RU2028000C1

RU2028000C1 - Compensating accelerometer

Info

Publication number: RU2028000C1
Application number: RU93004341A
Authority: RU
Inventors: В.И. Баженов; Е.С. Брищук; И.В. Вдовенко; Н.А. Горбачев; А.В. Масленников; А.Н. Мухин; В.А. Рязанов; В.М. Соловьев
Original assignee: Раменское приборостроительное конструкторское бюро
Priority date: 1993-01-29
Filing date: 1993-01-29
Publication date: 1995-01-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: compensating accelerometer is meant for measurement of linear acceleration in navigation. It has inner 6 and outer 7 parts of one plate 5 coupled with restoring jumpers, capacitive position pickup, magnetoelectric power converter with ring compensation coil 11 and permanent disc magnet 10 of diametrical magnetization. Immobile part 6, mobile part 7 and restoring jumpers are manufactured as one element from monocrystalline silicon. Boards 8 with electrodes 9 of position pickup are mounted on immobile part 6, four weights are put on mobile part 7. Three weights with different density of material are placed on one side at angles of 120 deg from each other. Compensation coil 11 is positioned on them. Masses of weights and compensation coil 11 and their positions with reference to axis of suspension are such that moment acting on mobile part 7 along one axis of accelerometer is equal to zero and differs from zero along measurement axis of accelerometer. EFFECT: enhanced precision of measurement of linear acceleration. 4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к прецизионным маятниковым акселерометрам для измерения линейного ускорения для целей навигации. The invention relates to measuring technique, namely to precision pendulum accelerometers for measuring linear acceleration for navigation purposes.

Известен акселерометр, содержащий корпус, маятниковый чувствительный элемент, прикрепленный к корпусу с помощью упругого подвеса, датчик 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 [1]. A known accelerometer comprising a housing, a pendulum sensing element attached to the housing by means of an elastic suspension, a position sensor, a differential magnetoelectric power transducer with an annular coil on the sensing element and two magnetic systems in the housing, each magnet having a permanent magnet [1].

Недостатком такого акселерометра является увеличение габаритов, вызванное необходимостью применения в силовом преобразователе двух магнитных систем с целью компенсации нелинейности характеристики акселерометра. The disadvantage of this accelerometer is the increase in size, caused by the need to use two magnetic systems in the power converter in order to compensate for the non-linearity of the accelerometer characteristics.

Компенсация нелинейности характеристики акселерометра достигается также в принятом за прототип акселерометра с одной магнитной системой [2]. Акселерометр содержит корпус, керамическую пластину, имеющую внутреннюю неподвижную часть, внешнюю подвижную часть, соединенную с внутренней неподвижной частью двумя упругими перемычками, образующими упругий подвес с осью подвеса, проходящей через оси изгиба упругих перемычек. Акселерометр содержит также грузы на внешней подвижной части пластины, магнитоэлектрический силовой преобразователь с кольцевой компенсационной катушкой на внешней подвижной части пластины и дисковый постоянный магнит на корпусе с диаметральным направлением намагниченности, емкостный датчик положения с подвижными напыленными электродами конденсаторов на внешней подвижной части пластины и неподвижными напыленными электродами конденсаторов на магните, токоподводы, соединяющие компенсационную катушку с внешними цепями, усилитель. Compensation of the non-linearity of the accelerometer characteristic is also achieved in the accelerometer adopted as a prototype with one magnetic system [2]. The accelerometer comprises a housing, a ceramic plate having an internal fixed part, an external movable part connected to the internal fixed part by two elastic jumpers forming an elastic suspension with a suspension axis passing through the bending axis of the elastic jumpers. The accelerometer also contains loads on the outer movable part of the plate, a magnetoelectric power converter with an annular compensation coil on the outer movable part of the plate, and a permanent disk magnet on the body with a diametrical direction of magnetization, a capacitive position sensor with movable deposited electrodes of capacitors on the outer movable part of the plate, and stationary sprayed electrodes capacitors on a magnet, current leads connecting the compensation coil to external circuits, an amplifier.

Такому акселерометру присуща температурная погрешность смещения характеристики вследствие изменения параметров емкостного датчика положения с изменением температуры окружающей среды из-за различных температурных коэффициентов линейного расширения материалов пластины и постоянного магнита. Such an accelerometer is characterized by a temperature error in the bias of the characteristic due to a change in the parameters of the capacitive position sensor with a change in the ambient temperature due to different temperature coefficients of linear expansion of the plate materials and the permanent magnet.

Целью изобретения является повышение точности измерения акселерометра. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurement of the accelerometer.

