RU2246735C1 - Compensation accelerometer - Google Patents
Compensation accelerometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2246735C1 RU2246735C1 RU2003123139/28A RU2003123139A RU2246735C1 RU 2246735 C1 RU2246735 C1 RU 2246735C1 RU 2003123139/28 A RU2003123139/28 A RU 2003123139/28A RU 2003123139 A RU2003123139 A RU 2003123139A RU 2246735 C1 RU2246735 C1 RU 2246735C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amplifier
- capacitor
- phase
- outputs
- electrode
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области измерительной техники, а именно к компенсационным преобразователям линейного ускорения с электростатическим обратным преобразователем.The present invention relates to the field of measurement technology, namely, compensation linear acceleration converters with an electrostatic inverse converter.
Известен компенсационный акселерометр, содержащий первую пластину с подвижным элементом, неподвижным элементом и соединяющим их упругим шарниром, вторую и третью пластины, дифференциальный емкостный преобразователь положения подвижного элемента 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 movable element, a fixed element and an elastic hinge connecting them, a second and third plate, a differential capacitive transducer of the position of the movable element on the second and third plates, an electrostatic inverter with stationary electrodes on the second and third plates, an amplifier [ 1].
Наиболее близким по технической сущности является компенсационный акселерометр [2], содержащий первую пластину из монокристаллического материала, в которой образованы неподвижная рамка, подвижный элемент с двумя параллельными друг другу электропроводными поверхностями и соединяющий подвижный элемент с неподвижной рамкой упругий шарнир, вторую и третью пластины, двухфазный генератор напряжения переменного тока, источник опорного напряжения постоянного тока, дифференциальный емкостный преобразователь с первым и вторым конденсаторами, образованными неподвижными электродами и подвижным электродом, которым являются соединенные вместе электропроводные поверхности подвижного элемента, усилитель, имеющий два противофазных выхода, причем подвижный электрод подключен к источнику опорного напряжения, каждый неподвижный электрод подсоединен к одному из выходов двухфазного генератора напряжения переменного тока и к одному из противофазных выходов усилителя.The closest in technical essence is a compensation accelerometer [2], containing a first plate of single-crystal material in which a fixed frame, a movable element with two electrically conductive surfaces parallel to each other and an elastic hinge, a second and third plate, two-phase connecting a movable element with a fixed frame are formed AC voltage generator, DC reference voltage source, differential capacitive converter with first and second capacitors and, formed by fixed electrodes and a movable electrode, which are the electrically conductive surfaces of the movable element connected together, an amplifier having two antiphase outputs, the movable electrode being connected to a reference voltage source, each stationary electrode connected to one of the outputs of a two-phase AC voltage generator and to one from out of phase outputs of the amplifier.
Недостатком этого компенсационного акселерометра является уменьшение точности измерения ускорения, вызванное наличием в его сигнале сигналов частот с высшими гармониками по сравнению с несущей частотой двухфазного генератора напряжения переменного тока вследствие несинфазности напряжений с двух выходов двухфазного генератора напряжения переменного тока.The disadvantage of this compensation accelerometer is a decrease in the accuracy of acceleration measurement caused by the presence of frequency signals with higher harmonics in its signal compared to the carrier frequency of a two-phase alternating current voltage generator due to non-phase matching of voltages from two outputs of a two-phase alternating current voltage generator.
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения ускорения.The technical result of the invention is to improve the accuracy of measuring acceleration.
