RU2514150C1 - Accelerometer - Google Patents
Accelerometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2514150C1 RU2514150C1 RU2012150511/28A RU2012150511A RU2514150C1 RU 2514150 C1 RU2514150 C1 RU 2514150C1 RU 2012150511/28 A RU2012150511/28 A RU 2012150511/28A RU 2012150511 A RU2012150511 A RU 2012150511A RU 2514150 C1 RU2514150 C1 RU 2514150C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- suspension
- axis
- movable part
- accelerometer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям линейных ускорений.The invention relates to the field of measuring equipment, namely to measuring transducers of linear accelerations.
Известен акселерометр [1], содержащий корпус, пластину с внешней подвижной частью, внутренней неподвижной частью и соединяющими их упругими перемычками по оси подвеса, дифференциальный емкостный преобразователь положения, магнитоэлектрический силовой преобразователь с постоянным магнитом на корпусе и установленной на подвижной части пластины посредством грузов компенсационной катушкой, груз на подвижной части пластины, усилитель.Known accelerometer [1], comprising a housing, a plate with an external moving part, an internal fixed part and elastic bridges connecting them along the suspension axis, a differential capacitive position transducer, a magnetoelectric power transducer with a permanent magnet on the body and a compensation coil mounted on the movable part of the plate by means of weights , load on the movable part of the plate, amplifier.
Наиболее близким по технической сущности является акселерометр [2], содержащий корпус с предназначенным для установки по вектору ускорения свободного падения фланцем, первую пластину с внешней подвижной частью, внутренней неподвижной частью и соединяющими их упругими перемычками по оси подвеса, дифференциальный емкостный преобразователь положения с подвижным электродом в виде электропроводной поверхности первой пластины и двумя неподвижными электродами на второй пластине, расположенной на одной стороне неподвижной части первой пластины, третью пластину на другой стороне неподвижной части первой пластины, магнитоэлектрический силовой преобразователь с постоянным магнитом на корпусе со стороны второй пластины и установленной на подвижной части первой пластины посредством грузов компенсационной катушкой со стороны второй пластины, груз на подвижной части первой пластины со стороны третьей пластины, усилитель, причем по крайней мере одна из сторон второй пластины выполнена прямолинейной и параллельной оси подвеса, плоскость фланца параллельна поверхности внешней подвижной части первой пластины.The closest in technical essence is an accelerometer [2], comprising a housing with a flange designed for installation on a free fall acceleration vector, a first plate with an external moving part, an internal fixed part and elastic bridges connecting them along the suspension axis, a differential capacitive position transducer with a movable electrode in the form of an electrically conductive surface of the first plate and two stationary electrodes on the second plate located on one side of the fixed part of the first plate a third plate on the other side of the fixed part of the first plate, a magnetoelectric power transformer with a permanent magnet on the housing from the side of the second plate and mounted on the movable part of the first plate by means of weights by a compensation coil from the side of the second plate, the load on the movable part of the first plate from the side of the third plate , an amplifier, at least one of the sides of the second plate is made rectilinear and parallel to the suspension axis, the plane of the flange is parallel to the surface of the external second movable portion of the first plate.
Недостатком такого акселерометра является погрешность измерения ускорения вследствие нестабильности сигнала акселерометра, не зависящего от ускорения, при дрейфе нулевого сигнала дифференциального емкостного преобразователя.The disadvantage of this accelerometer is the error in measuring acceleration due to the instability of the accelerometer signal, which is independent of acceleration, when the zero signal of the differential capacitive converter drifts.
Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения ускорения.The technical result of the invention is to improve the accuracy of measuring acceleration.