Цель достигается в компенсационном акселерометре, содержащем корпус, пластину, имеющую внутреннюю неподвижную часть, внешнюю подвижную часть, соединенную с внутренней неподвижной частью двумя упругими перемычками, которые образуют упругий подвес с осью подвеса, проходящей через оси изгиба упругих перемычек, грузы на внешней подвижной части пластины, емкостный датчик положения с подвижными электродами конденсаторов на внешней подвижной части пластины, магнитоэлектрический силовой преобразователь с кольцевой компенсационной катушкой и дисковым постоянным магнитом на корпусе с диаметральным направлением намагниченности, токоподводы, соединяющие компенсационную катушку с внешними цепями, усилитель, тем, что каждая из основных плоскостей внутренней неподвижной части пластины расположена от соответствующей ближайшей основной плоскости внешней подвижной части пластины на расстоянии, не меньшем величины максимального хода внешней подвижной части пластины при предельном суммарном значении статического и вибрационного ускорений, внешняя подвижная часть, внутренняя неподвижная часть пластины и соединяющие их упругие перемычки выполнены единым элементом из монокристаллического кремния, внешняя подвижная часть пластины, упругие перемычки и внутренняя неподвижная часть с вышеуказанным расстоянием ее основных плоскостей от основных плоскостей внешней подвижной части выполнены методом анизотропного травления кремния, на каждую из основных плоскостей внутренней неподвижной части пластины установлена плата из неэлектропроводного материала, температурный коэффициент линейного расширения которого близок к температурному коэффициенту линейного расширения кремния, например поликора, на плате симметрично оси подвеса в месте расположения зазора, образованного вышеуказанным расстоянием между плоскостями внутренней неподвижной и внешней подвижной частей, образованы металлизированные участки, являющиеся неподвижными электродами конденсаторов емкостного датчика положения, общий подвижный электрод которого образован внешней подвижной частью пластины из кремния, нейтральная ось магнита расположена в плоскости, проходящей через ось подвеса перпендикулярно основной плоскости внутренней неподвижной части пластины, на одной из основных плоскостей внешней подвижной части по одну сторону от оси подвеса расположен первый груз, на второй основной плоскости внешней подвижной части пластины рядом с первым грузом расположен второй груз, центры масс первого и второго грузов расположены на радиусе, перпендикулярном оси подвеса, на основной плоскости внешней подвижной части пластины, на которой расположен первый груз, по другую сторону от оси подвеса установлены третий и четвертый грузы, образованные радиусами из центра пластины к центрам масс углы между первым, третьим и четвертым грузами составляют около 120^о, первый и второй грузы выполнены из материала с большей плотностью, чем плотность материала третьего и четвертого грузов, компенсационная катушка установлена на поверхностях первого, третьего и четвертого грузов, ее ось симметрии расположена в плоскости, проходящей через ось подвеса и нейтральную ось магнита, массы грузов и компенсационной катушки, расстояния их центров масс от оси подвеса и плоскости симметрии пластины, проходящей параллельно основным плоскостям внешней подвижной и внутренней неподвижной частей, таковы, что суммарный момент относительно оси подвеса действующих на грузы и компенсационную катушку сил параллельно плоскости симметрии пластины равен нулю, а суммарный момент относительно оси подвеса действующих на первый и второй грузы сил перпендикулярно плоскости симметрии пластины превышает аналогичный суммарный момент действующих на третий и четвертый грузы сил.The goal is achieved in a compensation accelerometer containing a housing, a plate having an internal fixed part, an external moving part connected to the internal fixed part by two elastic jumpers, which form an elastic suspension with a suspension axis passing through the bending axis of the elastic jumpers, loads on the external moving part of the plate , capacitive position sensor with movable electrodes of capacitors on the outer movable part of the plate, magnetoelectric power converter with an annular compensation coil and a permanent disk magnet on a housing with a diametrical direction of magnetization, current leads connecting the compensation coil to external circuits, an amplifier, in that each of the main planes of the internal stationary part of the plate is located at a distance not less than the maximum stroke of the outer movable part of the plate at the limit total value of static and vibrational accelerations, the outer movable part, the inner the fixed part of the plate and the elastic bridges connecting them are made by a single element of monocrystalline silicon, the external movable part of the plate, the elastic bridges and the internal fixed part with the above distance of its main planes from the main planes of the external moving part are made by anisotropic etching of silicon onto each of the main planes of the inner a fixed part of the plate is installed a board of non-conductive material, the temperature coefficient of linear expansion of which about close to the temperature coefficient of linear expansion of silicon, for example, polycor, on the board symmetrically to the suspension axis at the location of the gap formed by the above distance between the planes of the internal fixed and external moving parts, metallized sections are formed that are fixed electrodes of the capacitors of the capacitive position sensor, the common moving electrode of which formed by the outer movable part of the silicon plate, the neutral axis of the magnet is located in a plane passing through the suspension axis is perpendicular to the main plane of the internal fixed part of the plate, on one of the main planes of the external moving part on one side of the axis of the suspension is the first load, on the second main plane of the external moving part of the plate, the second load is located, the centers of mass of the first and second loads located on a radius perpendicular to the axis of the suspension, on the main plane of the outer movable part of the plate on which the first load is located, a third and the fourth cargo, formed by radii from the center of the plate to the centers of mass, the angles between the first, third and fourth cargoes are about 120 ^° , the first and second cargoes are made of material with a higher density than the density of the material of the third and fourth cargoes, a compensation coil is mounted on the surfaces of the first, the third and fourth weights, its axis of symmetry is located in a plane passing through the axis of the suspension and the neutral axis of the magnet, the mass of the cargo and the compensation coil, the distance of their centers of mass from the axis of the suspension and the plane the symmetry bones of the plate running parallel to the main planes of the external moving and internal stationary parts are such that the total moment relative to the suspension axis of the forces acting on the loads and the compensation coil of forces parallel to the plane of symmetry of the plate is zero, and the total moment relative to the suspension axis of the forces acting on the first and second loads perpendicular to the plane of symmetry of the plate exceeds the same total moment acting on the third and fourth loads of forces.

