RU146842U1

RU146842U1 - MICROMECHANICAL SOLID WAVE GYROSCOPE

Info

Publication number: RU146842U1
Application number: RU2014126816/28U
Authority: RU
Inventors: Виктор Акиндинович Солдатенков; Юрий Кириллович Грузевич; Владимир Михайлович Ачильдиев; Сергей Петрович Тимошенков; Алексей Сергеевич Тимошенков; Николай Анатольевич Бедро
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Геофизика-НВ"; Виктор Акиндинович Солдатенков; Юрий Кириллович Грузевич; Владимир Михайлович Ачильдиев; Сергей Петрович Тимошенков; Алексей Сергеевич Тимошенков; Николай Анатольевич Бедро
Priority date: 2014-07-02
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2014-10-20

Abstract

1. Микромеханический твердотельный волновой гироскоп (МТВГ) содержащий, крышку, основание, а также, по меньшей мере, один чувствительный элемент, плату управления и плату обработки, взаимодействующие через межплатный разъем, и, по меньшей мере, один выходной разъем для управления МТВГ и съема информации, отличающийся тем, что чувствительный элемент помещен в глухое отверстие, сформированное в основании, и зафиксирован в нём посредством компаунда, плата обработки и плата управления установлены соответственно в крышке и в основании, которые совместно образуют корпус прибора, выходной разъем для управления МТВГ и съема информации прикреплён к плате обработки и выведен за пределы этого корпуса через отверстие, сформированное в крышке, а зазор между выходным разъемом и крышкой загерметизирован.2. Гироскоп по п. 1, отличающийся тем, что в основании с платой управления и в крышке с платой обработки выполнены сквозные отверстия, через которые они скреплены друг с другом для образования корпуса прибора.3. Гироскоп по п. 2, отличающийся тем, что сквозные отверстия сформированы по периметру корпуса прибора.4. Гироскоп по п. 1, отличающийся тем, что в основании сформирована, по меньшей мере, одна пара отверстий под штифтовое соединение.1. Micromechanical solid-state wave gyroscope (MTVG) containing, a cover, a base, as well as at least one sensing element, a control board and a processing board, interacting through the interplane board, and at least one output connector for controlling the MTVG and information collection, characterized in that the sensitive element is placed in a blind hole formed in the base and fixed in it by means of a compound, the processing board and the control board are installed respectively in the cover and in the base, which together form the device’s body, the output connector for controlling the MTVG and information retrieval is attached to the processing board and out of the housing through the hole formed in the cover, and the gap between the output connector and the cover is sealed. 2. The gyroscope according to claim 1, characterized in that through holes are made in the base with the control board and in the lid with the processing board, through which they are fastened to each other to form the device body. A gyroscope according to claim 2, characterized in that the through holes are formed around the perimeter of the device body. The gyroscope according to claim 1, characterized in that at least one pair of holes for the pin connection is formed in the base.

Description

Полезная модель относятся к гироскопическим приборам, и может быть использована в системах управления подвижных объектов различного назначения, а также в качестве индикаторов движения объектов.The utility model relates to gyroscopic devices, and can be used in control systems of moving objects for various purposes, as well as indicators of movement of objects.

В микромеханических гироскопах - измерителях угловой скорости [1-2] используются емкостные преобразователи механического перемещения инерционной массы из-за сил инерции и Кориолиса в напряжение на выходе.In micromechanical gyroscopes - angular velocity meters [1-2], capacitive transducers of mechanical movement of inertial mass due to inertia and Coriolis forces to the output voltage are used.

