×
20.08.2013
216.012.61ba

МИКРОАКСЕЛЕРОМЕТР

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике. Микросистемный акселерометр содержит кремниевую каркасную рамку, в которой методом анизотропного травления выполнен кремниевый проводящий маятник, соединенный упругими подвесами с каркасной рамкой. Несимметричность маятнику придана смещением оси качания относительно оси, проходящей через средину пластины. Ось качания маятника разделяет пластину на две неравные части. Акселерометр содержит также устройство отрицательной жесткости, состоящее из двух резисторов и источника напряжения, что позволяет точно задавать требуемую полосу пропускания. На пределах измерения ускорения от 0 до 500 g может быть установлена заданная полоса пропускания от 5 до 100 Гц, что требуется для навигационных акселерометром. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения линейных ускорений. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в навигационно-пилотажных системах летательных аппаратов.

Известен чувствительный элемент микросистемного акселерометра, содержащий монокремниевую несущую пластину, маятник, выполненный в несущей пластине и две обкладки с проводящими электродами, неразъемно соединенные с несущей пластиной [1]. На проводящие электроды подается управляющее напряжение, в результате чего маятник возвращается в исходное положение.

Недостатками такого чувствительного элемента является недостаточность развиваемой электростатической силы для компенсации силы инерции и высокочастотность его характеристик.

Известен микроакселерометр, содержащий монокремниевую несущую пластину, маятник, выполненный в несущей пластине и две обкладки, неразъемно соединенные с несущей пластиной. [2]. Недостатками известного микроакселерометра являются малая сила отработки и высокочастотность его характеристик.

Наиболее близким к заявляемому изобретению может служить микроакселерометр [3], содержащий кремниевую каркасную рамку, в которой методом анизотропного травления выполнен кремниевый проводящий маятник, соединенный упругими подвесами с каркасной рамкой, согласно изобретения маятник включает две жестко соединенные первую и вторую пластины разных размеров с достаточной электростатической силой отработки.

Недостатком данного устройства является высокочастотность микроакселерометра и невозможность его использования для летательных аппаратов с низкочастотной областью эволюции.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышения точности за счет достижения возможности выбора собственной частоты микроакселерометра, соответствующей рабочей полосе частот объекта на котором установлен микроакселерометр.

Поставленная цель достигается следующим образом:

1. Микроакселерометр, содержащий кремниевую проводящую каркасную рамку, в которой методом анизотропного травления выполнен несимметричный маятник, представляющий прямоугольную пластину соединенную двумя упругими торсионами с каркасной рамкой, электронный блок состоящий из емкостного преобразователя перемещений и силового электростатического преобразователя, имеющие первую и вторую непроводящие обкладки, жестко соединенные с каркасной рамкой, на каждой обкладке нанесены проводящие прямоугольные электроды против подвижной пластины, в котором в соответствии с изобретением несимметричность маятнику придана смещением оси качания относительно оси, проходящей через средину пластины, ось качания маятника разделяет пластину на две не равные части: первую и вторую, а маятниковость (произведение массы на плечо) определяется в виде

где m - масса маятника; Xc - плечо маятника; ρ - плотность материала маятника; a m1 - длина первой части пластины; a m2 - длина второй части пластины; bm - ширина пластины; cm - толщина пластины.

2. Микроакселерометр по пункту 1, в котором введено устройство отрицательной жесткости, состоящее из двух резисторов и источника напряжения, одними концами резисторы соединены вместе и к ним подключен источник напряжения, вторыми концами резисторы соединены - один с проводящим электродом первой обкладки, а второй с проводящим электродом второй обкладки, необходимая величина источника напряжения выбирается исходя из требуемой полосы пропускания по выражению

U - необходимая величина источника напряжения; Gкр - жесткость упругих торсионов; ω - полоса пропускания; J - момент инерции маятника; h - зазор между пластиной маятника и обкладкой; ε0 - диэлектрическая постоянная; ε - относительная диэлектрическая проницаемость для среды, находящейся между маятником и электродами; F - площадь проводящего электрода; Xc - плечо маятника.

