Компенсационный маятниковый акселерометр

Компенсационный маятниковый акселерометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

КОЖЕНСАЦИОННЬШ МАЯТНИКОВЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий корпус, укрепленный в нем на упругом подвесе чувствительный элемент с электропроводными поверхностями, два укрепленных на корпусе по обе стороны чувствительного элемента неподвижных электрода, импульсный блок электроники , соединенный с чувствительным элементом и неподвижными электродами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены источник напряжения и два дополнительных электрода, укрепленных на корпусе пс обе стороны чувствительного элемента и смещенных относительно оси подвеса, причем источник напряжения подключен одним вьшо дом к чувствительному элементу, а другим - к двум дополнительным элек тродам. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„, 1 24 (51)4 G 01 Р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Я Фиг 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3619978/24-10 (22) 15.07.83 (46) 15.!0.85. Бюл. ¹ 38 (72) А.Г.Овсянников, A.Â.Ïîëûíêîâ и А.А.Трунов (71) ИВТУ им.Н.Э.Баумана (53) 531.768(088.8) (56) Патент СНА № 3702073, кл. G 01 P 15/08, 1972.

Заявка Великобритании

¹ 2047902, кл. G 01 P 15/13, 1980. (54)(57) КОИПЕНСАЦИОННЫЙ HAHTHHKOBbIA

АКСЕЛЕРОИЕТР, содержащий корпус, укрепленный в нем на упругом подвесе чувствительный элемент с электропроводными поверхностями, два укрепленных на корпусе по обе стороны чувствительного элемента неподвижных электрода, импульсный блок электроники, соединенный с чувствительным элементом и неподвижными электродами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены источник напряжения и два дополнительных электрода, укрепленных на корпусе по обе стороны чувствительного элемента и смещенных относительно оси подвеса, причем источник напряжения подключен одним выводом к чувствительному элементу, а другим — к двум дополнительным электродам.

85247 2 тельный элемент 2 с напыленным на него электропроводным слоем 4 и неподвижные пластины 5 с электропроводными слоями 6. Работа этих элементов в!

О

25

Центральная пластина 1 фиксирует- 35 ся относительно неподвижных пластин

5 с помощью прокладок 7 и 8. С внешних сторон неподвижных пластин расположены элементы импульсного блока электроники 9, связанные электричес- 40 ки с электродами неподвижных пластин и чувствительного элемента. Несущим элементом конструкции акселерометра является корпус 10. На чувствительном элементе выполнен выступ 11, по обе 45 стороны от выступа на корпусе расположены два дополнительных электрода

12, связанные с источником напряжения электронного блока 9.

Устройство работает следующим образом.

При действии ускорения на чувствитепьный элемент 2 инерционная сила уравновешивается компенсирующей силой датчика момента через контур коМ-55 пенсации. В качестве датчика угла, совмещенного с датчиком момента емкостного типа, используются чувствиИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных ускорений в системах инерциальной навигации.

Цель изобретения — повышение точности акселерометра за счет компенсации конечной жесткости упругого подвеса чувствительного элемента.

На фиг.1 представлена конструкция акселерометра с неэлектропроводным чувствительным элементом, например, кварцем, на фиг.2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 — разрез Б-Б на фиг. 1, на фиг.4 — вариант конструкции с электропроводным чувствительным элементом, на фиг.5 — разрез В-В на фиг, 4; на фиг. 6 — разрез Г-Г на фиг. 4.

Акселерометр содержит центральную пластину 1, чувствительный элемент

2, прикрепленный к центральной пластине через упругие балочки 3. На плоские поверхности неэлектропровод.— ного чувствительного элемента напылены электропроводные слои 4. По обе стороны от чувствительного элемента расположены непОдвижные пластины 5, в случае их изготовления из неэлектропроводного материала на них напыляется электропроводный слой 6.

Чувствительный элемент 2 и пластины

5 образуют элементы электростатического датчика угла, совмещенного с датчиком момента. качестве датчика угла и датчика момента разделена по времени и обеспечивается импульсным блоком электроники 9. В один из промежутков времени блоком электроники 9 осуществляется определение положения чувствительного элемента. В следующий промежуток импульсный блок 9 формирует на пластинах 2 и 5 напряжение, создающее компенсирующую силу, пропорциональную отклонению чувствительного элемента 2 от положения равновесия. По величине этого напряжения судят о величине действующего на чувствительный элемент ускорения.

Наличие статической ошибки по углу отклонения чувствительного элемента при действии на него ускорения, несовпадение положения равновесия чувствительного элемента с нулевым положением датчика угла, смещение и дрейф нуля усилителя постоянного тока, входящего в блок электроники 9, создают дополнительное усилие, определяемое жесткостью упругих балочек

3 и вносят погрешность в измерение ускорения. В устройстве жесткость балочек 3 компенсируется с помощью выступа 11 на чувствительном элементе и двух соединенных между собою электродов 12, присоединенных к дополнительному источнику напряжения, входящему в блок электроники 9.

Электроды 11 и 12 с дополнительным источником напряжения создают отрицательную жесткость. При определенном напряжении дополнительного источника и определенном взаимном рас-. положении электродов 12 относительно электрода 11 с учетом перемещения последнего эта отрицательная жесткость практически линейна и может быть равной жесткости балочек 3.

Действительно, электростатическая сила притяжения подвижного электрода .11 к одному из неподвижных электродов 12 равна

Р „=0,5 Е Я П /(е -ае„), а к другому

Р г 0 5 5, S„U,> (eк+ ек) где Š— диэлектрическая постоянная среды между электродами акселерометра, Р„= (2Е S U„ /е,, )й e„, f0 фиг. Л

3 11

S„ — площадь электрода l2;

U — напряжение между электродами 11 и 12 де — смещение электрода 11 из

k нейтрального положения, в котором расстояние между электродами 11 и 12 равно е„.

Результирующая сила, действующая на подвижный электрод 11, определяется выражением

Г =F 1-F ко =2E. S „U „е > е „ (e + ez )

К !<1 К2

Поэтому, обеспечивая конструктивно, чтобы д е не превышало нескольких микрон, а е составляло несколько десятых миллиметра, будем иметь т. е. электроды 11 и 12 с дополнительным источником напряжения создают

8524 i 4 практически линейную отрицательную жесткость.

При отклонении чувствительного элемента акселерометра на угол о момент, создаваемый результирующей силой F на плече f относительно оси подвеса чувствительного элемента, равен 1 (Д 8 У !ез ) ю, 10

Исходя из условия компенсации жесткости С балочек 3 f =C@ . Отсюда .величина напряжения дополнительного источника питания должна быть равной U„= Е е /(2f S 1 . ) .

Таким образом, достигается полная компенсация жесткости балочек упру- . гого подвеса чувствительного элемен2б та акселерометра.

1)85247

Г- Г

Составитель Г. И. Груздев

Редактор К.Волощук Техред Л.Мартяшона Корректор А.Зимокосов

Заказ 6358/41 Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, 11осква, Ж-35, Раушдкая наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4