В настоящее время емкостные преобразователи являются самыми высокоточными и имеют большой динамический диапазон измерения величин. В микромеханических акселерометрах и гироскопах, рабочие емкости составляют несколько пикофарад при размерах инерционной массы в районе 300×300 мкм, а чувствительность емкостного преобразователя определяется его выходными паразитными емкостями, предварительного усилителя обслуживающих элементов.Currently, capacitive converters are the most high-precision and have a large dynamic range of measurement. In micromechanical accelerometers and gyroscopes, working capacities are several picofarads with inertial mass sizes in the region of 300 × 300 μm, and the sensitivity of a capacitive transducer is determined by its output parasitic capacitors, a preliminary amplifier of service elements.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному устройству являются измерители угловых скоростей с чувствительным элементом кольцевого типа [3-5]. Датчик угловой скорости (ДУС) [4], содержит пустотелый резонатор с замкнутым контуром, выполненные на нем систему вибраторов, а также системы первичных и вторичных датчиков колебаний, систему управления вибрацией с цепью фазового сдвига и цепью фазовой автоматической подстройки частоты, при этом выход системы первичных датчиков колебаний подключен к входу первого входного усилителя, к выходу которого подключены цепь фазового сдвига, состоящая из последовательно включенных первого фазового демодулятора, первого корректирующего фильтра, модулятора и выходного усилителя, и цепь фазовой автоматической подстройки частоты, состоящая из последовательно включенных второго фазового демодулятора, второго корректирующего фильтра, преобразователя постоянного напряжения в частотный сигнал и фазовращателя; к выходу выходного усилителя подключена система вибраторов; система вторичных датчиков колебаний подключена к входу второго входного усилителя; на выходе фазовращателя образован сигнал, сдвинутый по фазе на 90° относительно фазы сигнала на выходе преобразователя постоянного напряжения в частотный сигнал, отличающийся тем, что выполнена дополнительная система вторичных датчиков колебаний, расположенных на оси резонатора, перпендикулярной оси, по которой выполнена основная система вторичных датчиков колебаний, введены первый формирователь импульсов, второй формирователь импульсов, логическое устройство И, D-триггер, JK-триггер, генератор тактовых импульсов, выводы основной и дополнительной систем вторичных датчиков колебаний соединены вместе, выход второго входного усилителя подключен к входу первого формирователя импульсов, выход которого подключен к первому входу логического устройства, выход модулятора подключен к входу второго формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом логического устройства., к синхронизирующему входу D-триггера подключен выход логического устройства, инверсный выход D-триггера соединен с его входом D, прямой выход D-триггера подключен к соединенным вместе J-входу и K-входу JK-триггера, к синхронизирующему входу которого подключен выход генератора тактовых импульсов; фазовращатель выполнен как фазовый расщепитель с дополнительным выходом сигнала с фазовым сдвигом 180°, выход фазового расщепителя с сигналом с фазовым сдвигом 0° подключен к входу опорного напряжения модулятора, выход фазового расщепителя с сигналом с фазовым сдвигом 90° подключен к входу опорного напряжения первого фазового демодулятора, выход фазового расщепителя с сигналом с фазовым сдвигом 180° подключен к входу опорного напряжения второго фазового демодулятора.The closest in technical essence to the claimed device are angular velocity meters with a sensitive element of the ring type [3-5]. The angular velocity sensor (DLS) [4], contains a closed-cavity hollow resonator, a system of vibrators made on it, as well as systems of primary and secondary vibration sensors, a vibration control system with a phase shift circuit and a phase-locked loop, with the system output primary oscillation sensors connected to the input of the first input amplifier, the output of which is connected to a phase shift circuit, consisting of series-connected first phase demodulator, the first correction filter, a modulator and an output amplifier, and a phase-locked loop, consisting of a second phase demodulator, a second correction filter, a DC-to-frequency converter and a phase shifter; a vibrator system is connected to the output of the output amplifier; a system of secondary vibration sensors is connected to the input of the second input amplifier; a signal is generated at the output of the phase shifter, 90 ° shifted in phase with respect to the phase of the signal at the output of the DC-DC converter to the frequency signal, characterized in that an additional system of secondary vibration sensors is arranged located on the cavity axis perpendicular to the axis along which the primary system of secondary sensors is made oscillations, the first pulse shaper, the second pulse shaper, the logic device And, D-trigger, JK-trigger, clock generator, the conclusions of the main and additional Of the secondary systems of secondary vibration sensors are connected together, the output of the second input amplifier is connected to the input of the first pulse shaper, the output of which is connected to the first input of the logic device, the output of the modulator is connected to the input of the second pulse shaper, the output of which is connected to the second input of the logic device., to the synchronizing input The output of the logic device is connected to the D-trigger, the inverse output of the D-trigger is connected to its input D, the direct output of the D-trigger is connected to the J-input connected together and K-input of the JK-trigger, to the synchronizing input of which the output of the clock generator is connected; the phase shifter is designed as a phase splitter with an additional signal output with a phase shift of 180 °, the output of the phase splitter with a signal with a phase shift of 0 ° is connected to the input of the modulator reference voltage, the output of the phase splitter with a signal with a phase shift of 90 ° is connected to the reference voltage input of the first phase demodulator , the output of the phase splitter with a signal with a phase shift of 180 ° is connected to the input of the reference voltage of the second phase demodulator.

