SU1346058A3 - Трехосный электростатический акселерометр - Google Patents
Трехосный электростатический акселерометр Download PDFInfo
- Publication number
- SU1346058A3 SU1346058A3 SU843731145A SU3731145A SU1346058A3 SU 1346058 A3 SU1346058 A3 SU 1346058A3 SU 843731145 A SU843731145 A SU 843731145A SU 3731145 A SU3731145 A SU 3731145A SU 1346058 A3 SU1346058 A3 SU 1346058A3
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- plates
- inertial mass
- accelerometer
- electrodes
- housing
- 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
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/13—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by measuring the force required to restore a proofmass subjected to inertial forces to a null position
- G01P15/131—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by measuring the force required to restore a proofmass subjected to inertial forces to a null position with electrostatic counterbalancing means
-
- 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
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
-
- 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
- G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Multicomponent Fibers (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к компенсационным акселерометрам с электростатическими обратными преобразовател ми силы и подвесом чувствительного элемента. Цель изобретени - увеличение верхней границы диапазона измер емых ускорений. В устр-ве инерционна масса образована шестью пластинами с провод щими поверхност ми. Центральные части пластин образуют куб, а две боковые части каждой пластины образуют одинаковые плоские выступы, составл ющие с электродами корпуса электрические конденсаторы- датчики линейного и углового положени инерционной массы При наличии ускорени сигналы с датчиков преобразуютс корректирующими блоками в напр жени , пропорциональные линейному и угловому ускорени м и вл ющиес выходными сигналами акселерометра. Пластины могут быть укреплены на кубическом каркасе. 1 з.п, ф-лы, 7 ил. С Q СО с 00 4 05 О сл СХ) см
Description
Изобретение относитс к приборостроению , а именно к конструкции трехосного компенсационного акселерометра с электростатическими обратным преобразовател ми силы и подвесом чувствительного элемента (инерционной массы).
Целью изобретени вл етс увеличение верхней границы диапазона измер емых ускорений.
На фиг. 1 показан предлагаемый акселерометр, общий вид; на фиг.2 - первый вариант конструкции чувствительного элемента акселерометра; на фиг. 3 - то же, второй вариант; на фиг. 4 - сечение акселерометра пхюс- костью XOZ (фиг. 1); на фиг. 5 - то же, плоскостью YOZ (фиг. 1); на фиг. 6 - вид электродной пластины; на фиг. 7 - электрическа блок-схема одного контура компенсации акселерометра .
Трехосный электростатический акселерометр состоит из корпуса и расположенного в корпусе с возможностью перемещени относительно него чувствительного элемента (инерционной массы). Чувствительный элемент
акселерометра имеет два варианта кон- 30 между соответствующими электродами 2130 корпуса и инерционной массой. Дл снижени термочувствительности акселерометра поперечины 14-19 изготавливают из материала инерционной массы или другого имеющего такой же коэффициент температурного расширени материала .
35
струкции.
Чувствительный элемент по первому варианту состоит из шести одинаковых пр моугольных пластин (фиг. 2), расположенных с образованием трех пар параллельных и отсто щих одна от другой на некотором рассто нии пластин 1 и2, Зи4, 5и6. Плоскости пар пластин , взаимно перпендикул рны, средние части пластин, собранных в JQ чувствительный элемент, образуют куб, а выступающие за поверхность куба концы пластин - крыль . Пластины чувствительного элемента могут быть выполнены из легких
Кажда электродна пластина, например пластина 9 (фиг. 6), помимо активных электродов 23 и 24, которые одновременно служат дл емкостного определени положени чувствительного элемента акселерометра и дл созда45 ни электростатических сил обратного преобразовател и подвеса чувствительного элемента, имеет боковые металлизированные поверхности 31, нижнюю металлизированную поверхность 32,
сплавов алюмини , берилли , магни , титана и соединены между собой лазерной сваркой.
Чувствительный элемент по второму варианту также состоит из шести одинаковых пр моугольных пластин (фиг.З), расположенных аналогично пластинам в первом варианте конструкции, однако пластины соединены в чувствительном элементе посредствоь кубического каркаса 7. По второму варианту пластины выполн ют из изолирующего материала (оксид кремни , керамика) с металлизированной поверхностью и наклеивают на кубический каркас.
Корпус акселерометра состоит из трех пар электродных пластин 8 и 9, 10и11, 12и13 (фиг. 1), соединен, ных попарно поперечинами 14-19. Пластины 8 и 9 соединены в пару поперечинами 14 и 15, пластины 10 и 11 - перечинами 16 и 17, а пластины 12 и 13 - поперечинами 18 и 19 (фиг.1,4 и 5). Пластины 8-13 с поперечинами 14-19 вставлены одна в другую вокруг инерционной массы и укреплены друг
g относительно друга при помощи крепежной детали 20 (фиг. 1). Собранный узел прибора установлен внутрь герметичного кожуха.
