RU17733U1 - Компенсационный акселерометр - Google Patents

Description

КОУПЕНСАЦИОННШ АКСЕЛЕРШтР

Настоящая полезная модель относится к области измерительной техники, а именно, к информационным преобразователям линейных ускорений.

Известен компенсационный акселерометр l, содержащий корпус, маятниковый чувствительный элемент, закрепленный в корпусе и имеющий свободу углового перемещения посредством упругого шарнира, преобразователь положения, дифференциальный магнитоэлектрический силовой преобразователь с кольцевой катушкой на чувствительном элементе и двумя магнитными системами в корпусе, причем в каждую магнитную систему входит постоянный магнит.

Наиболее близким по технической сущности является компенсационный акселерометр 2 , содержащий корпус со связанной с ним консольной стойкой, на которой установлен чувствительный элемент,состоящий из внешней кольцевой подвижной части, внутренней плоской неподвижной части и соединяющего их упругого шарнира, дифференциальный емкостный преобразователь положения с подвижным и неподвижным электродами, магнитоэлектрический силовой преобразователь с расположенным на соединенной с корпусом части консольной стойки дисковым постоянным магнитом с диаметральным направлением намагниченности и компенсационной катушкой кольцевого типа на обращенной к постоянному магниту стороне подвижной части чувствительного элемента, первый и второй резисторы, генератор высокой частоты, дифференциальный усилитель, демодулятор, при этом упрзггий шарнир образован двумя плоскими перемычками, поверхности которых параллельны поверхностям подвижной части, и которые расположены по разные стороны от параллельной плоскости подвижной части первой оси симметрии подвижной части на второй оси метрии, перпендикулярной первой оси симметрии и находящейся с ней в одной плоскости, параллельной поверхности подвижной части, первые выводы первого и второго резисторов соединены вместе и к точке их соединения подключен один выход генератора высокой частоты.

Недостатком такого компенсационного акселерометра является температурная погрешность, вызванная сочетанием в конструкции разнородных деталей из разнородных материалов с разными температурными коэффициентами линейного расширения, как, например, выполнение постоянного магнита и.з магнит о твердого материала с пленкой металла

eOIP 15/08, 15/13

н§ нем для образования неподвижного электрода дифференциального емкостного преобразователя положения и вьшолнение подвижных электродов в виде слоя, металла на подвижной части чувствительного элемента из керамики.

Техническим результатом данной полезной модели является повышение точности измерения ускорения.

