[1]Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения линейного ускорения, например, в инерциальных системах навигации.
[2]Известно устройство ″ADXL50″, содержащее инерционную массу на упругих подвесах, состоящую из дифференциальной конденсаторной структуры с воздушным диэлектриком, подвижные обкладки которой вытравлены из плоского куска поликремниевой пленки, а неподвижные жестко закреплены в корпусе и лежат в одной плоскости параллельно друг другу и подвижным обкладкам, датчик положения, компенсационный преобразователь, корпус, крышку и источник тока. [1]
[3]Недостаткам данного устройства является низкая точность измерения линейного ускорения.
[4]Известен акселерометр, содержащий инерционную массу на упругом подвесе, выполненную в виде кварцевой пластины, датчика положения, образованного поверхностями с металлическим напылением с двух сторон, расположенными на инерционной массе и обращенными к ней поверхностями, размещенными в корпусе, источник тока и компенсационный преобразователь, состоящий и двух катушек, закрепленных на инерционной массе, и двух постоянных магнитов, расположенных в корпусе. [2]
[5]Недостатками известного устройства являются малый частотный диапазон измеряемого входного воздействия, массогабаритные характеристики.
[6]Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является линейный микроакселерометр, содержащий корпус, крышку, две инерционные массы на упругих подвесах, выполненных в виде прямоугольных пластин их монокристаллического кремния и, расположенных в одной плоскости последовательно друг за другом вдоль оси чувствительности с возможностью линейного перемещения. [3]
[7]Недостатками данного устройства являются малый частотный диапазон измеряемого входного воздействия, массогабаритные характеристики, сложность реализации.
[8]Задачей является создание линейного микроакселерометра, измеряющего линейные ускорения с большей точностью за счет определения интенсивности различных излучений по цветопередаче в условиях ионизирующих излучений.
[9]Линейный микроакселерометр, содержащий инерционную массу на упругих подвесах, датчик положения, компенсационный преобразователь, корпус, инерционную массу, выполненную в виде прямоугольных пластин из монокристаллического кремния и расположенных в одной плоскости последовательно друг за другом вдоль оси чувствительности с возможностью линейного перемещения, компенсационные преобразователи для каждой инерционной массы выполнены в виде двух постоянных магнитов, размещенных на крышке и корпусе, и напыленных на поверхности прямоугольных пластин и находящиеся в одной плоскости с осью чувствительности токопроводящих дорожек, замкнутых по периметру, датчики положения для каждой инерционной массы выполнены в виде двух пар монохроматических излучателей и фотоприемников с цветоделением, имеющих не менее двух выходов спектральных диапазонов, излучатели расположены над инерционными массами, а фотоприемники соосно с ними размещены в корпусе.
[10]Светодиоды расположены над инерционными массами и соосно с фотоприемниками, так как данное конструктивное решение является оптимальным и легко реализуемым.
[11]Инерционная масса совершает колебания вдоль оси чувствительности под действием знакопеременного сигнала постоянного тока, формируемого в цепи обратной связи. При этом наличие входного воздействия приводит к смещению центра колебаний и возникновению временной модуляции сигнала.
[12]Линейный микроакселерометр является радиационно-стойким, так как его электронная база обладает высокой устойчивостью к ионизирующему воздействию.
[13]Оптическая система, которая входит в состав микроакселерометра, является помехоустойчивой в условиях воздействия шумов и электромагнитных помех.
[14]Усиление сигнала будет достигаться за счет увеличения контраста в фотоприемниках для различных спектральных диапазонов, что способствует снижению помех.
[15]Повышение точности измерений достигается за счет режима автоколебаний, а также введения фотоприемников с цветоделением и уменьшения вследствие этого вредных моментов, действующих на инерционные массы.
[16]Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам заявленного линейного микроакселерометра, отсутствуют, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию ″новизна″.
[17]Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.
[18]Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата, следовательно, заявленное изобретение соответствует ″изобретательскому уровню″.