На каждой паре электродных плас2Q тин 8-13 расположена система из четырех активных электродов: на пластинах 8 и 9 - электродь 21-24 (фиг.4 и 5); на пластинах 10 и 11 - электроды 25 и 26 и еще два электрода.(на
25 ЧФИГ.4 не показанных); на пластинах 12 и 13 - электроды 27 - 30 (фиг. 5) Поперечины 14-19 выполн ют функци калиброванных регулировочных прокладок дл фиксации рассто ний d и dj
35
JQ
JQ
Кажда электродна пластина, например пластина 9 (фиг. 6), помимо активных электродов 23 и 24, которые одновременно служат дл емкостного определени положени чувствительного элемента акселерометра и дл созда45 ни электростатических сил обратного преобразовател и подвеса чувствительного элемента, имеет боковые металлизированные поверхности 31, нижнюю металлизированную поверхность 32,
50 упоры 33, которые преп тствуют соприкосновению инерционной массы с активными электродами.
Провод ща поверхность 31 имеет тот же потенциал, что и инерционна
5g масса, и выполн ет функции экрана дл устранени посторонних электростатических прит жений к другим не относ щимс к активным электродам прово- ДГ1ЩИМ поверхност м.
Провод ща поверхность 32 доведена до эталонного потенциала, .с тем чтобы свести до минимума действие паразитных емкостей при емкостном определении положени чувствительного элемента прибора.
Электродные пластины 8-13 изготовлены из изолирующего материала (оксид кремни , глинозем). Металлизаци активных электродов и других провод щих поверхностей осуществлена путем напьтени в вакууме. Электроды и провод щие поверхности отделены пазами , образованными при помощи ультразвука .
Механические упоры 33 имеют высоту пор дка 20 мкм и получены методом щелкографии.
Трехосный электростатический акселерометр имеет три идентичных контура компенсации, каждый из которых, например по оси OZ и по углу у, состоит (фиг. 7) из генератора ЗА переменного тока и источника 35 посто нного тока, соединенных соответственно через емкость и резистор посредством гибкого проводника 36 с инерционной массой. Кроме того, в состав контура компенсации вход т четыре трансформатора 37-40, два предварительных усилител 41 и 42, два фазочувстви- тельных выпр мител 43 и 44, а также суммирующе-вычитающее устройство 45, корректирующие блоки 46 и 47 и выходной усилительный блок 48.
Предлагаемый трехосный электростатический акселерометр измер ет шесть компонент движени корпуса прибора: три проекции вектора линейного ускорени на оси ОХ, OY, OZ и три проекции вектора углового ускорени на эти же оси.
Поскольку работа акселерометра по всем трем каналам измерени компонент линейного ускорени аналогична и совпадает по трем каналам измерени компонент углового ускорени , рассмотрим ее на примере измерени линейного ускорени , направленного по оси OZ,
и углового ускорени вокруг оси OY. I
При наличии указанных компонент ускорени инерционна масса перемещаетс по оси OZ и одновременно вращаетс вокруг оси OY. Пластины 1 и 2 инерционной массы в схеме контура компенсации образуют с электродами 21 24 два дифференциальных емкостных датчика линейного и углового положений инерционной массы относительно корпуса акселерометра. Сигналы с этих дифференциальных датчиков усиливаютс , выпр мл ютс и с помощью сумми - рующе-вычитающего устройства раздел ютс на две составл ющие: S,, пропорциональную смещению инерционной массы по оси OZ, и Sj, пропорциональную углу поворота инерционной массы вокруг оси OY.
Сигналы S и S преобразуютс корректирующими блоками 6 напр жений и и Uj., пропорциональных линейному
5 ускорению по оси OZ и угловому ускорению вокруг оси OY соответственно. Напр жени U- и U, вл ютс выходными сигналами акселерометра. Кроме того , напр жени U и U. преобразуютс
0 и усиливаютс выходным усилительным блоком, который формирует напр жени и , Uj, и. и и. Эти напр жени подают на активные электроды 21-24 дл компенсации инерционной силы и инер5 ционного момента, действующих на инерционную массу.
