SU1561047A1 - Capacitive accelerometer - Google Patents

Capacitive accelerometer Download PDF

Info

Publication number
SU1561047A1
SU1561047A1 SU874250213A SU4250213A SU1561047A1 SU 1561047 A1 SU1561047 A1 SU 1561047A1 SU 874250213 A SU874250213 A SU 874250213A SU 4250213 A SU4250213 A SU 4250213A SU 1561047 A1 SU1561047 A1 SU 1561047A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
electrodes
compensator
fixed
plates
accelerometer
Prior art date
Application number
SU874250213A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Михайлович Артемов
Виктор Евгеньевич Евдокимов
Валерий Иванович Лобан
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 SU874250213A priority Critical patent/SU1561047A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1561047A1 publication Critical patent/SU1561047A1/en

Links

Landscapes

  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к информационно-измерительной технике и может найти применение в устройствах измерени  параметров движени  объектов. Целью изобретени   вл етс  увеличение пределов измерени  на один, два пор дка и повышение помехоустойчивости и надежности с этой целью. В нем чувствительные элементы - пластины закреплены на одной оси с возможностью перемещени  первого чувствительного элемента относительно второго, а перемычки имеют увеличенную жесткость. Акселерометр имеет также две пластины 8 и 9 с электродами 10 и 11 емкостного датчика перемещени  и электродами 12 и 13 электростатического компенсатора. Таким образом в за вленном акселерометре производитс  взаимна  компенсаци  смещени  двух подвижных чувствительных элементов при выполнении компенсатора только из подвижных частей. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.The invention relates to information-measuring technology and can be used in devices for measuring the parameters of movement of objects. The aim of the invention is to increase the measurement limits by one, two orders of magnitude and increase the noise immunity and reliability for this purpose. In it, the sensitive elements — plates are fixed on one axis with the possibility of moving the first sensitive element relative to the second, and the jumpers have an increased rigidity. The accelerometer also has two plates 8 and 9 with electrodes 10 and 11 of a capacitive displacement transducer and electrodes 12 and 13 of an electrostatic compensator. Thus, in the invented accelerometer, the offset of the two moving sensing elements is mutually compensated when the compensator is made only from moving parts. 2 hp f-ly, 3 ill.

Description

(21)4250213/24-10(21) 4250213 / 24-10

(22)13.04.87(22) 04/13/87

(46) 30.04.90. Бкш. № 16(46) 04.30.90. Bksh. Number 16

(71)Ленинградский политехнический институт им. К.И.Калинина(71) Leningrad Polytechnic Institute. K.I. Kalinina

(72)В.М.Артемов, В„Е.Евдокимов, В.И.Лобан и В.С.Моисейченко (53) 531.768 (088.8)(72) V.M.Artemov, V. „E.Evdokimov, V.I. Loban and V.S. Moiseichenko (53) 531.768 (088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР № 1138746, кл. G 01 Р 15/08, 1983.(56) USSR Author's Certificate No. 1138746, cl. G 01 R 15/08, 1983.

Патент Великобритании № 2047902, кл. G 01 Р 15/13, 1980.Patent of Great Britain No. 2047902, cl. G 01 P 15/13, 1980.

Авторское свидетельство СССР « 1067445, кл. G 01 Р 15/13, 1984.USSR author's certificate “1067445, cl. G 01 R 15/13, 1984.

(54) ЕМКОСТНЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР(54) CAPACITIVE ACCELEROMETER

(57) Изобретение относитс  к информационно-измерительной технике и может найти применение в устройствах изме3 (57) The invention relates to information-measuring equipment and can be used in devices measuring

7 67 6

й th

..

, ,

мает sweat

4.four.

рени  параметров движени  объектов. Целью изобретени   вл етс  увеличение пределов измерени  на один, два пор дка и повышение помехоустойчивости и надежности. Чувствительные элементы - пластины закреплены на одной оси с возможностью перемещени  первого чувствительного элемента относительно второго, а перемычки имеют увеличенную жесткость.Акселерометр имеет также две пластины 8 и 9 с электродами 10 и 11 емкостного датчика перемещени  и электродами 12 и 13 электростатического компенсатора. Таким образом в акселерометре производитс  взаимна  компенсаци  смещени  двух подвижных чувствительных элементов при выполнении компенсатора только из подвижных частей. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. Iparameters of motion of objects. The aim of the invention is to increase the measurement limits by one, two orders of magnitude and increase noise immunity and reliability. Sensing elements - plates are fixed on one axis with the possibility of moving the first sensitive element relative to the second, and jumpers have increased rigidity. The accelerometer also has two plates 8 and 9 with electrodes 10 and 11 of a capacitive displacement sensor and electrodes 12 and 13 of an electrostatic compensator. Thus, in the accelerometer, the displacement of two moving sensing elements is mutually compensated when the compensator is made only from moving parts. 2 hp f-ly, 3 ill. I

7272

/J/ J

15 Г515 G5

//

сwith

00

(L

СПSP

оabout

4ъ Ч4b

11 М1Ь11 M1b

Фиг. 1FIG. one

1515

2020

2525

Изобретение относитс  к информацинно-измерительной технике и может применение дл  точных измереий линейных ускорений, ускорений , илы т жести и параметров движени  бъектов.The invention relates to information measuring technology and can be used for accurate measurements of linear accelerations, accelerations, gravity, and motion parameters of objects.

