SU1561047A1 - Capacitive accelerometer - Google Patents
Capacitive accelerometer Download PDFInfo
- 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
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
(Л(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)
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)
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 |
-
1987
- 1987-04-13 SU SU874250213A patent/SU1561047A1/en active
Cited By (2)
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 |