RU2121694C1

RU2121694C1 - Compensation accelerometer

Info

Publication number: RU2121694C1
Application number: RU97109122A
Authority: RU
Inventors: В.И. Баженов; И.В. Вдовенко; Н.А. Горбачев; А.А. Ефанов; В.Ф. Лабин; В.А. Рязанов; В.М. Соловьев
Original assignee: Акционерное общество Раменское приборостроительное конструкторское бюро
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 1998-11-10

Abstract

FIELD: information converters of linear low-frequency accelerations with compensation conversion. SUBSTANCE: body of proposed accelerometer houses plate in which mobile and immobile frames are mounted. Frames are connected by restoring links. Mobile frame carries n weights. Ring compensation coil of magnetoelectric power converter is placed on weights. One or several weights are fabricated in the form of restoring members. Each restoring member has flexural rigidity with reference to axis perpendicular to radius from center of mobile frame to restoring member one order less than rigidity of mobile frame relative to axis parallel to bending axis of restoring member. Such fabrication of weights leads to elimination of bending deformation of mobile frame under temperature effects which ensures increased accuracy of measurement of accelerations. EFFECT: increased accuracy of measurement of accelerations. 5 cl, 7 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области измерительной техники, а именно, к информационным преобразователям линейных низкочастотных ускорений с компенсационным преобразованием. The present invention relates to the field of measurement technology, namely, to information converters of linear low-frequency accelerations with compensation conversion.

Известен компенсационный акселерометр, содержащий корпус, чувствительный элемент, 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]. Known compensation accelerometer containing a housing, a sensing element, a position sensor, a differential magnetoelectric power transducer with an annular coil on the sensing element and two magnetic systems in the housing, and a permanent magnet is included in each magnetic system [1].

Такой компенсационный акселерометр имеет сложную конструкцию, вызванную наличием двух магнитных систем. Such a compensation accelerometer has a complex structure caused by the presence of two magnetic systems.

Наиболее близким по технической сущности является компенсационный акселерометр [2], который содержит корпус, установленную в нем пластину с двумя параллельными друг другу основными поверхностями, в которой выполнены подвижная рамка и неподвижная рамка, соединенные между собой упругими перемычками, n(n-2,3. . .) грузов, расположенных на подвижной рамке по окружности с центром в центре подвижной рамки, датчик положения, магнитоэлектрический силовой преобразователь с постоянным магнитом на корпусе и кольцевой компенсационной катушкой, установленной на грузах на подвижной рамке, усилитель. The closest in technical essence is a compensation accelerometer [2], which contains a housing, a plate mounted in it with two main surfaces parallel to each other, in which a movable frame and a fixed frame are made, interconnected by elastic jumpers, n (n-2,3 ...) loads located on a moving frame around a circle with a center in the center of the moving frame, a position sensor, a magnetoelectric power converter with a permanent magnet on the body and an annular compensation coil, is set lennoy on loads on the movable frame, power.

Недостатком такого компенсационного акселерометра является температурная погрешность смещения градуировочной характеристики вследствие температурных деформаций компенсационной катушки. The disadvantage of such a compensation accelerometer is the temperature error of the offset of the calibration characteristic due to temperature deformations of the compensation coil.

Техническим результатом изобретения является повышение точности компенсационного акселерометра вследствие снижения температурной погрешности смещения градуировочной характеристики компенсационного акселерометра. The technical result of the invention is to increase the accuracy of the compensation accelerometer due to the reduction of the temperature error of the offset calibration characteristics of the compensation accelerometer.

