RU2137141C1

RU2137141C1 - Compensation accelerometer

Info

Publication number: RU2137141C1
Application number: RU98103123A
Authority: RU
Inventors: В.И. Баженов; К.А. Бахонин; А.А. Ефанов; С.В. Прозоров
Original assignee: Акционерное общество Раменское приборостроительное конструкторское бюро
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: given device is compensation converter of linear acceleration with electrostatic reversible converter. Accelerometer has first, second and third plates, cantilever mobile element, differential capacitive converter with immobile electrodes on second and third plates, A C generator., amplifier with two antiphase outputs to which immobile electrodes are connected. Each immobile electrode is made of several rectangular parts connected to outputs of amplifiers depending on measurement range which makes it feasible to change range of measured accelerations without change of main members of accelerometer. EFFECT: provision for change of range of measured accelerations without change of main members of accelerometer. 1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно, к компенсационным преобразователям линейного ускорения с электростатическим обратным преобразователем. The invention relates to the field of measurement technology, namely, to compensation linear acceleration converters with an electrostatic inverse converter.

Известен компенсационный акселерометр, содержащий первую пластину с неподвижным элементом, подвижным элементом и соединяющим их упругим шарниром, вторую и третью пластины, дифференциальный емкостный преобразователь положения подвижного элемента с неподвижными электродами на второй и третьей пластинах, электростатический обратный преобразователь с неподвижными электродами на второй и третьей пластинах, усилитель [1]. Known compensation accelerometer containing a first plate with a fixed element, a movable element and an elastic hinge connecting them, a second and third plate, a differential capacitive transducer of the position of the movable element with fixed electrodes on the second and third plates, an electrostatic inverse converter with fixed electrodes on the second and third plates amplifier [1].

Его недостатком является ограничение верхнего предела диапазона измеряемых ускорений из-за неполного использования площади поверхности подвижного элемента для создания компенсационной электростатической силы. Its disadvantage is the limitation of the upper limit of the range of measured accelerations due to the incomplete use of the surface area of the movable element to create a compensating electrostatic force.

Наиболее близким по технической сущности является компенсационный акселерометр [2] , содержащий первую пластину из монокристаллического материала, в которой образованы неподвижный элемент, подвижный элемент в виде консоли с электропроводной поверхностью и соединяющий их упругий шарнир, вторую и третью пластины, двухфазный генератор напряжения переменного тока, дифференциальный емкостный преобразователь, неподвижные электроды которого расположены на второй и третьей пластинах, а подвижный электрод образован электропроводной поверхностью подвижного элемента и подсоединен к источнику опорного напряжения и к входу усилителя с двумя противофазными выходами, причем поверхности подвижного элемента и неподвижных электродов расположены напротив друг друга, продольные оси неподвижных электродов расположены по направлению длины консоли подвижного элемента, ось упругого шарнира перпендикулярна продольной оси неподвижного электрода. The closest in technical essence is a compensation accelerometer [2], containing a first plate of single-crystal material, in which a fixed element, a movable element in the form of a console with an electrically conductive surface and connecting an elastic hinge, a second and third plate, a two-phase alternating current voltage generator are formed, differential capacitive transducer, the fixed electrodes of which are located on the second and third plates, and the movable electrode is formed electrically conductive on top a movable element and is connected to a reference voltage source and to an amplifier input with two antiphase outputs, the surfaces of the movable element and the fixed electrodes being opposite each other, the longitudinal axes of the fixed electrodes are located in the direction of the length of the console of the moving element, the axis of the elastic hinge is perpendicular to the longitudinal axis of the fixed electrode .

Недостатком такого компенсационного акселерометра является ограничение диапазона измеряемых ускорений вследствие того, что нельзя изменить диапазон измеряемых ускорений без изменения основных конструктивных параметров компенсационного акселерометра, таких как, например, масса подвижного элемента, зазор между подвижными и неподвижными электродами дифференциального емкостного преобразователя и т.д. The disadvantage of such a compensation accelerometer is the limitation of the range of measured accelerations due to the fact that it is impossible to change the range of measured accelerations without changing the basic design parameters of the compensation accelerometer, such as, for example, the mass of the movable element, the gap between the movable and fixed electrodes of the differential capacitive transducer, etc.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение возможности выполнения верхнего и нижнего пределов диапазона измеряемых ускорений без изменения основных конструктивных параметров компенсационного акселерометра. The technical result of the present invention is to increase the ability to perform the upper and lower limits of the range of measured accelerations without changing the main structural parameters of the compensation accelerometer.

