Акселерометры

1. Одной из первых и простейших является конструкция интегрального балочного акселератора (рис. 31).

Рис. 31. Конструкция интегрального балочного акселерометра:

1 – контактные площадки; 2 – р+ - область; 3 – р – область; 4 – балка; 5 – воздушный зазор; 6 – кремний; 7 – выемка в крышке; 8 – воздушный зазор; 9 – инерционная масса; 10 – токопроводящий клей; 11 – стеклянная крышка.

Конструкция чувствительного элемента выполнена анизотропным травлением монокристалла кремния в плоскости (100). Часть балки 4 является инерционной массой. Она может быть кремневой или утяжелена осажденным металлом. Балка консолью подвешена в кольцевой прямоугольной рамке основания и отделены от него П-образным зазором 5. В консольной части, которая деформируется при ускорениях, сформированы тензорезистивные датчики деформации. Толщина упругой часть балки 10 - 20 мкм. Размеры кристалла 5 × 2.5 × 0.3.

Чувствительность линейного акселерометра с таким чувствительным элементом порядка 10^-2 м/с². Диапазон измерения 0,1 - 500 м/с²; частотный диапазон 0÷100 Гц. Рамка акселерометра защищена сверху и снизу стеклянными крышками.

2. Широко применяется подвес маятника на двух упругих перемычках (торсионах) (рис. 32).

Рис. 32. Гибридный акселерометр компенсационного типа

Так могут выполняться как угловые акселерометры, так и линейные при смещении центра масс маятника относительно оси упругих перемычек. Здесь обычно используются емкостной датчик перемещений маятника, для чего на маятник и корпус прибора нанесены электроды (с зазором до 0.02 мм). При гибридном исполнении такой акселерометр имеет встроенную электронику обратной связи (рис. 33).

Рис. 33. Схема маятникого компенсационного акселерометра с электростатической обратной связью

Переменное напряжение от задающего генератора ЗГ подается в противофазе на неподвижные электроды датчика. Отклонение маятника модулирует это сигнал. Сигнал отклонения снимается с маятника и поступает через усилитель У на демодулятор Д. Обратная связь подается с выхода на одну обкладку подвеса непосредственно, а на другую – через инвертор И. К маятнику подключено также постоянное смещение V₀ электрического подвеса.

Параметры:

Измеряемые ускорения ±35g.

Масштабный коэффициент ~ 1,3 мА/g.

Порог чувствительности ~ 0,5 μg.

Дрейф нуля ~ 10 μg/час.

3. Наконец, возможна подвеска инерционной массы на четырех упругих перемычках (рис. 34) (иногда они попарно располагаются на двух противоположных сторонах пластины, несущей инерционную массу).

Рис. 34. Схема двухосевого чувствительного элемента

На этой подвеске можно делать более чувствительные и точные приборы с несколько меньшими пределами измерения (до 5÷10g). Полоса – до 1000 Гц, точность – до 1% от максимального диапазона. Преобразовывает – как емкостные, так и жидкостные.

4. На подобном чувствительном элементе делают также микромеханические наклономеры (рис. 35).

Дата добавления: 2014-01-05