RU181082U1 - Гироскоп-аксельрометр с электростатическим подвесом ротора - Google Patents
Гироскоп-аксельрометр с электростатическим подвесом ротора Download PDFInfo
- Publication number
- RU181082U1 RU181082U1 RU2018107317U RU2018107317U RU181082U1 RU 181082 U1 RU181082 U1 RU 181082U1 RU 2018107317 U RU2018107317 U RU 2018107317U RU 2018107317 U RU2018107317 U RU 2018107317U RU 181082 U1 RU181082 U1 RU 181082U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- rotor
- stators
- pairs
- inputs
- Prior art date
Links
- 239000000725 suspension Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 3
- 206010040925 Skin striae Diseases 0.000 description 2
- 208000031439 Striae Distensae Diseases 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005339 levitation Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована в системах ориентации, навигации и управления подвижных объектов. Гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора содержит статически и динамически сбалансированный ротор в виде круглой пластины с отверстиями, имеющий электропроводящие части и окруженный статорами, в состав которых входит торцевой, нижний и верхний планарные статоры подвеса, а также нижний и верхний статоры электродвигателя привода ротора, при этом введены 8 дополнительных электродов, выполненные на электроизолирующих нижней и верхней втулках, расположенных на внутренней поверхности корпуса прибора, и 8 усилителей, а также по 2 контроллера на измерение углов α и β, которые в совокупности образуют два контура радиальной коррекции вдоль измерительных осей ОХ и ОУ, включающие в себя три пары электродов с положительными координатами и три пары электродов с отрицательными координатами первой измерительной оси I, расположенные в плоскости Oξη, последовательно соединенные с входами контроллеров по углу α и входами устройства управления разностью электрических потенциалов (устройство обработки информации), а также три пары электродов с положительными координатами и три пары электродов с отрицательными координатами второй измерительной оси II, расположенные в плоскости Oξη, последовательно соединенные с входами контроллеров по углу β и входами устройства управления разностью электрических потенциалов (устройство обработки информации). Технический результат – улучшение динамических характеристик устройства. 10 ил.
Description
Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована в системах ориентации, навигации и управления таких подвижных объектов, как самолет, корабль, автомобиль, микроробот и другие, где требуется информация об угловых скоростях и кажущихся ускорениях. Особенность прибора состоит в том, что он является микромеханическим роторного типа.
Уровень техники в данной области характеризуется следующими техническими решениями.
Известен микромеханический гироскоп (ММГ), разработанный в лаборатории им. Дрейпера Массачусетского технологического института США [1]. Он является гироскопом камертонного типа и представляет собой две вибрирующие массы, подвешенные на двух гибких опорах. Это камертон с верхней и нижней ножками (торсионами). Закрепленные массы вибрируют под действием электростатических датчиков силы гребенчатой структуры во взаимно-встречных направлениях, т.е. совершают плоские противофазные колебания. При наличии измеряемой угловой скорости ωζ вокруг оси торсионов рамка с чувствительными массами под действием сил Кориолиса начинает совершать угловые колебания относительно корпуса, а также вокруг оси торсионов. Эти колебания измеряются с помощью емкостных датчиков перемещений, расположенных под чувствительными массами. Амплитуда измеренных колебаний пропорциональна величине измеряемой угловой скорости, а фаза определяет знак этой скорости.
Известна также конструкция [2] микромеханического гироскопа с чувствительным элементом в виде кольца, закрепленного с помощью растяжек на центральной стойке, связанной с корпусом через упругие элементы. С помощью электростатических датчиков силы кольцо приводится в колебательное движение вокруг оси растяжек. Для съема информации используется емкостный преобразователь.
Недостатком обоих микромеханических гироскопов является недостаточно высокая точность из-за малой величины кинетического момента, что объясняется тем, что чувствительные элементы совершают не вращательное, а колебательные движения. В силу этого амплитудное значение кинетического момента составляет величины 103-10-4 гс⋅см⋅с. Поэтому повышение точности этого класса гироскопов достигается за счет снижения возмущающих воздействий, а осуществление этой меры требует больших конструктивных и технологических затрат.