Данный технический результат достигается в компенсационном акселерометре, содержащем корпус, установленную в нем пластину с двумя параллельными друг другу основными поверхностями, в которой выполнены подвижная рамка и неподвижная рамка, соединенные между собой упругими перемычками, n(n=2,3...) грузов, расположенных на подвижной рамке по окружности с центром в центре подвижной рамки, датчик положения, магнитоэлектрический силовой преобразователь с постоянным магнитом на корпусе и кольцевой компенсационной катушкой, установленной на грузах на подвижной рамке, усилитель, тем, что один или несколько грузов вплоть до n-го груза выполнены в виде упругого элемента, каждый упругий элемент выполнен с жесткостью к изгибу относительно оси изгиба, расположенный в параллельной основным поверхностям пластины плоскости перпендикулярно к радиусу, соединяющему центр подвижной рамки с упругим элементом, по крайней мере на порядок меньшей жесткости к изгибу подвижной рамки относительно оси, проходящей через центр подвижной рамки и параллельной оси изгиба упругого элемента. This technical result is achieved in a compensation accelerometer containing a housing, a plate installed in it with two main surfaces parallel to each other, in which a movable frame and a fixed frame are made, interconnected by elastic jumpers, n (n = 2,3 ...) loads located on a moving frame around a circle with a center in the center of the moving frame, a position sensor, a magnetoelectric power converter with a permanent magnet on the body and an annular compensation coil mounted on the load x on a movable frame, an amplifier, in that one or more loads up to the nth load are made in the form of an elastic element, each elastic element is made with bending stiffness relative to the bending axis, located in a plane parallel to the main surfaces of the plate perpendicular to the radius connecting the center of the movable frame with the elastic element, at least an order of magnitude lower bending stiffness of the movable frame relative to the axis passing through the center of the movable frame and parallel to the bend axis of the elastic element.

В одном частном случае выполнения компенсационного акселерометра каждый упругий элемент выполнен в виде плоской пружины, обе наибольшие по площади поверхности которой расположены перпендикулярно к радиусу, проведенному из центра подвижной рамки к плоской пружине. In one particular case of the implementation of the compensation accelerometer, each elastic element is made in the form of a flat spring, both of which are largest in surface area perpendicular to the radius drawn from the center of the moving frame to the flat spring.

В другом частном случае выполнения компенсационного акселерометра в плоской пружине выполнены две полки, каждая из которых расположена вдоль плоскости, параллельной основным поверхностям пластины, каждая из полок расположена по сравнению с другой полкой по разные стороны от оси изгиба плоской пружины, одна из полок расположена на подвижной рамке, к другой полке прикреплена компенсационная катушка. In another particular case of the implementation of the compensation accelerometer in a flat spring, two shelves are made, each of which is located along a plane parallel to the main surfaces of the plate, each of the shelves is located in comparison with the other shelf on different sides of the bend axis of the flat spring, one of the shelves is located on a movable to the frame, a compensation coil is attached to the other shelf.

В третьем частном случае выполнения компенсационного акселерометра каждая из полок расположена по одну из сторон относительно наибольших поверхностей плоской пружины. In the third particular case of the execution of the compensation accelerometer, each of the shelves is located on one of the sides relative to the largest surfaces of the flat spring.

В четвертом частном случае выполнения компенсационного акселерометра одна из полок расположена по одну сторону с одной из наибольших поверхностей плоской пружины по направлению к центру подвижной рамки, другая полка расположена по одну сторону с другой из наибольших поверхностей плоской пружины по направлению от центра подвижной рамки. In the fourth particular case of the compensation accelerometer, one of the shelves is located on one side from one of the largest surfaces of the flat spring towards the center of the movable frame, the other shelf is located on one side from the other largest surfaces of the flat spring in the direction from the center of the movable frame.

В пятом частном случае выполнения компенсационного акселерометра пластина и упругий элемент выполнены из монокристаллического материала, например, кремния. In the fifth particular embodiment of the compensation accelerometer, the plate and the elastic element are made of a single-crystal material, for example, silicon.