ДУС [3] состоит из прямоугольного металлического основания с тремя выступами, с формированными в них сквозными отверстиями под крепеж. К основанию крепятся четыре стойки, к которым крепиться плата управления с чувствительным элементом емкостного типа. Плата обработки располагается сверху платы управления, на промежуточных стойках зафиксированных на стойках прикрепленных к основанию. Взаимосвязь между платами управления и обработки осуществляется с помощью межплатного разъема. Управление ДУСом и съем информации осуществляется посредствам разъема установленного на крышке. Крышка выполнена таким образом, что формирует корпус прибора, устанавливаясь поверх плат сбора и обработки и фиксируясь с основанием.DUS [3] consists of a rectangular metal base with three protrusions, with through holes formed for fasteners formed in them. Four racks are attached to the base, to which a control board with a capacitive type sensitive element is attached. The processing board is located on top of the control board, on intermediate racks fixed on racks attached to the base. The interconnection between the control and processing boards is carried out using the inter-board connector. The DUS control and information retrieval is carried out by means of the connector installed on the cover. The cover is made in such a way that it forms the body of the device, mounted on top of the collection and processing boards and fixed with the base.

Известный ДУС [3] обладает следующими недостатками приводящими к увеличению ошибки измерения. Использование в конструкции стоек для крепления плат с расположенными на них чувствительным элементом и обрабатывающей электроники при высоких угловых скоростях свыше 100 град/с приводит к возникновению напряжения в основания стоек вследствие действия Кориолисовых сил, что ведет к увеличению напряженности в узлах, последующей деформации конструкции и, соответственно, снижению надежности конструкции и точности измерений. Использование разъема РСГ7ТВ приводит не только к усложнению технического решения, в связи с трудоемкостью операции сборки, но так же и к увеличению габаритно массовых характеристик. Использование в устройстве крышки в качестве корпуса, приводит к увеличению габаритов изделия, что в свою очередь приводит к увеличению габаритов конечного изделия. Так же в конструкции не предусматривается точной установки ДУС на изделие, при условии использования крепежа с максимально возможным диаметром для данной конструкции ДУС, изначально возникает возможность появления ошибки 0,5 градуса, что является не допустимым при использовании ДУСа как высокоточного измерительного устройства.Known TLS [3] has the following disadvantages leading to an increase in measurement error. The use of racks for mounting boards with a sensitive element and processing electronics in them at high angular speeds of more than 100 deg / s leads to stresses in the bases of racks due to Coriolis forces, which leads to an increase in tension in the nodes, subsequent deformation of the structure and, accordingly, reducing the reliability of the design and the accuracy of the measurements. The use of the RSG7TV connector not only complicates the technical solution, due to the complexity of the assembly operation, but also increases the overall mass characteristics. The use of a cover as a housing in the device leads to an increase in the dimensions of the product, which in turn leads to an increase in the dimensions of the final product. Also, the design does not provide for the exact installation of the DLS on the product, provided that fasteners with the maximum possible diameter for the given DUS are used, initially there is the possibility of an error of 0.5 degrees, which is not permissible when using the DUS as a high-precision measuring device.

