ВИБРОЧАСТОТНЫЙ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к датчикам линейных ускорений.
Известен чувствительный элемент микромеханического акселерометра, содержащий каркасную катушку, которая одновременно является маятником и подвешенная на упругих металлических растяжках, датчик угловых перемещений каркасной катушки [1].
Недостатком данного устройства является то, что о величине действующего ускорения можно судить по изменению емкости системы измерения перемещения инерционной массы и при дальнейшем преобразовании емкости вносится дополнительная погрешность, что значительно снижает точность прибора в целом.
Известен виброчастотный микромеханический акселерометр, содержащий основание, инерционную массу, упругие элементы, резонатор с системой возбуждения емкостного типа [2].
Недостатком этого устройства является то, что резонатор жестко связан с основанием, что снижает его добротность, а следовательно точность всего устройства. Другим недостатком является та же связь резонатора с основанием, при этом существенное влияние оказывает температура. Так при воздействии диапазона температур, резонатор меняет свои геометрические размеры: сжимается или удлиняется. При этом изменяется резонансная частота его колебаний при отсутствии полезного сигнала. Еще одним недостатком является то, что при данной планарной конструкции для обеспечения его нормальной функциональности трудоемко обеспечить требуемые приемлемые емкости. Или это приведет к значительному увеличению габаритов или же трудоемкой технологии изготовления.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель; является увеличение точности.
Для достижения этого в виброчастотном микромеханическом акселерометре, содержащем основание, инерционную массу, упругие элементы, резонатор с системой возбуждения емкостного типа, инерционная масса выполнена с двух сторон, сформирована внешняя рамка, на поперечной оси которой сформированы консоли с площадками крепления к основанию и Т-образными сквозными щелями.
Признаками, отличающими предложенный виброчастотный микромеханический акселерометр от известного является то, что сформированы две инерционные массы. Это обеспечивает развязку связи резонатора с емкостным возбуждением с основанием. Соответственно повышается добротность колебательной системы, следовательно, точность измерения полезного сигнала. Введена дополнительно внешняя рамка с консолями и расположенными на них площадками крепления к основанию, а также Т-образными сквозными прорезями. Это позволяет оптимально закрепить резонатор с двумя инерционными массами на основании и обеспечить минимальную чувствительность к температурным воздействиям, снизить напряженное состояние закрепляемой колебательной системы, обеспечить минимальную нестабильность нулевой частоты, а это в итоге повышает точность прибора.
Предложенный виброчастотный микромеханический акселерометр
иллюстрируется чертежом фиг.1,
где:
1, 9 - инерционные массы;
2, 3, 4 - резонатор с системой возбуждения емкостного типа;
5 - внешняя рамка;
6 - упругие элементы;
7 - консоли с площадками крепления к основанию;
8 - Т-образные сквозные щели.
Виброчастотный микромеханический акселерометр содержит две инерционные массы 1, 9, закрепленные на внешней рамке 5 через упругие элементы 6, причем симметрично относительно поперечной оси внешней рамки 5. С инерционными массами 1. 9 вдоль продольной оси закреплен резонатор с системой возбуждения емкостного типа, состоящий из обкладок емкостей резонатора 2, упруго податливой растяжки 3, жесткого центра 4. На внешней рамке 5, на поперечной оси сформированы консоли с площадками крепления к основанию 7, на которых расположены площадки крепления к основанию. На внешней рамке 5 по оси расположения консолей с площадками крепления к основанию 7, сформированы Т- образные сквозные щели 8.
Виброчастотный микромеханический акселерометр работает следующим образом. Колебания в резонаторе с системой возбуждения емкостного типа 2, 3, 4 осуществляется за счет подачи переменного напряжения на обкладки емкостного резонатора 2 и обкладки, сформированные на основании (не показано). При этом упруго податливые растяжки 3 совершают колебания, изгибаясь относительно жесткого центра 4. То есть симметрично относительно всей конструкции. При воздействии линейного ускорения инерционные массы 1. 9 отклоняются от нейтрального положения. При этом упругие элементы 6 закручиваются на определенный угол. При закручивании упруго податливые растяжки 3 изменяют свои геометрические размеры, соответственно изменяется их изгибная жесткость, а следовательно резонансная частота резонатора с системой возбуждения емкостного типа 2, 3, 4, пропорциональная измеряемому ускорению. Две инерционные массы 1, 9 и связанный с ними резонатор с системой возбуждения емкостного типа 2, 3, 4 развязаны от основания. Соответственно повышается добротность колебательной системы, следовательно, точность измерения полезного сигнала. Так как потери колебательной системы, а именно резонатора с системой возбуждения емкостного типа 2, 3, 4 резко уменьшаются, а это, как известно, повышает точность прибора. Внешняя рамка 5 с Т-образными сквозными щелями 8 уменьшают температурную погрешность. При воздействии отрицательных и положительных температур Т-образная сквозная щель 8 сужается или расширяется, при этом отсутствует воздействие на упругие элементы 6, а следовательно частота резонатора с системой возбуждения емкостного типа 2, 3, 4 остается неизменной. Сформированные консоли с площадками крепления к основанию 7 позволяет оптимально закрепить резонатор с двумя инерционными массами на основании и, следовательно, снизить напряженное состояние закрепляемой колебательной системы, обеспечить минимальную нестабильность нулевой частоты, а это в итоге повышает точность прибора. Источники информации:
1. Акселерометр капиллярный А5-15, ТУ 611.781.ТУ 1984 г.
2. Патент РФ №2434232 (прототип).