RU2552553C1

RU2552553C1 - Линейный акселерометр

Info

Publication number: RU2552553C1
Application number: RU2013157237/28A
Authority: RU
Inventors: Анастасия Юрьевна Чикина
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2015-06-10

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике. Акселерометр содержит кремниевую подложку, на которую нанесен пьезоэлектрический слой, например, из окиси цинка в виде прямоугольной вытянутой дорожки. С обеих сторон пьезоэлектрической дорожки и в ее середине установлены встречно-штыревые электроды. На центральный электрод подается электрический импульс, который распространяется со скоростью звука от центрального электрода к внешним. Одновременно под действием внешнего линейного ускорения акустическая волна ускоряется или замедляется в зависимости от направления векторов скорости звука и действующего внешнего линейного ускорения. При отсутствии ускорения импульс от центрального электрода к внешним приходит одновременно, при действии ускорения - в разное время. Разность времен прохождения мерных участков акустической волной прямо пропорциональна действующему ускорению. Изобретение обеспечивает повышение точности измерений. 1 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться для создания датчиков линейных ускорений.

Известен микромеханический датчик линейных ускорений [1], который содержит чувствительный элемент маятникого типа из монокремния и тензорезисторы на поверхностных акустических волнах (ПАВ), размещенные на упругом подвесе маятника.

Недостатком известного датчика является температурная нестабильность нулевого сигнала и коэффициента крутизны статической характеристики из-за сильной зависимости характеристик преобразователей на ПАВ от температуры.

Наиболее близким к заявляемому изобретению может служить акселерометр на ПАВ, содержащий подложку из монокремния, на которой сформирован пьезоэлектрический слой в виде вытянутой прямоугольной дорожки [2].

Недостатком данного акселерометра на ПАВ является низкая точность и надежность вследствие сложности устройства, в котором необходимо иметь подвижный узел в виде маятника и электронный блок, выявляющий перемещения маятника.

Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности акселерометра.

Технический результат - повышение точности измерений. Этот технический результат достигается тем, что в акселерометр введены три одинаковых встречно-штыревых электрода, первый и второй из которых размещены по краям пьезоэлектрического слоя, а третий - в его середине, одновибратор, выход которого соединен с третьим встречно-штыревым электродом, первый и второй приемники ультразвукового сигнала и управляющее устройство, входы первого и второго приемников ультразвукового сигнала соединены, соответственно, с первым и вторым встречно-штыревыми электродами, выходы приемников соединены с первым и вторым входами управляющего устройства, а выход управляющего устройства соединен со входом одновибратора.

К существенному отличию заявленного устройства, по сравнению с известным, относится то, что оно реализуется без подвижного узла с исключением упругих подвесов, которые обычно вносят основные погрешности.

Предлагаемый линейный акселерометр иллюстрируется чертежом. Акселерометр содержит подложку 1 из монокремния, одинаковые первый и второй встречно-штыревые электроды 2, 3, третий встречно-штыревой электрод 4, пьезоэлектрический слой 5, первый и второй приемники ультразвукового сигнала 6 и 7, управляющее устройство 8 и одновибратор 9.

На подложке 1 из монокремния нанесен пьезоэлектрический слой 5, например из окиси цинка, в виде прямоугольной вытянутой дорожки. На обоих концах пьезоэлектрической дорожки установлены первый и второй встречно-штыревые электроды 2 и 5. Аналогичный третий встречно-штыревой электрод 4 установлен в средине пьезоэлектрического слоя. Встречно-штыревой электрод 4 соединен с выходом одновибратора 9, а вход одновибратора 9 соединен с выходом управляющего устройства 8. Выходы первого и второго встречно-штыревых электродов 2 и 3 соединены, соответственно, с первым и вторым входами управляющего устройства 8.

На встречно-штыревой электрод 4 подается электрический импульс от одновибратора 9, который распространяется от него со скоростью звука к первому и второму встречно-штыревым электродам 2 и 3, которые соединены с первым и вторым приемниками 6 и 7 акустического давления. Одновременно под действием внешнего линейного ускорения акустическая волна ускоряется или замедляется в зависимости от направления векторов скорости звука и действующего внешнего линейного ускорения. Так, при совпадении векторов скорости звука и внешнего линейного ускорения время прохождения мерного участка определяется зависимостью:

где L - длина мерного участка, определяемая как расстояние между электродом 4 и встречно-штыревыми электродами 2,3; а - скорость распространения звука в пьезоэлектрической подложке;

\ddot{x}

- внешнее линейное ускорение.

При несовпадении векторов скорости звука и внешнего линейного ускорения время прохождения мерного участка определяется зависимостью:

Из формул (1) и (2) величина линейного ускорения определяется в следующем виде:

При отсутствии ускорения импульс от центрального электрода к внешним приходит одновременно, при действии ускорения - в разное время.

Анализ аналогов показывает, что предлагаемое решение соответствует критерию «новизна», технический результат, достигаемый совокупностью признаков, свидетельствует о соответствии критерию «изобретательский уровень», лабораторные испытания свидетельствуют о промышленной применимости.

Источники информации

1. Патент России, №2126161, МПК G01P 15/13, опубл. 10.02.1999.

2. Паршин В.А., Харитонов В.И. Особенности технологии мультисенсорных датчиков с нелегированными упругими подвесами // Датчики и системы. 2002. №2. С.22-24.

Claims

Линейный акселерометр, содержащий подложку из монокремния, на которой сформирован пьезоэлектрический слой в виде вытянутой прямоугольной дорожки, отличающийся тем, что в акселерометр введены три одинаковых встречно-штыревых электрода, первый и второй из которых размещены по краям пьезоэлектрического слоя, а третий - в его середине, одновибратор, выход которого соединен с третьим встречно-штыревым электродом, первый и второй приемники ультразвукового сигнала и управляющее устройство, входы первого и второго приемников ультразвукового сигнала соединены, соответственно, с первым и вторым встречно-штыревыми электродами, выходы приемников соединены с первым и вторым входами управляющего устройства, а выход управляющего устройства соединен со входом одновибратора.