Целью изобретени   вл етс  расши- ешие диапазона измер емых ускорений за счет частичной компенсации измер - JQ емого ускорени  при небольшом разлиии масс чувствительных элементов, повышение помехоустойчивости и на- фжности акселерометра и расширение верхнего предела измер емых ускорений .The aim of the invention is to expand the range of measured accelerations due to partial compensation of the measured JQ acceleration with a small difference in the masses of the sensitive elements, increased noise immunity and accelerometer density, and expansion of the upper limit of the measured accelerations.

На фиг. Ч, 2 представлена конструктивна  схема предлагаемого аксе- л рометра; на фиг. 3 - структурна  .FIG. H, 2 shows the constructive scheme of the proposed axometer; in fig. 3 - structural.

| Акселерометр содержит первый чувствительный -элемент - пластину 1, закрепленную с помощью двух перемы- 2, второй чувствительный элемент 3i закрепленный перемычками 4 с неодвижным основанием 5 монопластины кремни , установленной в корпу- сг 6 и зажатой крышкой 7. По первому варианту на чувствительном элементе 3i с двух сторон закреплены дополнительные пластины 8 и 9 с электродами 10 .и И и электродами 12 и 13. На пластине 1 с двух сторон расположены электроды 14 и 15, противолежащие соответствующим электродам, распо- л;оженным на пластинах 8 и 9. Электроды 10, 11 и 14 образуют емкостный датчик взаимного перемещени  чувствительных элементов 1 и 3 и включены и дифференциальную схему измеритель- Його моста 16. Выход моста подключен К входу дифференциального усилител  17с фазочувствительным выпр мителем , выходные напр жени  которого 4U,- и -Uх суммируютс  с посто нным напр жением U0 источника 18 опорного напр жени  и подвод тс  к электродам 12, 13 и 15 электростатического ком- йенсатора.| Accelerometer contains the first sensitive element - plate 1, fixed with two bars, 2, the second sensitive element 3i fixed by jumpers 4 with a non-moving base 5 of silicon monoplates installed in the case 6 and clamped by a cover 7. According to the first variant on the sensitive element 3i Additional plates 8 and 9 are fixed on both sides with electrodes 10. And And and electrodes 12 and 13. On plate 1 are located on both sides electrodes 14 and 15 opposite to the corresponding electrodes placed on plates 8 and 9. Electrodes Holes 10, 11, and 14 form a capacitive sensor for the relative movement of sensing elements 1 and 3 and include a differential circuit of the measuring bridge 16. The bridge output is connected to the input of the differential amplifier 17c with a phase-sensitive rectifier whose output voltages are 4U and -Ux. with a constant voltage U0 of the source 18 of the reference voltage, and are supplied to the electrodes 12, 13 and 15 of the electrostatic compressor.

Акселерометр работает следующим образом. The accelerometer works as follows.

При наличии измер емого ускорени  К на чувствительные элементы 1 и 3 С массами m , и ш воздействуют усили  и F, ,-которые вызывают соответственно перемещени  X 1 и Х5 пластин 1 и 3 за счет углового поворота на углы tp( и tf , (т.е. Хч 1, Cf, иХэ I,tp3). Перемещени  ,Х и Хэ вычи30In the presence of measurable acceleration K, the sensitive elements 1 and 3 C, with masses m and w, are influenced by forces and F, which cause displacements X 1 and X5 of plates 1 and 3, respectively, by angular rotation at angles tp (and tf, (t .e. Hch 1, Cf, and He I, tp3). Moving, X and He calculated

3535

4040

5050

5555

00

5five

таютс  емкостным датчиком взаимного перемещени  чувствительных элементов. Разность перемещений Х,|5 Х4 - Х5 преобразуетс  схемой измерительное моста 16 в электрический сигнал uUx, который усиливаетс  и выпр мл етс  усилителем 17, выходные напр жени  +UX и UXкоторого в сумме с опорным напр жением U0 прикладываютс  к электродам 12, 13 и 15 электростатического компенсатора. Электростатические силы прит жени  между электродами 12 и 15, 13 и 15 соответственно равныare scattered by a capacitive sensor for the relative movement of sensitive elements. The difference in displacements X, | 5X4 - X5 is converted by the measuring circuit of bridge 16 into an electrical signal uUx, which is amplified and rectified by amplifier 17, the output voltages + UX and UX of which are applied to the electrodes 12, 13 and 15 electrostatic compensator. The electrostatic attractive forces between the electrodes 12 and 15, 13 and 15 are respectively

