SU1645906A1 - Capacitive accelerometer - Google Patents
Capacitive accelerometer Download PDFInfo
- Publication number
- SU1645906A1 SU1645906A1 SU884616380A SU4616380A SU1645906A1 SU 1645906 A1 SU1645906 A1 SU 1645906A1 SU 884616380 A SU884616380 A SU 884616380A SU 4616380 A SU4616380 A SU 4616380A SU 1645906 A1 SU1645906 A1 SU 1645906A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- inputs
- output
- switches
- outputs
- sensitive
- Prior art date
Links
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Description
3.. 16459063 .. 1645906
13 и 14. Выходное напр жение вычита- тел 20 вл етс выходным напр жением акселерометра. В сумматорах 13 и 14 сигнал усилител 12 складываетс с t аналоговым сигналом источника 15 опорного напр жени и поступает на входы коммутаторов 16 и 17 дл использовани в такте компенсации. 3 такте компенсации напр жени с сумматоров 13 и 14 через коммутаторы 16 и 17 поступают на входы гиперболических цепей усилителей 3 и 9, выходные напр жени которых приложены к электродам 6 и 7 и создают компенсирующее усилие , возвращающее чувствительную13 and 14. The output voltage of the subtractor 20 is the output voltage of the accelerometer. In the adders 13 and 14, the signal of the amplifier 12 is added to the t analog signal of the source 15 of the reference voltage and is fed to the inputs of the switches 16 and 17 for use in the compensation cycle. The 3 voltage compensation stroke from the adders 13 and 14 through the switches 16 and 17 is fed to the inputs of the hyperbolic circuits of the amplifiers 3 and 9, the output voltages of which are applied to the electrodes 6 and 7 and create a compensating force that returns the sensitive
пластину 1 в исходное положение. 3 ил.plate 1 to its original position. 3 il.
Изобретение относитс к информационно-измерительной технике и может быть использовано дл измерени ускорений .The invention relates to an information-measuring technique and can be used to measure accelerations.
Цель изобретени - повышение быстродействи .The purpose of the invention is to increase speed.
На фиг.1 изображена функциональна схема предложенного акселерометра; на фиг. 2 - его структурна схема на фиг.З - временные диаграммы работы .1 shows a functional diagram of the proposed accelerometer; in fig. 2 - its structural diagram in FIG. 3 - timing diagrams of operation.
Емкостный акселерометр содержит чувствительный элемент - подвижную пластину 1, тонкие перемычки 2,основание 3, электроды 4 и 5 на подвижной пластине, электроды 6 и 7.на основании , первый и второй операционные усилители (ОУ) 8 и 9, Фазочувст- вительные демодул торы 10 и 11 дифференциальный усилитель 12 с пара- фазными выходами, первый и второй сумматоры 13 и 14, источник 15 опорного напр жени , коммутаторы 16 и 17 генератор 18 импульсов, делитель 19 частоты, вычитатель 20, первый и второй электронные ключи 21 и 22, первый и второй эталонные конденсаторы 23 и 24.The capacitive accelerometer contains a sensitive element - a movable plate 1, thin jumpers 2, a base 3, electrodes 4 and 5 on a movable plate, electrodes 6 and 7. on the base, the first and second operational amplifiers (OA) 8 and 9, Phase-sensitive demodulators 10 and 11 differential amplifier 12 with para-phase outputs, the first and second adders 13 and 14, the voltage source 15, the switches 16 and 17, the pulse generator 18, the frequency divider 19, the subtractor 20, the first and second electronic switches 21 and 22, the first and second reference capacitors 23 and 24.
При работе акселерометра действуют следующие сигналы.When the accelerometer operates, the following signals are active.
Генератор 18 формирует импульсы с периодом Т , на выходе делител Q формируютс импульсы с периодом 2Т (фиг.З). На импульсном выходе источника 15 опорного напр жени 15 формируетс импульсное двухпол рное напр жение Uou (фиг.З) с амплитудой и периодом Т0.The generator 18 generates pulses with a period T, at the output of the divider Q, pulses with a period of 2T are formed (Fig. 3). At the pulse output of the source 15 of the reference voltage 15, a pulsed two-pole voltage Uou (Fig. 3) is formed with amplitude and period T0.
Работа акселерометра осуществл етс периодически в два такта: такт измерени Тои (коммутаторы 16 и 17 в положении а) и такт компенсации TUK. (коммутаторы в положении б), и по сн етс временными диаграммами фиг.З.The accelerometer operates periodically in two cycles: the measurement cycle of Toi (switches 16 and 17 in position a) and the compensation cycle TUK. (switches in position b), and is illustrated by the time diagrams of FIG. 3.