Данный технический результат достигается в компенсационном акселерометре, содержащем корпус со связанной с ним консольной стойкой, на которой установлен чувствительный элемент, состоящий из внешней кольцевой подвижной части, внутренней плоской неподвижной части и соединяющего их упругого шарнира, дифференциальный емкостный преобразователь положения с подвижным и неподвижнык1 электродами, магнитоэлектрический силовой преобразователь с расположенным на соединенной с корпусом части консольной стойки дисковым постоянным магнитом с диаметральным направлением намагниченности и компенсационной катушкой кольцевого типа на обращенной к постоянному магниту стороне подвижной части чувствительного элемента, первый и второй резисторы, генератор высокой частоты, дифференциальный усилитель, демодулятор, при этом з гругий шарнир образован двумя плоскшш перемычками, поверхности которых параллельны поверхностям подвижной части, и которые расположены по разные стороны от параллельной плоскости подвижной части первой оси симметрии подвижной части на второй оси симметрии, перпендикулярной первой оси симметрии и находящейся, с ней в одной плоскости, параллельной поверхности подвижной части, первые выводы первого и второго резисторов соединены вместе и к точке их соединения подключен один выход генератора высокой частоты, тем,что подвижная часть, неподвижная часть ж плоские перемычки чувствительного элемента выполнены в одной первой пластине из монокристаллического кремния, введены вторая и третья пластины из поликора, вторая пластина установлена на консольной стойке между постоянным магнитом и первой пластиной, на обращенной к подвижной части стороне второй пластины выполнены в виде напыленных слоев хрома, меди и хрома первый и второй сегментные неподвижные электроды дифференциального емкостного преобразователя положения, подвижный электрод которого образован поверхностью подвижной части первой пластины, параллельные плоскости подвижной части первой пластины поверхности неподвижной части выполнены отстоящими от поверхностей подвижной части на величину зазора между неподвижными электродами и подвижным электродом дифференциального емкостного преобразователя положения, на новерхности неподвижной части с одной стороны установлена вторая пластина, с другой стороны - третья пластина, на второй пластине первый неподвижный электрод дифференциального емкостного преобразователя положения расположен по одну сторону от второй оси симметрии, второй неподвижный электрод - симметрично первому неподвижному электроду по другую сторону от второй оси симметрии подвижной части, на третьей пластине расположены контактные площадки для подключения выводов от компенсационной катушк.и, подвижного электрода и неподвижных электродов дифференциального емкостного преобразователя положения, в корпусе выполнен фланец с поверхностями, перпендикулярными продольной оси консольной стойки корпуса, фланец образован соединенными одними своими концами под углом 90° прямыми сторонами и дугообразной стороной, соединящей другие концы прямых сторон, во фланце БЕШОЛнены три отверстия, одно из которых расположено в вершине образованного прямыми сторонами утла в 90°, а два других - на концах прямых сторон, к первому неподвшеному электроду дифференциального емкостного преобразователя положения подключен второй вывод первого резистора, к второму неподвижному электроду подключен второй вывод второго резистора, второй вывод генератора высокой частоты подключен к подвижному электроду дифференциального емкостного преобразователя положения, дифференциальный усилитель выполнен в составе первого и второго усилителей переменного тока и суммирующего усилителя, после демодулятора введен усилитель постоянного тока, генератор высокой частоты, дифференциальный усилитель, демодулятор и усилитель постоянного тока выполнены в одной микросборке, установленной в корпусе, точка соединения первого резистора и первого неподвижного электрода дифференциального емкостного преобразователя положения подключена к входу первого усилителя переменного тока, точка соединения второго резистора и второго неподвшсного электрода подключена к входу второго усилителя переменного тока.

В одном частном случае выполнения компенсационного акселерометра плоские перемычки выполнены так, что одна из поверхностей каждой плоской перемычки совмещена с одной и той же поверхностью подвижной части первой пластины.

Во втором частном случае выполнения компенсационного акселерометра первая пластина установлена так, что совмещенные с одной из поверхностей подвижной части первой пластины поверхности плоских

ПЛ.

перемычек расположены со стороны третьей пластины.

В третьем частном случае выполнения компенсационного акселерометра выходы первого и второго усилителей переменного тока подкл1очены к разнополярным входам суммирзгющего усилителя, к выходу которого подключен вход выполненного в виде фазочуветвительного детектора демодулятора, при этом выход генератора высокой частоты подключен к входу опорного сигнала фазочувствительного детектора.

Путем выполнения подвижной части, неподвижной части и плоских перемычек чувствительного элемента в первой пластине из монокристаллического кремния, введения второй и третьей пластин из поликора, установки второй пластины на консольной стойке между постоянныгл магнитом и первой пластиной, выполнения на обращенной к подвижной части стороне второй пластины первого и второго сегментных неподвижных электродов дифференциального емкостного преобразователя положения, выполнения подвижного электрода поверхностью подвижной части, выполнения поверхностей неподвижной части отстоящими от поверхностей подвижной части на величину зазора мезвду неподвижными и подвижным электродами, установки на поверхности неподвижной части с одной стороны второй пластины, а с другой стороны третьей пластины, расположения первого и второго неподвижных электродов симметрично друг другу на второй пластине вследствие стабильности свойств монокристаллического кремния, близости коэффициентов линейного расширения монокристаллического кремния и поликора достигается такое расположение элементов компенсационного акселерометра и сочетание материалов, при котором уменьшаются температурные деформации элементов компенсационного акселерометра. В результате уменьшается температурная погрешность и повышается, точность измерения ускорения.

Путем выполнения в корпусе фланце с двумя прямыми сторонами и соединяющей их дугообразный стороной, образования в фланце трех отверстий обеспечивается установка компенсационного акселерометра на плоскость в трех точках, что уменьшает температурную деформацию корпуса и повышает точность; измерения ускорения вследствие сохранения направления измерительной оси компенсационного акселерометра.