Данный технический результат достигается в акселерометре, содержащем корпус с предназначенным для установки по вектору ускорения свободного падения фланцем, первую пластину с внешней подвижной частью, внутренней неподвижной частью и соединяющими их упругими перемычками по оси подвеса, дифференциальный емкостный преобразователь положения с подвижным электродом в виде электропроводной поверхности первой пластины и двумя неподвижными электродами на второй пластине, расположенной на одной стороне неподвижной части первой пластины, третью пластину на другой стороне неподвижной части первой пластины, магнитоэлектрический силовой преобразователь с постоянным магнитом на корпусе со стороны второй пластины и установленной на подвижной части первой пластины посредством грузов компенсационной катушкой со стороны второй пластины, груз на подвижной части первой пластины со стороны третьей пластины, усилитель, причем по крайней мере одна из сторон второй пластины выполнена прямолинейной и параллельной оси подвеса, плоскость фланца параллельна поверхности внешней подвижной части первой пластины, отличающемся тем, что груз на подвижной части первой пластины со стороны третьей пластины расположен выше оси подвеса относительно вектора ускорения свободного падения, прямолинейной выполнена сторона части второй пластины выше оси подвеса, расстояние f прямолинейной стороны второй пластины от оси подвеса выполнено в соответствии с соотношениемThis technical result is achieved in an accelerometer comprising a housing with a flange designed for installation on a free fall acceleration vector, a first plate with an external movable part, an internal stationary part and elastic bridges connecting them along the suspension axis, a differential capacitive position transducer with a movable electrode in the form of an electrically conductive surface the first plate and two stationary electrodes on the second plate located on one side of the fixed part of the first plate, t a plate on the other side of the fixed part of the first plate, a magnetoelectric power converter with a permanent magnet on the housing on the side of the second plate and mounted on the movable part of the first plate by means of weights by a compensation coil on the side of the second plate, a load on the movable part of the first plate on the side of the third plate, amplifier moreover, at least one of the sides of the second plate is made rectilinear and parallel to the suspension axis, the plane of the flange is parallel to the surface of the external slide part of the first plate, characterized in that the load on the movable part of the first plate from the side of the third plate is located above the suspension axis relative to the free fall acceleration vector, the side of the part of the second plate is higher than the suspension axis, the distance f of the straight side of the second plate from the suspension axis is made according to the ratio
гдеWhere
r - радиус второй пластины;r is the radius of the second plate;
К - коэффициентK - coefficient
M1 - момент сил инерции, действующих на часть подвижной части первой пластины, расположенной выше оси подвеса;M 1 - moment of inertia acting on part of the moving part of the first plate located above the suspension axis;
М2 - момент сил инерции, действующих на часть подвижной части первой пластины, расположенной ниже оси подвесаM 2 - the moment of inertia acting on a part of the moving part of the first plate located below the axis of the suspension
Посредством расположения груза, обращенного в сторону третьей пластины, выше оси подвеса обеспечивается повышение точности измерения ускорения вследствие уменьшения изменения не зависящего от ускорения сигнала акселерометра при дрейфе нулевого сигнала дифференциального емкостного преобразователя положения, так как при расположении груза выше оси подвеса уменьшается относительная жесткость системы упругого подвеса подвижной части относительно неподвижной части, что приводит к уменьшению изменения упругих сил реакции подвеса при угловом перемещении подвижной части вследствие дрейфа нулевого сигнала дифференциального емкостного преобразователя положения.By positioning the load facing the third plate above the suspension axis, the acceleration measurement accuracy is improved by reducing the change in the accelerometer-independent accelerometer signal when the zero signal of the differential capacitive position transducer drifts, since the relative rigidity of the elastic suspension system decreases when the load is placed above the suspension axis the moving part relative to the fixed part, which leads to a decrease in the change in the elastic forces of the suspension reaction at angular movement of the moving part due to drift of the zero signal of the differential capacitive position transducer.
Путем расположения груза на подвижной части первой пластины выше оси подвеса, выполнения прямолинейной стороны части второй пластины выше оси подвеса, выполнения в соответствии с расчетным соотношением расстояния прямолинейной стороны второй пластины от оси подвеса минимизируется изменение углового положения подвижной части первой пластины относительно неподвижных электродов на второй пластине при вибрационных воздействиях вследствие выравнивания угловых колебаний частей подвижной части первой пластины, расположенных выше и ниже оси подвеса. В результате повышается точность измерения ускорения вследствие уменьшения вибрационной погрешности, вызванной изменением нелинейности акселерометра за счет углового перемещения подвижной части первой пластины.By arranging the load on the movable part of the first plate above the suspension axis, performing the straight side of the second plate part above the suspension axis, performing, in accordance with the calculated ratio of the distance of the rectilinear side of the second plate from the suspension axis, the angular position of the movable part of the first plate relative to the stationary electrodes on the second plate is minimized during vibrational effects due to the alignment of the angular vibrations of the parts of the moving part of the first plate located above and below e suspension axis. As a result, the accuracy of the acceleration measurement is increased due to the reduction of the vibration error caused by the change in the nonlinearity of the accelerometer due to the angular displacement of the moving part of the first plate.
На фиг.1 представлен общий вид акселерометра, на фиг.2 - вид первой пластины, на фиг.3 - вид второй пластины, на фиг.4 - электрическая схема акселерометра.Figure 1 presents a General view of the accelerometer, figure 2 is a view of the first plate, figure 3 is a view of the second plate, figure 4 is an electrical diagram of the accelerometer.