Указанный технический результат достигается в компенсационном акселерометре, содержащем первую пластину из монокристаллического материала, в которой образованы неподвижный элемент, подвижный элемент в виде консоли с электропроводной поверхностью и соединяющий их упругий шарнир, вторую и третью пластины, двухфазный генератор напряжения переменного тока, дифференциальный емкостный преобразователь, неподвижные электроды которого расположены на второй и третьей пластинах, а подвижный электрод образован электропроводной поверхностью подвижного элемента и подсоединен к источнику опорного напряжения и к входу усилителя с двумя противофазными выходами, причем поверхности подвижного элемента и неподвижных электродов расположены напротив друг друга, продольные оси неподвижных электродов расположены по направлению длины консоли подвижного элемента, ось упругого шарнира перпендикулярна продольной оси неподвижного электрода, тем, что каждый неподвижный электрод дифференциального емкостного преобразователя выполнен из n частей прямоугольной формы, расположенных последовательно по продольной оси неподвижного электрода, каждая часть выполнена с расположением двух ее параллельных сторон перпендикулярно продольной оси неподвижного электрода по всей его ширине, k частей каждого неподвижного электрода в порядке расположения вдоль его продольной оси подключены соответственно к выходам двухфазного генератора напряжения переменного тока и одновременно к противофазным выходам усилителя, при этом верхний предел a_b диапазона измеряемых ускорений определяется соотношением:

где a_bm максимальный верхний предел диапазона измеряемых ускорений;
Si - площадь проекция i-ой части неподвижного электрода на подвижный элемент;
l_i - расстояние центра проекции i-ой части неподвижного электрода на подвижный элемент от оси упругого шарнира;
S - площадь подвижного электрода;
h - расстояние центра масс подвижного элемента от оси упругого шарнира;
k = 1,2 .... n;

где ε - относительная диэлектрическая проницаемость среды между подвижным и неподвижным электродами дифференциального емкостного преобразователя;
ε_o - абсолютная диэлектрическая проницаемость;
U_o - напряжение источника опорного напряжения;
U_m - максимальное выходное напряжение каждого из противофазных выходов усилителя;
m - масса подвижного элемента;
d - зазор между подвижным и каждым неподвижным электродами.The specified technical result is achieved in a compensation accelerometer containing a first plate of monocrystalline material, in which a fixed element, a movable element in the form of a cantilever with an electrically conductive surface and connecting an elastic hinge, a second and third plate, a two-phase alternating voltage generator, a differential capacitive converter are formed, the fixed electrodes of which are located on the second and third plates, and the movable electrode is formed by an electrically conductive surface the movable element and is connected to the reference voltage source and to the amplifier input with two antiphase outputs, the surfaces of the movable element and the fixed electrodes being opposite each other, the longitudinal axes of the fixed electrodes are located in the direction of the length of the console of the moving element, the axis of the elastic hinge is perpendicular to the longitudinal axis of the fixed electrode, the fact that each fixed electrode of a differential capacitive converter is made of n rectangular parts located exploring the longitudinal axis of the fixed electrode, each part is arranged with its two parallel sides perpendicular to the longitudinal axis of the fixed electrode along its entire width, k parts of each fixed electrode in the order of location along its longitudinal axis are connected respectively to the outputs of the two-phase alternating current voltage generator and simultaneously to the out-of-phase outputs of the amplifier, while the upper limit a _{b of the} range of measured accelerations is determined by the ratio:

where a _{bm is the} maximum upper limit of the range of measured accelerations;
Si is the area of the projection of the i-th part of the fixed electrode onto the movable element;
l _i is the distance of the center of the projection of the i-th part of the stationary electrode on the movable element from the axis of the elastic hinge;
S is the area of the movable electrode;
h is the distance of the center of mass of the moving element from the axis of the elastic hinge;
k = 1,2 .... n;

where ε is the relative dielectric constant of the medium between the movable and fixed electrodes of the differential capacitive transducer;
ε _o - absolute dielectric constant;
U _o is the voltage of the reference voltage source;
U _m is the maximum output voltage of each of the antiphase outputs of the amplifier;
m is the mass of the movable element;
d is the gap between the movable and each stationary electrodes.

