|
|
|
ЕМКОСТНЫЕ АКСЕЛЕРОМЕТРЫВ состав всех акселерометров входит специальный элемент, называемый инерционной массой, движение того отстает от движения корпуса. И независимо от конструкции датчика ускорений его основная цель заключается в детектировании перемещения этой массы относительно корпуса устройства и преобразовании его в пропорциональный электрический сигнал. Поэтому другой составной частью всех акселерометров является детектор перемещений, способный измерять микроскопические амплитуды вибрационных колебаний или линейных ускорений. Емкостной метод преобразования перемещений в электрический сигнал является самым проверенным и надежным. Емкостной датчик ускорений состоит, по крайней мере, из двух пластин: стационарной, часто соединенной с корпусом, и свободно перемещающейся внутри корпуса, к той подсоединена инерционная масса. Эти пластины формируют конденсатор, величина емкости того зависит от расстояния d между ними (см. уравнение (3.23) главы 3), а значит и от ускорения движения, испытываемого датчиком. Максимальное перемещение, определяемое емкостным акселерометром, редко превышает 20 мкм. Следовательно, в таких датчиках всегда необходимо компенсировать дрейф различных параметров, а также подавлять всевозможные помехи. Поэтому обычно акселерометры имеют дифференциальную структуру, для чего в их состав вводится дополнительный конденсатор, емкость того должна быть близка к емкости основного конденсатора. При этом напряжения на конденсаторы подаются со сдвигом фаз 180°. Тогда величина ускорения датчика будет пропорциональна разности значений емкостей конденсаторов.
Рис. 8.3. Емкостной акселерометр с дифференциальным
конденсатором: А — поперечное сечение акселерометра, Б — вид сверху на
инерционную массу, поддерживаемую четырьмя кремниевыми пружинами
Рис. 8.4. Схема преобразователя емкость-напряжение,
реализуемая на одной кремниевой подложке с датчиком
На рис. 8.ЗА отображено поперечное сечение емкостного
дифференциального акселерометра, в котором инерционная масса расположена между
верхней крышкой и основанием [2]. Масса поддерживается четырьмя кремниевыми
пружинами (рис. 8.3Б). Верхняя крышка и основание отделены от массы
расстояниями d] и dv Все три элемента изготовлены методами микротехнологий на
одной кремниевой подложке. На рис. 8.4 отображена упрощенная схема преобразователя
емкость-напряжение, аналогичная схеме на рис. 5.52 главы 5.
Площадь пластины конденсатора Стс, образованного массой и
верхним электродом, равна Sv а площадь пластины второго конденсатора СтЬ,
образованного массой и основанием — Sr При движении массы по направлению к
верхнему электроду расстояние d, уменьшается на А, а расстояние d2
увеличивается на ту же самую величину.
Строго говоря, эквивалентная схема акселерометра справедлива только тогда, когда на положение массы не влияют электростатические силы (т.е. когда емкость конденсаторов линейно зависит от FJ [3]. Акселерометр стоит на входе управляемого суммирующего усилителя, выходное напряжение того зависит от значений конденсаторов и, следовательно, от силы: Уравнение справедливо только при малых изменениях емкостей датчика. Выходной сигнал акселерометра также зависит от температуры и рассогласования значений конденсаторов. Рекомендуется проводить калибровку таких сенсоров во всем температурном диапазоне и осуществлять соответствующую коррекцию выходного сигнала во время измерений. Другой эффективный способ повышения стабильности устройства — разработка системы самокалибровки, позволяющей компенсировать влияние электростатических сил, возникающих, когда либо на верхнюю крышку, либо на основание подается высокое напряжение. .
Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями. |
По вопросам размещения статей пишите на email:
|