При дальнейшем развитии конструкции выводы компенсационной катушки, токоподводы и места соединения токоподводов с выводами компенсационной катушки располагаются в плоскости, проходящей через ось подвеса и нейтральную ось магнита. With further development of the design, the terminals of the compensation coil, current leads and the junction of the current leads with the terminals of the compensation coil are located in a plane passing through the suspension axis and the neutral axis of the magnet.

В усовершенствованной конструкции акселерометра грузы выполнены из электропроводного материала и расположены в рабочем зазоре силового преобразователя. In the improved design of the accelerometer, the loads are made of electrically conductive material and are located in the working gap of the power converter.

Выполнение единым элементом из монокристаллического кремния методом анизотропного травления внешней подвижной части, внутренней неподвижной части пластины, соединяющих их упругих перемычек, расположение основных плоскостей внутренней неподвижной части над основными плоскостями внешней подвижной части обеспечивает параллельность основных плоскостей внешней подвижной части и внутренней неподвижной части пластины при изменении температуры окружающей среды. Расположением плат из поликора (материала, температурный коэффициент линейного расширения которого близок к температурному коэффициенту линейного расширения кремния) на основных плоскостях внутренней неподвижной части пластины достигается параллельность плоскостей плат основным плоскостям внутренней неподвижной части при изменении температуры окружающей среды вследствие того, что соединение плат с внутренней неподвижной частью пластины происходит по центральной части плат, а их периферийная часть остается свободной, и близки температурные коэффициенты линейного расширения материалов плат и пластины. The execution of a single element of single-crystal silicon by anisotropic etching of the outer moving part, the inner fixed part of the plate, the elastic bridges connecting them, the location of the main planes of the inner fixed part above the main planes of the outer moving part ensures parallelness of the main planes of the outer moving part and the inner fixed part of the plate with temperature the environment. By arranging boards from polycor (a material whose temperature coefficient of linear expansion is close to the temperature coefficient of linear expansion of silicon) on the main planes of the internal fixed part of the plate, the planes of the boards are parallel to the main planes of the internal fixed part when the ambient temperature changes due to the connection of the boards with the internal fixed part of the plate occurs along the central part of the boards, and their peripheral part remains free, and those are close -temperature linear expansion coefficients of materials and plate boards.

Так как на платах расположены неподвижные электроды конденсаторов датчика положения акселерометра, сама пластина из кремния является общим неподвижным электродом конденсаторов, то вследствие сохранения параллельности при изменении температуры основных плоскостей пластины и плат не происходит изменения выходного сигнала датчика положения, не изменяется смещение характеристики акселерометра и повышается точность измерения ускорения при изменении температуры окружающей среды. При выполнении грузов из материалов с различной плотностью обеспечивается расположение трех грузов на одной стороне внешней подвижной части под углами 120^о относительно друг друга.Since the fixed electrodes of the capacitors of the accelerometer position sensor are located on the boards, the silicon plate itself is a common fixed electrode of the capacitors, due to the preservation of parallelism when the temperature of the main planes of the plate and the boards does not change, the output signal of the position sensor does not change, the offset of the accelerometer characteristic does not change and the accuracy increases acceleration measurements when the ambient temperature changes. When performing cargoes from materials with different densities, three cargoes are arranged on one side of the external movable part at angles of 120 ^° relative to each other.