В акселерометре (фиг.1) в корпусе 1 на стойке 2 установлена первая пластина 3, например, из монокристаллического кремния, имеющая внешнюю подвижную часть 4 и внутреннюю неподвижную часть 5. На стороне 6 неподвижной части 5, отстоящей на расстоянии d от подвижной части 4, расположена вторая пластина 7 с неподвижными электродами 8', 8'' дифференциального емкостного преобразователя положения, подвижным электродом которого является электропроводная поверхность подвижной части 4, образованная легированием монокристаллического кремния бором.In the accelerometer (figure 1) in the
С той же стороны 6 первой пластины 3 установлен дисковый постоянный магнит 9 магнитоэлектрического силового преобразователя, кольцевая компенсационная катушка 10 которого посредством грузов 11', 11'' установлена на подвижной части 4 первой пластины 3.On the
На стороне 12 неподвижной части 5 первой пластины 3 расположена третья пластина 13. Расстояниями d образованы зазоры между первой пластиной 3 и второй 7 и третьей 13 пластинами.On the
Со стороны 12 первой пластины 3 установлен груз 14.From
Первая пластина 3, вторая пластина 7, третья пластина 13, постоянный магнит 9 с диаметральным направлением намагниченности закреплены на стойке 2 корпуса 1 гайкой 15.The
Корпус 1 закрыт крышкой 16, загерметизирован и заполнен газовой средой, например сухим азотом.The
На корпусе 1 выполнен фланец 17, плоскость 18 которого предназначена для установки акселерометра по вектору ускорения свободного падения. Плоскость 18 фланца 17 параллельна плоскости 19 подвижной части 4 первой пластины 3.A flange 17 is made on the
В первой пластине 3 (фиг.2) подвижная часть 4 и неподвижная часть 5 соединены упругими перемычками 20', 20'' так, что проходящая по середине каждой из них прямая 21-21 представляет собой ось подвеса подвижной части 4 относительно неподвижной части 5. Груз 14 расположен выше оси подвеса 21-21 в положении, когда плоскость 18 фланца 17 параллельна вектору ускорения свободного падения.In the first plate 3 (FIG. 2), the
Во второй пластине 7 (фиг.3) расположенная выше оси подвеса 21-21 часть второй пластины 7 имеет прямолинейную сторону 22, параллельную оси подвеса 21-21 и находящуюся на расстоянии f от оси подвеса 21-21 в соответствии с выражениемIn the second plate 7 (Fig. 3), the part of the
гдеWhere
r - радиус второй пластины 7;r is the radius of the
К - коэффициентK - coefficient
гдеWhere
M1 - момент сил инерции, действующих на часть подвижной части 4 первой пластины 3, расположенной выше оси подвеса 21-21;M 1 - moment of inertia acting on part of the moving
М2 - момент сил инерции, действующих на часть подвижной части 4 первой пластины 3, расположенной ниже оси подвеса 21-21.M 2 - the moment of inertial forces acting on part of the
В акселерометре (фиг.4) неподвижный электрод 8' соединен с первым выводом резистора R1, неподвижный электрод 8'' соединен с первым выводом резистора R2. Вторые выводы резисторов R1 и R2 соединены вместе и подключены к выходу источника переменного тока с напряжением Un, второй выход которого подключен к общему проводу. К общему проводу также подключен подвижный электрод дифференциального емкостного преобразователя положения в виде электропроводной поверхности подвижной части 4 первой пластины 3. Точки соединения резисторов R1, R2 с неподвижными электродами 8', 8'' подключены к входу усилителя 23, состоящего из дифференциального усилителя, суммирующего усилителя, демодулятора и усилителя постоянного тока, к выходу которого подключена компенсационная катушка 10 магнитоэлектрического силового преобразователя.In the accelerometer (Fig. 4), the fixed electrode 8 'is connected to the first terminal of the resistor R1, the stationary electrode 8' 'is connected to the first terminal of the resistor R2. The second terminals of the resistors R1 and R2 are connected together and connected to the output of an alternating current source with voltage Un, the second output of which is connected to a common wire. The movable electrode of the differential capacitive position transducer is also connected to the common wire in the form of an electrically conductive surface of the
Акселерометр работает следующим образом. При наличии линейного ускорения под действием инерционной силы происходит изменение углового положения подвижной части 4, в результате чего изменяются емкости, образованные неподвижными электродами 8', 8'' и подвижным электродом дифференциального емкостного преобразователя положения. На вход усилителя 23 поступает сигнал, который после преобразования и усиления подается на компенсационную катушку 10. В магнитоэлектрическом силовом преобразователе создается компенсационная сила, уравновешивающая инерционную силу, а ток в компенсационной катушке 10 является мерой линейного ускорения.The accelerometer works as follows. In the presence of linear acceleration under the influence of inertial force, the angular position of the
