RU52486U1

RU52486U1 - ACCELEROMETER

Info

Publication number: RU52486U1
Application number: RU2005138579/22U
Authority: RU
Inventors: Роман Сергеевич Брехов; Евгения Алексеевна Ларионова; Дмитрий Николаевич Масюк
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Летно-исследовательский институт им. М.М. Громова"
Priority date: 2005-12-13
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2006-03-27

Abstract

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, в частности, к средствам измерения ускорений и может быть использована в акселерометрах для повышения их противоперегрузочной устойчивости. Акселерометр, содержащий консольно установленный в корпусе балочный чувствительный элемент, на свободном конце которого закреплена инерционная масса, отделенная зазорами от плоских ограничителей хода, характеризующийся тем, что с целью расширения измерительного диапазона и повышения точности инерционная масса выполнена со срезами, формирующими в ее средней части зону касания с ограничителями хода при сверхнормативных перегрузках.The utility model relates to instrumentation, in particular, to means for measuring acceleration and can be used in accelerometers to increase their anti-overload stability. An accelerometer containing a beam-sensing element cantilever mounted in the housing, at the free end of which an inertial mass is fixed, separated by gaps from flat travel limiters, characterized in that in order to expand the measuring range and improve accuracy, the inertial mass is made with slices forming a zone in its middle part touch with stroke limiters in case of overload.

Description

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, в частности, к средствам измерения ускорений и может быть использована в акселерометрах для повышения противоперегрузочной устойчивости акселерометра.The utility model relates to instrumentation, in particular, to means for measuring acceleration and can be used in accelerometers to increase the anti-load stability of the accelerometer.

Известны акселерометры, содержащие корпус, чувствительный элемент, выполненный из монокристаллического кремния в виде электропроводящей инерционной массы, представляющей собой маятник, имеющий два плеча и подвешенный с помощью крестообразных торсионов с поперечным сечением в виде Х-образного профиля, и электрическую плату, представляющую собой диэлектрическую пластину с двумя парами электродов, симметрично размещенных относительно оси подвеса - соответственно электродов емкостной системы съема перемещений и электродов электростатического датчика момента. Ось симметрии инерционной массы совмещена с осью, проходящей через торсионы подвеса, а маятниковый подвес образован удалением части одного плеча инерционной массы на внешней по отношению к электрической плате поверхности плеча инерционной массы, при этом указанная поверхность выполнена с ребрами жесткости, профиль поперечного сечения которых имеет Т-образную форму, а наклонные грани крестообразных торсионов ориентированы по направлению кристаллографической решетки монокристаллического кремния. - Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт электронной техники (технический университет)" (МИЭТ) «Микромеханический акселерометр» RU 2251702 C1.Known accelerometers comprising a housing, a sensing element made of monocrystalline silicon in the form of an electrically conductive inertial mass, which is a pendulum having two arms and suspended using cross-shaped torsions with a cross section in the form of an X-shaped profile, and an electric board, which is a dielectric plate with two pairs of electrodes symmetrically placed relative to the axis of the suspension - respectively, the electrodes of the capacitive system of removal of movements and electrodes of the electrodes nical torque sensor. The axis of symmetry of the inertial mass is aligned with the axis passing through the torsion bars of the suspension, and the pendulum suspension is formed by removing part of one shoulder of the inertial mass on the surface of the shoulder of the inertial mass external to the electric circuit board, while this surface is made with stiffeners whose cross-section profile has T -shaped shape, and the inclined faces of the cruciform torsion bars are oriented in the direction of the crystallographic lattice of single-crystal silicon. - State educational institution of higher professional education "Moscow State Institute of Electronic Technology (Technical University)" (MIET) "Micromechanical Accelerometer" RU 2251702 C1.

Недостатком данного аналога является малая противоперегрузочная устойчивость.The disadvantage of this analogue is the low anti-overload stability.

В качестве аналога, наиболее близкого к предлагаемому акселерометру, выбран акселерометр, содержащий корпус, упругий чувствительный элемент, инерционную массу, при этом корпус снабжен компенсирующим элементом As an analogue closest to the proposed accelerometer, an accelerometer is selected comprising a housing, an elastic sensing element, an inertial mass, while the housing is equipped with a compensating element

образующим терморегулируемый зазор между сопряженными поверхностями компенсирующего элемента и инерционной массы, заполненный демпфирующей жидкостью, удерживаемой в нем силами поверхностного натяжения. - Брехов Р.С. «Акселерометр» Патент РФ 2091797.forming a temperature-controlled gap between the mating surfaces of the compensating element and the inertial mass, filled with a damping fluid held in it by surface tension forces. - Brekhov R.S. "Accelerometer" RF patent 2091797.