Как известно, в дифференциальном электростатическом обратном преобразователе силы
- ,
где F - электростатическа сила;
С - емкость конденсатора, образованного электродами преобразовател ;
е - смещение центрального электрода преобразовател из нейтрального положени ; и - напр жение между электродами. Но (Е - диэлектрическа проницаемость среды между электродами), следовательно, , а
215
В компенсационном акселерометре с электростатическим обратным преобразователем силы электростатическа сила F уравновешивает инерционную силу та (т - масса чувствительного элемента; а - измер емое ускорение), поэтому
,
0
5
0
5
0
55
а следовательно,
т,2 2е2 m
TI , - „
Е S
Поскольку предлагаемый акселерометр имеет большее отношение S/m по сравнению с прототипом, то при
данном максимальном напр жении U между электродами обратного преобразовател силы он способен измер ть большее максимальное ускорение, чем прототип. Таким образом достигаетс увеличение верхней границы диапазона измер емых прибором ускорений. Если увеличени максимального измер емого ускорени не требуетс ,, то при данном максимальном измер емом ускорени предлагаемый акселерометр позвол ет снизить рабочее напр жение в электростатическом обратном преобразователе силы.
Claims (2)
1. Трехосный электростатический акселерометр, содержащий корпус и расположенную в корпусе с возможностью перемещени относительно него инерционную массу, электрически соединенную с корпусом гибким проводником и образованную плоскими пр моугольными одинаковыми пластинами, соединенными между собой и расположенными в трех ортогональных плоскост х, а также двенадцать укрепленных в корпусе изолированных от него плоских электро- дов, расположенных по четыре в тех же трех ортогональных плоскост х, кото
5
о 5 о
рые образуют двенадцать электрических конденсаторов с поверхност ми инерционной массы, и блок трех контуров компенсации, электрически соединенных с инерционной массой и электродами корпуса, отличающийс тем, что, с целью увеличени верхней границы диапазона измер емых ускорений , инерционна масса образована шестью пластинами с провод щими поверхност ми , соединенными между собой и образующими внутренний объем, ограниченный этими пластинами, представл ющий собой куб со стороной, меньшей длины пластины и равной ее ширине, центральна часть каждой пластины образует одну сторону куба, а две боковые части каждой пластины образуют одинаковые плоские выступы, при этом электроды корпуса укреплены попарно напротив пластин инерционной массы, а каждый электрод образует электрический конденсатор с расположенными напротив соответствующим плоским выступом пластины инерционной массы и с половиной поверхности центральной части этой же пластины.
2. Акселерометр по п. 1, о т л и- чающийс тем, что пластины инерционной массы укреплены на кубическом каркасе.
20
cpue.l
фиг.2
ffJuff.S
di
ZJ
JJ
Jf
г ,.6
iSlSLrСоставитель А.Трунов Редактор А.Маковска . Техред Л.Олийнык Корректор Л.Пилипешсо
Заказ 4937/58 Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР
по делам изобретений и открытий - 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5
Производствейно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8306528A FR2544865B1 (fr) | 1983-04-21 | 1983-04-21 | Accelerometres a suspension electrostatique |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1346058A3 true SU1346058A3 (ru) | 1987-10-15 |
Family
ID=9288073
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU843731145A SU1346058A3 (ru) | 1983-04-21 | 1984-04-20 | Трехосный электростатический акселерометр |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4566328A (ru) |
EP (1) | EP0127500B1 (ru) |
JP (1) | JPS59208468A (ru) |
DE (1) | DE3465791D1 (ru) |
FR (1) | FR2544865B1 (ru) |
SU (1) | SU1346058A3 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2693010C1 (ru) * | 2018-12-07 | 2019-07-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Трёхосевой микромеханический акселерометр |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2566599B1 (fr) * | 1984-06-25 | 1986-09-26 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Dispositif de suspension electrostatique d'un corps |
FR2592491B1 (fr) | 1985-12-31 | 1988-02-12 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Accelerometre triaxial electrostatique avec double liaison electrique a la masse d'epreuve |
US4922756A (en) * | 1988-06-20 | 1990-05-08 | Triton Technologies, Inc. | Micro-machined accelerometer |
US4839838A (en) * | 1987-03-30 | 1989-06-13 | Labiche Mitchell | Spatial input apparatus |
FR2617607B1 (fr) * | 1987-06-30 | 1989-12-01 | Applic Gles Electrici Meca | Accelerometre pendulaire a reequilibrage et procede de fabrication d'un tel accelerometre |
