SU1530999A1 - Capacitance accelerometer - Google Patents

Capacitance accelerometer Download PDF

Info

Publication number
SU1530999A1
SU1530999A1 SU874242934A SU4242934A SU1530999A1 SU 1530999 A1 SU1530999 A1 SU 1530999A1 SU 874242934 A SU874242934 A SU 874242934A SU 4242934 A SU4242934 A SU 4242934A SU 1530999 A1 SU1530999 A1 SU 1530999A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
accelerometer
electrodes
hyperbolic
sensitive element
linearization
Prior art date
Application number
SU874242934A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Михайлович Артемов
Эдуард Алексеевич Кудряшов
Дисан Васильевич Лебедев
Вячеслав Степанович Моисейченко
Original Assignee
Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина filed Critical Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина
Priority to SU874242934A priority Critical patent/SU1530999A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1530999A1 publication Critical patent/SU1530999A1/en

Links

Landscapes

  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к приборостроению и предназначено дл  измерени  линейных ускорений. Целью изобретени   вл етс  повышение точности работы путем исключени  вли ни  паразитных электростатических усилий. Цель достигаетс  тем, что в емкостный акселерометр, содержащий корпус, размещенный в нем на упругом подвесе чувствительный элемент в виде пластины 1, выполненной вместе с упругим подвесом - стержн ми 2 и перемычками 3 и 4 - из монокристалла кремни , и емкостный датчик положени  чувствительного элемента, состо щий из расположенных на чувствительном элементе и корпусе изолированных электродов 6 и 7, блока напр жени  возбуждени  и схемы гиперболической линеаризации - усилител  10 и емкости C0, введены втора  пара изолированных электродов 6 и 9, втора  схема гиперболической линеаризации (усилитель 11 и емкость C0) и блок вычитани  12, подключенный к выходам схем гиперболической линеаризации. В данном акселерометре паразитные электростатические усили  взаимодействи  электродов эмкостного датчика положени  чувствительного элемента прибора взаимно компенсируютс  в любом положении чувствительного элемента относительно корпуса акселерометра. 2 ил.The invention relates to instrument engineering and is intended to measure linear accelerations. The aim of the invention is to improve the operation accuracy by eliminating the influence of parasitic electrostatic forces. The goal is achieved in that a capacitive accelerometer, comprising a case, a sensitive element in the form of a plate 1 made together with an elastic suspension — rods 2 and jumpers 3 and 4 — from a silicon single crystal, and a capacitive sensor position consisting of a sensitive element arranged on the housing and isolated electrodes 6 and 7, the block voltage excitation and hyperbolic linearization circuit - an amplifier 10 and capacitance C 0, enter the second pair of insulated electrodes 6 and 9, a second circuit hyperbolic linearization (amplifier 11 and the capacitance C 0) and the subtractor 12 is connected to the outputs of the hyperbolic linearization schemes. In this accelerometer, the parasitic electrostatic forces of the interaction of the electrodes of the capacitive sensor of the position of the sensitive element of the device are mutually compensated in any position of the sensitive element relative to the accelerometer case. 2 Il.

Description

слcl

1one

0 70 7

jLjL

.ел.hel

со о ko сco o ko with

Фи9. ГFi9. R

се чувствительный элемент в виде плас тины 1 , вьтолненной вместе с упругим подвесом - стержн т и 2 и перемычками 3 и 4 - из монокристалла кремни , и емкостный датчик положени  чувствительного элемента, состо щий из расположенных на чувствительном элементе и корпусе изолированных электродов 6 и 7, блока напр жени  возбуждени  и схемы гиперболической линеаризации - усилител  10 и емкости С, введены втора  пара изолированных электродовAll sensitive element in the form of a plate 1, made together with an elastic suspension — rod and 2 and jumpers 3 and 4 — from a silicon single crystal, and a capacitive sensor for positioning the sensitive element, consisting of insulated electrodes 6 and 7 arranged on the sensitive element and body , an excitation voltage unit and a hyperbolic linearization circuit - amplifier 10 and capacitance C, a second pair of isolated electrodes are introduced

Изобретение относитс  к приборостроению и предназначено дл  измерени  линейных ускорений.The invention relates to instrument engineering and is intended to measure linear accelerations.

Цель изобретени  - повышение точ- ности работы акселерометра.The purpose of the invention is to improve the accuracy of the accelerometer.

На фиг, 1 представлена электроконструктивна  схема акселерометра, разрез А-А; на фиг. 2 - схема акселерометра , вариант.Fig. 1 shows the accelerometer electroconstructive circuit, section AA; in fig. 2 - accelerometer circuit, option.