При вибрационных воздействиях угловые колебания части подвижной части 4 выше оси подвеса 21-21 пропорциональны моменту сил инерции M1 относительно оси подвеса 21-21, действующих на часть подвижной части 4 выше оси подвеса 21-21. Угловые колебания части подвижной части 4 ниже оси подвеса 21-21 пропорциональны моменту сил инерции М2 относительно оси подвеса 21-21, действующих на часть подвижной части 4 ниже оси подвеса 21-21. Так как на подвижной части 4 выше оси подвеса 21-21 расположен груз 14, то M1>М2. Следовательно, угловые колебания части подвижной части 4 выше оси подвеса 21-21 будут больше угловых колебаний части подвижной части 4 ниже оси подвеса 21-21. Выравнивание угловых колебаний частей подвижной части 4 выше и ниже оси подвеса 21-21 осуществляется за счет создания разности сил давлений газовой пленки, действующих на подвижную часть 4 выше и ниже оси подвеса 21-21. Так как давление пропорционально площади, то площадь S1 части второй пластины 7 выше оси подвеса 21-21 выполнена меньшей площади S2 части второй пластины 7 ниже оси подвеса 21-21 исходя из условияUnder vibrational influences, the angular vibrations of the part of the moving
Площадь S1 части второй пластины 7 выше оси подвеса 21-21The area S 1 of the part of the
гдеWhere
r - радиус второй пластины 7,r is the radius of the
α - центральный угол дуги между точками "а" и "б" пересечения отрезком прямой линии 22 внешней поверхности второй пластины 7 по ее окружности (фиг.3).α is the central angle of the arc between the points "a" and "b" of intersection by a segment of a
Площадь S2 части второй пластины 7 ниже оси подвеса 21-21:The area S 2 of the part of the
Представим, чтоImagine that
тогдаthen
отсюдаfrom here
обозначимdenote
гдеWhere
K - коэффициент.K is the coefficient.
Выражение (3) преобразуется к виду Expression (3) is converted to the form
отсюдаfrom here
Расстояние f от оси подвеса 21-21 прямолинейной стороны 22 второй пластины 7:The distance f from the suspension axis 21-21 of the
При подстановке (11) в (12) получаемSubstituting (11) into (12), we obtain
При выполнении в соответствии с выражением (13) расстояния f прямолинейной стороны 22 второй пластины 7 от оси подвеса 21-21 происходит выравнивание угловых перемещений частей подвижной части 4 первой пластины 3 при вибрационном воздействии. Поэтому подвижная часть 4 сохраняет свое угловое положение относительно неподвижных электродов 8' и 8'', что исключает угловое перемещение компенсационной катушки 10 относительно постоянного магнита 9. Сохранение положения компенсационной катушки 10 относительно постоянного магнита 9 обеспечивает неизменность нелинейности градуировочной характеристики акселерометра, обусловленной соленоидным эффектом. В результате при вибрационном воздействии минимизируется вибрационная погрешность, что повышает точность акселерометра.When, in accordance with expression (13), the distance f of the
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2051542, кл. G01P 15/13. Компенсационный акселерометр. 1994 г.1. RF patent No. 2051542, cl. G01P 15/13. Compensation Accelerometer. 1994
2. Патент РФ №2193209, кл. G01P 15/13. Компенсационный акселерометр. 2001 г.2. RF patent No. 2193209, cl. G01P 15/13. Compensation Accelerometer. 2001 year
Claims (1)
где
r - радиус второй пластины;
К - коэффициент
где
M1 - момент сил инерции, действующих на часть подвижной части первой пластины, расположенной выше оси подвеса;
М2 - момент сил инерции, действующих на часть подвижной части первой пластины, расположенной ниже оси подвеса. An accelerometer comprising a housing with a flange designed for mounting along the acceleration vector, a first plate with an external moving part, an internal fixed part and connecting elastic bridges along the suspension axis, a differential capacitive position transducer with a moving electrode in the form of an electrically conductive surface of the first plate and two fixed electrodes on a second plate located on one side of the fixed part of the first plate, a third plate on the other side of the fixed parts of the first plate, a magnetoelectric power converter with a permanent magnet on the housing from the side of the second plate and mounted on the movable part of the first plate by means of weights by a compensation coil from the side of the second plate, a load on the movable part of the first plate from the side of the third plate, an amplifier, at least one of the sides of the second plate is made rectilinear and parallel to the axis of the suspension, the plane of the flange is parallel to the surface of the outer movable part of the first plate, characterized in that the load on the movable part of the first plate from the side of the third plate is located above the suspension axis relative to the gravity acceleration vector, the side of the part of the second plate is higher than the suspension axis, the distance f of the straight side of the second plate from the suspension axis is made in accordance with the ratio:
