RU2712993C1 - Способ управления электростатическим подвесом инерционной массы - Google Patents
Способ управления электростатическим подвесом инерционной массы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2712993C1 RU2712993C1 RU2019104603A RU2019104603A RU2712993C1 RU 2712993 C1 RU2712993 C1 RU 2712993C1 RU 2019104603 A RU2019104603 A RU 2019104603A RU 2019104603 A RU2019104603 A RU 2019104603A RU 2712993 C1 RU2712993 C1 RU 2712993C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inertial mass
- voltage
- electrode
- suspension
- zero
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке электростатического подвеса инерционной массы чувствительных элементов инерциальных систем. Способ управления электростатическим подвесом инерционной массы дополнительно содержит этапы, на которых в формируемом импульсном напряжении создают длительность импульсов пропорционально величине откорректированного напряжения, затем, если откорректированное напряжение больше нуля и инерционная масса удаляется от первого электрода подвеса, сформированное импульсное напряжение подают на первый электрод, а на второй электрод, расположенный с противоположной стороны инерционной массы, подают напряжение равное нулю, если откорректированное напряжение меньше нуля и инерционная масса удаляется от второго электрода подвеса, сформированное импульсное напряжение подают на второй электрод, а на первый электрод подают напряжение равное нулю, при нахождении инерционной массы в центре зазора между электродами на них подают нулевые напряжения. Технический результат – повышение надежности функционирования электростатического подвеса инерционной массы.
Description
Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке электростатического подвеса инерционной массы чувствительных элементов инерциальных систем, в частности, инерционной массы электростатических акселерометров, предназначенных для измерения линейных ускорений.
Известен способ управления электростатическим подвесом (далее - подвесом) инерционной массы [Васюков С.А., Дробышев Г.Ф. Теория и применение электростатических подвесов // Издательство МГТУ им. Баумана, 2009, стр. 103]. Согласно этому способу инерционную массу располагают между электродами, затем преобразуют смещение инерционной массы из центра зазора к одному из электродов в напряжение, которое подвергают частотной коррекции (далее - в откорректированное напряжение). Формируют импульсное напряжение с постоянной амплитудой импульсов Uo и периодом To их следования, с длительностью импульсов равной половине периода. Далее длительность импульсов, равную То/2, уменьшают на величину, пропорциональную откорректированному напряжению, и в течение времени от 0 до То/2 сформированное импульсное напряжение подают на электрод подвеса, к которому произошло смещение инерционной массы. Затем длительность импульсов, равную То/2, увеличивают на величину, пропорциональную откорректированному напряжению, и в промежуток времени от То/2 до To подают на другой электрод подвеса, расположенный с противоположной стороны инерционной массы. Из-за длительности действия силы со стороны противоположного электрода инерционная масса возвращается в центр зазора между электродами.
Недостатком указанного способа является низкая точность удержания инерционной массы в центре подвеса. Указанный недостаток обусловлен колебаниями инерционной массы, вызванными тем, что в промежуток времени от 0 до То/2 сформированное импульсное напряжение подают на один электрод, а в промежуток времени от То/2 до To на другой электрод, установленный с противоположной стороны инерционной массы. При этом сначала на инерционную массу со стороны подвеса действует сила в одном направлении, затем в другом, противоположном направлении, приводя инерционную массу к колебаниям с периодом To.
Известен способ управления электростатическим подвесом инерционной массы, который принимаем за прототип [Васюков С.А., Дробышев Г.Ф. Теория и применение электростатических подвесов // Издательство МГТУ им. Баумана, 2009, стр. 102, 211]. Согласно этому способу инерционную массу располагают между электродами, затем преобразуют смещение массы из центра зазора к одному из электродов в напряжение, которое подвергают частотной коррекции. Формируют импульсное напряжение с постоянной амплитудой импульсов Uo и с постоянным периодом их следования To и с длительностью импульса равной половине периода. Далее, в зависимости от знака откорректированного напряжения, который определяет направление смещения инерционной массы, уменьшают или увеличивают длительность импульса, равную То/2, на величину AT, пропорциональную откорректированному напряжению. Сформированное импульсное напряжение подают на электрод, к которому произошло смещение инерционной массы. Одновременно на другой электрод, расположенный с противоположной стороны инерционной массы, подают сформированное импульсное напряжение с длительностью импульсов То/2, увеличенной или уменьшенный на величину ΔT, пропорциональную откорректированному напряжению. Сформированные напряжения, поданные одновременно на электроды подвеса, создают силы, действующие с двух сторон на инерционную массу. При этом из-за большей длительности действия силы со стороны противоположного электрода инерционная масса возвращается в центр зазора между электродами. На электроды подаются импульсные напряжения с одинаковой длительностью импульсов.