Расположение компенсационной катушки на одной стороне внешней подвижной части на поверхностях трех грузов, находящихся под углами 120^о относительно друг друга, расположение оси симметрии компенсационной катушки в плоскости, проходящей через ось подвеса перпендикулярно основным поверхностям пластины, обеспечивает при изменении температуры одинаковое изменение емкостей датчика положения, электроды которых расположены на платах симметрично оси подвеса. При этом достигается стабильность смещения характеристики акселерометра с изменением температуры окружающей среды, что повышает точность измерения ускорения.The location of the compensation coil on one side of the outer movable part on the surfaces of three weights located at angles of 120 ^° relative to each other, the location of the axis of symmetry of the compensation coil in a plane passing through the suspension axis perpendicular to the main surfaces of the plate, provides a uniform change in the capacitance of the position sensor when the temperature changes, the electrodes of which are located on the boards symmetrically to the suspension axis. In this case, stability of the accelerometer characteristic bias is achieved with a change in the ambient temperature, which increases the accuracy of acceleration measurement.

При таком выполнении акселерометра, когда три груза и компенсационная катушка находятся по одну сторону от плоскости симметрии пластины, а еще один груз расположен по другую сторону, грузы выполнены из материалов с различной плотностью, три груза на одной стороне внешней подвижной части расположены под углами 120^о относительно друг друга, массы грузов и компенсационной катушки, расстояния их центров масс от плоскости симметрии пластины таковы, что в результате суммарный момент относительно оси подвеса действующих на грузы и компенсационную катушку сил параллельно плоскости симметрии пластины равен нулю, достигается устранение погрешности от перекрестных связей, что повышает точность измерения ускорения.With such an accelerometer, when three loads and a compensation coil are located on one side of the plane of symmetry of the plate, and another load is located on the other side, the loads are made of materials with different densities, three loads on one side of the outer movable part are located at angles of 120 ^° relative to each other, the mass of goods and the compensation coil, the distances of their centers of mass from the plane of symmetry of the plate are such that, as a result, the total moment relative to the suspension axis acting on the loads and compensation hydrochloric coil forces parallel to the plane of symmetry of the plate is equal to zero, eliminating errors is achieved by cross-linking, which increases the accuracy of measuring acceleration.

Расположением оси симметрии компенсационной катушки в плоскости, проходящей через ось подвеса перпендикулярно основным поверхностям пластины, грузов на внешней подвижной части пластины, выполнением грузов из материалов с различной плотностью, расположением трех грузов на одной стороне внешней подвижной части под углами 120^о, выбором масс грузов, расстояний их центров масс относительно оси подвеса достигается получение максимального суммарного момента относительно оси подвеса действующих на грузы сил перпендикулярно плоскости симметрии пластины, который является полезным моментом акселерометра и увеличение которого повышает точность измерения ускорения.By arranging the axis of symmetry of the compensation coil in a plane passing through the axis of the suspension perpendicular to the main surfaces of the plate, weights on the outer movable part of the plate, making weights from materials with different densities, arranging three weights on one side of the outer movable part at angles of 120 ^° , selecting the mass of the goods, the distances of their centers of mass relative to the suspension axis, the maximum total moment is obtained relative to the suspension axis of the forces acting on the loads perpendicular to the plane of sym tri- and plates, which is useful torque accelerometer and acceleration increase which increases the measurement accuracy.

При расположении нейтральной оси магнита, оси симметрии компенсационной катушки в плоскости, проходящей через ось подвеса перпендикулярно основным поверхностям пластины, обеспечивается равенство нулю относительно оси подвеса момента сил, вызванных неравенством магнитных сопротивлений частей магнитной системы силового преобразователя, окружающих компенсационную катушку. When the neutral axis of the magnet, the axis of symmetry of the compensation coil are located in a plane passing through the suspension axis perpendicular to the main surfaces of the plate, the moment of forces caused by the inequality of the magnetic resistance of the parts of the magnetic system of the power converter surrounding the compensation coil is equal to zero relative to the suspension axis.

При этом уменьшается нелинейность характеристики акселерометра, что повышает точность измерения ускорения. This reduces the non-linearity of the accelerometer characteristics, which increases the accuracy of the acceleration measurement.

Путем расположения выводов компенсационной катушки, токоподводов и мест крепления токоподводов к компенсационной катушке в плоскости, проходящей через ось подвеса и нейтральную ось магнита, исключается действие вредного момента, вызванного тяжением токоподводов, во всем диапазоне температур окружающей среды, что повышает точность измерения ускорения. By arranging the terminals of the compensation coil, current leads, and the attachment points of the current leads to the compensation coil in a plane passing through the suspension axis and the neutral axis of the magnet, the harmful moment caused by the tension of the current leads in the entire temperature range is excluded, which increases the accuracy of acceleration measurement.

При выполнении грузов из электропроводных материалов и расположении их в рабочем зазоре силового преобразователя обеспечивается увеличение демпфирующего момента, что позволяет повысить коэффициент преобразования следящей системы акселерометра, и, следовательно, точность измерения ускорения. When performing loads of electrically conductive materials and placing them in the working gap of the power converter, an increase in the damping moment is ensured, which makes it possible to increase the conversion coefficient of the tracking system of the accelerometer, and, consequently, the accuracy of measuring acceleration.