Посредством выполнения генератора высокой частоты, дифференциального усилителя, демодулятора и усилителя постоянного тока в одной установленной в корпусе микросборке достигается уменьшение длины соединительных проводов, приводящее к уменьшению паразитных

связей, обеспечивается однородность температурных условий для всех элементов компенсационного акселерометра, что повышает точность измерения ускорения.

На фиг. I представлен общийшд компенсационного акселерометра, на фиг.2,3 - виды первой пластины, на фиг.4 - вид второй пластины, на фиг.5 - вид корпуса с фланцем, на фиг.6 - схема компенсационного акселерометра.

В компенсационном акселерометре (фиг.1) в корпусе I с фланцем 2 на консольной стойке 3 установлены первая пластина 4 измонокристаллического кремния, вторая пластина 5 и третья пластина 6 из поликора, а также постоянный магнит 7 дисковой формы с диаметральным направлением намагниченности на соединенной с корпусом I части консольной стойки 3, В первой пластине 4, как чувствительном элементе,выполнены внешняя кольцевая подвижная часть 8 и внутренняя плоская неподвижная часть 9, у которой параллельные поверхностям 10, II подвижной части 8 поверхности 12, 13 отстоят на расстояние от поверхностей 10, ll.

Вторая пластина 5 установлена между постоянным магнитом 7 и первой пластиной 4 на поверхность 12 неподвижной части 9. На обращенной к первой пластине 4 стороне второй пластины 5 напылены в виде слоя хром-медь-хром неподвижные электроды 14, 14 дифференциального емкостного преобразователя положения, подвижной электрод которого образован поверхностью 10 подвижной части 8 первой пластины 4 из монокристаллического кремния. Третья пластина 6 с контактными площадками для подключения компенсационной катушки 15, первого 14и второго 14 неподвижных электродов расположена на поверхности 13 неподвижной части 9. Вторая пластина 5 и третья пластина 6 выполнены дисковой формы. Расстоянием S между поверхностью подвижной части 8 и поверхностью 12 неподвижной части 9 определяется величина зазора между неподвижными электродами 14, 14 и подвижным электродом дифференциального емкостного преобразователя положения. На обращенной к постоянному магниту 7 поверхности 10 подвижной части 8 расположена компенсационная катушка 15 магнитоэлектрического силового преобразователя.. На подвижной части 8 установлен груз 16. Постоянный магнит 7, первая пластина 4, вторая пластина 5 и третья, пластина 6 закреплены на стойке 3 гайкой 17. В корпусе I установлена микросборка 18. Корпус I закрыт крышкой 19. Корпус I заполнен сухим азотом через технологические ниппели.

в первой пластине 4 (фиг.2) по разные стороны от первой оси симметрии 20-20 подвижной части 8 на перпендикулярной ей второй оси сшлметрии. 21-21 расположены клоские перемычк-и 22, 22, одни поверхности 23, 24 которых параллельны поверхности 10 подвижной части 8. Первая ось симметрии 20-20 и вторая ось симметрии 21-21 расположены в плоскости, параллельной поверхности 10 подвижной части.

В виде первой пластины 4 с другой стороны (фиг.З) поверхности 25, 26 плоских перемычек 22, 22 параллельны поверхности II подвижной части 8.

Если поверхности 23, 24 плоских перемычек 22, 22 расположены от поверхности 10 на таком же расстоянии, как поверхности 25, 26 от поверхности II подвижной части 8, то ось упругого шарнира совмещается с второй осью симметрии 21-21.

В частном случае выполнения компенсационного акселерометра поверхности 25, 26 плоских перемычек 22, 22 совмещены с поверхностью II подвижной части 8. В этом случае совмещенные с поверхностью II подвижной части 8 поверхности 25, 26 плоских перемычек 22, 22 расположены напротив третьей пластины 6.

Неподвижные электроды 14, 14дифференциального емкостного преобразователя положения на второй пластине 5 выполнены в виде сегментов (фиг.4). Неподвшкный электрод 14 расположен по одну сторону от второй оси симметрии 21-21, а неподвижный электрод 14 - по другую сторону от второй оси симглетрии симметрично относительно неподвижного электрода 14.