В частном случае в компенсационном акселерометре части неподвижных электродов дифференциального емкостного преобразователя выполнены с равными площадями. In the particular case of the compensation accelerometer, the parts of the stationary electrodes of the differential capacitive transducer are made with equal areas.

Путем выполнения каждого неподвижного электрода дифференциального емкостного преобразователя из n частей прямоугольной формы, расположенных последовательно по продольной оси неподвижного электрода, расположения двух параллельных сторон каждой части перпендикулярно продольной оси неподвижного электрода по всей его ширине, подключения к выходам усилителя и генератора напряжения переменного тока разного количества частей неподвижных электродов при разном расположении частей по их продольной оси обеспечивается изменение компенсационного момента, создаваемого в компенсационном акселерометре, при неизменном инерционном моменте, в результате чего изменяется верхний предел диапазона измеряемых компенсационным акселерометром ускорений. By making each fixed electrode of a differential capacitive converter of n rectangular parts arranged sequentially along the longitudinal axis of the fixed electrode, arranging two parallel sides of each part perpendicular to the longitudinal axis of the fixed electrode along its entire width, connecting to the outputs of the amplifier and alternator an alternating current voltage of different numbers of parts fixed electrodes with a different arrangement of parts along their longitudinal axis provides a change in compensation onnogo moment generated in the compensating accelerometer with a constant moment of inertia, thereby changing the upper limit of the range of the measured acceleration compensating accelerometer.

При подключении к усилителю и генератору напряжения переменного тока частей неподвижного электрода, расположенных в области свободного конца консоли подвижного элемента, достигается увеличение относительного изменения емкостей дифференциального емкостного преобразователя на единицу перемещения подвижного элемента, в результате чего повышается порог чувствительности компенсационного аскелерометра, и нижний предел диапазона измеряемых компенсационным акселерометром смещается в сторону меньших ускорений. When connecting parts of the fixed electrode located in the region of the free end of the console of the movable element to the amplifier and generator of alternating current voltage, an increase in the relative change in the capacitance of the differential capacitive converter per unit of movement of the movable element is achieved, as a result of which the sensitivity threshold of the compensation accelerometer is increased, and the lower range the compensation accelerometer shifts towards lower accelerations.

На фиг. 1 представлен общий вид компенсационного акселерометра, на фиг. 2...4 вид соответственно первой, второй и третьей пластин, на фиг. 5 - общая электрическая схема компенсационного акселерометра, на фиг. 6 - электрическая схема частного случая выполнения компенсационного акселерометра. In FIG. 1 is a perspective view of a compensation accelerometer; FIG. 2 ... 4 are views of the first, second and third plates, respectively, in FIG. 5 is a general electrical diagram of a compensation accelerometer; FIG. 6 is a circuit diagram of a particular case of a compensation accelerometer.

Компенсационный акселерометр (фиг. 1) содержит корпус с установленной в него первой пластиной 2 из монокристаллического материала, например кремния, в которой образованы неподвижный элемент 3 и подвижный элемент 4 с электропроводными поверхностями 5. Электропроводные поверхности 5 выполнены путем легирования поверхностей подвижного элемента 4 бором. Подвижный элемент 4 выполнен в виде консоли с продольной осью 6-6 по направлению длины консоли. Подвижный элемент 4 соединен с неподвижным элементом 3 посредством упругого шарнира 7. The compensation accelerometer (Fig. 1) contains a housing with a first plate 2 made of monocrystalline material, for example, silicon, in which a fixed element 3 and a movable element 4 with electrically conductive surfaces 5 are formed. Electrically conductive surfaces 5 are made by alloying the surfaces of the movable element 4 with boron. The movable element 4 is made in the form of a console with a longitudinal axis 6-6 in the direction of the length of the console. The movable element 4 is connected to the stationary element 3 by means of an elastic hinge 7.

В корпусе 1 также установлены вторая пластина 8 с неподвижным электродом 9 дифференциального емкостного преобразователя и третья пластина 10 с неподвижным электродом 11. Между поверхностью 5 подвижного элемента 4 и неподвижным электродом 9 образован зазор d путем установки электроизоляционной платы 12 между первой пластиной 2 и второй пластиной 8. Аналогично образован зазор между поверхностью 5 подвижного элемента 4 и неподвижным электродом 11 путем установки платы 13. A second plate 8 with a fixed electrode 9 of the differential capacitive transducer and a third plate 10 with a fixed electrode 11 are also installed in the housing 1. A gap d is formed between the surface 5 of the movable element 4 and the fixed electrode 9 by installing an electrical insulation board 12 between the first plate 2 and the second plate 8 A similar gap is formed between the surface 5 of the movable element 4 and the fixed electrode 11 by installing the board 13.