На фиг. 1 изображен акселерометр, общий вид, разрез; на фиг.2 - конструкция пластины с грузами; на фиг.3 - пластина с грузами и компенсационной катушкой; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.5 - конструкция платы; на фиг.6 - электрическая схема акселерометра. In FIG. 1 shows an accelerometer, a general view, a section; figure 2 - plate design with loads; figure 3 - plate with weights and compensation coil; figure 4 is a section aa in figure 1; figure 5 - board design; figure 6 is an electrical diagram of an accelerometer.

Акселерометр имеет корпус 1 со стойкой 2 и посадочными отверстиями 3 во фланце корпуса 1, который закрыт крышкой 4 (фиг.1). На стойке 2 установлена пластина 5 из монокристаллического кремния, имеющая внутреннюю неподвижную часть 6 и внешнюю подвижную часть 7. Каждая из основных плоскостей (плоскость с наибольшей поверхностью) внутренней неподвижной части 6 отстоит от соответствующей ближайшей основной плоскости внешней подвижной части 7 на расстоянии d, которое составляет не менее максимального хода внешней подвижной части 7 при суммарной величине максимальных значений статического и вибрационного ускорений. На стойке 2 на одну из основных плоскостей внутренней неподвижной части 6 установлена плата 8, на другую основную плоскость - плата 8'. Платы 8 и 8' выполнены из неэлектропроводного материала с температурным коэффициентом линейного расширения, близким к коэффициенту линейного расширения кремния, например из поликора. На плате 8 между основными плоскостями внутренней неподвижной части 6 и внешней подвижной части 7 выполнены металлизированные участки 9 и 9', представляющие собой неподвижные электроды конденсаторов емкостного датчика положения. Роль общего подвижного электрода конденсаторов играют основные плоскости внешней подвижной части 7 пластины 5, выполненной из кремния. The accelerometer has a housing 1 with a rack 2 and landing holes 3 in the flange of the housing 1, which is closed by a cover 4 (figure 1). A single plate 5 made of monocrystalline silicon is installed on the rack 2, having an internal fixed part 6 and an external moving part 7. Each of the main planes (the plane with the largest surface) of the internal fixed part 6 is separated from the corresponding nearest main plane of the external moving part 7 by a distance d, which is not less than the maximum stroke of the outer movable part 7 with the total value of the maximum values of static and vibrational accelerations. On the rack 2 on one of the main planes of the inner stationary part 6 installed board 8, on the other main plane - board 8 '. The boards 8 and 8 'are made of a non-conductive material with a temperature coefficient of linear expansion close to the coefficient of linear expansion of silicon, for example, of polycor. On the board 8, between the main planes of the inner fixed part 6 and the outer movable part 7, metallized sections 9 and 9 'are made, which are fixed electrodes of the capacitors of the capacitive position sensor. The role of the common movable electrode of the capacitors is played by the main planes of the outer movable part 7 of the plate 5 made of silicon.

Магнитоэлектрический силовой преобразователь акселерометра состоит из установленного на стойке 2 дискового постоянного магнита 10 с диаметральным направлением намагниченности, компенсационной катушки 11, магнитопровода, образованного корпусом 1 и крышкой 4, которые изготовлены из магнитомягкого магнитного материала. The magnetoelectric power converter of the accelerometer consists of a disk mounted permanent magnet 10 with a diametrical direction of magnetization mounted on a rack 2, a compensation coil 11, a magnetic circuit formed by the housing 1 and the cover 4, which are made of soft magnetic material.

Установленные на стойке 2 магнит 10, платы 8 и 8', пластина 5 закрепляются с помощью гайки 12, навинчиваемой на резьбовую концевую часть стойки 2. The magnet 10 mounted on the rack 2, the boards 8 and 8 ', the plate 5 are fixed with a nut 12 screwed onto the threaded end of the rack 2.

Внешняя подвижная часть 7 связана с внутренней неподвижной частью 6 пластины 5 двумя упругими перемычками 13 и 13', в результате чего внешняя подвижная часть 7 имеет свободу углового движения относительно оси 14-14' подвеса, образованной расположенными соосно осями изгиба упругих перемычек 13 и 13' (фиг.2). The outer movable part 7 is connected to the inner fixed part 6 of the plate 5 by two elastic jumpers 13 and 13 ', as a result of which the outer movable part 7 has freedom of angular movement relative to the suspension axis 14-14' formed by the bending axes of the elastic jumpers 13 and 13 'located coaxially (figure 2).