Известен микромеханический гироскоп [3], в котором дисковый микроротор, выполненный в виде статически и динамически сбалансированной круглой пластины с отверстиями, его диаметр может лежать в пределах от нескольких десятков микрометров до единиц миллиметров при толщине от единиц до десятков микрометров, совершает непрерывное вращательное движение в неконтактном (электростатическом) подвесе.
Преимуществом такого устройства является возможность обеспечения при сравнимых с вибрационными микрогироскопами размерах значительно большей (на несколько порядков) величины кинетического момента, благодаря чему предоставляется возможность существенного повышения точности микрогироскопа.
Недостатками данного устройства, принятого за прототип предлагаемого изобретения, является применение позиционной коррекции, которая обеспечивает долгий переходный процесс, что приводит к увеличению времени готовности, а, следовательно, и ухудшению динамических характеристик прибора.
Задачей настоящей полезной модели является усовершенствование схемы и конструкции микромеханического гироскопа с электростатическим подвесом, путем добавления в схему прибора двух контуров радиальной коррекции, в результате чего улучшились динамические характеристики прибора.
Технический результат заключается в применении радиальной коррекции наряду с позиционной, что существенно сокращает время готовности прибора, а также улучшает динамические характеристики прибора. Разработанный прибор более технологичен, чем существующие ММГ. В данном гироскопе-акселерометре применен новый тип электродвигателя с электростатическим приводом.
Поставленная задача решается за счет того, что гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора содержит статически и динамически сбалансированный ротор в виде круглой пластины с отверстиями, имеющий электропроводящие части и окруженный статорами, в состав которых входит торцевой, нижний и верхний планарные статоры подвеса, а также нижний и верхний статоры вращающего момента, при этом торцевой статор подвеса состоит из четного числа плоских электродов, расположенных в экваториальной плоскости ротора по окружности и закрепленных в боковых стенках нижней электроизолирующей втулки, укрепленной в корпусе, нижний и верхний одинаковые планарные статоры подвеса, каждый выполненный в виде четного числа плоских электродов, расположенных по окружности и закрепленных в нижней и верхней электроизолирующих втулках, причем последняя укреплена в крышке гироскопа-акселерометра, кроме того, нижний и верхний планарные статоры вращающего момента, закрепленные в нижней и верхней электроизолирующих втулках, состоящих из плоских электродов, соединены в три секции, так что в каждую секцию входят электроды, расположенные через два соседних на третий, секции соединены с тремя фазами источника переменного тока, в состав устройства входит схема обработки информации, содержащая измерительные цепочки. Кроме того, в конструкцию введены 8 дополнительных электродов, представляющие собой тонкие металлический площадки, которые могут быть выполнены фотолитографическим способом на электроизолирующих нижней и верхней втулках, расположенных на внутренней поверхности корпуса прибора, и 8 усилителей, а также по 2 контроллера на измерение углов α и β, которые в совокупности образуют два контура радиальной коррекции вдоль измерительных осей OX и ОУ, включающие в себя три пары электродов с положительными координатами и три пары электродов с отрицательными координатами первой измерительной оси I (едоп2, едоп4 и едоп2', едоп4'), расположенные в плоскости Oξη, последовательно соединенные с входами контроллеров по углу α и входами устройства управления разностью электрических потенциалов (устройство обработки информации), а также три пары электродов с положительными координатами и три пары электродов с отрицательными координатами второй измерительной оси II (едоп1, едоп3 и едоп1', едоп3'), расположенные в плоскости Oξη, последовательно соединенные с входами контроллеров по углу β и входами устройства управления разностью электрических потенциалов (устройство обработки информации), причем каждый контроллер имеет два выхода, на которых происходит формирование сигнала, пропорционального углу поворота (изменение положения) ротора, который в свою очередь через усилители попадает на силовые электроды, которые вызывают прецессию, в результате которой происходит радиальная коррекция и ротор возвращается в нулевое положение.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами: фиг. 1 - конструктивная схема электростатического микромеханического гироскопа-акселерометра, фиг. 2 - схема электрическая функциональная, фиг. 3 - схема электрическая комбинированная, фиг. 4 - схема питания статоров электродвигателя привода ротора, фиг. 5 - расположение измерительных и силовых планарных электродов, обеспечивающих радиально-позиционную коррекцию, фиг. 6 - Перемещения ротора при действии ускорения 
и угловой скорости ωη, фиг. 7 - Перемещения ротора при действии ускорения 
и угловой скорости ωξ, фиг. 8 - Переходный процесс по изменению координат x и y при поступательном движении, фиг. 9 - Переходный процесс по изменению углов α и β с применением радиально-позиционной коррекции, фиг. 10 - Переходный процесс по изменению углов α и β с применением позиционной коррекции.
