канал заполнен жидкой средой наполовину.