Существенным отличием заявленного устройства по сравнению с известным является то, что на пределах измерения ускорения от 0 до 500 g может быть установлена заданная полоса пропускания от 5 до 100 Гц, что требуется для навигационных акселерометром.

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, показанными на фигурах 1, 2, 3.

На фигуре 1 показан чувствительный элемент, включающий: кремниевую каркасную рамку 1, сквозную щель 2, полученную с помощью анизотропного травления и отделяющую каркасную рамку 1 от маятника, состоящего из первой пластины 3 маятника, упругий подвес 4, второй пластины 5 маятника и чувствительной массы 6, выполненных за одно целое. Упругий подвес 4 может быть выполненным для работы как на изгиб, так и на кручение. С каркасной рамкой 1 с обеих сторон неразъемно соединены неподвижные пластины-обкладки силовых электродов (на фиг.1 не показаны). Зазор между силовыми электродами и проводящим маятником образуется разностью в размерах между толщинами каркасной рамки 1 и проводящими пластинами 3, 5 маятника.

На фигуре 2 показан контур создания отрицательной "электрической жесткости". В контуре задействованы те же самые подвижный и неподвижные электроды, что и в силовом преобразователе. На изоляционных обкладках каркасной рамки 1 выполнены проводящие электроды 7 попарно соединенные вместе с разных сторон пластин 3,5 проводящего маятника и к ним подключено напряжение U0, необходимое для создания отрицательной "электрической жесткости" достаточной для обеспечения заданной собственной частоты ω0 акселерометра. Величина напряжения определяется следующей зависимостью (2).

На фигуре 3 приведена функциональная схема микроакселерометра. В состав микроакселерометра входят следующие блоки: неподвижные 7 и подвижные 3 электроды чувствительного элемента. Неподвижные электроды 7 расположены симметрично относительно подвижного 3 (проводящего маятника). Подвижный электрод заземлен. Электроды 8 емкостного преобразователя перемещений соединены со входом ШИМ 9, содержащегося в составе микроконтроллера 10. Выход ШИМ подключен ко входу корректирующего устройства 11, реализованного схемно из навесных к микроконтроллеру элементах. Корректирующее устройство 11, представляющее собой ПИД-регулятор, настроенный на получение оптимального переходного процесса микроакселерометра. С выхода ПИД-регулятора приборный сигнал поступает по команде микроконтроллера на линеаризатор 12 электростатического преобразователя и одновременно на вход приема информации микроконтроллера для преобразования в цифровой сигнал и далее в аналоговый. Аналоговый сигнал идет на вход компаратора микроконтроллера для сравнения с приборным сигналом. При равенстве этих сигналов цифровой код переписывается на выход микроакселерометра.

Линеаризатор 12 включен в цепи обратной связи контура регулирования и управляется выходным аналоговым сигналом, вырабатываемым микроконтроллером 10, в свою очередь включенным в прямой цепи контура. За исключением источников опорных напряжений 13 микроконтроллером 10 управляет всеми блоками микроакселерометра.

Устройство 14 контура создания отрицательной "электрической жесткости" работает следующим образом. В исходном состоянии, когда маятник находится в нейтральном положении, площади неподвижных электродов с разных сторон маятника одинаковы и расположены от него с одинаковыми зазорами. При этом электростатическая сила, действующая на маятник, равна нулю. При отклонении маятника относительно оси качания 4 на угол α возникает электростатическая сила притяжения в сторону меньшего зазора. Момент от электростатической силы всегда совпадает по направлению с возмущающим моментом. Создается эффект отрицательной жесткости. Варьируя напряжением на электродах, можно достичь любой разности между механической жесткостью упругого подвеса и "электрической жесткостью". Контур "электрической жесткости" не связан электрически с контуром регулирования измерительного канала. Но при его наличии все характеристики микроакселерометра зависят от разности жесткостей упругого подвеса и отрицательной "электрической жесткости".

