Кремниевый емкостной акселерометр.

Инерциальные устройства для измерения линейных параметров качки

Для получения линейных параметров качки используются акселерометры. Они могут быть струнными, маятниковыми, жидкостными, кварцевыми и др. Точность используемых акселерометров должна быть не менее .

Принцип измерения ускорений

В основе работы акселерометров лежит второй закон Ньютона: когда известная «чувствительная масса» движется с ускорением , возникает сила , измерив которую можно получить значение ускорения. Для оценки силы в ряде акселерометров применяют пружину (рисунок 1). Величина растяжения (сжатия) пружины пропорциональна действующей силе, а, следовательно и ускорению:

- коэффициент пропорциональности

Рисунок 1. Схема действия акселерометра:

а) в спокойном состоянии; б) под действием ускорения.

В микромеханических акселерометрах для измерения используется один из трех методов: емкостной, пьезорезисторный и пьезоэлектрический. На рисунке 1 показан вариант емкостного метода.

Кремниевый емкостной акселерометр.

Одним из перспективных датчиков ускорений являются кремниевые емкостные акселерометры. Они относятся к устройствам невысокой точности. Однако она вполне достаточна при измерениях элементов качки судна. Рассматриваемый акселерометр (рисунок 2) состоит из трех кремниевых пластин (А, М, В) и пружин между ними.

Эти элементы помещены в герметическую камеру, заполненную специальным «демпфирующим» газом. Внешние пластины А, В по отношению к корпусу прибора неподвижны, а внутренняя М представляет собой «чувствительную массу» акселерометра.

На пластинах с помощью фотолитографии нанесено металлическое покрытие. Пластины являются обкладками двух конденсаторов, обозначим их А и В в соответствии с названием внешних пластин прибора. Емкости этих конденсаторов зависят соответственно от расстояний между пластинами А, М и В, М.

Рисунок 2 Схема кремниевого емкостного акселерометра

Акселерометр измеряет ускорения, действующие вдоль оси OX. При отсутствии ускорений расстояния между пластинами одинаковы, и емкости конденсаторов равны. Когда прибор движется вдоль своей оси с ускорением а, то зазоры между пластинами меняются на одинаковую величину: один в

сторону увеличения, а другой — уменьшения. Соответственно изменяются и емкости конденсаторов. На основе измерения этих емкостей находится ускорение.