Ч ггги° и и V ц; ио ихCH gggi ° and V c; io them

где Ј - диэлектрическа  посто нна where Ј is dielectric constant

среды между электродами компенсатора;environments between the compensator electrodes;

S - площадь меньшего электрода компенсатора;S is the area of the smaller compensator electrode;

ио and about

0. - рассто ние между электродами ,0. - the distance between the electrodes,

Усили  FKi и FK , воздейству  на чувствительные, элементы 1 и 3, вызывают соответственно перемещени The forces FKi and FK, acting on the sensitive elements 1 and 3, cause, respectively, displacements

XX

ESJL „ v K1 W и АКа W2  ESJL „v K1 W and AKa W2

5five

где W, W - жесткости перемычек 2 иwhere W, W - stiffness of the jumpers 2 and

4 соответственно. Компенсирующее перемещение X k 4 respectively. Compensating displacement x k

ХК, - хкй  HK - xy

1 Уравнение -компенсации Хо Хк или1 Equation -CoHk compensation or

C--i - - ZiL  C - i - - ZiL

X (X (

w, ww, w

W.W.

w w

4040

При W , W2 измер емое ускорение определ етс  выражениемAt W, W2, the measured acceleration is determined by the expression

XX

ЈSU0UXЈSU0UX

.l().l ()

00

5five

По второму варианту пластина 8 с электродами может быть закреплена на одном чувствительном элементе, а пластина 9 с электродами - на другом. Тогда массы чувствительных элементов можно сделать мало отличающимис  друг от друга, что позвол ет при небольших значени х компенсирующего усили  измер ть сколь угодно большие значени  измер емых ускорений,According to the second variant, plate 8 with electrodes can be fixed on one sensitive element, and plate 9 with electrodes on another. Then the masses of the sensitive elements can be made slightly different from each other, which allows for small values of the compensating force to measure arbitrarily large values of the measured accelerations,

Таким образом, по сравнению с известными акселерометрами с электростатической компенсацией в предлагаемом при том же значении компенсирую- ,щего усили  значени  измер емого ускорени  в 2/(1 - --) раз больше. При miThus, in comparison with the known accelerometers with electrostatic compensation, the measured acceleration value offered by the same value of the compensating force is 2 / (1 - -) times larger. With mi

одинаковых упругих подвесах, одной и той же технологии изготовлени , высокой стабильности упругих характеристик монокристалла кремни  одинаковость жесткостей подвесов выдерживаетс  с высокой точностью и погрешность предлаг емого акселерометра определ етс  в основном погрешност ми электростатического компенсатора, как и в известных компенсационных акселерометрах. Кроме того, величина взаимного перемещени  X , между подвижными электродами электростатического компенсатора на пор док меньше перемещений Х и Xs чувствительных элементов, что позвол ет уменьшать зазор между электродами компенсатора и, тем самым, увеличивать компенсационное усилие.the same elastic suspensions, the same manufacturing technology, high stability of the elastic characteristics of a silicon single crystal, the uniformity of the rigidity of the suspensions is maintained with high accuracy and the error of the proposed accelerometer is determined mainly by the errors of the electrostatic compensator, as in the known compensation accelerometers. In addition, the magnitude of the mutual displacement X between the moving electrodes of the electrostatic compensator is an order of magnitude smaller than the displacements X and Xs of the sensitive elements, which makes it possible to reduce the gap between the electrodes of the compensator and thereby increase the compensation force.

Claims (3)

