RU2580637C1 - Емкостный датчик перемещений - Google Patents
Емкостный датчик перемещений Download PDFInfo
- Publication number
- RU2580637C1 RU2580637C1 RU2014151044/28A RU2014151044A RU2580637C1 RU 2580637 C1 RU2580637 C1 RU 2580637C1 RU 2014151044/28 A RU2014151044/28 A RU 2014151044/28A RU 2014151044 A RU2014151044 A RU 2014151044A RU 2580637 C1 RU2580637 C1 RU 2580637C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- movable electrode
- electrode
- axis
- electrodes
- displacement sensor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано в МЭМС акселерометрах и гироскопах. Емкостный датчик перемещений содержит широтно-импульсный модулятор, подвижный электрод и выполненные на изоляционных обкладках неподвижные электроды, размещенные симметрично относительно подвижного электрода с одинаковыми зазорами, каждый неподвижный электрод разделен пополам, а одинаковые части, размещенные с разных сторон подвижного электрода на одинаковом расстоянии от оси качания, соединены между собой перекрестно и составляют два дифференциально включенных измерительных конденсатора, которые при равных зазорах имеют одинаковую емкость, при этом неподвижные электроды, находящиеся на одной изоляционной обкладке, разделены асимметрично относительно оси качания и перекрывают всю площадь подвижного электрода, а ответные неподвижные электроды выполнены симметрично относительно плоскости подвижного электрода. Технический результат - повышение чувствительности и точности преобразователя перемещений. 3 ил.
Description
Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано в МЭМС акселерометрах и гироскопах.
Известен датчик [1] перемещений, содержащий дифференциальные емкости, соединенные с чувствительным элементом, и синхронный детектор.
Недостатком известного устройства является низкая точность, связанная с тем, что при наличии двух движений подвижного узла вместе с подвижным электродом, например линейного и углового, эти движения взаимно влияют друг на друга, внося тем самым погрешность в измерения.
Наиболее близким к заявленному изобретению является преобразователь [2] перемещений, содержащий широтно-импульсный модулятор, подвижный электрод, выполненный на пластине проводящего монокремния, соединенный с объектом измерения перемещений, два неподвижных проводящих электрода, выполненных на изоляционных обкладках, размещенных симметрично относительно подвижного электрода с одинаковыми зазорами, каждый неподвижный электрод разделен пополам, а одинаковые части, размещенные с разных сторон подвижного электрода на одинаковом расстоянии от оси качания, соединены между собой перекрестно и составляют два дифференциально включенных измерительных конденсатора, которые при равных зазорах имеют одинаковую емкость.
Недостатком известного устройства является то, что при произвольном выборе оси качания, разбиение неподвижных электродов пополам не приводит к повышению точности, так как принцип измерения не выполняется. На фиг. 1 показана конструкция емкостного датчика перемещений с осью 5 качания, лежащей вне площади подвижного электрода. При перекрестном соединении измерительных конденсаторов 1, 2 и 3, 4 резко падает точность измерения углового перемещения подвижного электрода, т.к. измерение емкости дифференциальных конденсаторов минимально. Точность повышается только в случае, когда неподвижные электроды разделены осью 5 качания пополам (фиг. 2), т.е. ось качания является осью симметрии неподвижных электродов. При угловом движении подвижного электрода дифференциальное изменение емкостей 1, 2 и 3, 4 будет максимальным.
Еще одним недостатком является то, что площадь неподвижных обкладок не полностью перекрывает площадь подвижного электрода, что снижает емкость измерительных конденсаторов и тем самым уменьшает точность и чувствительность датчика перемещений.
Технический результат заключается в повышении чувствительности и точности преобразователя перемещений.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является увеличение емкости измерительных конденсаторов за счет увеличения площадей неподвижных электродов до границ подвижной массы.
Поставленная задача решается за счет того, что в емкостном датчике перемещений, содержащем широтно-импульсный модулятор, подвижный электрод и выполненные на изоляционных обкладках неподвижные электроды, размещенные симметрично относительно подвижного электрода с одинаковыми зазорами, каждый неподвижный электрод разделен пополам, а одинаковые части, размещенные с разных сторон подвижного электрода на одинаковом расстоянии от оси качания, соединены между собой перекрестно и составляют два дифференциально включенных измерительных конденсатора, которые при равных зазорах имеют одинаковую емкость, в соответствии с изобретением неподвижные электроды, находящиеся на одной изоляционной обкладке, разделены асимметрично относительно оси качания и перекрывают всю площадь подвижного электрода, а ответные неподвижные электроды выполнены симметрично относительно плоскости подвижного электрода.
Одним отличительным признаком изобретения является то, что неподвижные электроды, находящиеся на одной изоляционной обкладке, разделены асимметрично относительно оси качания.
Еще одним отличительным признаком изобретения является то, что неподвижные электроды, размещенные симметрично относительно подвижного электрода с одинаковыми зазорами, перекрывают всю площадь подвижного электрода.
На фиг. 3 представлена конструкция емкостного датчика перемещений, состоящего из двух изоляционных обкладок 6, подвижной массы 7. Подвижная масса закреплена на неподвижном основании посредством упругого подвеса, который может быть выполнен для работы как на изгиб, так и на кручение. На изоляционных обкладках выполнены пары неподвижных электродов 1, 2 и 3, 4 различной площади, перекрывающие всю площадь подвижного электрода.
Устройство работает следующим образом. Под действием ускорения по измерительной оси 8 подвижная масса 7 совершает сложное движение - угловое вокруг оси 5 за счет массы небаланса 9 и плоскопараллельное относительно плоскости неподвижных электродов. Так как информацию о проекции ускорения на измерительную ось 5 в линейном виде несет только угловое перемещение подвижной массы, то в нее должна быть внесена масса небаланса 9 относительно оси 5 качания и, как следствие, не симметрия подвижной массы относительно оси 5.