Корпус 1 закрыт крышкой 14. Case 1 is closed by a cover 14.

В первой пластине 2 (фиг. 2) подвижный элемент 4 образован путем анизотропного травления кремния с выполнением промежутка 15 между неподвижным элементом 3 и подвижным элементом 4. Ось 16-16 упругого шарнира, состоящего из двух упругих перемычек 7', 7'', расположена перпендикулярно продольной оси 6-6 консоли подвижного элемента 4. Центр масс подвижного элемента 4 расположен на расстоянии L от оси 16-16 упругого шарнира. In the first plate 2 (Fig. 2), the movable element 4 is formed by anisotropic etching of silicon with a gap 15 between the fixed element 3 and the movable element 4. The axis 16-16 of the elastic hinge, consisting of two elastic jumpers 7 ', 7' ', is located perpendicular to the longitudinal axis 6-6 of the console of the movable element 4. The center of mass of the movable element 4 is located at a distance L from the axis 16-16 of the elastic joint.

На второй пластине 8 (фиг. 3) расположены n частей 17', 17''...17⁽ⁿ⁾ неподвижного электрода 9. Части 17', 17''...17⁽ⁿ⁾ неподвижного электрода выполнены прямоугольниками по форме и расположены последовательно вдоль продольной оси 6-6. Параллельные друг другу стороны 18', 18''...18⁽²ⁿ⁾ частей 17', 17''. ...17⁽ⁿ⁾ неподвижного электрода расположены по всей ширине b неподвижного электрода 9 перпендикулярно продольной оси 6-6.On the second plate 8 (Fig. 3) there are n parts 17 ', 17''... 17 ^{(n) of the} fixed electrode 9. Parts 17', 17 '' ... 17 ^{(n) of the} fixed electrode are made in rectangles in shape and arranged sequentially along the longitudinal axis 6-6. The sides parallel to each other 18 ', 18''... 18 ^{(2n) of the} parts 17', 17 ''. ... 17 ^{(n) of the} fixed electrode are located along the entire width b of the fixed electrode 9 perpendicular to the longitudinal axis 6-6.

В данном случае контур подвижного элемента 4 совпадает с общим контуром всех частей 17',17''....17⁽ⁿ⁾ неподвижного электрода 9, поэтому расстояние l₁ центра 19' части 17', l₂ центра 19'' части 17'' и далее l_n центра 19⁽ⁿ⁾ части 17⁽ⁿ⁾ от оси 16-16 упругого шарнира совпадают с расстоянием их проекций на подвижный элемент 4.In this case, the contour of the movable element 4 coincides with the common contour of all parts 17 ', 17''.... 17 ^{(n) of the} fixed electrode 9, therefore, the distance l _{1 of the} center 19' of part 17 ', l _{2 of the} center 19''of part 17 '' and then l _{n the} center 19 ^{(n) of the} part 17 ⁽ⁿ⁾ from the axis 16-16 of the elastic joint coincide with the distance of their projections onto the movable element 4.

Аналогично выполнены части 20',20''...20⁽ⁿ⁾ неподвижного электрода 11 на третьей пластине 10 (фиг. 4).Similarly made parts 20 ', 20''... 20 ^{(n) of the} fixed electrode 11 on the third plate 10 (Fig. 4).

Части 17', 17''...17⁽ⁿ⁾, 20', 20''...20⁽ⁿ⁾ неподвижных электродов образованы напылением элеткропроводного материала, например алюминия, на поверхности второй пластины 8 и третьей пластины 10.Parts 17 ', 17''... 17 ⁽ⁿ⁾ , 20', 20 '' ... 20 ^{(n) of the} fixed electrodes are formed by sputtering electrically conductive material, for example aluminum, on the surface of the second plate 8 and the third plate 10.

Части 17', 17''....17⁽ⁿ⁾, 20', 20''...20⁽ⁿ⁾ неподвижных электродов выполнены с одинаковыми площадями.Parts 17 ', 17''.... 17 ⁽ⁿ⁾ , 20', 20 '' ... 20 ^{(n) of the} fixed electrodes are made with the same areas.