Фланец 2 (фиг5) на корпусе I образован прямыми сторонами 27 и 28, соединенными одними своими концами под углом 90°, а другими своими концами - дугообразной стороной 29. Плоскость 30 является установочной плоскостью компенсационного акселерометра и перпендикулярна продольной оси консольной стойки 3 корпуса I. Во фланце выполнены отверстия 31 , 31, 31, из которых отверстие 31 находится в вершине образованного прямыми сторонами 27, 28 угла в 90°, а отверстия 31, на концах соответственно прямых сторон 27, 28.

В компенсационном акселерометре (фиг.6) один вывод первого резистора SI подключен к первому неподвижному электроду 14 , один вывод второго резистора Н2 подключен к второму неподвижному электроду 14 дифференциального емкостного преобразователя положения. К точке соединения вторых выводов первого Щ и второго Н2 резисторов подключен один из выходов генератора высокой частоты 32 с основной частотой 75 кГц, второй общий вывод которого соединен с

/г

подвижным электродом, которым является поверхность 10 подвижной части 8. Точка соединения первого резистора Ш с неподвижным электродом 14 подключена к входу первого усилителя переменного тока 33, а точка соединения второго резистора В2 с неподвижным электродом 14-ко входу второго усилителя переменного тока ЗЗ. Выходы первого ЗЗи второго 33 усилителей переменного тока подключены к разнополярным входам суммирущего усилителя 34 , выход которого подсоединен к входу демодулятора 35, соединенного выходом с входом усилителя постоянного тока 36.

Демодулятор 35 выполнен как фазочувствительный детектор, к входу опорного сигнала которого подключен выход генератора высокой частоты 32. К выходу усилителя, постоянного тока 36 подключена цепь из последовательно соединенных компенсационной катушки 15 магнитоэлектрического силового преобразователя и третьего резистора РЗ.

Компенсационный акселерометр работает следующим образом. При наличии ускорения по измерительной оси, направленной перпендикулярно поверхностям 10, II подвижной части 8 первой пластины 4, подвшсная часть 8 под действием сил инерции на груз 16 изменяет свое угловое положение относительно второй пластины 5 вокруг оси упругого шарнира 21-21. При этом изменяются емкости, образованные первым 14 и вторым 14 неподвижными электродами и поверхностью 10. подвижной части 8. С точек соединения; первого резистора KI с неподвижным электродом 14 и второго резистора R2 с неподвижным электродом 14 на входы первого 33 и второго ЗЗ усилителей переменного тока поступают напряжения разной величины. В результате суммирования поступающих с выходов первого 33 и второго 33 усилителей переменного тока на разнополярные входы суммирующего усилителя 34 с его выхода на вход демодулятора 35 поступает сигнал, модулированный по амплитуде и фазе. После демодулятора 35 на вход усилителя постоянного тока 36 подается напряжение постоянного тока, величина которого зависит от величины ускорения, а полярность - от направления вектора ускорения. После усиления по амплитуде и мощности в усилителе постоянного тока 36 выходной сигнал фазочувствительного усилителя подается Е компенсационную катушку 15 магнитоэлектрического силового преобразователя, посредством которого производится компенсация инерционной силы. При этом напряжение на третьем резисторе НЗ явля.ется мерой ускорения.

Для измерения ускорения на объекте компенсационный акселерометр устанавлиЕвется,опираясь на установочную поверхность 30 фланца 2 корпуса 1,и крепится винтами через отверстия 31 , 3l, .

Источники информации.

1.Патент Великобритании i 2I623I7A IVIKH 801 Р 15/13, ШШ 01к. (селерометр.

2.Патент СМ № 3498138 МШ 6Ю1Р 15/08,НКИ 73-517. Акселерометр.

