RU2710100C1

RU2710100C1 - Angular accelerometer sensitive element

Info

Publication number: RU2710100C1
Application number: RU2018145612A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Гаврилов; Андрей Николаевич Шипунов; Сергей Федорович Былинкин
Original assignee: Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА"
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2019-12-24

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment and can be used in integral accelerometers. To measure angular acceleration, an inertial mass is used, on which the feedback torque sensor coils and the bush with two adjusting screws are installed.

EFFECT: increases impact strength, widens frequency range of measuring angular acceleration.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в интегральных акселерометрах.The invention relates to measuring equipment and can be used in integrated accelerometers.

Известен датчик угловых ускорений [1], содержащий основание, планарную инерционную массу на упругих подвесах, вторую планарную инерционную массу на упругих подвесах, расположенную так, что ось подвесов перпендикулярна оси упругих подвесов кольцевой планарной инерционной массы и находится внутри ее, емкостной датчик положения.A known sensor of angular accelerations [1], containing a base, a planar inertial mass on elastic suspensions, a second planar inertial mass on elastic suspensions, located so that the axis of the suspensions is perpendicular to the axis of the elastic suspensions of the annular planar inertial mass and is located inside it, a capacitive position sensor.

Данный датчик имеет возможность измерять угловое ускорение по двум осям чувствительности. При воздействии по одной из осей чувствительности углового ускорения на датчик планарная инерционная масса поворачивается на некоторый угол вокруг оси упругих подвесов. В результате изменяется расстояние между обкладками емкостного датчика положения, как следствие, и изменяется емкость конденсатора емкостного датчика. По изменению данной емкости судят об измеряемом ускорении.This sensor has the ability to measure angular acceleration along two axes of sensitivity. When one of the sensitivity axes of angular acceleration acts on the sensor, the planar inertial mass rotates a certain angle around the axis of the elastic suspensions. As a result, the distance between the plates of the capacitive position sensor changes, as a result, and the capacitance of the capacitor of the capacitive sensor changes. By changing this capacity, the measured acceleration is judged.

Недостатками являются низкая точность измерения, малый частотный диапазон измеряемого воздействия.The disadvantages are the low accuracy of the measurement, the small frequency range of the measured impact.

Известен чувствительный элемент микросистемного акселерометра [2], содержащий кремниевую каркасную рамку, в которой методом анизотропного травления выполнен кремниевый проводящий маятник, соединенный упругими подвесами с каркасной рамкой, центральной опорой крепления, жестко соединенной с неподвижным основанием. Маятник включает в себя две жестко соединенные первую и вторую пластины одинаковой длины и толщины, но разной ширины. Чувствительный элемент имеет возможность измерять как угловое, так и линейное ускорение. Поскольку пластины маятника имеют разную ширину, то чувствительность к угловому ускорению будет значительно ниже, чем к линейному. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии при отсутствии ускорения зазоры между пластинами проводящего маятника и пластинами-обкладками одинаковы. При действии ускорения пластины маятника, преодолев упругость подвесов, начинают перемещаться в противоположные стороны, изменяя при этом зазоры. Измеряя разность зазоров можно судить о действующем ускорении.A known element of a microsystem accelerometer [2], containing a silicon frame frame, in which an anisotropic etching method is made of a silicon conductive pendulum connected by elastic suspensions to the frame frame, the central mounting support, rigidly connected to a fixed base. The pendulum includes two rigidly connected first and second plates of the same length and thickness, but of different widths. The sensitive element has the ability to measure both angular and linear acceleration. Since the pendulum plates have different widths, the sensitivity to angular acceleration will be much lower than to linear. The device operates as follows. In the initial state, in the absence of acceleration, the gaps between the plates of the conducting pendulum and the plates-plates are the same. Under the action of acceleration of the pendulum plate, having overcome the elasticity of the suspensions, they begin to move in opposite directions, while changing the gaps. By measuring the gap difference, one can judge the current acceleration.

Недостатком является низкая чувствительность к угловому ускорению.The disadvantage is the low sensitivity to angular acceleration.

Наиболее близким к заявленному к заявленному устройству является чувствительный элемент [3], содержащий планарную инерционную массу, соединенную упругими подвесами с центральной опорой крепления, распложенную в центре тяжести планарной инерционной массы с закрепленным на инерционной массе металлическим кольцом, на котором радиально расположено несколько пар регулировочных винтов.Closest to the claimed device is a sensitive element [3], containing a planar inertial mass connected by elastic suspensions with a central mounting support, located at the center of gravity of the planar inertial mass with a metal ring fixed to the inertial mass, on which several pairs of adjusting screws are radially located .

При действии измеряемого углового ускорения планарная инерционная масса, в составе металлического кольца и регулировочных винтов, поворачивается на некоторый угол, величина которого зависит от жесткости упругих подвесов. Измеряя отклонения планарной инерционной массы можно определить действующее угловое ускорение.Under the action of measured angular acceleration, the planar inertial mass, in the composition of the metal ring and the adjusting screws, rotates by a certain angle, the value of which depends on the stiffness of the elastic suspensions. By measuring the deviations of the planar inertial mass, the effective angular acceleration can be determined.