В результате выполнения одного или нескольких грузов на подвижной рамке в виде упругого элемента, например, плоской пружины, выполнения каждого упругого элемента с жесткостью к изгибу относительно оси изгиба, расположенной в параллельной основным поверхностям пластины перпендикулярно к радиусу, соединяющему центр подвижной рамки с упругим элементом, по крайней мере на порядок меньшей жесткости к изгибу подвижной рамки относительно оси, проходящей через центр подвижной рамки и параллельной оси изгиба упругого элемента, достигается устранение деформации изгиба подвижной рамки при температуре воздействия, так как температурная деформация компенсационной катушки силового преобразователя вызывает деформацию изгиба упругих элементов, а не подвижной рамки. При отсутствии температурной деформации подвижной рамки в датчике положения не происходит изменение его сигнала, поэтому уменьшается температурная погрешность смещения градуировочной характеристики компенсационного акселерометра, и повышается точность измерения ускорения. As a result of the execution of one or more weights on the moving frame in the form of an elastic element, for example, a flat spring, the execution of each elastic element with bending stiffness relative to the bending axis located in parallel to the main surfaces of the plate perpendicular to the radius connecting the center of the moving frame with the elastic element, at least an order of magnitude lower bending stiffness of the moving frame relative to the axis passing through the center of the moving frame and parallel to the bending axis of the elastic element is achieved wound flexural deformation of the movable frame at impact, since thermal deformation compensation coil power converter causes bending deformation of the elastic elements and not movable frame. In the absence of temperature deformation of the moving frame in the position sensor, its signal does not change, therefore, the temperature error of the offset of the calibration characteristic of the compensation accelerometer is reduced, and the accuracy of acceleration measurement is increased.

При выполнении пластины и упругих элементов из монокристаллического материала, например кремния, уменьшается температурная деформация подвижной рамки вследствие уменьшения температурных деформаций в местах соединения упругих элементов и подвижной рамки. В результате уменьшается температурная погрешность смещения градуировочной характеристики, повышается точность измерения ускорения посредством компенсационного акселерометра. When the plate and elastic elements are made of a single-crystal material, for example, silicon, the temperature deformation of the movable frame is reduced due to a decrease in temperature deformations at the junctions of the elastic elements and the movable frame. As a result, the temperature error of the offset of the calibration characteristic is reduced, and the accuracy of measuring acceleration by means of a compensation accelerometer is increased.

На фиг. 1 изображен общий вид компенсационного акселерометра. In FIG. 1 shows a general view of a compensation accelerometer.

На фиг. 2 представлен фронтальный вид пластины компенсационного акселерометра, выполненного в соответствии с фиг. 1. In FIG. 2 is a front view of a plate of a compensation accelerometer made in accordance with FIG. one.

На фиг. 3 дан фронтальный вид пластины в общем случае выполнения грузов в виде упругих элементов. In FIG. 3 is a front view of a plate in the general case of cargo in the form of elastic elements.

На фиг. 4 представлен разрез пластины с упругими элементами в виде плоских пружин. In FIG. 4 shows a section through a plate with elastic elements in the form of flat springs.

На фиг. 5 показан один частный случай выполнения плоских пружин. In FIG. 5 shows one particular case of flat springs.

На фиг. 6 показан другой частный случай выполнения плоских пружин. In FIG. 6 shows another particular case of flat springs.

На фиг. 7 представлена электрическая схема компенсационного акселерометра. In FIG. 7 is an electrical diagram of a compensation accelerometer.

Компенсационный акселерометр (фиг. 1) содержит корпус 1 со стойкой 2, на которой установлена пластина 3 с параллельными друг другу основными поверхностями 4, 5. В пластине 3 выполнены неподвижная рамка 6 и подвижная рамка 7. Магнитоэлектрический силовой преобразователь компенсационного акселерометра содержит дисковый постоянный магнит 8 с диаметральным направлением намагниченности, установленный на стойке 2 корпуса 1, и компенсационную катушку 9, прикрепленную к подвижной рамке 7 посредством груза 10 и упругого элемента 11, являющегося одновременно и грузом. Груз 10 и упругий элемент 11 расположены на основной поверхности 5 подвижной рамки 7. На другой основной поверхности 4 подвижной рамки 7 установлен груз 12. The compensation accelerometer (Fig. 1) contains a housing 1 with a stand 2, on which a plate 3 is mounted with the main surfaces 4, 5 parallel to each other. A fixed frame 6 and a movable frame 7 are made in the plate 3. The magnetoelectric power transducer of the compensation accelerometer contains a disk permanent magnet 8 with a diametrical direction of magnetization mounted on the rack 2 of the housing 1, and a compensation coil 9 attached to the movable frame 7 by means of the load 10 and the elastic element 11, which is simultaneously enno and cargo. The load 10 and the elastic element 11 are located on the main surface 5 of the movable frame 7. On the other main surface 4 of the movable frame 7 is a load 12.