Claims (4)

1. Компенсационный акселерометр, содержащий корпус со связанной с ним консольной стойкой, на которой установлен чувствительный элемент, состоящий из внешней кольцевой подвижной части, внутренней плоской неподвижной части и соединяющего их упругого шарнира, дифференциальный емкостный преобразователь положения с подвижным и неподвижным электродами, магнитоэлектрический силовой преобразователь с расположенным на соединенной с корпусом части консольной стойки дисковым постоянным магнитом с диаметральным направлением намагниченности и компенсационной катушкой кольцевого типа на обращенной к постоянному магниту стороне подвижной части чувствительного элемента, первый и второй резисторы, генератор высокой частоты, дифференциальный усилитель, демодулятор, при этом упругий шарнир образован двумя плоскими перемычками, поверхности которых параллельны поверхностям подвижной части, и которые расположены по разные стороны от параллельной плоскости подвижной части первой оси симметрии подвижной части на второй оси симметрии, перпендикулярной первой оси симметрии и находящейся с ней в одной плоскости, параллельной поверхности подвижной части, первые выводы первого и второго резисторов соединены вместе и к точке их соединения подключен один выход генератора высокой частоты, отличающийся тем, что подвижная часть, неподвижная часть и плоские перемычки чувствительного элемента выполнены в одной первой пластине из монокристаллического кремния, введены вторая и третья пластины из поликора, вторая пластина установлена на консольной стойке между постоянным магнитом и первой пластиной, на обращенной к подвижной части стороне второй пластины выполнены в виде напыленных слоев хрома, меди и хрома первый и второй сегментные неподвижные электроды дифференциального емкостного преобразователя положения, подвижный электрод которого образован поверхностью подвижной части первой пластины, параллельные плоскости подвижной части первой пластины поверхности неподвижной части выполнены отстоящими от поверхностей подвижной части на величину зазора между неподвижными электродами и подвижным электродом дифференциального емкостного преобразователя положения, на поверхности неподвижной части с одной стороны установлена вторая пластина, с другой стороны - третья пластина, на второй пластине первый неподвижный электрод дифференциального емкостного преобразователя положения расположен по одну сторону от второй оси симметрии, второй неподвижный электрод - симметрично первому неподвижному электроду по другую сторону от второй оси симметрии подвижной части, на третьей пластине расположены контактные площадки для подключения выводов от компенсационной катушки, подвижного электрода и неподвижных электродов дифференциального емкостного преобразователя положения, в корпусе выполнен фланец с поверхностями, перпендикулярными продольной оси консольной стойки корпуса, фланец образован соединенными одними своими концами под углом 90^o прямыми сторонами и дугообразной стороной, соединяющей другие концы прямых сторон, в фланце выполнены три отверстия, одно из которых расположено в вершине образованного прямыми сторонами угла в 90^o, а два других - на концах прямых сторон, к первому неподвижному электроду дифференциального емкостного преобразователя положения подключен второй вывод первого резистора, к второму неподвижному электроду подключен второй вывод резистора, второй вывод генератора высокой частоты подключен к подвижному электроду дифференциального емкостного преобразователя положения, дифференциальный усилитель выполнен в составе первого и второго усилителей переменного тока и суммирующего усилителя, после демодулятора введен усилитель постоянного тока, генератор высокой частоты, дифференциальный усилитель, демодулятор и усилитель постоянного тока выполнены в одной микросборке, установленной в корпусе, точка соединения первого резистора и первого неподвижного электрода дифференциального емкостного преобразователя положения подключена к входу первого усилителя переменного тока, точка соединения второго резистора и второго неподвижного электрода подключена к входу второго усилителя переменного тока.

2. Компенсационный акселерометр по п.1, отличающийся тем, что плоские перемычки выполнены так, что одна из поверхностей каждой плоской перемычки совмещена с одной и той же поверхностью подвижной части первой пластины.

3. Компенсационный акселерометр по п.2, отличающийся тем, что первая пластина установлена так, что совмещенные с одной из поверхностей подвижной части первой пластины поверхности плоских перемычек расположены со стороны третьей пластины.

4. Компенсационный акселерометр по п.1, отличающийся тем, что выходы первого и второго усилителей переменного тока подключены к разнополярным входам суммирующего усилителя, к выходу которого подключен вход выполненного в виде фазочувствительного детектора демодулятора, при этом выход генератора высокой частоты подключен к входу опорного сигнала фазочувствительного детектора.