Чувствительный элемент акселерометра - подвижна  пластина 1 с помощью четырех стержней-консолей 2 с перемычками 3 и 4 на концах закреплена в основании 5. С двух сторон плас- тины 1 выполнены электроды 6. В основании 5 выполнен неподвижньй электрод 7, а в крышке 8 - электрод 9. Электро , ды 6 подключень к входам операционных усилителей 10 и 11, электрод 7 со единен с выходом операционого усилител  JO, электрод 9 - с выходом усилител  1 1 . Выходы операщюнных усилителей подключены на вход устройства 12 вычитани . Источник 13 образцового напр жени  U через ключ 14, коммутируемый модул тором 15, и образцовые конденсаторы С соединен с входами операционных усилителей 10 и 11 .The accelerometer sensing element is a movable plate 1 with four rod consoles 2 with jumpers 3 and 4 fixed at the ends at the base 5. On both sides of the plate 1 there are electrodes 6. At the base 5 there is a stationary electrode 7, and in the cover 8 - electrode 9. Electrodes, plugs 6 are connected to the inputs of operational amplifiers 10 and 11, electrode 7 is connected to the output of the operational amplifier JO, electrode 9 is connected to the output of amplifier 1 1. The outputs of the operational amplifiers are connected to the input of the subtractor 12. The source 13 of the reference voltage U is through a switch 14 switched by the modulator 15, and the exemplary capacitors C is connected to the inputs of the operational amplifiers 10 and 11.

В схеме акселефометра(фиг.2) электроды 6 соединены вместе и подключены к входу операционного усилител  10, а электроды 7 и 9 - к входу ком- мутатора 16, управл емого через делитель I7 частоты с коэффициентом делени  п от модул тора 15. Последний управл ет коммутатором 14 в цепи источника посто нного опорного напр  жени  и с периодом модул ции Т. Выходы гиперболической цепи и источника 18 опорного напр жени  подклю- In the scheme of an acceleleometer (Fig. 2), the electrodes 6 are connected together and connected to the input of the operational amplifier 10, and the electrodes 7 and 9 to the input of the switch 16, controlled through a frequency divider I7 with a division factor n from the modulator 15. The last control switch 14 in the circuit of a source of a constant reference voltage and with a period of modulation T. The outputs of the hyperbolic circuit and the source 18 of the reference voltage are connected

6 и 9, втора  схема гиперболической линеаризации (усилитель 11 и емкость С)и блок 12 вычитани , подкпюченньгй к выходам схем гиперболической линеаризации . В данном акселерометре паразитные электростатические усили  взаимодействи  электродов емкостного .датчика положени  чувствительного элемента прибора взаимно компенсируютс  Б любом положении чувствительного элемента относительно корпуса акселерометра . 2 ил.6 and 9, the second hyperbolic linearization scheme (amplifier 11 and capacitance C) and the subtraction unit 12, connected to the outputs of the hyperbolic linearization schemes. In this accelerometer, the parasitic electrostatic forces of the interaction of the electrodes of the capacitive sensor position of the sensitive element of the device mutually compensate for any position of the sensitive element relative to the accelerometer case. 2 Il.

чены к входу разностного устройства 12.to the input of the differential device 12.

Акселерометр работает следующим образом .The accelerometer works as follows.

При отсутствии измер емого ускорени  X О пластина 1 находитс  посередине между электродами 7 и 9, т.е. зазоры в емкости между электродами 6,7 и 6, 9 равны So, 8д 8 и Сх - CK. Тогда и выходные напр жени  операционных усилителей равны UM и,,, Uo- , а выходное напр жение разностной цепи 12 0. При этом электростатические усили  взаимодействи  электродов равны и взаимно компенсируютс .In the absence of a measurable acceleration, X O plate 1 is in the middle between electrodes 7 and 9, i.e. gaps in the tank between the electrodes 6,7 and 6, 9 are equal to So, 8d 8 and Cx - CK. Then, the output voltages of the operational amplifiers are equal to UM and ,,, Uo, and the output voltage of the differential circuit is 12 0. At the same time, the electrostatic interaction forces of the electrodes are equal and mutually compensate.

При наличии измер емого ускорени  X пластина 1 смещаетс  наIn the presence of measurable acceleration, X plate 1 is shifted by

& x

Х ШX sh

VV

где m и W - масса пластины и жесткость подвеса.where m and W are the mass of the plate and the rigidity of the suspension.

При этом емкости принимают соответственно значени In this case, the capacities take on the corresponding values

EoSEoS

С,о  S o

60 S60 s

Se+ux  Se + ux

6о - диэлектрическа  проницаемость газа, заполн ющего корпус . акселерометра I S - площадь электродов.6o is the dielectric constant of the gas filling the housing. accelerometer I S - the area of the electrodes.

Выходные напр жени  операционных усилителейOutput voltage of op amps

СоWith

и,. и,and,. and,

бо З    Bo Z

(Sn+Лх )(Sn + Lx)

и.а Uo g%-(So-ux),ia uo g% - (So-ux),

а выходное напр жение акселерометраand the output voltage of the accelerometer

Таким образом, при идентичности пар электродов паразитные электростатические усили  независимо от перемещени  пластины 1 равны и взаимно компенсируютс  во всем диапазоне измерени  ускорений.Thus, when the electrode pairs are identical, the parasitic electrostatic forces, regardless of the movement of the plate 1, are equal and mutually compensate for the entire range of acceleration measurements.