1. Емкостный акселерометр, содержащий выполненные из одного монокристалла кремни  неподвижное основание , два чувствительных элемента в виде пластин, соединенных с основанием с помощью равножесткостных перё1. Capacitive accelerometer containing a fixed base made of one single crystal of silicon, two sensitive elements in the form of plates connected to the base with the help of equi-peak devices 00 5five 00 5five 00 5five мычек, а также, корпус, крышку, емкостный датчик перемещени , компенсатор и схему обработки выходного сигнала с усилителем и измерительным мостом, отличающийс  тем, что, с целью -расширени  диапазона измер емых ускорений, повышени  помехоустойчивости и надежности, в него введены две дополнительные плас- тины с закрепленными на них с одной стороны электродами датчика перемещени  и электростатического компенсатора , противолежащие электроды которых закреплены на одной или двух пластинах чувствительных элементов, расположенных между дополнительными пластинами.small cases, as well as a housing, a cover, a capacitive displacement transducer, a compensator and an output signal processing circuit with an amplifier and measuring bridge, characterized in that, in order to increase the range of measured accelerations, increase noise immunity and reliability, two additional plasmas are introduced - tines with electrodes of a displacement sensor and an electrostatic compensator fixed on them on one side, the opposite electrodes of which are fixed on one or two plates of sensitive elements located between d Additional plates. 2.Акселерометр по п. 1, отличающийс  тем, что обе дополнительные пластины закреплены на одном чувствительном элементе, а электроды датчика перемещени  и компенсатора - на обеих сторонах другого чувствительного элемента.2. The accelerometer according to claim 1, characterized in that both additional plates are fixed on one sensitive element, and the electrodes of the displacement sensor and compensator are on both sides of the other sensitive element. 3.Акселерометр по п. отличающийс  тем, что, с целью расширени  верхнего предела измер емых ускорений, одна дополнительна  пластина жестко соединена с первым чувствительным элементом, а друга  - с вторым, причем электроды компенсатора и датчика перемещени  закреплены на обоих чувствительных элементах с одной стороны.3. Accelerometer according to claim 2, in order to expand the upper limit of the measured accelerations, one additional plate is rigidly connected to the first sensitive element and the other to the second, with the electrodes of the compensator and the displacement sensor fixed to both sensitive elements on one side . Фиг. 2FIG. 2 X X Фиг.ЗFig.Z Редактор М.БандураEditor M. Bandura Составитель А.ПолынковCompiled by A. Polynkov Техред М.Дидык Корректор С.ШевкунTehred M. Didyk Proofreader S. Shevkun Заказ 976Order 976 Типаж 454Size 454 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5VNIIPI State Committee for Inventions and Discoveries at the State Committee on Science and Technology of the USSR 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab. 4/5 U0U0 1313 ПодписноеSubscription
SU874250213A 1987-04-13 1987-04-13 Capacitive accelerometer SU1561047A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874250213A SU1561047A1 (en) 1987-04-13 1987-04-13 Capacitive accelerometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874250213A SU1561047A1 (en) 1987-04-13 1987-04-13 Capacitive accelerometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1561047A1 true SU1561047A1 (en) 1990-04-30

Family

ID=21306324

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU874250213A SU1561047A1 (en) 1987-04-13 1987-04-13 Capacitive accelerometer

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1561047A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5275048A (en) * 1992-01-21 1994-01-04 Sundstrand Corporation Acceleration overload protection mechanism for sensor devices
CN115420907A (en) * 2022-11-02 2022-12-02 杭州麦新敏微科技有限责任公司 MEMS accelerometer and forming method thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5275048A (en) * 1992-01-21 1994-01-04 Sundstrand Corporation Acceleration overload protection mechanism for sensor devices
CN115420907A (en) * 2022-11-02 2022-12-02 杭州麦新敏微科技有限责任公司 MEMS accelerometer and forming method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11808574B2 (en) Micromechanical detection structure of a MEMS multi-axis gyroscope, with reduced drifts of corresponding electrical parameters
EP0537347B1 (en) Acceleration sensor having a self test feature
US6826960B2 (en) Triaxial acceleration sensor
US6378381B1 (en) Sensor using capacitance element
US8733170B2 (en) Temperature-compensated micro-electromechanical device, and method of temperature compensation in a micro-electromechanical device
US11105828B2 (en) Microelectromechanical device for out-of-plane motion detection
JPH05203667A (en) Capacitive three-axis acceleration sensor
CN207908539U (en) A kind of comb capacitance type 3 axis MEMS acceleration transducer
SU1346058A3 (en) Triaxial electrostatic accelerometer
SU1561047A1 (en) Capacitive accelerometer
US20170285064A1 (en) Mems accelerometric sensor having high accuracy and low sensitivity to temperature and aging
RU2566655C1 (en) Measurement of apparent acceleration and piezoelectric accelerometer to this end
JPH0526754A (en) Sensor utilizing change in electrostatic capacitance
JP3280009B2 (en) Apparatus for detecting physical quantity using change in distance between electrodes and operation test method thereof
Tsuchiya et al. Dynamic sensitivity matrix measurement for single-mass SOI 3-axis accelerometer
JPH06258340A (en) Multi-dimensional acceleration detector
US10775247B1 (en) Capacitive shift-force sensor
JPH1138038A (en) Acceleration sensor
RU2307359C1 (en) Accelerometer
RU190397U1 (en) MICROMECHANICAL AXIAL ACCELEROMETER
SU558220A1 (en) Piezoelectric accelerometer
SU1659872A1 (en) Accelerometer
SU513276A1 (en) Piezoelectric static force measuring device
SU742850A1 (en) Hydrostabilized gravimeter
RU1816321C (en) Accelerometer