Упругий элемент 11 может быть выполнен, например, в виде бруска из резины. The elastic element 11 can be made, for example, in the form of a bar of rubber.

На плате 13 расположены электроды 14, 15 емкостного датчика положения. On the board 13 are the electrodes 14, 15 of the capacitive position sensor.

В фланце 16 корпуса 1 выполнены отверстия 17', 17'' для крепления компенсационного акселерометра на объекте использования. Holes 17 ', 17' 'are made in the flange 16 of the housing 1 for mounting the compensation accelerometer at the object of use.

Корпус 1 закрыт крышкой 18. Неподвижная рамка 6 и подвижная рамка 7 соединены между собой упругими перемычками 19', 19'' (фиг. 2). Жесткость упругого элемента 11 относительно оси изгиба 20-20, перпендикулярной проведенному из центра О подвижной рамки 7 в точку A радиуса, выполнена по крайней мере на порядок меньшей жесткости к изгибу подвижной рамки 7 относительно оси 21 - 21, проходящей через центр 0 подвижной рамки 7 параллельно оси изгиба 20 - 20 упругого элемента 11. The housing 1 is closed by a cover 18. The fixed frame 6 and the movable frame 7 are interconnected by elastic jumpers 19 ', 19' '(Fig. 2). The stiffness of the elastic element 11 relative to the axis of bending 20-20 perpendicular to the radius A drawn from the center O of the movable frame 7 to a point A of radius is made at least an order of magnitude lower than the bending stiffness of the movable frame 7 relative to the axis 21 - 21 passing through the center 0 of the movable frame 7 parallel to the axis of bending 20 to 20 of the elastic element 11.

В более общем случае (фиг. 3) на подвижной рамке 7 расположены n (n-2,3. ..) упругих элементов 22', 22''... 22ⁱ...22⁽ⁿ⁾, являющихся одновременно грузами. Оси изгиба 23'-23'; 23''-23'',...23⁽ⁱ⁾-23⁽ⁱ⁾...23⁽ⁿ⁾-23⁽ⁿ⁾ упругих элементов 22', 22''...22⁽ⁱ⁾...22⁽ⁿ⁾ перпендикулярны соответственно к радиусам OB', OB''...OB⁽ⁱ⁾...OB⁽ⁿ⁾, соединяющим центра подвижной рамки 7 с упругими элементами 22', 22''...22⁽ⁱ⁾...22⁽ⁿ⁾. Жесткости к изгибу упругих элементов 22', 22''...22⁽ⁱ⁾, 22⁽ⁿ⁾ относительно осей изгиба 23'-23'; 23''-23'';.. . 23⁽ⁱ⁾-23⁽ⁱ⁾; . ..23⁽ⁿ⁾-23⁽ⁿ⁾ выполнены по крайней мере на порядок меньшими жесткости к изгибу подвижной рамки 7 относительно осей 24'-24'; 24''-24''; . .. 24⁽ⁱ⁾-24⁽ⁱ⁾;...24⁽ⁿ⁾-24⁽ⁿ⁾, параллельных соответствующим осям изгиба упругих элементов 22', 22''... 22⁽ⁱ⁾...22⁽ⁿ⁾ и проходящих через центр О подвижной рамки 7.In a more general case (Fig. 3), on the movable frame 7 there are n (n-2,3. ..) elastic elements 22 ', 22''... 22 ⁱ ... 22 ⁽ⁿ⁾ , which are simultaneously loads. Bending axis 23'-23 '; 23 '' - 23 '', ... 23 ⁽ⁱ⁾ -23 ⁽ⁱ⁾ ... 23 ⁽ⁿ⁾ -23 ^{(n) of the} elastic elements 22 ', 22''... 22 ⁽ⁱ⁾ ... 22 ^{(n) are} perpendicular to the radii OB ', OB''... OB ⁽ⁱ⁾ ... OB ⁽ⁿ⁾ , connecting the center of the moving frame 7 with the elastic elements 22', 22 '' ... 22 ^(i), respectively ... 22 ⁽ⁿ⁾ . Bending stiffnesses of elastic elements 22 ', 22''... 22 ⁽ⁱ⁾ , 22 ⁽ⁿ⁾ with respect to the bending axes 23'-23'; 23``-23 ''; ... 23 ⁽ⁱ⁾ -23 ⁽ⁱ⁾ ; . ..23 ⁽ⁿ⁾ -23 ^{(n) are} made at least an order of magnitude lower than the bending stiffness of the movable frame 7 relative to the axes 24'-24 '; 24``-24 ''; . .. 24 ⁽ⁱ⁾ -24 ⁽ⁱ⁾ ; ... 24 ⁽ⁿ⁾ -24 ⁽ⁿ⁾ parallel to the corresponding bending axes of the elastic elements 22 ', 22''... 22 ⁽ⁱ⁾ ... 22 ^{(n )} and passing through the center О of the moving frame 7.