На чертежах приняты следующие обозначения: 1 - динамически симметричный плоский ротор; 2 - торцевой статор подвеса; 3 - плоские электроды торцевого статора подвеса 2; 4 - корпус прибора; 5 - крышка прибора; 6 - крепежная поверхность; 7 - юстировочная канавка; 8 - нижняя изолирующая втулка; 9 - верхняя изолирующая втулка; 10, 10' - нижний и верхний статоры подвеса; 11, 11' - нижний и верхний статоры электродвигателя привода ротора; 12, 12' - электроды нижнего статора подвеса 10 и верхнего статора подвеса 10'; 13 (13а, 13b, 13с…), 13' (13'а, 13'b, 13'c…) - электроды нижнего статора 11 и электроды верхнего статора 11' электродвигателя привода ротора; 14 - отверстия на роторе 1, необходимые для обеспечения условий создания вращающего момента; 15 -источник трехфазного напряжения для разгона ротора до номинальной скорости вращения; едоп1, едоп2, едоп3, едоп4 и едоп1', едоп2', едоп3', едоп4' - пара дополнительных электрически изолированных силовых сегментных электродов силовой цепочки верхнего и нижнего планарного статора подвеса; 16, 20, 24, 28, 16', 20', 24', 28' - дроссель, входящий в состав силовой цепочки; 17, 21, 25, 29, 17', 21, 25', 29' - эталонный резистор, входящий в состав силовой цепочки; 18, 22, 26, 30, 18', 22', 26', 30' - источник высокочастотного напряжения; 19, 23, 27, 31, 19', 23', 27', 31' - резистор, являющийся эквивалентом активного сопротивления дросселя 16, 20, 24, 28, 16', 20', 24', 28'; 32 - устройство обработки информации; 33, 34, 35, 36, 33', 34', 35', 36' - усилители тока с большим выходным сопротивлением; 37 и 40 - контроллер по углу α; 38 и 39 - контроллер по углу β; На фиг. 6 и 7 приняты следующие обозначения: 
- система координат, связанная с объектом; 0 - центр подвеса ротора; Оц - центр масс ротора; 1 - ротор; 
, 
- левые верхние и нижние электроды (их по 4); 
, 
- правые верхние и нижние электроды (их по 4); едоп - дополнительные электроды, необходимые для функционирования радиальной коррекции (их 8); 
, 
- смещения точек ротора при повороте на угол α, β ; 
- смещение ротора под действием инерциальной силы - 
от кажущегося ускорения 
; 
, 
- смещения точек ротора относительно его исходного положения по отношению к левому нижнему и левому верхнему электроду; 
, 
- смещение ротора относительно его исходного положения по отношению к правому нижнему и правому верхнему электроду; α, β - углы поворота ротора относительно корпуса прибора, на котором расположены неподвижные электроды 
; у, -у и x, -x - экваториальные оси ротора.