В такте измерени (Тоц) коммутаторы 16 и 17 и ключи 21 и 22 - в положении а, и на входы усилителей 8 и 9 поступает напр жение U0(j. Выходные напр жени усилителей Ди), и Ди, выпр мл ютс ( и ) фазочувствительными демодул торами 10 и II с фильтрами (Р.С) на выходе и поступают на входы дифференциального усилител 12. Разностное напр жение Дих t:M UX2. Усиливаетс , а выходные напр жени усилител U х и U к складываютс с опорным U0 в сумматорах 13 и 14 и вычитаютс в вычитателе 20. Разность напр 0In the measurement cycle (Tots), the switches 16 and 17 and the keys 21 and 22 are in the position a, and the inputs U0 (j. The output voltages of the amplifiers Di), and Di, are rectified (and) phase-sensitive demodulators 10 and II with filters (P.C) at the output and are fed to the inputs of differential amplifier 12. Differential voltage Dih t: M UX2. It is boosted, and the output voltages of the amplifier U x and U k are added to the reference U0 in adders 13 and 14 and subtracted in the subtractor 20. The difference is 0
5five
00
жений U ,life u,
5five
00
5five
UU
XIXi
- и- and
Х2X2
вл етс выходным информативным напр жением. Суммаis an output informative voltage. Amount
напр жений UQ + Uxi и Uo + UX2. noc тупает на входы б коммутаторов 16 и 17 и служит дл компенсации измер емого ускорени .voltages UQ + Uxi and Uo + UX2. noc blunt to inputs b of switches 16 and 17 and serves to compensate for the measured acceleration.
В такте компенсации (Ток) коммутаторы 16 и 17, ключи 21 и 22 - в положении б. Напр жени U0 + U, и U0 + UXЈ поступают на входы гиперболических цепей усилителей 9 и 8, а их выходные напр жени U «, и UK2 приложены к электродам 7 и 6 и создают компенсирующее усилие Fn, возвращающее чувствительную пластину 1 к начальному положению.In the compensation cycle (Current), the switches 16 and 17, the keys 21 and 22 are in position b. The voltages U0 + U and U0 + UXЈ enter the inputs of the hyperbolic circuits of amplifiers 9 and 8, and their output voltages U, and UK2 are applied to electrodes 7 and 6 and create a compensating force Fn, which returns the sensitive plate 1 to its initial position.
Взаимосв зь звеньев уравновеТпиваю- щей системы акселерометра показана на структурной схеме (фиг.2).The interrelation of the links of the accelerometer balancing system is shown in the block diagram (Fig. 2).
Измер емое ускорение X врз- действует на массу т0 пласти- ,ны 1 (фиг.2) и преобразуетс The measured acceleration X vrz- acts on the mass t0 of plate 1 (figure 2) and is converted
в силу F„by virtue of F „
га X оha x o
Усилие F. уравновешиваетс усилием- Рц электростатической компенсации. Разность усилий ДГ FX - FK через упругую перемычку 2 с жесткостью W преобразуетс в смещение X, которое вызывает изменение емкостей между электродами 5 иForce F. is balanced by force - RC of electrostatic compensation. The difference in force DG FX – FK through an elastic jumper 2 with stiffness W is converted into an offset X, which causes a change in the capacitances between the electrodes 5 and
СWITH
хx
XfcXfc
Јо s СГ+хO s SG + x
6о S6o S
т;гх 51645906t; gx 51645906
и электродами 4 и 6 Fand electrodes 4 and 6 F
где Јj диэлектриF where Јj dielectric
ус р элusr el
усилие пропорционально выходному нап- р жению и не зависит от зазора между элек гродами.the force is proportional to the output voltage and does not depend on the gap between the electrodes.
Структурна схема (фиг.2) содержит цепь пр мого преобразовани сThe structural diagram (Fig. 2) contains a direct conversion circuit with
ческа проницаемость воздуха, S площадь электродов; $Q - зазор между электродами.air permeability, S electrode area; $ Q - the gap between the electrodes.
Изменение емкостей в такте измерени преобразуютс гиперболической 10 коэффициентом передачи К цепью с усилител ми 3 и 9 в электрииоСл ,, , г f. х и цепь обратном св зи сThe change in capacitances in the measurement cycle is transformed by a hyperbolic 10 transmission coefficient K to a circuit with amplifiers 3 and 9 in the converter, g f. x and feedback circuit
ческие сигналы: Дих, Ufl (Ј+x) ...1.. п 2UeC0chesky signals: Dih, Ufl (Ј + x) ... 1 .. n 2UeC0
22
й- хy- x
и AUXe ,uo-gl--(.x)and AUXe, uo-gl - (. x)
6oS6oS
гдеWhere
ко фициентом fi . Коэффи Со by fi. Caffey So
15 циент преобразовани разомкнутой15 open-loop transform
0| и С QЈ емкости эталонных конден- системы, т.е. добротность ее.опреде- саторов 23 и 24. Напр жени ЛUx и выпр мл ютс фаэочувствителънымн демодул торами 10 и 1 и их выходные- напр жени подаютс на входы диффе- 20 ренциального усилител 2.0 | and С QЈ capacities of the reference condensates, i.e. the quality factor of it. The transmitters 23 and 24. The voltages of Lx and the voltage are rectified by the phase-sensitive demodulators 10 and 1 and their output voltages are fed to the inputs of the differential amplifier 2.