Упругие элементы 22', 22''...22⁽ⁱ⁾...22⁽ⁿ⁾ выполнены идентичными.The elastic elements 22 ', 22''... 22 ⁽ⁱ⁾ ... 22 ⁽ⁿ⁾ are identical.

В разрезе на фиг. 4 упругий элемент 22' выполнен в виде плоской пружины 25', имеющий две наибольшие по площади поверхности 26', 27', расположенные перпендикулярно к радиусу, проведенному из центра подвижной рамки 7 к упругому элементу 22'. В плоской пружине 25' выполнены две полки 28' и 29'' соответственно, расположенные по разные стороны от оси изгиба 23' - 23' вдоль плоскостей, параллельных основным поверхностям 4,5 пластины 3. The sectional view of FIG. 4, the elastic element 22 'is made in the form of a flat spring 25', having the two largest surface areas 26 ', 27' located perpendicular to the radius drawn from the center of the movable frame 7 to the elastic element 22 '. Two flanges 28 'and 29' 'are made in the flat spring 25', respectively, located on different sides from the axis of bending 23 '- 23' along planes parallel to the main surfaces 4,5 of the plate 3.

В i-м упругом элементе 22⁽ⁱ⁾ выполнена плоская пружина 25⁽ⁱ⁾ с двумя наибольшими по площади поверхностями 26⁽ⁱ⁾, 27⁽ⁱ⁾ и полками 28⁽ⁱ⁾, 29⁽ⁱ⁾. Поверхности 26⁽ⁱ⁾, 27⁽ⁱ⁾ плоской пружины 25⁽ⁱ⁾ перпендикулярны к радиусу, проведенному из центра подвижной рамки 7 к упругому элементу 22⁽ⁱ⁾. Полки 28⁽ⁱ⁾, 29⁽ⁱ⁾ расположены по разные стороны от оси изгиба 23⁽ⁱ⁾ - 23⁽ⁱ⁾ вдоль плоскостей, параллельных основным поверхностям 4, 5 пластины 3.In the ith elastic element 22 ⁽ⁱ⁾ , a flat spring 25 ^{(i) is made} with the two largest surfaces 26 ⁽ⁱ⁾ , 27 ⁽ⁱ⁾ and the shelves 28 ⁽ⁱ⁾ , 29 ⁽ⁱ⁾ . The surfaces 26 ⁽ⁱ⁾ , 27 ^{(i) of the} plane spring 25 ^{(i) are} perpendicular to the radius drawn from the center of the movable frame 7 to the elastic element 22 ⁽ⁱ⁾ . Shelves 28 ⁽ⁱ⁾ , 29 ⁽ⁱ⁾ are located on opposite sides of the axis of bend 23 ⁽ⁱ⁾ - 23 ⁽ⁱ⁾ along planes parallel to the main surfaces 4, 5 of the plate 3.