Дифференциальный емкостный преобразователь компенсационного акселерометра (фиг. 5) выполнен из конденсаторов C1 и C2. Конденсатор C1 образован соединенными вместе частями 17', 17''....17⁽ⁿ⁾ неподвижного электрода 9 на второй пластине 8 и электропроводной поверхностью 5 подвижного элемента 4. Конденсатор C2 образован соединенными вместе частями 20', 20''...20⁽ⁿ⁾ неподвижного электрода 11 и электропроводной поверхностью 5 подвижного элемента 4.The differential capacitive converter of the compensation accelerometer (Fig. 5) is made of capacitors C1 and C2. The capacitor C1 is formed by the connected parts 17 ', 17''.... 17 ^{(n) of the} fixed electrode 9 on the second plate 8 and the electrically conductive surface 5 of the movable element 4. The capacitor C2 is formed by the connected parts 20', 20 '' ... 20 ^{(n) of the} fixed electrode 11 and the electrically conductive surface 5 of the movable element 4.

Части 17', 17''...17⁽ⁿ⁾ неподвижного электрода 9 подключены через конденсатор C3 к одному выходу двухфазного генератора напряжения 21 переменного тока. Части 20', 20''...20⁽ⁿ⁾ неподвижного электрода 11 через конденсатор C4 подключены к второму выходу двухфазного генератора напряжения 21.Parts 17 ', 17''... 17 ^{(n) of the} fixed electrode 9 are connected through a capacitor C3 to one output of a two-phase voltage generator 21 of an alternating current. Parts 20 ', 20''... 20 ^{(n) of the} fixed electrode 11 are connected via a capacitor C4 to the second output of the two-phase voltage generator 21.

Подвижный электрод дифференциального емкостного преобразователя, образованный электропроводными поверхностями 5 подвижного элемента 4, подключен к источнику опорного напряжения 22 постоянного тока и через конденсатор C5 к входу усилителя 23. Один из противофазных выходов усилителя 23 через резистор R1 подключен к частям 17', 17''...17⁽ⁿ⁾ неподвижного электрода 9, второй выход усилителя 23 через резистор R2 подключен к частям 20', 20''....20⁽ⁿ⁾ неподвижного электрода 11.The movable electrode of the differential capacitive transducer formed by the electrically conductive surfaces 5 of the movable element 4 is connected to a DC voltage source 22 and through the capacitor C5 to the input of the amplifier 23. One of the out-of-phase outputs of the amplifier 23 is connected to the parts 17 ', 17''through the resistor R1. ..17 ^{(n) of the} fixed electrode 9, the second output of the amplifier 23 is connected through the resistor R2 to the parts 20 ', 20''.... 20 ^{(n) of the} fixed electrode 11.

В частном случае выполнения компенсационного акселерометра (фиг. 6) к двухфазному генератору напряжения 21 и к противофазным выходам усилителя 23 подключены первые две части 17', 17'' неподвижного электрода 9 и первые две части 20', 20'' неподвижного электрода 11. In the particular case of the compensation accelerometer (Fig. 6), the first two parts 17 ', 17' 'of the fixed electrode 9 and the first two parts 20', 20 '' of the fixed electrode 11 are connected to a two-phase voltage generator 21 and to the antiphase outputs of the amplifier 23.

Компенсационный акселерометр работает следующим образом. При наличии ускорения a по измерительной оси компенсационного акселерометра, перпендикулярной продольной оси 6-6 неподвижного электрода и оси 16-16 упругого шарнира, на подвижный элемент 4 воздействует инерционный момент M_u
M_u = mLa, (1)
где m - масса подвижного элемента;
L - расстояние центра масс подвижного элемента от оси 16-16 упругого шарнира.Compensation accelerometer works as follows. In the presence of acceleration a along the measuring axis of the compensation accelerometer perpendicular to the longitudinal axis 6-6 of the fixed electrode and axis 16-16 of the elastic joint, the inertial moment M _u acts on the movable element 4
M _u = mLa, (1)
where m is the mass of the movable element;
L is the distance of the center of mass of the movable element from the axis 16-16 of the elastic joint.