Техническим результатом от использования предлагаемой полезной модели является повышение точности и надежности функционирования за счет увеличения жесткости конструкции, уменьшения габаритно массовых характеристик и увеличения точности монтажа.The technical result from the use of the proposed utility model is to increase the accuracy and reliability of operation by increasing the rigidity of the structure, reducing the overall mass characteristics and increasing the accuracy of installation.

Технический результат достигается за счет того, что в микромеханическом твердотельном волновом гироскопе (МТВГ) содержащем крышку, основание, а также, по меньшей мере, один чувствительный элемент, плату управления и плату обработки, взаимодействующие через межплатный разъем, и, по меньшей мере, один выходной разъем для управления МТВГ и съема информации, этот чувствительный элемент помещен в глухое отверстие, сформированное в основании, и зафиксирован в нем посредством компаунда, плата обработки и плата управления установлены соответственно в крышке и в основании, которые совместно образуют корпус прибора, выходной разъем для управления МТВГ и съема информации прикреплен к плате обработки и выведен за пределы этого корпуса через отверстие, сформированное в крышке, а зазор между выходным разъемом и крышкой загерметизирован.The technical result is achieved due to the fact that in a micromechanical solid-state wave gyroscope (MTVG) containing a cover, a base, as well as at least one sensing element, a control board and a processing board interacting via an interplane board, and at least one an output connector for controlling the MTVG and retrieving information, this sensitive element is placed in a blind hole formed in the base and fixed in it by means of a compound, the processing board and control board are installed accordingly In the lid and in the base, which together form the device case, the output connector for controlling the MTVG and information retrieval is attached to the processing board and out of the housing through the hole formed in the cover, and the gap between the output connector and the cover is sealed.

Кроме того, в основании с платой управления и в крышке с платой обработки выполнены сквозные отверстия, через которые они скреплены друг с другом для образования корпуса прибора.In addition, through holes are made in the base with the control board and in the cover with the processing board, through which they are fastened to each other to form the device body.

Кроме того, крепежные отверстия сформированы по периметру корпуса прибора.In addition, mounting holes are formed around the perimeter of the device body.

Кроме того, в основании сформирована, по меньшей мере, одна пара отверстий под штифтовое соединение.In addition, at least one pair of pin hole openings is formed at the base.

Полезная модель поясняется чертежами:The utility model is illustrated by drawings:

На фиг. 1 приведен внешний вид МТВГ.In FIG. 1 shows the appearance of MTVG.

На фиг. 2 приведено основание МТВГ.In FIG. 2 shows the basis of MTVG.

На фиг. 3 приведено поэлементное устройство МТВГ для пояснения последовательности его сборки.In FIG. 3 shows an MTVG element-by-element device for explaining the sequence of its assembly.

На фиг. 4 приведено расположение ЧЭ МТВГ в основании.In FIG. 4 shows the location of the SE MTVG in the base.

На фиг. 5 приведено расположение оси чувствительности относительно осей прибора.In FIG. 5 shows the location of the sensitivity axis relative to the axes of the device.

На фиг. 1 показано:In FIG. 1 shows:

1 - крышка;1 - cover;

2 - основание;2 - base;

3 - разъем;3 - connector;

4 - крепеж;4 - fasteners;

5 - технологические канавки.5 - technological grooves.

На фиг. 2 показано:In FIG. 2 shows:

2 - основание;2 - base;

6 - отверстия под крепеж;6 - holes for fasteners;

7 - отверстия под штифты.7 - holes for the pins.

На фиг. 3 показано:In FIG. 3 shows:

1 - крышка;1 - cover;

2 - основание;2 - base;

4, 10, 11, 12 - крепеж;4, 10, 11, 12 - fasteners;

8 - печатная плата обработки;8 - processing circuit board;

9 - печатная плата управления.9 - control circuit board.

На фиг. 4 показано:In FIG. 4 shows:

2 - основание;2 - base;

13 - ЧЭ МТВГ;13 - ChE MTVG;

14 - эпоксидный компаунд.14 - epoxy compound.

На фиг. 5 показано:In FIG. 5 shows:

Ζ, Χ, Υ - оси прибора;Ζ, Χ, Υ - axis of the device;

- вектор угловой скорости (ось чувствительности).

is the angular velocity vector (sensitivity axis).