Изображенный на фиг. 1 микромеханический гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора содержит динамически симметричный ротор 1, полностью выполненный из электропроводящего материала. Ротор 1 является плоским, выполненным в виде статически и динамически сбалансированной круглой пластины с отверстиями.
В экваториальной плоскости ротора 1 расположен торцевой статор подвеса 2, состоящий из четного числа одинаковых плоских торцевых электродов 3, расположенных в экваториальной плоскости ротора по окружности, предназначенных для создания электростатических сил для удержания ротора 1 вдоль осей 0ξ и 0η, связанных с корпусом 4 устройства.
Крышка 5 вместе с корпусом 4 обеспечивают герметичность внутренней полости устройства. Крепежные поверхности 6 вместе с юстировочной канавкой 7 обеспечивают совмещение измерительных осей 0ξ, 
, 0η устройства с соответствующими строительными осями подвижного объекта (ПО), на котором устройство устанавливается. Плоские электроды 3 статора 2 закреплены в боковых стенках нижней изолирующей втулки 8. В крышке 5 имеется верхняя электрически изолирующая втулка 9, имеющая одинаковый внутренний диаметр с диаметром нижней втулки 8. С внутренними плоскими частями нижней и верхней втулок 8, 9 соединены нижний и верхний 10 и 10' соответственно одинаковые планарные статоры подвеса, а также нижний и верхний 11 и 11' соответственно статоры электродвигателя привода ротора. Статоры имеют одинаковую планарную конструкцию, состоят из четного числа плоских электродов 12 нижнего статора подвеса 10 и таких же электродов 12' верхнего статора 10' (на виде в плане (сечение ВВ) не показаны), а также из электродов 13 (13а, 13b, 13с,…) нижнего статора 11 электродвигателя привода ротора. Такие же электроды, являющиеся зеркальным отображением нижних относительно плоскости 0ξη, входят в состав верхнего статора 11' электродвигателя привода ротора.
В конструкцию введены 8 дополнительных электродов едоп1, едоп2, едоп3, едоп4 и едоп1', едоп2', едоп3', едоп4' -, представляющие собой тонкие металлический площадки, которые также как электроды 3 статора 2 и статоры планарной конструкции 10, 10', 11, 11' могут быть выполнены фотолитографическим способом на электроизолирующих нижней и верхней втулках 8 и 9 соответственно, и 8 усилителей (33, 34, 35, 36, 33', 34', 35', 36'), а также по 2 контроллера на измерение углов α (37, 40) и β (38, 39), которые в совокупности образуют два контура радиальной коррекции вдоль измерительных осей ОХ и ОУ, включающие в себя три пары электродов с положительными координатами и три пары электродов с отрицательными координатами первой измерительной оси I (едоп2, едоп4 и едоп2', едоп4'), расположенные в плоскости Оξη, последовательно соединенные с входами контроллеров по углу α (37, 40) и входами устройства управления разностью электрических потенциалов 32 (устройство обработки информации), а также три пары электродов с положительными координатами и три пары электродов с отрицательными координатами второй измерительной оси II (едоп1, едоп3 и едоп1', едоп3'), расположенные в плоскости Оξη, последовательно соединенные с входами контроллеров по углу β (38, 40) и входами устройства управления разностью электрических потенциалов 32.
В состав устройства входят силовые и измерительные цепочки, представляющие собой последовательное соединение дросселя (16, 20, 24, 28, 16', 20', 24', 28'), эталонного резистора (17, 21, 25, 29, 17', 21', 25', 29'), источника высокочастотного напряжения (18, 22, 26, 30, 18', 22', 26', 30'), резистора, являющимся эквивалентом активного сопротивления дросселя 16, 20, 24, 28, 16', 20', 24', 28' (19, 23, 27, 31, 19', 23', 27', 31').