Важной характеристикой микроакселерометров является отношение "электрической жесткости" к механической жесткости упругих подвесов. В заявляемом устройстве это отношение достигает 105, а установление полосы пропускания, задаваемое собственной частотой акселерометра, возможно от 5 до 100 Гц. Этим задача изобретения достигнута.

Источники информации

1. Вавилов В.Д., Поздяев В.И. Конструирование интегральных датчиков. - М.: Изд-во МАИ, 1993, - 68 с.

2. Вавилов В.Д. Интегральные датчики. Изд-во НГТУ, 2003, С, 500.

3. Вавилов В.Д., Вавилов И.В. Патент России №2426134, М.кл. G01P 15/08, Опубликовано: 10.08.2011 г.


МИКРОАКСЕЛЕРОМЕТР
МИКРОАКСЕЛЕРОМЕТР
МИКРОАКСЕЛЕРОМЕТР
МИКРОАКСЕЛЕРОМЕТР
МИКРОАКСЕЛЕРОМЕТР
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 16 items.
20.02.2013
№216.012.279d

Устройство амортизации

Изобретение относится к машиностроению. Устройство амортизации содержит неподвижное основание с жестко связанным с ним составным штоком и подвижную платформу, амортизированную относительно основания. В подвижной платформе выполнено отверстие. Внутри отверстия выполнена трапецеидальная кольцевая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475661
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.08.2013
№216.012.6180

Микрогироскоп профессора вавилова

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в навигационно-пилотажных системах летательных аппаратов. Микрогироскоп выполнен по схеме линейного вибратора на корпусной пластине из проводящего монокремния и содержит два чувствительных элемента, включающих идентичные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490592
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.6221

Датчик магнитной индукции

Изобретение относится к полупроводниковым магниточувствительным устройствам и может быть использовано как датчик магнитной индукции в составе измерительной аппаратуры и в различных системах ориентации и навигации летательных аппаратов. Датчик магнитной индукции включает изолирующую подложку,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490753
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.6222

Микроэлектромеханический датчик магнитного поля

Изобретение относится к полупроводниковым магниточувствительным датчикам, использующим технологию микроэлектромеханических систем. Микроэлектромеханический датчик магнитного поля включает корпусную кремниевую пластину, в которой методом микротехнологии выполнен симметричный маятник, маятник...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490754
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.11.2013
№216.012.7f20

Пьезогироскоп

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах навигационных систем. Устройство содержит чувствительный элемент, выполненный в виде диска, на котором на верхней поверхности нанесено восемь проводящих электродов-секторов, а на нижней выполнен сплошной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498217
Дата охранного документа: 10.11.2013
27.06.2014
№216.012.d843

Емкостный датчик перемещений

Изобретение относится к микромеханическим устройствам и может применяться в интегральных акселерометрах и гироскопах. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности емкостного датчика при измерении угловых перемещений. Технический результат достигнут посредством...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521141
Дата охранного документа: 27.06.2014
10.09.2014
№216.012.f356

Магниторезистивный датчик перемещений

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано в интегральных линейных и угловых акселерометрах и гироскопах в качестве датчика перемещений. Технический результат: повышение точности нулевого сигнала преобразователя перемещений. Сущность: магниторезистивный датчик...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528116
Дата охранного документа: 10.09.2014
10.06.2015
№216.013.5228

Линейный акселерометр

Изобретение относится к измерительной технике. Акселерометр содержит кремниевую подложку, на которую нанесен пьезоэлектрический слой, например, из окиси цинка в виде прямоугольной вытянутой дорожки. С обеих сторон пьезоэлектрической дорожки и в ее середине установлены встречно-штыревые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552553
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.07.2015
№216.013.60d8