Микромеханический твердотельный волновой гироскоп (МТВГ) содержит, крышку 1, основание 2, а также, по меньшей мере, один чувствительный элемент 13, плату управления 9 и плату обработки 8, взаимодействующие через межплатный разъем, и, по меньшей мере, один выходной разъем 3 для управления МТВГ и съема информации, Чувствительный элемент 13 помещен в глухое отверстие (фиг. 4), сформированное в основании 2, и зафиксирован в нем посредством компаунда 14, плата обработки 8 и плата управления 9 установлены соответственно в крышке 1 и в основании 2, которые совместно образуют корпус прибора (фиг. 1), выходной разъем 3 для управления МТВГ и съема информации прикреплен к плате обработки 8 и выведен за пределы этого корпуса через отверстие 15, сформированное в крышке, а зазор между выходным разъемом 3 и крышкой 1 загерметизирован. В основании 2 с платой управления 9 и в крышке 1 с платой обработки 8 выполнены сквозные отверстия 6, через которые они скреплены друг с другом для образования корпуса прибора. Сквозные отверстия 6 могут быть сформированы по периметру корпуса прибора. В основании может быть сформирована, по меньшей мере, одна пара отверстий 7 под штифтовое соединение.A micromechanical solid-state wave gyroscope (MTVG) contains, a cover 1, a base 2, as well as at least one sensing element 13, a control board 9 and a processing board 8, interacting via an interplane board, and at least one output connector 3 to control MTVG and retrieve information, the Sensitive element 13 is placed in a blind hole (Fig. 4) formed in the base 2 and fixed in it by means of compound 14, the processing board 8 and the control board 9 are installed in the cover 1 and base 2, respectively which owls locally form the body of the device (Fig. 1), the output connector 3 for controlling the MTVG and information retrieval is attached to the processing board 8 and brought out of the housing through the hole 15 formed in the cover, and the gap between the output connector 3 and the cover 1 is sealed. Through holes 2 are made in the base 2 with the control board 9 and in the lid 1 with the processing board 8, through which they are fastened to each other to form the device body. Through holes 6 can be formed around the perimeter of the device. At least one pair of pin holes 7 may be formed at the base.

Указанный выше технический результат достигается путем использования корпуса прибора с сформированными в нем отверстиями под крепления и установку плат управления и обработки, взаимодействующие между собой посредствам разъема. При этом плата управления крепиться к основанию, так же как и чувствительный элемент. Крепление чувствительного элемента к основанию осуществляется посредством компаунда. Плата управления в свою очередь крепится к крышке. Данное расположение плат практически полностью исключает влияние перекрестных связей и Кориолисовых сил на конструкцию и ее функционирование. Так же для точной установки МТВГ на изделие в основании корпуса предусмотрены отверстия под штифты.The aforementioned technical result is achieved by using the housing of the device with the holes formed therein for fastening and installing control and processing boards interacting with each other via a connector. In this case, the control board is attached to the base, as well as the sensitive element. The fastening of the sensing element to the base is carried out through the compound. The control board, in turn, is attached to the cover. This arrangement of boards almost completely eliminates the effect of cross-connections and Coriolis forces on the structure and its functioning. Also, for precise installation of MTVG on the product, holes for pins are provided in the base of the case.

Внешний вид МТВГ приведен на фигуре 1. Посредством разъема 3 обеспечивается взаимодействие с внешним устройством. Для крепления МТВГ используется крепеж 4. Канавки 5 являются технологическими.The appearance of MTVG is shown in figure 1. Through connector 3, interaction with an external device is provided. For mounting MTVG, fasteners 4 are used. Grooves 5 are technological.