Разностное напр жение дих уси- лиьаегс в К раз и выходные напр жени U „, и UDifferential voltage dich is the force K times and output voltages Un and U
л етс величинойis the value of
г 1g 1
л k U0 Co кр й l k U0 Co kr th
WW
(Ј0 s(Ј0 s
const,const,
1one
4U0- Co4U0- Co
а измер емое ускорение Х- xand the measured acceleration x - x
m0-L0m0-L0
x ux.x ux.
X4 и ux Равные по величине и противоположные по знаку, суммирукгг- 25 (j, о р м у л а с с и и в такте компенсации подаютс на входы гиперболической цепи - усилителей 3 и 9, выходные напр жени которыхX4 and ux Equal in magnitude and opposite in sign, summed up to 25 (j, o rumulac and and in the compensation stroke are fed to the inputs of the hyperbolic circuit - amplifiers 3 and 9, the output voltages of which
изобретени the invention
Емкостный акселерометр, содержащий основание, крышку, чувствительную подвижную пластину из монокрисUCapacitive accelerometer containing base, cover, sensitive movable plate of monocris
XIXi
Ь о + UX,L o + UX,
) fV(0+X)nUK2 ) fV (0 + X) nUK2
- (uo + ux) x).- (uo + ux) x).
Таким образом, в такте измерени гиперболическа цепь линеаризации включена в пр мую цепь преобразовани перемещени X в электрический сигнал AU)(, в такте компенсации включена в цепь обратной св зи дл формировани компенсирующих напр жений U и U«Ј, которые создают компенсирующие усили :Thus, in the measurement cycle, a hyperbolic linearization circuit is included in the direct conversion circuit of moving X into an electrical signal AU) (in the compensation cycle it is included in the feedback circuit to form compensating voltages U and U "Ј, which create compensating forces:
гg
На чувствительный элемент I воздействует разность усилий FK F«« - -.Рц4, котора при Ux, х2 РавнаThe sensitive element I is affected by the difference in the forces FK F «« - -. Рц4, which at Ux, x2 is Equal
FF
2Г0Св .. F Ux i т.е. компенсирующее2G0Sv .. F Ux i compensating
усилие пропорционально выходному нап- р жению и не зависит от зазора между элек гродами.the force is proportional to the output voltage and does not depend on the gap between the electrodes.
Структурна схема (фиг.2) содержит цепь пр мого преобразовани сThe structural diagram (Fig. 2) contains a direct conversion circuit with
коэффициентом передачи К K transfer ratio
22
й- хy- x
...1.. п 2UeC0... 1 .. n 2UeC0
ко фициентом fi . Коэффи Со by fi. Caffey So
циент преобразовани разомкнутойopen conversion circuit
системы, т.е. добротность ее.опред systems, i.e. good quality of it.
системы, т.е. добротно systems, i.e. soundly
л етс величинойis the value of
г 1g 1
л k U0 Co кр й l k U0 Co kr th
WW
(Ј0 s(Ј0 s
а измер емое ускорение and the measured acceleration
изобретени the invention
(j, о р м у л а (j, o rm at l and
Емкостный акселерометр, содержащий основание, крышку, чувствительную подвижную пластину из монокристалла кремни , соединенную с основанием перемычками, изолированные электроды в основании, крышке и с двух сторон подвижной пластины, а также первьй эталонны1 конденсатор,Capacitive accelerometer containing a base, a lid, a sensitive movable silicon monocrystal plate connected to the base by jumpers, insulated electrodes in the base, lid and on both sides of the movable plate, as well as the first reference capacitor,
электронные ключи, операционнь;е усилители , генератор импульсов, делитель частоты, первый сумматор,источник опорного напр жени , отличающийс тем, что, с цельюelectronic switches, operation; e amplifiers, pulse generator, frequency divider, first adder, reference voltage source, characterized in that
повышени быстродействи , в него дополнительно введены второй эталонный конденсатор, второй сумматор,фаэо- чувствительные демодул торы, вычи- татель, коммутаторы, дифференциальный усилитель с парафаэным выходом, при этом выходы первого и второго KOMMyTatopoB подключены соответственно через первый и второй эталонные конденсаторы к инверсным входам соответственно первого и второго операционных усилителей, в цепи отрицательных обратных св зей которых включены подвижные и неподвижные электроды каждой из сторон подвижной пластины и крышки, выходы первого и второго операционных усилителей соответственно через первый и второй электронные ключи и первый и второй фазочувствительные демодул торы подключены соответственно к неинверсному и инверсному входам дифференциального усилител., первый и второй выходы которого подключены к первым входам соответственно первого и рого сумматоров, выходы которых подключены к вторым входам соотъ но первого и второго коммутаторов, {первые входы которых подключены к импульсному выходу источника опорного напр жени , аналоговый выход которого соединен с вторыми входамиincrease the speed, a second reference capacitor, a second adder, pha-sensitive demodulators, a subtractor, switches, a