Под действием инерционного момента подвижный элемент 4 отклоняется от положения равновесия, емкости конденсатора C1 и C2 изменяются, и с выхода дифференциального емкостного преобразователя на вход усилителя 23 поступает сигнал рассогласования следящей системы компенсационного акселерометра. После его преобразования и усиления в усилителе 23 с каждого противофазного выхода усилителя 23 на части 17', 17''...17⁽ⁿ⁾ неподвижного электрода 9 и части 20', 20''...20⁽ⁿ⁾ неподвижного электрода 11 поступает напряжение и в дифференциальном емкостном преобразователе за счет взаимодействия напряжения источника опорного напряжения 22 и выходных напряжений усилителя 23 формируется компенсационный момент M_к:

где ε - относительная диэлектрическая проницаемость среды между подвижным и неподвижными электродами дифференциального емкостного преобразователя;
ε_o - абсолютная диэлектрическая процинаемость;
S - площадь подвижного электрода;
U_o - напряжение источника опорного напряжения;
U - выходное напряжение каждого из противофазных выходов усилителя;
L - расстояние центра масс подвижного элемента от оси упругого шарнира;
d - зазор между подвижным и неподвижным электродами.Under the influence of the inertial moment, the movable element 4 deviates from the equilibrium position, the capacitors C1 and C2 are changed, and the output signal of the tracking system of the compensation accelerometer is output from the output of the differential capacitive converter to the input of the amplifier 23. After its conversion and amplification in the amplifier 23 from each antiphase output of the amplifier 23 to the parts 17 ', 17''... 17 ^{(n) of the} fixed electrode 9 and parts 20', 20 '' ... 20 ^{(n) of the} fixed electrode 11 voltage is supplied and in the differential capacitive converter due to the interaction of the voltage of the reference voltage source 22 and the output voltages of the amplifier 23, the compensation moment M _{k is formed} :

where ε is the relative dielectric constant of the medium between the movable and fixed electrodes of the differential capacitive transducer;
ε _o is the absolute dielectric permeability;
S is the area of the movable electrode;
U _o is the voltage of the reference voltage source;
U is the output voltage of each of the antiphase outputs of the amplifier;
L is the distance of the center of mass of the moving element from the axis of the elastic hinge;
d is the gap between the movable and fixed electrodes.

Посредством компенсационного момента производится уравновешивание инерционного момента и рассогласование следящей системы компенсационного акселерометра устраняется. Тогда
M_и = M_к (3)
Отсюда с учетом выражений (1), (2) получается

Таким образом, измеряемое ускорение пропорционально выходному напряжению усилителя.By means of the compensation moment, the inertial moment is balanced and the mismatch of the tracking system of the compensation accelerometer is eliminated. Then
M _and = M _to (3)
From this, taking into account expressions (1), (2), we obtain

Thus, the measured acceleration is proportional to the output voltage of the amplifier.

При включении всех частей 17', 17''...17⁽ⁿ⁾ неподвижного электрода 9 и всех частей 20', 20''...20⁽ⁿ⁾ неподвижного электрода 11 на максимальном верхнем пределе a_вм диапазона измеряемых ускорений
a = a_вм, (5)
U = U_м, (6)
где U_м - максимальное выходное напряжение на каждом противофазном выходе усилителя на максимальном верхнем пределе диапазона измеряемых ускорений.When all parts 17 ', 17''... 17 ^{(n) of the} fixed electrode 9 and all parts 20', 20 '' ... 20 ^{(n) of the} fixed electrode 11 are turned on at the maximum upper limit a _{in the} range of measured accelerations
a = a _vm , (5)
U = U _m , (6)
where U _m is the maximum output voltage at each out-of-phase output of the amplifier at the maximum upper limit of the range of measured accelerations.

При подстановке (5), (6) в (4) получается

При включении в дифференциальный емкостный преобразователь частей 17', 17'' и 20', 20'' (фиг. 6) компенсационный момент M'_к составляет:

где n - количество частей каждого из неподвижных электродов.Substituting (5), (6) into (4), we obtain

When included in the differential capacitive converter parts 17 ', 17''and20', 20 '' (Fig. 6) the compensation moment M ' _to is:

where n is the number of parts of each of the fixed electrodes.

Посредством этого момента компенсируется инерционный момент M'_и:
M'_и = mLa'_в, (9)
где a'_в - верхний предел диапазона измеряемых ускорений при включении частей 17', 17'', 20', 20'' неподвижных электродов.Through this moment, the inertial moment M 'is compensated _and :
M ' _and = mLa' _in , (9)
where a ' _in is the upper limit of the range of measured accelerations when turning on the parts 17', 17 '', 20 ', 20''of the stationary electrodes.