К поверхностям полок 29', 29''...29⁽ⁱ⁾...20⁽ⁿ⁾ плоских пружин 25', 25''. . . 25⁽ⁱ⁾. ..25⁽ⁿ⁾ прикреплена компенсационная катушка 9. Полки 28', 28''... 28⁽ⁱ⁾. . . 28⁽ⁿ⁾ плоских пружин 25', 25'',...25⁽ⁱ⁾....25⁽ⁿ⁾ установлены на основной поверхности 5 подвижной рамки 7.To the surfaces of the shelves 29 ', 29''... 29 ⁽ⁱ⁾ ... 20 ^{(n) of the} flat springs 25', 25 ''. . . 25 ⁽ⁱ⁾ . ..25 ⁽ⁿ⁾ a compensation coil 9 is attached. Shelves 28 ', 28''... 28 ⁽ⁱ⁾ . . . 28 ⁽ⁿ⁾ flat springs 25 ', 25'', ... 25 ⁽ⁱ⁾ .... 25 ^{(n) are} mounted on the main surface 5 of the movable frame 7.

В частном случае выполнения компенсационного акселерометра (фиг. 5) в упругих элементах 30', 30'' с плоскими пружинами 31', 31'' относительно их наибольших по площади поверхностей 32', 32'', 33', 33'' полки 34', 34'', 35', 35'' расположены по одну сторону от соответствующих наибольших поверхностей 33', 33''. In the particular case of the compensation accelerometer (Fig. 5) in the elastic elements 30 ', 30' 'with flat springs 31', 31 '' relative to their largest surface areas 32 ', 32' ', 33', 33 '' of the shelf 34 ', 34' ', 35', 35 '' are located on one side of the corresponding largest surfaces 33 ', 33' '.

В другом частном случае (фиг. 6) в упругих элементах 36', 36'' с плоскими пружинами 37', 37'', у которых наибольшие по площади поверхности 38', 38'', 39', 39'' расположены перпендикулярно к радиусам, идущим от центра подвижной рамки 7 к упругим элементам 36', 36'', полки 40', 40'' расположены по направлению к центру подвижной рамки 7 по одну сторону с наибольшими поверхностями 39', 39'' соответственно. Полки 41', 41'' расположены по направлению от центра подвижной рамки 7 по одну сторону с наибольшими поверхностями 38', 38'' плоских пружин 37', 37'' соответственно. In another particular case (Fig. 6) in the elastic elements 36 ', 36' 'with flat springs 37', 37 '', in which the largest surface area 38 ', 38' ', 39', 39 '' are perpendicular to radii extending from the center of the moving frame 7 to the elastic elements 36 ', 36' ', the shelves 40', 40 '' are located towards the center of the moving frame 7 on one side with the largest surfaces 39 ', 39' ', respectively. Shelves 41 ', 41' 'are located in the direction from the center of the movable frame 7 on one side with the largest surfaces 38', 38 '' of flat springs 37 ', 37' ', respectively.

Пластина 3 вместе с подвижной рамкой 7, неподвижной рамкой 6 и упругими перемычками 19', 19'', а также упругие элементы 23', 22'' ...22⁽ⁱ⁾...22⁽ⁿ⁾, 30', 30'', 36', 36'' могут быть выполнены из монокристаллического кремния методом анизотропного травления.The plate 3 together with the movable frame 7, the fixed frame 6 and the elastic jumpers 19 ', 19'', as well as the elastic elements 23', 22 '' ... 22 ⁽ⁱ⁾ ... 22 ⁽ⁿ⁾ , 30 ', 30 '', 36 ', 36''can be made of single-crystal silicon by anisotropic etching.