Данный технический результат достигается в компенсационном акселерометре, содержащем первую пластину из монокристаллического материала, в которой образованы неподвижная рамка, подвижный элемент с двумя параллельными друг другу электропроводными поверхностями и соединяющий подвижный элемент с неподвижной рамкой упругий шарнир, вторую и третью пластины, двухфазный генератор напряжения переменного тока, источник опорного напряжения постоянного тока, дифференциальный емкостный преобразователь с первым и вторым конденсаторами, образованными неподвижными электродами и подвижным электродом, которым являются соединенные вместе электропроводные поверхности подвижного элемента, усилитель, имеющий два противофазных выхода, причем подвижный электрод подключен к источнику опорного напряжения постоянного тока, каждый неподвижный электрод подсоединен к одному из выходов двухфазного генератора напряжения переменного тока и к одному из противофазных выходов усилителя, тем, что в него введен имитатор дифференциального емкостного преобразователя с третьим конденсатором, емкость которого равна емкости, образованной первым неподвижным электродом и подвижным электродом первого конденсатора, и с четвертым конденсатором, емкость которого равна емкости образованного вторым неподвижным электродом и подвижным электродом второго конденсатора, первый вывод третьего конденсатора подключен к одному из выходов двухфазного генератора напряжения переменного тока, первый вывод четвертого конденсатора подсоединен ко второму выходу двухфазного генератора напряжения переменного тока, вторые выводы третьего и четвертого конденсаторов соединены вместе, усилитель выполнен в составе первого и второго усилителей переменного тока, дифференциального усилителя, фазового демодулятора и усилителя постоянного тока с двумя противофазными выходами, подвижный электрод подключен к входу первого усилителя переменного тока, точка соединения вторых выводов третьего и четвертого конденсаторов соединена с входом второго усилителя переменного тока, выходы первого и второго усилителей переменного тока подключены к входам дифференциального усилителя, выход которого подключен к входу фазового демодулятора, к выходу фазового демодулятора подключен вход усилителя постоянного тока.This technical result is achieved in a compensation accelerometer containing a first plate of monocrystalline material, in which a fixed frame, a movable element with two electrically conductive surfaces parallel to each other and an elastic hinge connecting a movable element with a fixed frame, a second and third plate, a two-phase alternating voltage generator are formed , DC reference voltage source, differential capacitive converter with first and second capacitors, image The fixed stationary electrodes and the movable electrode, which are the electrically conductive surfaces of the movable element connected together, are an amplifier having two antiphase outputs, the movable electrode being connected to a DC voltage reference source, each stationary electrode connected to one of the outputs of a two-phase AC voltage generator and to one from the out-of-phase outputs of the amplifier, in that a simulator of a differential capacitive converter with a third capacitor is introduced into it, the capacitance of which is equal to the capacitance formed by the first fixed electrode and the movable electrode of the first capacitor, and with the fourth capacitor, the capacitance of which is equal to the capacitance formed by the second stationary electrode and the movable electrode of the second capacitor, the first terminal of the third capacitor is connected to one of the outputs of the two-phase AC voltage generator, the first the output of the fourth capacitor is connected to the second output of the two-phase AC voltage generator, the second outputs of the third and even the second capacitors are connected together, the amplifier is made up of the first and second AC amplifiers, a differential amplifier, a phase demodulator and a DC amplifier with two out-of-phase outputs, a movable electrode is connected to the input of the first AC amplifier, the connection point of the second terminals of the third and fourth capacitors is connected to the input of the second AC amplifier, the outputs of the first and second AC amplifiers are connected to the inputs of the differential amplifier, the output to connected to the input of the phase demodulator, the input of the DC amplifier is connected to the output of the phase demodulator.
В одном частном случае выполнения компенсационного акселерометра в имитаторе дифференциального емкостного преобразователя третий и четвертый конденсаторы образованы третьим, четвертым и пятым неподвижными электродами, расположенными на трех разных пластинах, пятый неподвижный электрод расположен на пластине, лежащей между двумя другими пластинами, третий конденсатор образован третьим и пятым неподвижными электродами, четвертый конденсатор образован четвертым и пятым неподвижными электродами.In one particular case of the execution of the compensation accelerometer in the differential capacitor converter simulator, the third and fourth capacitors are formed by the third, fourth and fifth fixed electrodes located on three different plates, the fifth fixed electrode is located on a plate lying between two other plates, the third capacitor is formed by the third and fifth fixed electrodes, the fourth capacitor is formed by the fourth and fifth fixed electrodes.
В другом частном случае в компенсационном акселерометре в качестве монокристаллического материала первой пластины использован монокристаллический кремний.In another particular case, in the compensation accelerometer, single-crystal silicon is used as the single-crystal material of the first plate.