Недостатком указанного способа является низкая надежность подвеса. Указанный недостаток обусловлен наличием вероятности возбуждения подвеса, потери его работоспособности из-за наличия в подвесе положительной обратной связи. Так, в соответствии с реализованным в прототипе алгоритмом управления, при действии на инерционную массу внешнего ускорения, со стороны подвеса возникает сила, создающая ускорение A инерционной массы, компенсирующее действие внешнего ускорения:
где: Co - емкость между электродом подвеса и инерциальной массой при ее центральном расположении в зазоре;
do - расстояние между электродом и инерционной массой при центральном расположении инерционной массы в зазоре;
mo - инерционная масса;
Δх - величина смещения инерционной массы из центра зазора.
Приα<<1 имеем:
Член выражения (2), содержащий отношение определяет отрицательную обратную связь, возвращающую инерционную массу в центр зазора. Второй член «+α» определяет положительную обратную связь. При подвес неустойчив. При этом инерционная масса переместится к одному из электродов и останется там. Подвес прекращает функционирование.
Решаемой технической проблемой заявляемого изобретение является совершенствование способа управления электростатическим подвесом инерционной массы.
Достигаемый технический результат - повышение надежности функционирования электростатического подвеса инерционной массы.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе управления электростатическим подвесом инерционной массы, включающем размещение инерционной массы в зазоре между электродами подвеса, преобразование смещения инерционной массы из центрального положения в зазоре в напряжение, которое подвергают частотной коррекции, определение по знаку откорректированного напряжения направления смещения инерционной массы, формирование импульсного напряжения с постоянной амплитудой импульсов и постоянным периодом их следования, в формируемом импульсном напряжении дополнительно:
- создают длительность импульсов пропорционально величине откорректированного напряжения,
- затем, если откорректированное напряжение больше нуля и инерционная масса удаляется от первого электрода подвеса, сформированное импульсное напряжение подают на первый электрод, а на второй электрод, расположенный с противоположной стороны инерционной массы, подают напряжение равное нулю; если откорректированное напряжение меньше нуля и инерционная масса удаляется от второго электрода подвеса, сформированное импульсное напряжение подают на второй электрод, а на первый электрод подают напряжение равное нулю,
- при нахождении инерционной массы в центре зазора между электродами на них подают нулевые напряжения.
Реализация предлагаемого способа происходит следующим образом. Инерционную массу размещают в зазоре между электродами подвеса. Преобразуют смещение инерционной массы из середины зазора в напряжение, которое затем подвергают частотной коррекции. По знаку откорректированного напряжения определяют направление смещения массы. Формируют импульсное напряжение с постоянной амплитудой Uo импульсов и постоянным периодом To их следования. В формируемом импульсном напряжении создают длительность ΔT импульсов пропорционально величине откорректированного напряжения. Затем, если откорректированное напряжение больше нуля (инерционная масса удаляется от первого электрода подвеса) сформированное импульсное напряжение подают на первый электрод, а на второй электрод, расположенный с противоположной стороны инерционной массы, подают напряжение равное нулю; если откорректированное напряжение меньше нуля (инерционная масса удаляется от второго электрода подвеса) сформированное импульсное напряжение подают на второй электрод, а на первый электрод подают напряжение равное нулю.
При действии на инерционную массу внешнего ускорения оно парируется ускорением А', создаваемым подвесом только со стороны одного электрода:
Данное выражение получено из формулы (1) с учетом измененного алгоритма управления.
Член выражения (4), содержащий отношение определяет отрицательную обратную связь, возвращающую инерционную массу в центр зазора. Член, характеризующий положительную обратную связь, отсутствует. Отсутствие положительной обратной связи исключает возможность возбуждения подвеса и потери его работоспособности.
Таким образом, поставленная цель достигнута.
На предприятии предлагаемая реализация способа проверена при испытаниях экспериментального образца электростатического акселерометра.
