SU1346058A3

SU1346058A3 - Трехосный электростатический акселерометр

Info

Publication number: SU1346058A3
Application number: SU843731145A
Authority: SU
Inventors: Бернар Ален; Фулон Бернар; Ле Клерк Жорж-Мари
Original assignee: Оффис Насьональ Д@Этюд Э Де Решерш Аэроспасьаль О.Н.Э.Р.А. (Фирма)
Priority date: 1983-04-21
Filing date: 1984-04-20
Publication date: 1987-10-15
Also published as: EP0127500B1; DE3465791D1; US4566328A; FR2544865A1; FR2544865B1; EP0127500A1; JPS59208468A

Abstract

Изобретение относитс к компенсационным акселерометрам с электростатическими обратными преобразовател ми силы и подвесом чувствительного элемента. Цель изобретени - увеличение верхней границы диапазона измер емых ускорений. В устр-ве инерционна масса образована шестью пластинами с провод щими поверхност ми. Центральные части пластин образуют куб, а две боковые части каждой пластины образуют одинаковые плоские выступы, составл ющие с электродами корпуса электрические конденсаторы- датчики линейного и углового положени инерционной массы При наличии ускорени сигналы с датчиков преобразуютс корректирующими блоками в напр жени , пропорциональные линейному и угловому ускорени м и вл ющиес выходными сигналами акселерометра. Пластины могут быть укреплены на кубическом каркасе. 1 з.п, ф-лы, 7 ил. С Q СО с 00 4 05 О сл СХ) см

Description

Изобретение относитс к приборостроению , а именно к конструкции трехосного компенсационного акселерометра с электростатическими обратным преобразовател ми силы и подвесом чувствительного элемента (инерционной массы).

Целью изобретени вл етс увеличение верхней границы диапазона измер емых ускорений.

На фиг. 1 показан предлагаемый акселерометр, общий вид; на фиг.2 - первый вариант конструкции чувствительного элемента акселерометра; на фиг. 3 - то же, второй вариант; на фиг. 4 - сечение акселерометра пхюс- костью XOZ (фиг. 1); на фиг. 5 - то же, плоскостью YOZ (фиг. 1); на фиг. 6 - вид электродной пластины; на фиг. 7 - электрическа блок-схема одного контура компенсации акселерометра .

Трехосный электростатический акселерометр состоит из корпуса и расположенного в корпусе с возможностью перемещени относительно него чувствительного элемента (инерционной массы). Чувствительный элемент

акселерометра имеет два варианта кон- 30 между соответствующими электродами 2130 корпуса и инерционной массой. Дл снижени термочувствительности акселерометра поперечины 14-19 изготавливают из материала инерционной массы или другого имеющего такой же коэффициент температурного расширени материала .

35

струкции.

Чувствительный элемент по первому варианту состоит из шести одинаковых пр моугольных пластин (фиг. 2), расположенных с образованием трех пар параллельных и отсто щих одна от другой на некотором рассто нии пластин 1 и2, Зи4, 5и6. Плоскости пар пластин , взаимно перпендикул рны, средние части пластин, собранных в JQ чувствительный элемент, образуют куб, а выступающие за поверхность куба концы пластин - крыль . Пластины чувствительного элемента могут быть выполнены из легких

Кажда электродна пластина, например пластина 9 (фиг. 6), помимо активных электродов 23 и 24, которые одновременно служат дл емкостного определени положени чувствительного элемента акселерометра и дл созда45 ни электростатических сил обратного преобразовател и подвеса чувствительного элемента, имеет боковые металлизированные поверхности 31, нижнюю металлизированную поверхность 32,

сплавов алюмини , берилли , магни , титана и соединены между собой лазерной сваркой.

Чувствительный элемент по второму варианту также состоит из шести одинаковых пр моугольных пластин (фиг.З), расположенных аналогично пластинам в первом варианте конструкции, однако пластины соединены в чувствительном элементе посредствоь кубического каркаса 7. По второму варианту пластины выполн ют из изолирующего материала (оксид кремни , керамика) с металлизированной поверхностью и наклеивают на кубический каркас.

Корпус акселерометра состоит из трех пар электродных пластин 8 и 9, 10и11, 12и13 (фиг. 1), соединен, ных попарно поперечинами 14-19. Пластины 8 и 9 соединены в пару поперечинами 14 и 15, пластины 10 и 11 - перечинами 16 и 17, а пластины 12 и 13 - поперечинами 18 и 19 (фиг.1,4 и 5). Пластины 8-13 с поперечинами 14-19 вставлены одна в другую вокруг инерционной массы и укреплены друг

g относительно друга при помощи крепежной детали 20 (фиг. 1). Собранный узел прибора установлен внутрь герметичного кожуха.

На каждой паре электродных плас2Q тин 8-13 расположена система из четырех активных электродов: на пластинах 8 и 9 - электродь 21-24 (фиг.4 и 5); на пластинах 10 и 11 - электроды 25 и 26 и еще два электрода.(на

25 ЧФИГ.4 не показанных); на пластинах 12 и 13 - электроды 27 - 30 (фиг. 5) Поперечины 14-19 выполн ют функци калиброванных регулировочных прокладок дл фиксации рассто ний d и dj

35

JQ

50 упоры 33, которые преп тствуют соприкосновению инерционной массы с активными электродами.

Провод ща поверхность 31 имеет тот же потенциал, что и инерционна

5g масса, и выполн ет функции экрана дл устранени посторонних электростатических прит жений к другим не относ щимс к активным электродам прово- ДГ1ЩИМ поверхност м.

Провод ща поверхность 32 доведена до эталонного потенциала, .с тем чтобы свести до минимума действие паразитных емкостей при емкостном определении положени чувствительного элемента прибора.