Внутренняя неподвижная часть 6, внешняя подвижная часть 7, упругие перемычки 13 и 13' выполнены единым элементом, причем внутренняя неподвижная часть 6, внешняя подвижная часть 7, упругие перемычки 13 и 13', расстояние d между основными плоскостями внутренней неподвижной части 6 и внешней подвижной части 7 образованы анизотропным травлением кремния. The inner fixed part 6, the outer movable part 7, the elastic jumpers 13 and 13 'are made by a single element, the inner fixed part 6, the outer movable part 7, the elastic jumpers 13 and 13', the distance d between the main planes of the inner fixed part 6 and the outer movable parts 7 are formed by anisotropic etching of silicon.

На одной основной плоскости (фиг.3) внешней подвижной части 7 на радиусе, перпендикулярном оси 14-14' подвеса, по одну сторону от оси 14-14' подвеса установлен первый груз 15, на другой основной плоскости - второй груз 16. На одной основной плоскости с первым грузом 15 установлены третий 17 и четвертый 18 грузы. Углы, отсчитываемые между радиусами, проведенными из центра пластины 5 к центрам масс первого 15, третьего 17 и четвертого 18 грузов, составляют около 120^о.On one main plane (Fig. 3) of the outer movable part 7, on a radius perpendicular to the axis of suspension 14-14 ', one load 15 is installed on one side of the axis 14-14' of the suspension, and the second load is on the other main plane 16. On one the main plane with the first load 15 installed third 17 and fourth 18 loads. The angles measured between the radii drawn from the center of the plate 5 to the centers of mass of the first 15, third 17 and fourth 18 weights are about 120 ^about .

Грузы могут быть выполнены из электропроводных материалов, например вольфрамовых сплавов и алюминия, и размещаться в рабочем зазоре силового преобразователя. Тогда они могут выполнять функции электродинамического демпфера. Loads can be made of electrically conductive materials, such as tungsten alloys and aluminum, and placed in the working gap of the power converter. Then they can perform the functions of an electrodynamic damper.

Ось 14-14' подвеса лежит в плоскости 19-19' симметрии пластины 5, проходящей параллельно основным плоскостям внутренней неподвижной части 6 и внешней подвижной части 17 (фиг.3). Грузы 15 и 16 выполнены из материала с большей плотностью, чем плотность материала грузов 17 и 18. Например, грузы 15 и 16 могут быть выполнены из вольфрамового сплава ВНМ - 5-3, а грузы 17 и 18 - из алюминия. Массы грузов 15-18, компенсационной катушки 11, расстояние l₁ от плоскости 19-19' симметрии пластины до компенсационной катушки 11, до грузов 15, 17 и 18 - l₂, до груза 16 - l₃ таковы, что суммарный момент относительно оси 14-14' подвеса параллельных плоскости 19-19' симметрии сил грузов 15-18 и компенсационной катушки 11 равен нулю, а суммарный момент относительно оси 14-14' подвеса перпендикулярных плоскости 19-19' симметрии сил грузов 15 и 16 больше суммарного момента грузов 17 и 18. В результате центр масс внешней подвижной части 7 вместе с компенсационной катушкой 11 и грузами 15-18 расположен в направлении от центра пластины 5 к центру масс груза 15 на радиусе, который является пересечением плоскости 19-19' симметрии пластины 5 с перпендикулярной ей плоскостью, проходящей через центр масс грузов 15 и16. Вследствие этого внешняя подвижная часть 7 имеет маятниковость, т. е. на нее действует момент внешних сил, перпендикулярных плоскости симметрии пластины 5.The axis 14-14 'of the suspension lies in the plane of symmetry 19-19' of the plate 5, which runs parallel to the main planes of the inner stationary part 6 and the outer movable part 17 (figure 3). Loads 15 and 16 are made of material with a higher density than the density of the material of loads 17 and 18. For example, loads 15 and 16 can be made of VNM - 5-3 tungsten alloy, and loads 17 and 18 are made of aluminum. The masses of goods 15-18, the compensation coil 11, the distance l ₁ from the plane of symmetry 19-19 'of the plate to the compensation coil 11, to the goods 15, 17 and 18 - l ₂ , to the load 16 - l ₃ are such that the total moment relative to the axis 14-14 'of the suspension parallel to the plane of 19-19' symmetry of the forces of the loads 15-18 and the compensation coil 11 is zero, and the total moment relative to the axis 14-14 'of the suspension perpendicular to the plane of 19-19' of the symmetry of the forces of the loads 15 and 16 is greater than the total moment of the goods 17 and 18. As a result, the center of mass of the outer movable part 7 together with the compensation coil 11 and g 15-18 bonds arranged in a direction from the plate 5 to the center of mass of the load center 15 at a radius which is the intersection of plane 19-19 'of symmetry of the plate 5 with a perpendicular plane passing through the center of mass of the load 15 and 16. As a result of this, the outer movable part 7 has a pendulum, i.e., it is affected by the moment of external forces perpendicular to the plane of symmetry of the plate 5.