Съем полезной информации об угловом положении ротора производится по компенсационному методу, при помощи эталонного резистора 17, 21, 25, 29, 17', 21', 25', 29', на котором устройство обработки информации 32 производит измерение падения напряжения.
Для поддержания плоского ротора 1 гироскопа-акселерометра во взвешенном состоянии имеются торцевые 2 и планарные электроды 10 и 10' (фиг. 1). Для коррекции и стабилизации линейного и углового положения ротора, в систему введены устройства управления разностью потенциалов 32 на парах противоположных силовых поддерживающих электродах. На входы устройства управления разностью электрических потенциалов 32 подаются электрические сигналы с емкостных датчиков (37, 38, 39, 40), пропорциональные перемещению ротора 1 вдоль соответствующих осей.
Для разгона ротора 1 в конструкции прибора имеется трехфазный асинхронный электродвигатель (АЭД), статоры 11 и 11', состоят из плоских электродов, соединены в три секции, так что в каждую секцию входят электроды, расположенные через два соседних на третий, секции запитываются от источника переменного высокочастотного напряжения 15 (фиг. 4) и расположены в плоскости OXY, жестко связаны с корпусом вакуумной камеры прибора.
Устройство работает следующим образом.
Работает гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора следующим образом. Перед включением питания прибор устанавливают на корпус подвижного объекта (ПО) и выставляют его оси по осям системы координат 
, связанной с корпусом прибора. При включении питающих источников высокочастотных напряжений статоры левитации 2, 10 и 10' устанавливают ротор 1 в исходное положение (фиг. 1), т.е. ротор 1 начинает левитировать относительно статоров под действием устанавливающих электростатических сил. После этого устройство обработки информации 32 подключает питающее трехфазное напряжение к верхнему 11' и нижнему 11 статорам электродвигателя привода ротора. Под действием тангенциальных электростатических сил ротор 1 разгоняется (т.е. возникает вращающееся магнитное поле, увлекающее за собой ротор) и приобретает угловую скорость Ω, и кинетический момент Н, равный Н=J⋅Ω, где J - полярный момент инерции ротора 1. При достижении номинальной скорости вращения ротора, источник переменного напряжения 15 (фиг. 4) отключается автоматически, а сохранение кинетического момента обеспечивается за счет вакуума и отсутствия трения в подвесе.
При движении подвижного объекта возникают абсолютные угловые скорости и ускорения. Заявленный прибор измеряет 
, 
, 
, ωη, ωξ.
Системы коррекции и подвес совмещают ось собственного вращения ротора с осью OZ объекта.
Канал коррекции положения ротора вокруг оси Оη (ОХ) за счет момента Мξ включает в себя: три пары электродов с положительными координатами и три пары электродов с отрицательными координатами первой измерительной оси I (едоп2, едоп4 и едоп2', едоп4') (фиг. 3), расположенные в плоскости Oξη, последовательно соединенные с входами контроллеров по углу α (38 и 39) и входами устройства управления разностью электрических потенциалов (устройство обработки информации 32).
Аналогично, канал коррекции положения ротора вокруг оси Oξ за счет момента Mη включает в себя: три пары электродов с положительными координатами и три пары электродов с отрицательными координатами второй измерительной оси II (едоп1, едоп3 и едоп1', едоп3'), расположенные в плоскости Oξη, последовательно соединенные с входами контроллеров по углу β (37 и 40) и входами устройства управления разностью электрических потенциалов (устройство обработки информации 32).
Съем полезной информации об угловом положении ротора производится по компенсационному методу, при помощи эталонного резистора 17, 21, 25, 29, 17', 21', 25', 29', на котором устройство обработки информации 32 производит измерение падения напряжения.