Детальное расположение составных частей МТВГ друг относительно друга приведено на фигуре 3. Печатная плата обработки 8, обеспечивающая взаимосвязь с внешними устройствами, а так же обработку информации с ЧЭ МТВГ с помощью крепежа 11 крепиться к крышке 1. В крышке 1 имеется сквозное отверстие 15 для разъема. Для обеспечения герметичности зазор между разъемом и боковыми поверхностями технологического отверстия крышки 1 герметизируют. Печатная плата управления 9 с установленным ЧЭ МТВГ крепится к основанию 2 с помощью крепежа 12. С помощью крепежа 4 МТВГ крепиться к внешнему основаниюA detailed arrangement of the components of the MTVG relative to each other is shown in Figure 3. The processing circuit board 8, which provides interconnection with external devices, as well as the processing of information from the MTVG CE using fasteners 11, is attached to the cover 1. The cover 1 has a through hole 15 for the connector . To ensure tightness, the gap between the connector and the side surfaces of the technological holes of the cover 1 is sealed. The control circuit board 9 with the installed ЧЭ МТВГ is attached to the base 2 with the help of fasteners 12. Using the fasteners 4 МТВГ are attached to the external base

В основании 2 фигура 4 имеется отверстие для размещения микросхемы ЧЭ МТВГ 13, для обеспечения жесткой фиксации микросхемы ЧЭ МТВГ дополнительно производиться заливка эпоксидным компаундом 14.At the base 2 of figure 4 there is an opening for placing the ChE MTVG microcircuit 13, to ensure rigid fixation of the ChE MTVG microcircuit, an epoxy compound 14 is additionally filled.

Суть работы МТВГ заключается в изменении выходного напряжения в следствии действия угловой скорости вдоль оси Ζ фигура 5. При этом выходное напряжение пропорционально физической величине угловой скорости ωThe essence of the MTVG operation is to change the output voltage due to the action of the angular velocity along the оси axis, figure 5. In this case, the output voltage is proportional to the physical value of the angular velocity ω

U_вых=K₀+K₁·ωU _o = K ₀ + K ₁

K₀ - нулевой сигнал;K ₀ - zero signal;

K₁ - масштабный коэффициент.K ₁ - scale factor.

Таким образом, от использования предлагаемой полезной модели достигается технический результат, которым является повышение точности и надежности функционирования за счет увеличения жесткости конструкции, уменьшения габарит массовых характеристик и увеличения точности монтажа.Thus, the use of the proposed utility model achieves a technical result, which is to increase the accuracy and reliability of operation by increasing the rigidity of the structure, reducing the size of the mass characteristics and increasing the accuracy of installation.

Источники информации:Information sources:

Патент РФ №2248525, G01C 19/56, G01P 9/04, 2004.RF patent №2248525, G01C 19/56, G01P 9/04, 2004.

Патент РФ №2296300, G01C 19/56, 2005.RF patent No. 2296300, G01C 19/56, 2005.

Data sheet TG75S-XYZ_DS131125_ru (www.mp-lab.ru).Data sheet TG75S-XYZ_DS131125_en (www.mp-lab.ru).

Патент РФ №2276371, G01P 9/04, G01C 19/56, 10.05.2006.RF patent No. 2276371, G01P 9/04, G01C 19/56, 05/10/2006.

Патент РФ №2282151, G01P 9/04, G01C 19/56, 20.08.2006.RF patent No. 2282151, G01P 9/04, G01C 19/56, 08.20.2006.

Claims

1. Micromechanical solid-state wave gyroscope (MTVG) containing, a cover, a base, as well as at least one sensing element, a control board and a processing board, interacting through the interplane board, and at least one output connector for controlling the MTVG and information collection, characterized in that the sensitive element is placed in a blind hole formed in the base and fixed in it by means of a compound, the processing board and the control board are installed respectively in the cover and in the base, which jointly form the device body, the output connector for controlling the MTVG and information retrieval is attached to the processing board and removed outside the housing through the hole formed in the cover, and the gap between the output connector and the cover is sealed.

2. The gyroscope according to claim 1, characterized in that through holes are made in the base with the control board and in the lid with the processing board, through which they are fastened to each other to form the device body.

3. The gyroscope according to claim 2, characterized in that the through holes are formed around the perimeter of the device body.

4. The gyroscope according to claim 1, characterized in that at least one pair of holes for the pin connection is formed in the base.