Данная конструкция емкостного датчика перемещений является не чувствительной к линейному движению подвижной массы, т.к. перекрестное соединение неподвижных электродов 1, 2 и 3, 4 приводит к тому, что суммарные емкости дифференциальных конденсаторов моста остаются неизменными. Угловое движение подвижной массы вызывает небаланс дифференциального моста, соединенного с входом широтно-импульсного модулятора.
Источники информации
1. Мокров Е.А., Папко А.А. Акселерометры НИИ физических измерений - элементы микросистемотехники // Микросистемная техника. 2002. №1. С. 3-9.
2. Патент РФ №2521141. Емкостный датчик перемещений.
Claims (1)
- Емкостный датчик перемещений, содержащий широтно-импульсный модулятор, подвижный электрод и выполненные на изоляционных обкладках неподвижные электроды, размещенные симметрично относительно подвижного электрода с одинаковыми зазорами, каждый неподвижный электрод разделен пополам, а одинаковые части, размещенные с разных сторон подвижного электрода на одинаковом расстоянии от оси качания, соединены между собой перекрестно и составляют два дифференциально включенных измерительных конденсатора, которые при равных зазорах имеют одинаковую емкость, отличающийся тем, что неподвижные электроды, находящиеся на одной изоляционной обкладке, разделены асимметрично относительно оси качания и перекрывают всю площадь подвижного электрода, а ответные неподвижные электроды выполнены симметрично относительно плоскости подвижного электрода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014151044/28A RU2580637C1 (ru) | 2014-12-16 | 2014-12-16 | Емкостный датчик перемещений |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014151044/28A RU2580637C1 (ru) | 2014-12-16 | 2014-12-16 | Емкостный датчик перемещений |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2580637C1 true RU2580637C1 (ru) | 2016-04-10 |
Family
ID=55794186
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014151044/28A RU2580637C1 (ru) | 2014-12-16 | 2014-12-16 | Емкостный датчик перемещений |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2580637C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108709493A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-10-26 | 华侨大学 | 多环并联式电容角位移传感器 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU872944A1 (ru) * | 1979-10-08 | 1981-10-15 | Предприятие П/Я Г-4897 | Емкостный датчик угловых перемещений |
US20040035206A1 (en) * | 2002-03-26 | 2004-02-26 | Ward Paul A. | Microelectromechanical sensors having reduced signal bias errors and methods of manufacturing the same |
US20110291644A1 (en) * | 2010-05-28 | 2011-12-01 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity sensor and electronic apparatus |
RU2521141C2 (ru) * | 2012-08-27 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Емкостный датчик перемещений |
-
2014
- 2014-12-16 RU RU2014151044/28A patent/RU2580637C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU872944A1 (ru) * | 1979-10-08 | 1981-10-15 | Предприятие П/Я Г-4897 | Емкостный датчик угловых перемещений |
US20040035206A1 (en) * | 2002-03-26 | 2004-02-26 | Ward Paul A. | Microelectromechanical sensors having reduced signal bias errors and methods of manufacturing the same |
US20110291644A1 (en) * | 2010-05-28 | 2011-12-01 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity sensor and electronic apparatus |
RU2521141C2 (ru) * | 2012-08-27 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Емкостный датчик перемещений |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108709493A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-10-26 | 华侨大学 | 多环并联式电容角位移传感器 |
CN108709493B (zh) * | 2018-07-18 | 2024-02-27 | 华侨大学 | 多环并联式电容角位移传感器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI570053B (zh) | 電容式微機械感測器結構以及微機械加速度計 | |
US10330471B2 (en) | Triaxial micro-electromechanical gyroscope | |
JP6583547B2 (ja) | 改良型微小電気機械加速度測定装置 | |
JP6344928B2 (ja) | 荷重センサシステム | |
JP2018531377A6 (ja) | 改良型微小電気機械加速度測定装置 | |
CN112485470B (zh) | 低噪声多轴微机电系统加速度计 | |
RU2580637C1 (ru) | Емкостный датчик перемещений | |
CN104535797B (zh) | 一种单片双轴蝶翼式微机械加速度计 | |
JPWO2015145489A1 (ja) | 加速度センサ、および加速度または振動検出方法 | |
US9581613B2 (en) | Micromechanical acceleration sensor | |
RU2543686C1 (ru) | Микромеханический акселерометр | |
RU2566655C1 (ru) | Способ измерения кажущегося ускорения и пьезоэлектронный акселерометр для его реализации | |
RU2521141C2 (ru) | Емкостный датчик перемещений | |
CN107532903B (zh) | 转动速率传感器和方法 | |
US10345323B2 (en) | Thermally balanced differential accelerometer | |
TW201544444A (zh) | 具有框架之微機電結構 | |
RU2692122C1 (ru) | Твердотельный датчик линейных ускорений | |
RU152289U1 (ru) | Микроэлектромеханический осевой акселерометр | |
RU145001U1 (ru) | Чувствительный элемент интегрального акселерометра | |
US20180299270A1 (en) | Mems device | |
EP3001211B1 (en) | Resonant magnetic field sensor | |
RU204922U1 (ru) | Чувствительный элемент трехосевого микромеханического акселерометра | |
RU2795747C1 (ru) | Трёхкомпонентный пьезоэлектрический акселерометр | |
RU190397U1 (ru) | Микромеханический осевой акселерометр | |
RU160457U1 (ru) | Чувствительный элемент интегрального акселерометра |