para-pha differential amplifier, and the outputs of the first and second KOMMyTatopoB are connected via the first and second reference capacitors to the inverse inputs respectively, the first and second operational amplifiers, in the negative feedback circuits of which include movable and fixed electrodes of each side of the movable plate and roofs and, the outputs of the first and second operational amplifiers, respectively, through the first and second electronic switches and the first and second phase-sensitive demodulators are connected to the non-inverse and inverse inputs of the differential amplifier, respectively, the first and second outputs of which are connected to the first inputs of the first and second adders, respectively. connected to the second inputs of the first and second switches respectively, {the first inputs of which are connected to the pulse output of the voltage source, analog output d which is connected to the second inputs
U anU an
.I ,,.I ,,
и1 /////////,Ш ///ШР ъ.и1 /////////, Ш /// ШР ъ.
сумматоров, а управл ющий вход - с управл ющими Уходами фазочувстви- тельных демодул торов, входом дели- тел частоты и выходом генератора импульсов, причем выход делител частоты соединен с управл ющими входами коммутаторов и электронных ключей , а первый и второй выходы дифференциального усилител подключены к входам вычитател , выход которого вл етс выходом акселерометра.adders, and the control input - with the control outputs of the phase-sensitive demodulators, the input of the frequency dividers and the output of the pulse generator, the output of the frequency divider is connected to the control inputs of the switches and electronic switches, and the first and second outputs of the differential amplifier are connected to the inputs of the subtractor, the output of which is the output of the accelerometer.
Фиг IFIG I
Фиг 3Fig 3
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884616380A SU1645906A1 (en) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | Capacitive accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884616380A SU1645906A1 (en) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | Capacitive accelerometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1645906A1 true SU1645906A1 (en) | 1991-04-30 |
Family
ID=21413450
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU884616380A SU1645906A1 (en) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | Capacitive accelerometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1645906A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2488785C1 (en) * | 2011-12-21 | 2013-07-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" | Method of measuring amplitude-frequency characteristics of movable elements of micromechanical devices |
-
1988
- 1988-12-07 SU SU884616380A patent/SU1645906A1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2488785C1 (en) * | 2011-12-21 | 2013-07-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" | Method of measuring amplitude-frequency characteristics of movable elements of micromechanical devices |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5440939A (en) | Servo-controlled pendular micro-sensor | |
JP4178658B2 (en) | Capacitive physical quantity detector | |
JP3264884B2 (en) | Capacitance detection circuit | |
US5095750A (en) | Accelerometer with pulse width modulation | |
US7267006B2 (en) | Accelerometer | |
US5641911A (en) | Method and apparatus for feedback-control of an asymmetric differential pressure transducer | |
EP0385917B1 (en) | Pulse-driven accelerometer arrangement | |
US6497149B1 (en) | Mobile plate accelerometer with electrostatic feedback motor | |
US4009607A (en) | Force measuring system including combined electrostatic sensing and torquing means | |
US4102202A (en) | Electrostatic accelerometer | |
Kraft et al. | Closed-loop silicon accelerometers | |
EP1072893A1 (en) | Method and apparatus for reducing output noise in a digitally rebalanced accelerrometer | |
CN101680910A (en) | Method of work and circuit structure with capacitance type micro mechanical sensor of analog reset | |
SU1645906A1 (en) | Capacitive accelerometer | |
JP3282360B2 (en) | Capacitive sensor | |
JPH03293565A (en) | Pwm electrostatic servo type accelerometer | |
JP3804242B2 (en) | Electrostatic servo physical quantity detector | |
JPH0341366A (en) | Accelerometer | |
SU1174790A1 (en) | Permanent-magnet dynamometer | |
SU1186938A1 (en) | Capacitive displacement transducer | |
RU2810694C1 (en) | Dual-axis micromechanical accelerometer with capacitive displacement transducer | |
JPH07260510A (en) | Capacity type sensor | |
SU1174861A1 (en) | Capacitance accelerometer | |
SU1525586A1 (en) | Electrostatic accelerometer | |
RU2149411C1 (en) | Compensating acceleration meter |