Датчик положения компенсационного акселерометра (фиг. 7) выполнен по мостовой схеме и содержит конденсаторы C₁, C₂ и резисторы R₁, R₂. Конденсатор C₁ образован электродом 14 на плате 13 и электропроводной поверхностью 4 подвижной рамки 7. Конденсатор С₂ образован электродом 15 на плате 13 и электропроводной поверхностью 4 подвижной рамки 7. Электропроводная поверхность 4 получается в результате изготовления пластины 3 из электропроводного материала или монокристаллического кремния.The position sensor of the compensation accelerometer (Fig. 7) is made according to the bridge circuit and contains capacitors C ₁ , C ₂ and resistors R ₁ , R ₂ . The capacitor C _{1 is} formed by the electrode 14 on the board 13 and the conductive surface 4 of the movable frame 7. The capacitor C _{2 is} formed by the electrode 15 on the board 13 and the conductive surface 4 of the movable frame 7. The conductive surface 4 is obtained by manufacturing the plate 3 from an electrically conductive material or monocrystalline silicon.

Одна диагональ мостовой схемы датчика положения соединена с источником переменного тока напряжения U, вторая диагональ мостовой схемы соединена с входом усилителя акселерометра 42, выход которого соединен с компенсационной катушкой 9 силового преобразователя. One diagonal of the bridge circuit of the position sensor is connected to an AC voltage source U, the second diagonal of the bridge circuit is connected to the input of the amplifier of the accelerometer 42, the output of which is connected to the compensation coil 9 of the power converter.

Компенсационный акселерометр (фиг. 1) работает следующим образом. При наличии измеряемого линейного ускорения, вектор которого направлен перпендикулярно основным поверхностям 4,5 пластины 3, на подвижную рамку 7, грузы 10, 11, 12 и компенсационную катушку 9 действует инерционная сила, которая вызывает угловое перемещение подвижной рамки 7 относительно неподвижной рамки 6. При этом изменяются расстояния между электродами 14, 15 на плате 13 и электропроводной поверхностью 4 подвижной рамки 7. Compensation accelerometer (Fig. 1) works as follows. In the presence of a measured linear acceleration, the vector of which is directed perpendicular to the main surfaces of the 4.5 plate 3, an inertial force acts on the moving frame 7, loads 10, 11, 12 and the compensation coil 9, which causes the angular displacement of the moving frame 7 relative to the fixed frame 6. When This changes the distance between the electrodes 14, 15 on the board 13 and the conductive surface 4 of the movable frame 7.

В результате изменяются емкости конденсаторов C_1-2 (фиг. 7), происходит разбаланс мостовой схемы датчика положения, и на вход усилителя акселерометра 42 поступает сигнал с датчика положения. После усиления по амплитуде и мощности и преобразования сигнала датчика положения в усилителе акселерометра 42 напряжение на его выходе прикладывается к компенсационной катушке 9. В результате через компенсационную катушку 9 протекает ток, магнитное поле которого взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита 8, в силовом преобразователе создается компенсационная сила, уравновешивающая инерционную силу. Величина тока через компенсационную катушку 9, являющаяся выходным сигналом компенсационного акселерометра, пропорциональна ускорению, а направление тока определяется направлением вектора линейного ускорения.As a result, the capacitances of the capacitors C _{1-2 are} changed (Fig. 7), the bridge circuit of the position sensor is unbalanced, and the signal from the position sensor is input to the amplifier of the accelerometer 42. After amplifying the amplitude and power and converting the signal of the position sensor in the amplifier of the accelerometer 42, the voltage at its output is applied to the compensation coil 9. As a result, a current flows through the compensation coil 9, the magnetic field of which interacts with the magnetic field of the permanent magnet 8, a compensation is created in the power converter force balancing inertial force. The magnitude of the current through the compensation coil 9, which is the output signal of the compensation accelerometer, is proportional to the acceleration, and the direction of the current is determined by the direction of the linear acceleration vector.