Каждый контроллер имеет два выхода, на которых происходит формирование сигнала, пропорционального углу поворота (изменение положения) ротора, который поступает на четыре усилителя (33, 33', 35, 35' для угла α и 34, 34', 36, 36' для угла β), причем на одной паре усилителей происходит усиление суммы напряжений, снимаемых с соответствующих эталонных резисторов, выходы которого подключены к датчику момента межосевой радиальной коррекции, представляют собой силовые электроды, а на другой паре усилителей усиление разности напряжений, снимаемых с соответствующих эталонных резисторов, выходы которого подключены к датчику момента межосевой радиальной коррекции, которые в свою очередь вызывают прецессию, в результате которой происходит радиальная коррекция и ротор возвращается в нулевое положение.
Стоит заметить, что измерительная и силовая часть, каждая состоит из трех электродов, при этом один электрод является общим для измерительной и силовой части, что необходимо для выполнения условий работы.
Прецизионное центрирование плоского ротора и поддержание его во взвешенном состоянии относительно корпуса прибора осуществляется с помощью электростатического подвеса.
Плоский ротор (выполненный в виде статически и динамически сбалансированной круглой пластины с отверстиями) окружен поддерживающими силовыми электродами образующие верхний, нижний, боковой (торцевой) статоры подвеса. Силовые электроды представляют собой тонкие металлический площадки, которые могут быть выполнены фотолитографическим способом на электроизолирующих нижней и верхней втулках, расположенных на внутренней поверхности корпуса прибора.
Для того чтобы напряженность поля была равномерной на всей площади электрода, в виду особенностей питающего высокочастотного напряжения в конструкции электродов и токоподводов к ним, следует избегать пик шероховатости поверхности и острых граней, например, при прямоугольной или квадратной форме электродов следует скруглять углы, так как напряженность поля на них будет больше чем на основной поверхности, в результате чего может образовываться "коронный разряд", т.е. электрический пробой или дуговой разряд.
Образуемый подвес выполняет функцию естественного центрирования ротора, поэтому основное внимание необходимо уделить уменьшению времени коррекции положения ротора при изменении положения в пространстве.
При работе системы коррекции к датчикам момента, представляющие собой силовые электроды, подводят напряжения Uη, Uξ пропорциональные угловой скорости подвижного объекта вокруг осей объекта Оξ и Oη.
Зависимость напряжения от кинетического момента и угловой скорости:
где Rэ - сопротивление эталонного резистора; Uη, Uξ - напряжения коррекции, подводимые к датчику момента вокруг осей Oη и Оξ, КДМ - коэффициент датчика момента.
На выходе устройства обработки информации 32 формируются оценки угловых скоростей:
Смещение диаметрально противоположных точек ротора относительно соответствующих электродов складывается из поступательного смещения 
и из смещений точек при повороте ротора на угол α (или β).
Для моментов радиальной коррекции получены следующие зависимости:
Для моментов позиционной коррекции получены следующие зависимости:
В результате расчета определили массу ротора, которая составляет 0.022⋅10-3 кг.
Определили емкости между ротором и планарными электродами в исходном положении, которая составляет 0.531 пФ, а также между ротором и торцовыми электродами, которая составляет 0.27 пФ.
Определил значения резонансных частот RLC цепи для торцевых и планарных электродов, которые составляют 38.2 МГц и 27 МГц.
Определили напряжения на конденсаторных переходах и силы создаваемые электродами в исходном положении, которые составляют 32.2 и 106В, 6.9⋅10-6 и 150⋅10-6 Н. Полученные силы в электродах подвеса обеспечивают подвес ротора (выдерживает перегрузку в 5g).
Данный прибор имеет малые размеры 5/5/3 мм, а также обладает допустимыми погрешностями.
Технико - экономическая эффективность заключается в усовершенствовании схемы и конструкции микромеханического гироскопа с электростатическим подвесом, путем добавления в схему прибора двух контуров радиальной коррекции, в результате значительно улучшились динамические характеристики прибора при сравнимой стоимости прибора с прототипом.