На рис.1 представлена конструктивная схема этого акселерометра. Чувствительный элемент 1 консольно закреплен на основании 2, размещенном внутри герметичного корпуса акселерометра. На свободном конце чувствительного элемента закреплена инерционная масса 3, сила инерции которой, возникающая при воздействии на акселерометр ускорения в направлении его измерительной оси, вызывает изгибную деформацию рабочего участка 4 чувствительного элемента. При этом на выходе тензорезисторного моста, сформированного в поверхностном слое рабочего участка кремниевого чувствительного элемента, появляется электрический сигнал, пропорциональный измеряемому ускорению. Демпфирующая жидкость, введенная в малый зазор 5, сформированный смежными поверхностями инерционной массой 3 и компенсирующим элементом 6, обеспечивает требуемую степень демпфирования акселерометра. При воздействии на акселерометр сверхнормативных перегрузок инерционная масса 3 упирается в смежную поверхность компенсирующего элемента 6 (рис.2), которая при этом является упором, ограничивающим величину деформации чувствительного элемента 1 и тем самым защищающая его от поломки.Figure 1 shows a structural diagram of this accelerometer. The sensing element 1 is cantilevered on the base 2, located inside the sealed housing of the accelerometer. An inertial mass 3 is fixed at the free end of the sensor, the inertia of which, which occurs when the accelerometer is subjected to acceleration in the direction of its measuring axis, causes bending deformation of the working section 4 of the sensor. At the same time, an electric signal proportional to the measured acceleration appears at the output of the strain gage bridge formed in the surface layer of the working section of the silicon sensing element. The damping fluid introduced into the small gap 5, formed by the adjacent surfaces of the inertial mass 3 and the compensating element 6, provides the required degree of damping of the accelerometer. When the accelerometer is subjected to excessive loads, the inertial mass 3 abuts against the adjacent surface of the compensating element 6 (Fig. 2), which in this case is an emphasis that limits the amount of deformation of the sensitive element 1 and thereby protects it from breakage.

В высокочувствительных акселерометрах, имеющих большие инерционные массы, такая защита недостаточно эффективна, т.к. зона касания массы и упора сдвинута к дальнему ребру массы (точка А на рис.2). Из-за этого при больших перегрузках возникает встречный момент М=m·a·L, где m - масса инерционной массы, а - ускорение, действующее на инерционную массу, L - плечо (расстояние от края инерционной массы до ее центра тяжести). В результате этого момента возникает сила, In highly sensitive accelerometers with large inertial masses, such protection is not effective enough, because the zone of contact between the mass and the stop is shifted to the far edge of the mass (point A in Fig. 2). Because of this, at large overloads, a counter moment M = m · a · L arises, where m is the mass of the inertial mass, and is the acceleration acting on the inertial mass, L is the shoulder (the distance from the edge of the inertial mass to its center of gravity). As a result of this moment, a force arises,

воздействующая на рабочий участок упругого элемента, что приводит к его поломке.acting on the working section of the elastic element, which leads to its breakdown.

Таким образом, недостатком акселерометра по патенту РФ 2091797 является малая противоперегрузочная устойчивость при сверхнормативных перегрузках.Thus, the disadvantage of the accelerometer according to the patent of the Russian Federation 2091797 is the low anti-overload stability under excessive loads.

Цель создания полезной модели - повышение противоперегрузочной устойчивости акселерометра при сверхнормативных перегрузках.The purpose of creating a utility model is to increase the accelerometer's anti-overload stability under excessive loads.

Цель достигается тем, что инерционная масса выполнена со скосами, формирующими в ее средней части зону касания с ограничителями хода при сверхнормативных перегрузках (рис.3).The goal is achieved by the fact that the inertial mass is made with bevels, forming in its middle part a contact zone with travel limiters during excessive loads (Fig. 3).

Это позволяет минимизировать плечо L, тем самым уменьшить силу, воздействующую на рабочий участок упругого элемента (рис.4), что обеспечивает повышение противоперегрузочной устойчивости акселерометра при сверхнормативных перегрузках.This allows you to minimize the shoulder L, thereby reducing the force exerted on the working section of the elastic element (Fig. 4), which ensures an increase in the overload stability of the accelerometer under excessive loads.

Claims

An accelerometer containing a beam-sensing element cantilever mounted in the housing, at the free end of which an inertial mass is fixed, separated by gaps from flat travel limiters, characterized in that the inertial mass is made with slices that form in its middle part a contact zone with travel limiters under excessive loads.