При изменении температуры окружающей среды вследствие различных температурных коэффициентов линейного расширения материалов компенсационной катушки 9 и пластины 3 возникающее в компенсационной катушке 9 усилие вызывает деформацию упругого элемента 11 относительно оси изгиба 20-30 в направлении радиуса ОА (фиг. 1, 2). Вследствие большей жесткости к изгибу относительно оси 21-21 подвижной рамки 7, чем жесткость к изгибу относительно оси 20-20 упругого элемента 11, деформации подвижной рамки 7 не происходит. Поэтому не изменяется положение основной поверхности 4 подвижной рамки 7 относительно электродов 14, 15 на плате 13, выходной сигнал датчика положения остается неизменным, не изменяется выходной сигнал компенсационного акселерометра, величина смещения градуировочной характеристики компенсационного акселерометра остается постоянной. Таким образом уменьшается температурное изменение смешения градуировочной характеристики компенсационного акселерометра. When the ambient temperature changes due to different temperature coefficients of linear expansion of the materials of the compensation coil 9 and the plate 3, the force arising in the compensation coil 9 causes the elastic element 11 to deform relative to the bending axis 20-30 in the direction of the radius OA (Fig. 1, 2). Due to the greater bending stiffness relative to the axis 21-21 of the movable frame 7 than the bending stiffness relative to the axis 20-20 of the elastic element 11, the deformation of the movable frame 7 does not occur. Therefore, the position of the main surface 4 of the movable frame 7 relative to the electrodes 14, 15 on the board 13 does not change, the output signal of the position sensor remains unchanged, the output signal of the compensation accelerometer does not change, the offset value of the calibration characteristic of the compensation accelerometer remains constant. Thus, the temperature change in the mixing of the calibration characteristics of the compensation accelerometer is reduced.

Аналогично возникающие в компенсационной катушке 9 усилия при температурных изменениях вызывают деформацию плоских пружин 22', 22''...22⁽ⁱ⁾, 22⁽ⁿ⁾, 31', 31'', 37', 37'' (фиг. 4, 5, 6), устраняющую деформацию подвижной рамки 7.Similarly, the forces arising in the compensation coil 9 during temperature changes cause deformation of the flat springs 22 ', 22''... 22 ⁽ⁱ⁾ , 22 ⁽ⁿ⁾ , 31', 31 '', 37 ', 37''(Fig. 4 , 5, 6), eliminating the deformation of the movable frame 7.

Источники информации
1. Патент США N 4498342, кл. G 01 P 15/13, 1985.Sources of information
1. US patent N 4498342, CL. G 01 P 15/13, 1985.

2. Патент РФ N 2051542, кл. G 01 P 15/08, 1994. 2. RF patent N 2051542, cl. G 01 P 15/08, 1994.

Claims

1. Compensation accelerometer, comprising a housing, a plate installed in it with two main surfaces parallel to one another, in which a movable and fixed frame are made, interconnected by elastic jumpers, n (n = 2,3 ...) of loads located on the movable circumferential frame centered on the center of the movable frame, position sensor, magnetoelectric power transducer with a permanent magnet on the body and an annular compensation coil mounted on loads on the movable frame, an amplifier We assume that one or several weights up to the nth load are made in the form of an elastic element, each elastic element is made with bending stiffness relative to the bending axis located in a plane parallel to the main surfaces of the plate perpendicular to the radius connecting the center of the moving frame with the elastic element, along at least an order of magnitude lower bending stiffness of the moving frame relative to an axis passing through the center of the moving frame and parallel to the bending axis of the elastic element.

2. The accelerometer according to claim 1, characterized in that each elastic element is made in the form of a flat spring, both of which are largest in surface area perpendicular to the radius drawn from the center of the moving frame to the flat spring.

3. The accelerometer according to claim 2, characterized in that two flanges are made in a flat spring located on opposite sides of the bend axis of the flat spring, each shelf is located along a plane parallel to the main surfaces of the plate, one of the shelves is located on a movable frame, and another shelf attached compensation coil.

4. The accelerometer according to claim 3, characterized in that the shelves are located on one of the sides relative to the largest surface area of a flat spring.

5. The accelerometer according to claim 3, characterized in that one shelf is located on one side with one of the largest surface areas of the flat spring towards the center of the movable frame, and the other shelf is located on one side with the other largest surface area of the flat spring in the direction from the center of the moving frame.

6. The accelerometer according to claim 2, characterized in that the plate and elastic elements are made of single-crystal material, for example silicon.