Электродные пластины 8-13 изготовлены из изолирующего материала (оксид кремни , глинозем). Металлизаци активных электродов и других провод щих поверхностей осуществлена путем напьтени в вакууме. Электроды и провод щие поверхности отделены пазами , образованными при помощи ультразвука .

Механические упоры 33 имеют высоту пор дка 20 мкм и получены методом щелкографии.

Трехосный электростатический акселерометр имеет три идентичных контура компенсации, каждый из которых, например по оси OZ и по углу у, состоит (фиг. 7) из генератора ЗА переменного тока и источника 35 посто нного тока, соединенных соответственно через емкость и резистор посредством гибкого проводника 36 с инерционной массой. Кроме того, в состав контура компенсации вход т четыре трансформатора 37-40, два предварительных усилител 41 и 42, два фазочувстви- тельных выпр мител 43 и 44, а также суммирующе-вычитающее устройство 45, корректирующие блоки 46 и 47 и выходной усилительный блок 48.

Предлагаемый трехосный электростатический акселерометр измер ет шесть компонент движени корпуса прибора: три проекции вектора линейного ускорени на оси ОХ, OY, OZ и три проекции вектора углового ускорени на эти же оси.

Поскольку работа акселерометра по всем трем каналам измерени компонент линейного ускорени аналогична и совпадает по трем каналам измерени компонент углового ускорени , рассмотрим ее на примере измерени линейного ускорени , направленного по оси OZ,

и углового ускорени вокруг оси OY. I

При наличии указанных компонент ускорени инерционна масса перемещаетс по оси OZ и одновременно вращаетс вокруг оси OY. Пластины 1 и 2 инерционной массы в схеме контура компенсации образуют с электродами 21 24 два дифференциальных емкостных датчика линейного и углового положений инерционной массы относительно корпуса акселерометра. Сигналы с этих дифференциальных датчиков усиливаютс , выпр мл ютс и с помощью сумми - рующе-вычитающего устройства раздел ютс на две составл ющие: S,, пропорциональную смещению инерционной массы по оси OZ, и Sj, пропорциональную углу поворота инерционной массы вокруг оси OY.

Сигналы S и S преобразуютс корректирующими блоками 6 напр жений и и Uj., пропорциональных линейному

5 ускорению по оси OZ и угловому ускорению вокруг оси OY соответственно. Напр жени U- и U, вл ютс выходными сигналами акселерометра. Кроме того , напр жени U и U. преобразуютс

0 и усиливаютс выходным усилительным блоком, который формирует напр жени и , Uj, и. и и. Эти напр жени подают на активные электроды 21-24 дл компенсации инерционной силы и инер5 ционного момента, действующих на инерционную массу.

Как известно, в дифференциальном электростатическом обратном преобразователе силы

- ,

где F - электростатическа сила;

С - емкость конденсатора, образованного электродами преобразовател ;

е - смещение центрального электрода преобразовател из нейтрального положени ; и - напр жение между электродами. Но (Е - диэлектрическа проницаемость среды между электродами), следовательно, , а

215

В компенсационном акселерометре с электростатическим обратным преобразователем силы электростатическа сила F уравновешивает инерционную силу та (т - масса чувствительного элемента; а - измер емое ускорение), поэтому

,

0

5

0

5

0

55

а следовательно,

т,2 2е2 m

TI , - „

Е S

Поскольку предлагаемый акселерометр имеет большее отношение S/m по сравнению с прототипом, то при

данном максимальном напр жении U между электродами обратного преобразовател силы он способен измер ть большее максимальное ускорение, чем прототип. Таким образом достигаетс увеличение верхней границы диапазона измер емых прибором ускорений. Если увеличени максимального измер емого ускорени не требуетс ,, то при данном максимальном измер емом ускорени предлагаемый акселерометр позвол ет снизить рабочее напр жение в электростатическом обратном преобразователе силы.

Claims

1. Трехосный электростатический акселерометр, содержащий корпус и расположенную в корпусе с возможностью перемещени относительно него инерционную массу, электрически соединенную с корпусом гибким проводником и образованную плоскими пр моугольными одинаковыми пластинами, соединенными между собой и расположенными в трех ортогональных плоскост х, а также двенадцать укрепленных в корпусе изолированных от него плоских электро- дов, расположенных по четыре в тех же трех ортогональных плоскост х, кото

5

о 5 о

рые образуют двенадцать электрических конденсаторов с поверхност ми инерционной массы, и блок трех контуров компенсации, электрически соединенных с инерционной массой и электродами корпуса, отличающийс тем, что, с целью увеличени верхней границы диапазона измер емых ускорений , инерционна масса образована шестью пластинами с провод щими поверхност ми , соединенными между собой и образующими внутренний объем, ограниченный этими пластинами, представл ющий собой куб со стороной, меньшей длины пластины и равной ее ширине, центральна часть каждой пластины образует одну сторону куба, а две боковые части каждой пластины образуют одинаковые плоские выступы, при этом электроды корпуса укреплены попарно напротив пластин инерционной массы, а каждый электрод образует электрический конденсатор с расположенными напротив соответствующим плоским выступом пластины инерционной массы и с половиной поверхности центральной части этой же пластины.

2. Акселерометр по п. 1, о т л и- чающийс тем, что пластины инерционной массы укреплены на кубическом каркасе.

20

cpue.l

фиг.2

ffJuff.S

di

ZJ

JJ

Jf

г ,.6

iSlSLrСоставитель А.Трунов Редактор А.Маковска . Техред Л.Олийнык Корректор Л.Пилипешсо

Заказ 4937/58 Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий - 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5

Производствейно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4