Нейтральная ось 20-20' магнита 10 расположена в плоскости, проходящей через ось 14-14' подвеса перпендикулярно основным плоскостям пластины 5 (фиг.4). Ось 21-21' симметрии компенсационной катушки 11 расположена в плоскости, проходящей через ось 14-14' подвеса и нейтральную ось 20-20' магнита. Два вывода 22, 22' компенсационной катушки 11 расположены на оси 21-21' симметрии компенсационной катушки 11 в плоскости, проходящей через ось 14-14' подвеса и нейтральную ось 20-20' магнита 10. Два токоподвода (на фиг. не показаны) крепятся соответственно к выводам 22 и 22' компенсационной катушки 11 и проходят перпендикулярно плоскости чертежа в плоскости, проходящей через ось 14-14' подвеса и нейтральную ось 20-20' магнита 10, к переходной плате (на фиг. не показана). The neutral axis 20-20 'of the magnet 10 is located in a plane passing through the axis of the suspension 14-14' perpendicular to the main planes of the plate 5 (figure 4). The axis of symmetry 21-21 'of the compensation coil 11 is located in the plane passing through the axis 14-14' of the suspension and the neutral axis 20-20 'of the magnet. Two terminals 22, 22 'of the compensation coil 11 are located on the axis of symmetry 21-21' of the compensation coil 11 in a plane passing through the suspension axis 14-14 'and the neutral axis 20-20' of magnet 10. Two current leads (not shown in Fig.) they are attached to the terminals 22 and 22 'of the compensation coil 11, respectively, and extend perpendicularly to the drawing plane in the plane passing through the suspension axis 14-14' and the neutral axis 20-20 'of the magnet 10, to the adapter plate (not shown in Fig.).

Металлизированные пластины 9 и 9', являющиеся неподвижными электродами конденсаторов емкостного датчика положения, расположены на плате 8 симметрично относительно оси 14-14' подвеса (фиг.5). The metallized plates 9 and 9 ', which are the fixed electrodes of the capacitors of the capacitive position sensor, are located on the board 8 symmetrically with respect to the suspension axis 14-14' (Fig. 5).

На электрической схеме акселерометра (фиг.6) емкостный датчик положения выполнен по мостовой схеме, запитываемой от источника U переменной ЭДС. Конденсатор С1 образован неподвижным электродом 9 на плате 8 и подвижным электродом, представляющим собой основную плоскость пластины 5 из кремния. Конденсатор С2 образован вторым неподвижным электродом 9' на плате 8 и тем же самым подвижным электродом в виде основной плоскости пластины 5. On the electric diagram of the accelerometer (Fig.6), the capacitive position sensor is made according to the bridge circuit, powered from the source U of variable EMF. The capacitor C1 is formed by a fixed electrode 9 on the board 8 and a movable electrode, which is the main plane of the silicon plate 5. The capacitor C2 is formed by a second fixed electrode 9 'on the board 8 and the same movable electrode in the form of the main plane of the plate 5.

Резисторы R1, R2 являются элементами балансировки моста. Сигнал с мостовой схемы датчика положения поступает на вход усилителя 23 с корректирующим фильтром. К выходу усилителя 23 подключена компенсационная катушка 11, и выходным сигналом акселерометра является ток, протекающий через эту катушку. Resistors R1, R2 are elements of the balancing bridge. The signal from the bridge circuit of the position sensor is fed to the input of an amplifier 23 with a correction filter. A compensation coil 11 is connected to the output of the amplifier 23, and the output signal of the accelerometer is the current flowing through this coil.

Акселерометр работает следующим образом. The accelerometer works as follows.