Where
r is the radius of the second plate;
K - coefficient
Where
M 1 - moment of inertia acting on part of the moving part of the first plate located above the suspension axis;
M 2 - the moment of inertial forces acting on part of the movable part of the first plate located below the axis of the suspension.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012150511/28A RU2514150C1 (en) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012150511/28A RU2514150C1 (en) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Accelerometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2514150C1 true RU2514150C1 (en) | 2014-04-27 |
Family
ID=50515533
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012150511/28A RU2514150C1 (en) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Accelerometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2514150C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2627014C1 (en) * | 2016-07-27 | 2017-08-02 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" (Госкорпорация "РОСКОСМОС") | Satellite accelerometer |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2039994C1 (en) * | 1993-04-21 | 1995-07-20 | Раменское приборостроительное конструкторское бюро | Compensation accelerometer |
RU2121694C1 (en) * | 1997-05-28 | 1998-11-10 | Акционерное общество Раменское приборостроительное конструкторское бюро | Compensation accelerometer |
US6422076B1 (en) * | 1999-06-23 | 2002-07-23 | Agency For Defense Development | Compensation pendulous accelerometer |
RU2193209C1 (en) * | 2001-08-21 | 2002-11-20 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Compensation accelerometer |
RU2249221C1 (en) * | 2003-07-31 | 2005-03-27 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") | Compensation accelerometer |
-
2012
- 2012-11-26 RU RU2012150511/28A patent/RU2514150C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2039994C1 (en) * | 1993-04-21 | 1995-07-20 | Раменское приборостроительное конструкторское бюро | Compensation accelerometer |
RU2121694C1 (en) * | 1997-05-28 | 1998-11-10 | Акционерное общество Раменское приборостроительное конструкторское бюро | Compensation accelerometer |
US6422076B1 (en) * | 1999-06-23 | 2002-07-23 | Agency For Defense Development | Compensation pendulous accelerometer |
RU2193209C1 (en) * | 2001-08-21 | 2002-11-20 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Compensation accelerometer |
RU2249221C1 (en) * | 2003-07-31 | 2005-03-27 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") | Compensation accelerometer |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2627014C1 (en) * | 2016-07-27 | 2017-08-02 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" (Госкорпорация "РОСКОСМОС") | Satellite accelerometer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106629571B (en) | A Weakly Coupled MEMS Resonant Accelerometer Based on Mode Localization Effect | |
JP5972965B2 (en) | Accelerometer system and method | |
CN101592678A (en) | A kind of flexible pendulous accelerometer | |
CN103292787A (en) | Tilt angle sensor | |
JPS5952365B2 (en) | Measuring device that can be used for angle measurement or acceleration measurement | |
RU2514150C1 (en) | Accelerometer | |
EP1831701A1 (en) | Super invar magnetic return path for high performance accelerometers | |
RU2410703C1 (en) | Linear microaccelerometre | |
RU2566655C1 (en) | Measurement of apparent acceleration and piezoelectric accelerometer to this end | |
RU2559154C2 (en) | Compensation-type pendulum accelerometer | |
RU2545469C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2193209C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2514151C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2233451C2 (en) | Compensating accelerometer | |
RU120235U1 (en) | COMPENSATION ACCELEROMETER WITH AN OPTICAL ANGLE SENSOR | |
RU17733U1 (en) | COMPENSATION ACCELEROMETER | |
RU2028000C1 (en) | Compensating accelerometer | |
RU2485524C2 (en) | Accelerometer | |
RU2638919C1 (en) | Electronic system of compensation accelerometer | |
RU2776595C1 (en) | Compensatory accelerometer moment sensor | |
RU2800399C1 (en) | Angular accelerometer sensing element | |
RU2758892C1 (en) | Compensation pendulum accelerometer | |
KR101264771B1 (en) | Accelerometer with silicon pendulum assembly which improves scale factor linearity under high-g acceleration | |
RU2796125C1 (en) | Accelerometer | |
RU2121694C1 (en) | Compensation accelerometer |