Посредством введения в компенсационный акселерометр имитатора дифференциального емкостного преобразователя, первого и второго усилителей переменного тока, дифференциального усилителя, подключения выхода имитатора дифференциального емкостного преобразователя к входу второго усилителя переменного тока, подключения выходов первого и второго усилителей переменного тока к входам дифференциального усилителя в выходном сигнале дифференциального усилителя отсутствуют сигналы частот с высшими гармониками вследствие компенсации этих сигналов с выхода дифференциального емкостного преобразователя сигналами с выхода имитатора дифференциального емкостного преобразователя. В результате повышается точность измерения ускорения.By introducing into the compensation accelerometer a simulator of a differential capacitive transducer, first and second AC amplifiers, a differential amplifier, connecting the output of a simulator of a differential capacitive transducer to the input of a second AC amplifier, connecting the outputs of the first and second AC amplifiers to the inputs of a differential amplifier in the output of the differential amplifier there are no frequency signals with higher harmonics due to the compensation of these ignalov differential capacitive transducer with output signals from the output of the simulator differential capacitive transducer. As a result, the accuracy of acceleration measurement is improved.
На фиг.1 представлен общий вид компенсационного акселерометра, на фиг.2 - электрическая схема компенсационного акселерометра, на фиг.3 - частный случай выполнения имитатора дифференциального емкостного преобразователя, на фиг.4 - электрическая схема частного случая выполнения компенсационного акселерометра.Figure 1 presents a General view of a compensation accelerometer, figure 2 is an electrical diagram of a compensation accelerometer, figure 3 is a special case of simulating a differential capacitive transducer, figure 4 is an electrical diagram of a particular case of a compensation accelerometer.
Компенсационный акселерометр (фиг.1) содержит корпус 1, в котором установлены первая пластина 2 из монокристаллического материала, например, кремния, вторая пластина 3 и третья пластина 4. В первой пластине 2 выполнены неподвижная рамка 5, подвижный элемент 6 с электропроводными поверхностями 7’, 7’’ и соединяющий неподвижную рамку 5 с подвижным элементом 6 упругий шарнир 8 в виде упругой перемычки. На второй пластине 3 расположен первый неподвижный электрод 9 дифференциального емкостного преобразователя, на третьей пластине 4 расположен второй неподвижный электрод 10.The compensation accelerometer (Fig. 1) comprises a housing 1 in which a first plate 2 of monocrystalline material, for example, silicon, a second plate 3 and a third plate 4 is mounted. In the first plate 2 a fixed frame 5, a movable element 6 with electrically conductive surfaces 7 'are made , 7 '' and connecting the fixed frame 5 with the movable element 6, an elastic hinge 8 in the form of an elastic bridge. On the second plate 3 is the first
Между второй пластиной 3 и неподвижной рамкой 5 расположен платик 11 так, чтобы образовать зазор d между первым неподвижным электродом 9 и подвижным элементом 6. Такой же платик 12 расположен между третьей пластиной 4 и неподвижной рамкой 5, образуя зазор d.A plate 11 is located between the second plate 3 and the fixed frame 5 so as to form a gap d between the first
Корпус 1 закрыт крышкой 13.Case 1 is closed by a cover 13.
В дифференциальном емкостном преобразователе (фиг.2) выполнены первый конденсатор С1 и второй конденсатор С2. Конденсатор С1 образован первым неподвижным электродом 9 и подвижным электродом, в качестве которого служат электропроводные поверхности 7’, 7’’ подвижного элемента 6. Второй конденсатор С2 образован вторым неподвижным электродом 10 и тем же самым подвижным электродом в виде электропроводной поверхности 7 подвижного элемента 6.In the differential capacitive converter (figure 2), the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are made. The capacitor C1 is formed by the first
Один выход двухфазного генератора 14 напряжения переменного тока подключен к первому неподвижному электроду 9 и первому выводу третьего конденсатора С3. Второй выход двухфазного генератора 14 подключен к второму неподвижному электроду 10 и к первому выводу четвертого конденсатора С4.One output of a two-phase
Емкость третьего конденсатора С3 выполнена равной емкости первого конденсатора С1, а емкость четвертого конденсатора С4 выполнена равной емкости второго конденсатора С2.The capacity of the third capacitor C3 is made equal to the capacity of the first capacitor C1, and the capacity of the fourth capacitor C4 is made equal to the capacity of the second capacitor C2.