Чувствительный элемент микросистемного гироскопа

Изобретение относится к измерительной технике. Чувствительный элемент микросистемного гироскопа содержит корпусную кремниевую пластину, симметрично расположенные внутри друг друга и разделенные равномерными зазорами внешнюю и внутреннюю подвижные рамки, при этом внешняя рамка соединена с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556334
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.09.2015
№216.013.7982

Емкостный преобразователь перемещений

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит положительный и отрицательный источники опорных напряжений, ключевую схему для переключения полярности источников опорных напряжений, генератор синхронизирующих импульсов, сумматор обратной связи, дифференциальные измерительные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562695
Дата охранного документа: 10.09.2015
Showing 1-10 of 16 items.
20.02.2013
№216.012.279d

Устройство амортизации

Изобретение относится к машиностроению. Устройство амортизации содержит неподвижное основание с жестко связанным с ним составным штоком и подвижную платформу, амортизированную относительно основания. В подвижной платформе выполнено отверстие. Внутри отверстия выполнена трапецеидальная кольцевая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475661
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.08.2013
№216.012.6180

Микрогироскоп профессора вавилова

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в навигационно-пилотажных системах летательных аппаратов. Микрогироскоп выполнен по схеме линейного вибратора на корпусной пластине из проводящего монокремния и содержит два чувствительных элемента, включающих идентичные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490592
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.6221

Датчик магнитной индукции

Изобретение относится к полупроводниковым магниточувствительным устройствам и может быть использовано как датчик магнитной индукции в составе измерительной аппаратуры и в различных системах ориентации и навигации летательных аппаратов. Датчик магнитной индукции включает изолирующую подложку,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490753
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.6222

Микроэлектромеханический датчик магнитного поля

Изобретение относится к полупроводниковым магниточувствительным датчикам, использующим технологию микроэлектромеханических систем. Микроэлектромеханический датчик магнитного поля включает корпусную кремниевую пластину, в которой методом микротехнологии выполнен симметричный маятник, маятник...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490754
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.11.2013
№216.012.7f20

Пьезогироскоп

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах навигационных систем. Устройство содержит чувствительный элемент, выполненный в виде диска, на котором на верхней поверхности нанесено восемь проводящих электродов-секторов, а на нижней выполнен сплошной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498217
Дата охранного документа: 10.11.2013
27.06.2014
№216.012.d843

Емкостный датчик перемещений

Изобретение относится к микромеханическим устройствам и может применяться в интегральных акселерометрах и гироскопах. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности емкостного датчика при измерении угловых перемещений. Технический результат достигнут посредством...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521141
Дата охранного документа: 27.06.2014
10.09.2014
№216.012.f356

Магниторезистивный датчик перемещений

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано в интегральных линейных и угловых акселерометрах и гироскопах в качестве датчика перемещений. Технический результат: повышение точности нулевого сигнала преобразователя перемещений. Сущность: магниторезистивный датчик...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528116
Дата охранного документа: 10.09.2014
10.06.2015
№216.013.5228

Линейный акселерометр

Изобретение относится к измерительной технике. Акселерометр содержит кремниевую подложку, на которую нанесен пьезоэлектрический слой, например, из окиси цинка в виде прямоугольной вытянутой дорожки. С обеих сторон пьезоэлектрической дорожки и в ее середине установлены встречно-штыревые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552553
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.07.2015
№216.013.60d8

Чувствительный элемент микросистемного гироскопа

Изобретение относится к измерительной технике. Чувствительный элемент микросистемного гироскопа содержит корпусную кремниевую пластину, симметрично расположенные внутри друг друга и разделенные равномерными зазорами внешнюю и внутреннюю подвижные рамки, при этом внешняя рамка соединена с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556334
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.09.2015
№216.013.7982

Емкостный преобразователь перемещений

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит положительный и отрицательный источники опорных напряжений, ключевую схему для переключения полярности источников опорных напряжений, генератор синхронизирующих импульсов, сумматор обратной связи, дифференциальные измерительные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562695
Дата охранного документа: 10.09.2015
+ добавить свой РИД