Claims (1)
- Способ управления электростатическим подвесом инерционной массы, включающий размещение инерционной массы в зазоре между электродами подвеса, преобразование смещения инерционной массы из центрального положения в зазоре в напряжение, которое подвергают частотной коррекции, определение по знаку откорректированного напряжения направления смещения инерционной массы, формирование импульсного напряжения с постоянной амплитудой импульсов и постоянным периодом их следования, отличающийся тем, что в формируемом импульсном напряжении создают длительность импульсов пропорционально величине откорректированного напряжения, затем, если откорректированное напряжение больше нуля и инерционная масса удаляется от первого электрода подвеса, сформированное импульсное напряжение подают на первый электрод, а на второй электрод, расположенный с противоположной стороны инерционной массы, подают напряжение равное нулю, если откорректированное напряжение меньше нуля и инерционная масса удаляется от второго электрода подвеса, сформированное импульсное напряжение подают на второй электрод, а на первый электрод подают напряжение равное нулю, при нахождении инерционной массы в центре зазора между электродами на них подают нулевые напряжения.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019104603A RU2712993C1 (ru) | 2019-02-18 | 2019-02-18 | Способ управления электростатическим подвесом инерционной массы |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019104603A RU2712993C1 (ru) | 2019-02-18 | 2019-02-18 | Способ управления электростатическим подвесом инерционной массы |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2712993C1 true RU2712993C1 (ru) | 2020-02-03 |
Family
ID=69624850
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019104603A RU2712993C1 (ru) | 2019-02-18 | 2019-02-18 | Способ управления электростатическим подвесом инерционной массы |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2712993C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1760461A1 (ru) * | 1990-01-25 | 1992-09-07 | Серпуховское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск им.Ленинского комсомола | Устройство дл измерени ускорени |
RU2175114C2 (ru) * | 1998-07-28 | 2001-10-20 | Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Измеритель перемещения тела |
US9645167B2 (en) * | 2011-05-05 | 2017-05-09 | Cornell University | Calibration apparatus, methods and applications |
-
2019
- 2019-02-18 RU RU2019104603A patent/RU2712993C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1760461A1 (ru) * | 1990-01-25 | 1992-09-07 | Серпуховское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск им.Ленинского комсомола | Устройство дл измерени ускорени |
RU2175114C2 (ru) * | 1998-07-28 | 2001-10-20 | Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Измеритель перемещения тела |
US9645167B2 (en) * | 2011-05-05 | 2017-05-09 | Cornell University | Calibration apparatus, methods and applications |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Васюков С.А., Дробышев Г.Ф. Теория и применение электростатических подвесов. Издательство МГТУ им. Баумана, 2009, стр. 102, 211. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3120158B1 (en) | Accelerometers | |
KR102309952B1 (ko) | 가속도계 폐쇄 루프 제어 시스템 및 방법 | |
US10578435B2 (en) | Quality factor compensation in microelectromechanical system (MEMS) gyroscopes | |
US8917099B2 (en) | Anti-capture method and apparatus for micromachined devices | |
KR102421386B1 (ko) | 가속도계 | |
IT1251453B (it) | Strumento, ad esempio accelerometro, a bilanciamento di forze, con controllo delle cariche elettrostatiche. | |
RU2712993C1 (ru) | Способ управления электростатическим подвесом инерционной массы | |
US11662361B2 (en) | Methods for closed loop operation of capacitive accelerometers | |
EP3816636A1 (en) | Methods for closed loop operation of capacitive accelerometers | |
JP2006023287A (ja) | 圧電体を用いたジャーク(加加速度)の測定方法 | |
KR101313267B1 (ko) | 토크 구동 회로 | |
Wolter et al. | Torsional stress, fatigue and fracture strength in silicon hinges of a micro scanning mirror | |
US6769304B2 (en) | Reduced start time for MEMS gyroscope | |
Lewis et al. | Mathematical model for a micromachined accelerometer | |
US6691572B1 (en) | Acceleration measuring device with pulse width modulation resetting | |
RU2683810C1 (ru) | Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр | |
RU2573616C1 (ru) | Инерциальный элемент | |
US8893563B1 (en) | Differential capacitance torque sensor | |
JP2005274457A (ja) | 加速度センサシステム | |
JPH109944A (ja) | 振動センサ | |
JP5038246B2 (ja) | 物理量検出センサと物理量検出装置とサーボ制御回路 | |
Dias et al. | Sensitivity linearization technique for a time based MEMS accelerometer | |
RU144998U1 (ru) | Чувствительный элемент микросистемного акселерометра | |
Hassan et al. | Design and simulation of a micromachined accelerometer | |
Tao et al. | Recovery procedure and bias shift analysis of MEMS high overload accelerometer due to shock |