При приравнивании выражений (8), (9) и сравнении полученного результата с выражением (7) получается:

Если, например n = 5, то верхний предел диапазона измеряемых ускорений в соответствии с выражением (10) составляет:
a'_в = 0,16 a_вм,
В общем случае включения n частей неподвижных электродов верхний предел a_в диапазона измеряемых ускорений

где si - площадь проекций i-ой части неподвижного электрода на подвижный элемент;
li - расстояние центра проекция i-ой части неподвижного электрода на подвижный элемент от оси упругого шарнира;
k = 1,2 ....n.When equating expressions (8), (9) and comparing the result with expression (7), it turns out:

If, for example, n = 5, then the upper limit of the range of measured accelerations in accordance with expression (10) is:
a ' _in = 0.16 a _vm ,
In the general case of the inclusion of n parts of stationary electrodes, the upper limit a _{in the} range of measured accelerations

where si is the projection area of the i-th part of the fixed electrode on the movable element;
li is the center distance projection of the i-th part of the fixed electrode on the movable element from the axis of the elastic hinge;
k = 1,2 .... n.

Таким образом возможно изменение верхнего предела диапазона измеряемых компенсационным акселерометром ускорений путем подключения разного количества частей неподвижных электродов дифференциального емкостного преобразователя и путем варьирования расположением частей неподвижных электродов относительно оси упругого шарнира. Thus, it is possible to change the upper limit of the range of accelerations measured by the compensation accelerometer by connecting a different number of parts of the stationary electrodes of the differential capacitive transducer and by varying the location of the parts of the stationary electrodes relative to the axis of the elastic hinge.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1620944 кл. G 01 P 15/08. Электростатический акселерометр. 1992 г.Sources of information
1. Copyright certificate of the USSR N 1620944 class. G 01 P 15/08. Electrostatic accelerometer. 1992

2. Электростатический уравновешенный акселерометр. НТИ N 2 (63), 1992 г. , "Пилотажно-навигационное оборудование за рубежом". Изд. ГОНТИ, 1992 г. 2. Electrostatic balanced accelerometer. NTI N 2 (63), 1992, "Flight and navigation equipment abroad." Ed. GONTI, 1992

Claims

1. Compensation accelerometer containing a first plate of monocrystalline material, in which a fixed element, a movable element in the form of a console with an electrically conductive surface and connecting an elastic hinge, a second and third plate, a two-phase alternating voltage generator, a differential capacitive converter, the stationary electrodes of which are formed located on the second and third plates, and the movable electrode is formed by the electrically conductive surface of the movable element and is connected to a source reference voltage and to the input of the amplifier with two antiphase outputs, the surfaces of the movable element and the fixed electrodes being opposite each other, the longitudinal axis of the fixed electrodes are located in the direction of the length of the console of the moving element, the axis of the elastic hinge is perpendicular to the longitudinal axis of the moving element, characterized in that each fixed the electrode is made of n rectangular parts arranged in series along the longitudinal axis of the fixed electrode, each part is made with a position of its two parallel sides perpendicular to the longitudinal axis of the stationary electrode across its width, k pieces of each fixed electrode in the order of arrangement along the longitudinal axis thereof are respectively connected to the outputs of the two-phase AC generator voltage and simultaneously to the antiphase outputs of the amplifier, the upper limit of a _b range measured accelerations is determined by the ratio

where a _vm is the maximum upper limit of the range of measured accelerations;
S _i - the projection area of the i-th part of the fixed electrode on the movable element;
l _i is the distance of the center of the projection of the i-th part of the stationary electrode on the movable element from the axis of the elastic hinge;
S is the area of the movable electrode;
L is the distance of the center of mass of the moving element from the axis of the elastic hinge;
k = 1, 2 ... n;

ε is the relative dielectric constant of the medium between the movable and fixed electrodes of the differential capacitive transducer;
ε _o - absolute dielectric constant;
U _o is the voltage of the reference voltage source;
U _m - the maximum output voltage of each of the antiphase outputs of the amplifier;
m is the mass of the movable element;
d is the gap between the movable and each stationary electrodes.

2. The compensation accelerometer according to claim 1, characterized in that the parts of the stationary electrodes are made with equal areas.