При отсутствии ускорения датчик положения находится в сбалансированном состоянии, и на его выходе нет сигнала рассогласования в усилитель 23, в результате чего выходной сигнал акселерометра равен нулю. Пpи наличии измеряемого ускорения, направленного перпендикулярно основным плоскостям пластины 5, вследствие наличия маятниковости внешней подвижной части 7 под действием инерционной силы происходит угловое перемещение внешней подвижной части 7 относительно внутренней неподвижной части 6 и связанной с ней платы 8. Пусть направление ускорения таково, что при угловом перемещении внешней подвижной части 7 ее основная плоскость, находящаяся напротив металлизированного участка 9 на плате 8, приближается к металлизированному участку 9, а противоположная часть основной плоскости отдаляется от металлизированного участка 9'. Тогда емкость конденсатора С1 увеличивается, емкость конденсатора С2 уменьшается, и с выхода емкостного датчика положения поступает сигнал рассогласования в усилитель 23. В усилителе 23 переменный сигнал датчика положения преобразуется в сигнал постоянного тока, усиливается и поступает в компенсационную катушку 11 силового преобразователя. Постоянное магнитное поле, созданное протекающим по компенсационной катушке 11 током, взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита. В результате в силовом преобразователе создается компенсирующая сила, возвращающая внешнюю подвижную часть 7 пластины 5 в исходное положение. Сила тока i, протекающего через компенсационную катушку 11, пропорциональна величине измеряемого ускорения. In the absence of acceleration, the position sensor is in a balanced state, and at its output there is no error signal in the amplifier 23, as a result of which the accelerometer output signal is zero. If there is a measured acceleration directed perpendicular to the main planes of the plate 5, due to the pendulum of the outer movable part 7 under the action of inertial force, the outer movable part 7 is angularly displaced relative to the inner fixed part 6 and the associated board 8. Let the direction of acceleration be such that for angular moving the outer movable part 7, its main plane, which is opposite the metallized section 9 on the board 8, approaches the metallized section 9, and against opolozhnaya portion moves away from the main plane of the metallized area 9 '. Then the capacitance of the capacitor C1 increases, the capacitance of the capacitor C2 decreases, and an error signal is output from the output of the capacitive position sensor to the amplifier 23. In the amplifier 23, the alternating signal of the position sensor is converted into a direct current signal, amplified and fed to the compensation coil 11 of the power converter. A constant magnetic field created by the current flowing through the compensation coil 11 interacts with the magnetic field of a permanent magnet. As a result, a compensating force is created in the power converter, which returns the outer movable part 7 of the plate 5 to its original position. The strength of the current i flowing through the compensation coil 11 is proportional to the measured acceleration.

Claims

1. COMPENSATION ACCELEROMETER, comprising a housing, a plate having an internal fixed part, an external movable part connected to the internal fixed part by two elastic jumpers, which form an elastic suspension with a suspension axis passing through the bending axis of the elastic jumpers, loads on the external moving part, capacitive a position sensor with movable electrodes of capacitors on the outer movable part of the plate, a magnetoelectric power converter with a ring compensation coil and a disk constant magnet itom on the case with a diametrical direction of magnetization, current leads connecting the compensation coil to external circuits, an amplifier, characterized in that each of the main planes of the internal fixed part of the plate is located from the corresponding nearest main plane of the external moving part of the plate at a distance not less than the maximum stroke of the external the movable part of the plate at the limit total value of the static and vibrational accelerations, the external movable part, the internal stationary There are plates and elastic bridges connecting them made of single-crystal silicon, on each of the main planes of the internal fixed plate there is a board made of non-conductive material, the temperature coefficient of linear expansion of which is close to the temperature coefficient of linear expansion of silicon, for example, polycor, on the board symmetrically to the suspension axis at the location the gap formed by the specified distance between the planes of the inner stationary and outer movable parts are formed by Allized sections, which are fixed electrodes of capacitors of a capacitive position sensor, the common moving electrode of which is formed by the outer movable part of the silicon plate, the neutral axis of the magnet is located in a plane passing through the suspension axis perpendicular to the main plane of the inner fixed part of the plate, on one of the main planes of the outer movable part the first load is located on one side of the suspension axis, on the second main plane of the outer movable part next to the first load the second load is laid, the centers of mass of the first and second loads are located on a radius perpendicular to the suspension axis, on the main plane of the outer movable part of the plate on which the first load is located, the third and fourth loads are formed on the other side of the suspension axis, formed by radii from the center of the plate to the centers the angles between the first, third and fourth weights are about 120 ^o , the first and second weights are made of material with a higher density than the material density of the third and fourth weights, the compensation coil and mounted on the surfaces of the first, third and fourth weights, its axis of symmetry is located in a plane passing through the axis of the suspension and the neutral axis of the magnet, the mass of the goods and the compensation coil, the distance of their centers of mass from the axis of the suspension and the plane of symmetry of the plate parallel to the main planes of the outer movable and internal stationary parts, such that the total moment relative to the suspension axis acting on the loads and the compensation coil of forces parallel to the plane of symmetry of the plate is zero, and the sum polar moment relative to the suspension axis acting on the first and second loads forces perpendicular to the plane of symmetry of the plate over the same total moment acting on the third and fourth loads forces.

2. The accelerometer according to claim 1, characterized in that the terminals of the compensation coil, current leads and the junction of the current leads with the terminals of the compensation coil are located in a plane passing through the suspension axis and the neutral axis of the magnet.

3. The accelerometer according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the goods are made of electrically conductive material and are located in the working gap of the power converter.

4. The accelerometer according to claim 1, characterized in that the outer movable part of the plate, the elastic jumpers and the inner fixed part with the specified distance of its main planes from the main planes of the outer movable part are made by a single element by anisotropic etching of silicon.