Вывод: в результате математического моделирования дифференциальных уравнений движения ротора, мы убедились, что введение дополнительной радиальной коррекции к существующей позиционной, существенно снижает время переходного процесса по приведению ротора в начальное положение и исключает статическое отклонение.
Литература.
1. Barbour N., Conelly J., Gilmore J., e.a. "Micro-Electromechanical Instrument and Systems Development at Draper Laboratory" // 3rd Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. Part 1, May 1996, p.p. 3-10.
2. Северов Л.А., Пономарев В.К., Панкратов А.И. и др. Микромеханические гироскопы: конструкции, характеристики, технологии, пути развития. // Изв. вузов РФ - Приборостроение. 1998, №1-2, с. 57.
3. Пат. 2158903 Российская Федерация, МПК G01C 19/24. Гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора / Чеботаревский Ю.В., Мельников А.В., Плотников П.К; заявитель и патентообладатель Саратовский государственный технический университет. Заявл. 29.06.1999; опубл. 10.11.2000.
Claims (1)
- Гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора, содержащий статически и динамически сбалансированный ротор в виде круглой пластины с отверстиями, полностью выполненный из электропроводящего материала и окруженный статорами, в состав которых входит торцевой, нижний и верхний планарные статоры подвеса, а также нижний и верхний статоры электродвигателя привода ротора, при этом торцевой статор подвеса состоит из четного числа плоских электродов, расположенных в экваториальной плоскости ротора по окружности и закрепленных в боковых стенках нижней электроизолирующей втулки, укрепленной в корпусе, нижний и верхний одинаковые планарные статоры подвеса, каждый выполненный в виде четного числа плоских электродов, расположенных по окружности и закрепленных в нижней и верхней электроизолирующих втулках, причем последняя укреплена в крышке гироскопа-акселерометра, кроме того, нижний и верхний планарные статоры электродвигателя привода ротора, закрепленные в нижней и верхней электроизолирующих втулках, состоящих из плоских электродов, соединены в три секции, так что в каждую секцию входят электроды, расположенные через два соседних на третий, секции соединены с тремя фазами источника переменного тока, в состав устройства входит схема обработки информации, содержащая измерительные цепочки, отличающийся тем, что введены 8 дополнительных электродов, представляющие собой тонкие металлический площадки, которые могут быть выполнены фотолитографическим способом на электроизолирующих нижней и верхней втулках, расположенных на внутренней поверхности корпуса прибора, и 8 усилителей, а также по 2 контроллера на измерение углов α и β, которые в совокупности образуют два контура радиальной коррекции вдоль измерительных осей ОХ и ОУ, включающие в себя три пары электродов с положительными координатами и три пары электродов с отрицательными координатами первой измерительной оси I (едоп2, едоп4 и едоп2', едоп4'), расположенные в плоскости Oξη, последовательно соединенные с входами контроллеров по углу α и входами устройства управления разностью электрических потенциалов (устройство обработки информации), а также три пары электродов с положительными координатами и три пары электродов с отрицательными координатами второй измерительной оси II (едоп1, едоп3 и едоп1', едоп3'), расположенные в плоскости Oξη, последовательно соединенные с входами контроллеров по углу β и входами устройства управления разностью электрических потенциалов (устройство обработки информации).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018107317U RU181082U1 (ru) | 2018-02-27 | 2018-02-27 | Гироскоп-аксельрометр с электростатическим подвесом ротора |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018107317U RU181082U1 (ru) | 2018-02-27 | 2018-02-27 | Гироскоп-аксельрометр с электростатическим подвесом ротора |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU181082U1 true RU181082U1 (ru) | 2018-07-04 |