Недостатками являются низкий частотный диапазон измерения углового ускорения, низкая ударопрочность.The disadvantages are the low frequency range of the measurement of angular acceleration, low impact resistance.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение является повышение ударопрочности чувствительного элемента и расширение частотного диапазона измерения углового ускорения. Для достижения поставленной задачи на чувствительном элементе, содержащем каркасную рамку, в которой выполнена инерционная масса, соединенная с каркасной рамкой упругими подвесами, расположенными на оси симметрии инерционной массы на одной из сторон инерционной массы, согласно изобретению, закрепляют на одинаковом рассотянии относительно указанной оси катушки датчика момента обратной связи, а на противоположной стороне инерционной массы на этой же оси закрепляют втулку с двумя взаимоперпендикулярными резьбовыми отверстиями, в которых расположены регулировочные винты.The problem to which this invention is directed is to increase the impact resistance of the sensing element and expand the frequency range of the measurement of angular acceleration. To achieve the task, on a sensitive element containing a frame frame, in which an inertial mass is made, connected with a frame by elastic suspensions located on the axis of symmetry of the inertial mass on one side of the inertial mass, according to the invention, is fixed at the same distance relative to the specified axis of the sensor coil feedback moment, and on the opposite side of the inertial mass on the same axis fix the sleeve with two mutually perpendicular threaded holes in which s located adjusting screws.

Существенным отличием заявленного устройства по сравнению с известным является то, что наличие датчика момента обратной связи увеличивает частотный диапазон измерения углового ускорения за счет жесткости электрической пружины, которую создают катушки датчика момента обратной связи при взаимодействии с магнитным полем, создаваемым постоянными магнитами, а наличие втулки с регулировочными винтами существенно снижают влияние линейного ускорения на планарную инерционную массу, облегчая при этом массу чувствительного элемента, тем самым увеличивая его ударопрочность.A significant difference of the claimed device in comparison with the known one is that the presence of a feedback torque sensor increases the frequency range of measuring angular acceleration due to the stiffness of the electric spring, which is created by the coil of the feedback torque sensor when interacting with a magnetic field created by permanent magnets, and the presence of a sleeve with adjusting screws significantly reduce the effect of linear acceleration on the planar inertial mass, while facilitating the mass of the sensing element, thereby suspended increasing its impact resistance.

Предлагаемый ЧЭ углового акселерометра иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1The proposed SE of the angular accelerometer is illustrated by the drawings shown in FIG. 1

Пример реализации заявленного устройства.An example implementation of the claimed device.

Инерционная масса 1 соединена с каркасной рамкой 2, в которой выполнена инерционная масса упругими подвесами 3, расположенными на оси 4, проходящей через центр тяжести 5 инерционной массы 1. На одной из сторон инерционной массы 1 расположены катушки датчика момента обратной связи 6, а на противоположной стороне инерционной массы закреплена втулка 7 с регулировочными винтами 8.The inertial mass 1 is connected to the frame frame 2, in which the inertial mass is made by elastic suspensions 3 located on the axis 4 passing through the center of gravity 5 of the inertial mass 1. On one side of the inertial mass 1 are the feedback moment sensor coils 6, and on the opposite side the inertial mass side is fixed sleeve 7 with adjusting screws 8.

Устройство работает следующим образом. При действии измеряемого углового ускорения планарная инерционная масса 1, в составе катушек датчика момента обратной связи 6 и втулки 7 с регулировочными винтами 8, поворачивается на некоторый угол, величина которого зависит от жесткости упругих подвесов 3. Измерительный сигнал отклонения инерционной массы преобразуется и в виде тока поступает на катушки датчика момента обратной связи, которые при взаимодействии с магнитным полем создают электрическую пружину, которая компенсирует угол отклонения инерционной массы, заставляя вернутся ее в исходное положение. По величине тока, протекающего в катушках датчика момента обратной связи можно определить действующее угловое ускорение.The device operates as follows. Under the action of the measured angular acceleration, the planar inertial mass 1, consisting of the coils of the feedback moment sensor 6 and the sleeve 7 with adjusting screws 8, rotates by a certain angle, the value of which depends on the stiffness of the elastic suspensions 3. The measuring signal of the inertial mass deviation is also converted into a current enters the coils of the feedback torque sensor, which, when interacting with the magnetic field, create an electric spring that compensates for the inertia mass deflection angle, forcing them to return her to the starting position. The magnitude of the current flowing in the coils of the feedback torque sensor can determine the effective angular acceleration.

Регулировка осуществляется следующим образом.The adjustment is as follows.

Регулировочными винтами 8 сводят центр тяжести чувствительного элемента к оси симметрии инерционной массы, тем самым исключая влияние линейного ускорения.Adjusting screws 8 reduce the center of gravity of the sensing element to the axis of symmetry of the inertial mass, thereby eliminating the effect of linear acceleration.

Источники информацииSources of information

1. Патент США №5349858 МПК G01P 15/08, 1994.1. US patent No. 5349858 IPC G01P 15/08, 1994.

2. Патент РФ №2426134, МПК G01P 15/08, 2006.012. RF patent No. 2426134, IPC G01P 15/08, 2006.01

3. Патент РФ №2489722, МПК G01P 15/08, 2006.01 (ближайший аналог).3. RF patent No. 2489722, IPC G01P 15/08, 2006.01 (the closest analogue).

Claims

The angular accelerometer sensitive element containing a frame frame in which an inertial mass is made, connected to the frame by elastic suspensions located on the axis of symmetry of the inertial mass, while on one side of the inertial mass the feedback moment sensor coils are fixed at the same distance relative to the axis of symmetry of the inertial mass, and on the opposite side of the inertial mass on the same axis is fixed a sleeve with two mutually perpendicular threaded holes in which ozheny adjusting screws.