Подвижный электрод в виде электропроводной поверхности 7 подвижного элемента 6 подключен к источнику опорного напряжения постоянного тока 15 и к входу первого усилителя переменного тока 16’.The movable electrode in the form of an electrically conductive surface 7 of the movable element 6 is connected to a source of
Вторые выводы третьего конденсатора С3 и четвертого конденсатора С4 соединены вместе, и точка их соединения подключена к входу второго усилителя переменного тока 16’’. Выходы первого усилителя переменного тока 16′ и второго усилителя переменного тока 16’’ подключены к входам дифференциального усилителя 17, к выходу которого подключен вход фазового демодулятора 18. Вход усилителя постоянного тока 19 подключен к выходу фазового демодулятора 18. Один из противофазных выходов усилителя постоянного тока 19 через резистор R1 подключен к первому неподвижному электроду 9, второй противофазный выход усилителя постоянного тока 19 через резистор R2 подключен к второму неподвижному электроду 10.The second terminals of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 are connected together, and the point of their connection is connected to the input of the second AC amplifier 16 ’’. The outputs of the
Конденсаторы С5, С6, С7 включены в качестве разделительных конденсаторов.Capacitors C5, C6, C7 are included as isolation capacitors.
В частном случае в имитаторе дифференциального емкостного преобразователя (фиг.3) на третьей пластине 20 образован третий неподвижный электрод 21, на четвертой пластине 22 образован четвертый неподвижный электрод 23. На пятой пластине 24, расположенной между третьей пластиной 20 и четвертой пластиной 22, образован пятый неподвижный электрод в виде соединенных между собой электропроводных площадок 25′, 25". Платиками 26, 27 пятая пластина 24 отделена от третьей пластины 20 и четвертой пластины 22.In a particular case, in the simulator of the differential capacitive converter (Fig. 3), a third
Третий конденсатор С3 образован третьим 21 и пятым неподвижными электродами, четвертый конденсатор С4 образован четвертым 23 и пятым неподвижными электродами.The third capacitor C3 is formed by the third 21 and fifth stationary electrodes, the fourth capacitor C4 is formed by the fourth 23 and fifth stationary electrodes.
Для выполнения равенства емкостей первого С1 и третьего С3 конденсаторов площадь третьего неподвижного электрода 21 сделана равной площади первого неподвижного электрода 9, а зазор d между третьим неподвижным электродом 21 и пятым неподвижным электродом выполнен равным зазору d между первым неподвижным электродом 9 и подвижным электродом.To ensure the equality of the capacitances of the first C1 and third C3 capacitors, the area of the third fixed
Аналогично выполнены равными площади второго неподвижного электрода 10 и четвертого неподвижного электрода 23, зазоры d, обеспечивая равенство емкостей второго С2 и четвертого С4 конденсаторов.Similarly, the areas of the second fixed
Для исполнения имитатора дифференциального емкостного преобразователя могут быть использованы вторая пластина 3 с первым неподвижным электродом 9, третья пластина 4 с вторым неподвижным электродом и первая пластина 2 с электропроводной поверхностью 7. При этом первая пластина 2 должна быть выполнена сплошной без упругого шарнира 8.For execution of a differential capacitive transducer simulator, a second plate 3 with a first
В частном случае выполнения имитатора дифференциального емкостного преобразователя (фиг.4) третий неподвижный электрод 21 третьего конденсатора С3 соединен с первым неподвижным электродом 9 первого конденсатора С1, четвертый неподвижный электрод 23 четвертого конденсатора С4 соединен с вторым неподвижным электродом 10 второго конденсатора С2. Образованный соединенными вместе электропроводными площадками 25’, 25’’ пятый неподвижный электрод, общий для третьего конденсатора С3 и четвертого конденсатора С4, подключен к входу второго усилителя переменного тока 16’’.In the particular case of the differential capacitor converter simulator (Fig. 4), the third