Family
ID=62813439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018107317U RU181082U1 (ru) | 2018-02-27 | 2018-02-27 | Гироскоп-аксельрометр с электростатическим подвесом ротора |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU181082U1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2716869C1 (ru) * | 2019-08-01 | 2020-03-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) | Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр |
| RU197374U1 (ru) * | 2019-03-04 | 2020-04-23 | Пётр Колестратович Плотников | Гидродинамический гироскоп |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2158903C1 (ru) * | 1999-06-29 | 2000-11-10 | Саратовский государственный технический университет | Гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора |
| RU84542U1 (ru) * | 2009-02-16 | 2009-07-10 | Закрытое акционерное общество "Гирооптика" | Микромеханический гироскоп-акселерометр |
| RU2568147C1 (ru) * | 2014-08-08 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора и полной первичной информацией |
| US20160097789A1 (en) * | 2013-04-14 | 2016-04-07 | Purdue Research Foundation | Performance improvement of mems devices |
-
2018
- 2018-02-27 RU RU2018107317U patent/RU181082U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2158903C1 (ru) * | 1999-06-29 | 2000-11-10 | Саратовский государственный технический университет | Гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора |
| RU84542U1 (ru) * | 2009-02-16 | 2009-07-10 | Закрытое акционерное общество "Гирооптика" | Микромеханический гироскоп-акселерометр |
| US20160097789A1 (en) * | 2013-04-14 | 2016-04-07 | Purdue Research Foundation | Performance improvement of mems devices |
| RU2568147C1 (ru) * | 2014-08-08 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора и полной первичной информацией |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU197374U1 (ru) * | 2019-03-04 | 2020-04-23 | Пётр Колестратович Плотников | Гидродинамический гироскоп |
| RU2716869C1 (ru) * | 2019-08-01 | 2020-03-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) | Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6092325B2 (ja) | 振動質量型ジャイロスコープシステムおよび方法 | |
| US11390517B2 (en) | Systems and methods for bias suppression in a non-degenerate MEMS sensor | |
| US20090241662A1 (en) | Systems and methods for acceleration and rotational determination from an out-of-plane mems device | |
| JP2008122371A (ja) | Ｍｅｍｓ慣性センサの力再平衡およびパラメトリック増幅 | |
| JP2008008884A (ja) | 時間で変動する電圧を使用したｍｅｍｓ慣性センサのフォース・リバランシング | |
| JP2007304099A (ja) | 慣性センサのリフト効果を打ち消すための電極の使用 | |
| CN102768038A (zh) | 调整mems陀螺仪以减小热变偏移 | |
| JP6600672B2 (ja) | 半球共振型ジャイロスコープ | |
| US20180266821A1 (en) | Gyroscope | |
| RU181082U1 (ru) | Гироскоп-аксельрометр с электростатическим подвесом ротора | |
| JP2013096801A (ja) | 出力安定性に優れた振動型ジャイロ | |
| RU163835U1 (ru) | Трехкомпонентный измеритель угловой скорости на основе гироскопа ковалевской сферической формы с электростатическим подвесом | |
| RU2568147C1 (ru) | Гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора и полной первичной информацией | |
| RU155046U1 (ru) | Трехкомпонентный измеритель угловой скорости на основе сферического гироскопа с электростатическим подвесом | |
| JPS61164109A (ja) | 振動式角速度計 | |
| RU2158903C1 (ru) | Гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора | |
| RU175218U1 (ru) | Трехкомпонентный измеритель угловой скорости на основе гироскопа Ковалевской с пружинным подвесом | |
| JP2013108929A (ja) | 高精度化された振動型ジャイロ | |
| JP6704443B2 (ja) | 振動マスジャイロスコープシステム | |
| JP5036218B2 (ja) | 角速度センサ | |
| RU2579156C1 (ru) | Электростатический гироскоп | |
| US3545287A (en) | Spin axis detector for ball-type gyro | |
| RU2453812C1 (ru) | Интегральный чувствительный элемент вибрационного гироскопа | |
| RU2490592C1 (ru) | Микрогироскоп профессора вавилова | |
| RU2589939C1 (ru) | Электромагнитный гироскоп |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190228 |