US5050435A (en) * | 1989-07-18 | 1991-09-24 | The Boeing Company | Position detection system for a suspended particle accelerometer |
US6864677B1 (en) | 1993-12-15 | 2005-03-08 | Kazuhiro Okada | Method of testing a sensor |
JP2802954B2 (ja) * | 1989-12-28 | 1998-09-24 | 株式会社ワコー | 力の作用体を有するセンサの試験方法およびこの方法を実施しうるセンサ |
WO1991010118A1 (en) | 1989-12-28 | 1991-07-11 | Wacoh Corporation | Apparatus for detecting physical quantity that acts as external force and method of testing and producing this apparatus |
US5128671A (en) * | 1990-04-12 | 1992-07-07 | Ltv Aerospace And Defense Company | Control device having multiple degrees of freedom |
US5177331A (en) * | 1991-07-05 | 1993-01-05 | Delco Electronics Corporation | Impact detector |
US5852242A (en) * | 1995-12-04 | 1998-12-22 | I/O Sensors, Inc. | Apparatus with mechanical and electric springs and method for its manufacture |
CN103344786A (zh) * | 2013-06-21 | 2013-10-09 | 浙江大学 | 一种静电支撑式差分电容法测量三维加速度的方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1137241B (de) * | 1961-04-13 | 1962-09-27 | Int Standard Electric Corp | Traegheits-Beschleunigungsmessgeraet |
US3272016A (en) * | 1961-10-03 | 1966-09-13 | North American Aviation Inc | Three-axis accelerometer |
FR1462195A (fr) * | 1965-03-30 | 1966-04-15 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Micro-accéléromètre |
US3680392A (en) * | 1970-10-08 | 1972-08-01 | Singer Co | Three-axis accelerometer |
FR2124055B1 (ru) * | 1971-02-02 | 1975-03-21 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | |
JPS5328473A (en) * | 1976-08-27 | 1978-03-16 | Katsumi Furuya | Acceleration detector |
FR2495328B1 (fr) * | 1980-11-28 | 1986-04-11 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Perfectionnements aux accelerometres electrostatiques |
FR2511509B1 (fr) * | 1980-12-31 | 1986-01-31 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Accelerometre triaxial a suspension electrostatique d'une masse d'epreuve cruciforme |
-
1983
- 1983-04-21 FR FR8306528A patent/FR2544865B1/fr not_active Expired
-
1984
- 1984-04-20 US US06/602,466 patent/US4566328A/en not_active Expired - Fee Related
- 1984-04-20 SU SU843731145A patent/SU1346058A3/ru active
- 1984-04-20 DE DE8484400819T patent/DE3465791D1/de not_active Expired
- 1984-04-20 EP EP84400819A patent/EP0127500B1/fr not_active Expired
- 1984-04-21 JP JP59079362A patent/JPS59208468A/ja active Pending
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент FR № 2511509, кл. G 01 Р 15/125, 1983. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2693010C1 (ru) * | 2018-12-07 | 2019-07-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Трёхосевой микромеханический акселерометр |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0127500A1 (fr) | 1984-12-05 |
DE3465791D1 (en) | 1987-10-08 |
JPS59208468A (ja) | 1984-11-26 |
US4566328A (en) | 1986-01-28 |
FR2544865A1 (fr) | 1984-10-26 |
FR2544865B1 (fr) | 1985-10-04 |
EP0127500B1 (fr) | 1987-09-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SU1346058A3 (ru) | Трехосный электростатический акселерометр | |
EP0537347B1 (en) | Acceleration sensor having a self test feature | |
US4711128A (en) | Micromachined accelerometer with electrostatic return | |
JP4075022B2 (ja) | 角速度センサ | |
US6257057B1 (en) | Epitaxial coriolis rate sensor | |
US8322216B2 (en) | Micromachined accelerometer with monolithic electrodes and method of making the same | |
US5962787A (en) | Acceleration sensor | |
JP3457037B2 (ja) | 集積型加速度計 | |
US6215318B1 (en) | Micromechanical magnetic field sensor | |
US6397677B1 (en) | Piezoelectric rotational accelerometer | |
US3498138A (en) | Accelerometer | |
GB2251693A (en) | Miniature silicon accelerometer and method | |
KR20020093054A (ko) | 회전 속도 센서 | |
JPH04252961A (ja) | 角加速度センサ | |
KR20050107470A (ko) | 가속도계 | |
WO1993002342A1 (en) | Sensor for force, acceleration and magnetism using piezoelectric devices | |
US8733170B2 (en) | Temperature-compensated micro-electromechanical device, and method of temperature compensation in a micro-electromechanical device | |
US4996878A (en) | Transducer element for measuring angular and linear acceleration | |
CN109891250B (zh) | 传感器元件、惯性传感器和电子设备 | |
US11835541B2 (en) | MEMS accelerometric sensor having high accuracy and low sensitivity to temperature and aging | |
US20180003501A1 (en) | Composite sensor | |
US5821420A (en) | Vibration-type gyro apparatus for calculating angular velocity | |
US4799386A (en) | Electrostatic accelerometer with dual electrical connection to its test mass | |
JP3043477B2 (ja) | 静電容量の変化を利用したセンサ | |
RU2692122C1 (ru) | Твердотельный датчик линейных ускорений |