Компенсационный акселерометр работает следующим образом. При наличии ускорения под действием инерционной силы происходит угловое перемещение подвижного элемента 6, емкости первого С1 и второго С2 конденсаторов дифференциального емкостного преобразователя положения изменяются, и с его выхода на вход первого усилителя переменного тока 16’ поступает сигнал, содержащий сигнал рассогласования следящей системы компенсационного акселерометра несущей частоты, а также сигналы с частотами высших гармоник по сравнению с несущей частотой, вызванные несинфазностью напряжений с двух выходов двухфазного генератора 14 напряжения переменного тока. В поступающем на вход второго усилителя переменного тока 16’’ с выхода имитатора дифференциального емкостного преобразователя сигнале присутствуют частоты высших гармоник, вызванные несинфазностью напряжений с двух выходов двухфазного генератора 14 напряжения переменного тока, но отсутствует сигнал рассогласования следящей системы. В результате с выхода дифференциального усилителя 17 на вход фазового демодулятора 18 приходит усиленный сигнал рассогласования следящей системы, в котором отсутствуют сигналы с частотами высших гармоник. После преобразования в фазовом демодуляторе на вход усилителя постоянного тока 19 поступает сигнал рассогласования следящей системы постоянного тока.Compensation accelerometer works as follows. In the presence of acceleration under the influence of inertial force, the movable element 6 is angularly moved, the capacitances of the first C1 and second C2 capacitors of the differential capacitive position transducer are changed, and a signal containing the mismatch signal of the tracking system of the carrier compensation accelerometer is received from the output of the first AC amplifier 16 ' frequencies, as well as signals with frequencies of higher harmonics compared to the carrier frequency, caused by the non-phase voltage of the two outputs of the two-phase o
Поступающими на первый неподвижный электрод 9 и второй неподвижный электрод 10 с двух противофазных выходов усилителя постоянного тока 19 напряжениями создается результирующая пондемоторная сила, возвращающая подвижный элемент 6 в первоначальное положение. При этом напряжение с выходов усилителя постоянного тока 19 является мерой измеряемого ускорения. Отсутствие в сигналах компенсационного акселерометра сигналов с частотами высших гармоник повышает точность измерения ускорения.The voltages generated by the first
Источники информацииSources of information
1. Авторское свидетельство СССР №1620944, кл. G 01 P 15/08. Электростатический акселерометр, 1992 г.1. USSR copyright certificate No. 1620944, cl. G 01
2. Патент РФ №2149412, кл. G 01 P 15/08, 15/13. Компенсационный акселерометр, 1998 г.2. RF patent No. 2149412, cl. G 01
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003123139/28A RU2246735C1 (en) | 2003-07-29 | 2003-07-29 | Compensation accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003123139/28A RU2246735C1 (en) | 2003-07-29 | 2003-07-29 | Compensation accelerometer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003123139A RU2003123139A (en) | 2005-01-27 |
RU2246735C1 true RU2246735C1 (en) | 2005-02-20 |
Family
ID=35138678
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003123139/28A RU2246735C1 (en) | 2003-07-29 | 2003-07-29 | Compensation accelerometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2246735C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461838C1 (en) * | 2011-04-04 | 2012-09-20 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") | Accelerometre |
-
2003
- 2003-07-29 RU RU2003123139/28A patent/RU2246735C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461838C1 (en) * | 2011-04-04 | 2012-09-20 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") | Accelerometre |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003123139A (en) | 2005-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100393183B1 (en) | An apparatus for electrostatically driving a microactuator | |
CN100429523C (en) | Electronic interface for use with dual electrode capacitance diaphragm gauges | |
GB1523943A (en) | Transducer | |
KR20010039758A (en) | Sensor Signal Processing Apparatus | |
JPH0862248A (en) | Capacitive acceleration sensor | |
US9880120B2 (en) | Electric field sensor | |
JPH05113457A (en) | Capacitive position transducer | |
US4553099A (en) | Electrostatic voltage sensor | |
JP2014529747A (en) | Surface charge reduction technology for capacitive sensors | |
US4165483A (en) | Capacitive pick-off circuit | |
RU2246735C1 (en) | Compensation accelerometer | |
JP2520137B2 (en) | Position detection device | |
Kimura et al. | Resolver compatible capacitive rotary position sensor | |
EP0230198A2 (en) | Triaxial electrostatic accelerometer with dual electrical connection to its test weight | |
RU2186401C1 (en) | Compensation accelerometer | |
JPS6394102A (en) | Position detector | |
JPS62121312A (en) | Electrostatic capacity/voltage converting circuit | |
JPS6336278Y2 (en) | ||
RU2149412C1 (en) | Compensating acceleration meter | |
RU2137141C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2149411C1 (en) | Compensating acceleration meter | |
RU2282149C1 (en) | Two-channel device for measuring movements of conducting body | |
JP2001264355A (en) | Acceleration sensor | |
RU2140652C1 (en) | Compensation accelerometer | |
SU1594348A1 (en) | Displacement transducer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170730 |