[19]Сущность изобретения поясняется Фиг. 1, где представлена конструктивная схема датчика и введены следующие обозначения:
[20]1 - Первая инерционная масса
[21]2 - Вторая инерционная масса
[23]4 - Постоянные магниты
[24]5 - Токопроводящие дорожки
[26]7 - Излучатели первого датчика положения
[27]8 - Излучатели второго датчика положения
[28]9 - Фотоприемник первого датчика положения
[29]10 - Фотоприемник второго датчика положения
[30]В предлагаемом линейном микроакселерометре две инерционные массы 1, 2 размещены на упругих подвесах 3 в зазоре между полюсами постоянных магнитов 4 с возможностью линейного перемещения и выполнены в виде прямоугольных пластин из монокристаллического кремния, на поверхности которых напылены, перпендикулярно оси чувствительности, токопроводящие дорожки 5, замкнутые по периметру. Постоянные магниты 4 закреплены на корпусе 6. Датчики положения для каждой инерционной массы 1, 2 выполнены в виде двух пар излучателей 7, 8 и фотоприемников 9, 10, где первые из них 7, 8 расположены над инерционными массами, а вторые 9, 10 соосно с ними размещены в корпусе 6, причем каждая пара расположена таким образом, что торцы прямоугольной пластины являются модуляторами светового потока от излучателей 7, 8 к фотоприемникам 9, 10.
[31]Линейный микроакселерометр работает следующим образом.
[32]В исходном состоянии инерционная масса 1 на упругих подвесах 3 перекрывает поток излучения одного из излучателей 7. При этом второй излучатель 8 открыт, в результате на выходе второго фотоприемника 10 появляется сигнал. Магнитное поле постоянных магнитов 4, взаимодействуя с полем тока, протекающего в токопроводящих дорожках 5, перемещает их вдоль оси чувствительности так, что инерционная масса 1 перекрывает поток излучения второго излучателя 8 и открывает поток первого излучателя 7. На выходе первого фотоприемника 9 появляется сигнал. Аналогичный процесс происходит с инерционной массой 2, которая в исходном состоянии перекрывает поток излучения одного из излучателей 7 так, что поток второго излучателя 8 при этом открыт. В результате на выходе второго фотоприемника 10 появляется сигнал. Магнитное поле постоянных магнитов 4, взаимодействуя с полем тока, протекающего в токопроводящих дорожках 5, перемещает их вдоль оси чувствительности так, что инерционная масса 2 перекрывает поток излучения второго излучателя 8 и открывает поток первого излучателя 7. Таким образом, инерционные массы 1, 2 совершают автоколебания с некоторой частотой и амплитудой в противофазе.
[33]Инерционная масса совершает колебания вдоль оси чувствительности под действием знакопеременного сигнала постоянного тока, формируемого в цепи обратной связи. При этом наличие входного воздействия приводит к смещению центра колебаний и возникновению временной модуляции сигнала. Уровень шумов в схеме регистрации положения инерционной массы определяется величиной тока на выходе чувствительного элемента. При емкостном методе регистрации положения инерционной массы повышение выходного тока требует увеличения частоты и напряжения возбуждающего сигнала. Увеличение мощности возбуждающего оптического сигнала не требует изменений в системе ограничений и конструкции аппаратуры. При оптической регистрации положения легко увеличить динамический диапазон выходного тока до десятков и даже сотен микроампер при мощности излучателей на уровне десятков милливатт. При емкостном считывании максимальный выходной ток не превышает 1 мкА. Уровень дробового шума уменьшается обратно пропорционально корню квадратному из уровня тока считываемого сигнала. Прогнозируемое снижение шума в 3-5 раз.
[35]1. Doscher J. Accelerometer Design and Applications. Analog Devices. 1998.
[36]2. Патент РФ №2313100, МПК G01P 15/13, 20.03.2006.
[37]3. Патент РФ №2410703, МПК G01P 15/08, 27.01.2011 - прототип.