В схеме акселерометра (фиг.2; вIn the scheme of the accelerometer (figure 2; in

положени  при хposition

Uo СоWoo co

о сabout with

иand

КоTo

при и,at and

но but

onon

выходное напр жение U 0.output voltage U 0.

При наличии измер емого ускорени  X 0 пластина 1 смещаетс  на х, емкости измен ютс , и выходное напр жение в одном полупёриоде модул ции равноWhen there is a measured acceleration X 0, the plate 1 is shifted by x, the capacitances change, and the output voltage in one modulation half-period is

-(«+ их) - (“+ them)

(5„ - их).(5 „- them).

у.. - переменна  состав Схоy .. - variable composition of sho

выходного разностного напр - 2Ue Ccoutput differential eg - 2Ue Cc

л.и,l.i,

o So S

-Ьх, т.е. пропорциональна измер емому ускорению. Значени  сил в импульсе напр жени  равны-X, i.e. proportional to the measured acceleration. The values of the forces in the voltage pulse are equal

,  ,

селерометрах полностью исключено действие паразитных электростатических 20 усилий, что повышает точность измерени  ускорений и позвол ет существенно, расширить вниз диапазон измер емых ускорений.Selerometers completely eliminated the effect of parasitic electrostatic forces 20, which increases the accuracy of measurement of accelerations and allows significantly expanding the range of measured accelerations down.

Claims (1)

25 Формула изобретени 25 claims Емкостный акселерометр, содержащий корпус, размещенный в нем на упругом подвесе чувствительный элемент в виде пластины, выполненной вместеCapacitive accelerometer, comprising a housing, a sensitive element in the form of a plate, arranged together therein on an elastic suspension 30 с упругим подвесом из монокристалла кремни , и емкостный датчик положени  чувствительного элемента, состо щий из расположенных на чувствительном элементе и корпусе изолированных электродов, блока напр жени  возбуждени  и схемы гиперболической линеаризации , в которую включены электроды ,отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности пу .Q тем исключени  вли ни  паразитных электростатических усипий, в акселерометр введены втора  пара изолированных электродов, расположенных по другую сторону пластины, втора  схема30 with a silicon monocrystal elastic suspension, and a capacitive sensor position sensor, consisting of sensing elements and an insulated electrode housing, an excitation voltage block and a hyperbolic linearization circuit, which includes electrodes to improve accuracy. Pu .Q To avoid the influence of parasitic electrostatic amplifiers, a second pair of insulated electrodes are placed on the accelerometer, located on the other side of the plate, the second circuit д5 гиперболической линеаризации, в которую включена эта пара электродов, и блок вычитани , подключенный к выходам схем гиперболической линеаризации .g5 hyperbolic linearization, in which this pair of electrodes is included, and a subtraction unit connected to the outputs of hyperbolic linearization circuits. 3535 L 9 « / -5L 9 "/ -5 Фи9.2Fi9.2
SU874242934A 1987-04-11 1987-04-11 Capacitance accelerometer SU1530999A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874242934A SU1530999A1 (en) 1987-04-11 1987-04-11 Capacitance accelerometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874242934A SU1530999A1 (en) 1987-04-11 1987-04-11 Capacitance accelerometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1530999A1 true SU1530999A1 (en) 1989-12-23

Family

ID=21303465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU874242934A SU1530999A1 (en) 1987-04-11 1987-04-11 Capacitance accelerometer

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1530999A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5194819A (en) Linearized capacitance sensor system
US4811491A (en) Two-axis differential capacitance inclinometer
RU2144680C1 (en) Shielded variable-capacitance transducer
GB2251693A (en) Miniature silicon accelerometer and method
WO1987004515A1 (en) Electronic inclinometer
KR20020004824A (en) Capacitance-type external-force detecting device with improved sensitivity
JPH0476408B2 (en)
SU1530999A1 (en) Capacitance accelerometer
JP3282360B2 (en) Capacitive sensor
RU2692122C1 (en) Solid-state linear acceleration sensor
SU1620944A1 (en) Electrostatic accelerometer
Yamazaki et al. Absolute measurement of voltage by an electrostatic energy-changing method
SU1767451A1 (en) Metering transducer with capacity sensor
KR100408507B1 (en) An electrostatically tuning fork microgygroscope
SU1265570A1 (en) Capacitive pickup of moving sheet material humidity
SU1478127A1 (en) Accelerometer
SU1663560A1 (en) Capacitive frequency-compensating accelerometer
SU1150549A1 (en) Electrostatic acceleration meter
SU1296840A1 (en) Electric level
SU815472A1 (en) Dynamic device for measuring small displacements
SU718792A1 (en) High-voltage measuring arrangement
SU896391A1 (en) Capacitive pickup of linear displacements
SU1718145A1 (en) Capacitive sensor based transducer
SU901914A1 (en) Accelerometer
SU1525586A1 (en) Electrostatic accelerometer