RU2289789C1 - Device for measuring displacement of movable mass of micromechanical gyroscope - Google Patents

Device for measuring displacement of movable mass of micromechanical gyroscope Download PDF

Info

Publication number
RU2289789C1
RU2289789C1 RU2005130466/28A RU2005130466A RU2289789C1 RU 2289789 C1 RU2289789 C1 RU 2289789C1 RU 2005130466/28 A RU2005130466/28 A RU 2005130466/28A RU 2005130466 A RU2005130466 A RU 2005130466A RU 2289789 C1 RU2289789 C1 RU 2289789C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
amplifiers
outputs
transmission coefficient
Prior art date
Application number
RU2005130466/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Яков Анатольевич Некрасов (RU)
Яков Анатольевич Некрасов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Priority to RU2005130466/28A priority Critical patent/RU2289789C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2289789C1 publication Critical patent/RU2289789C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measuring technique.
SUBSTANCE: device comprises differential capacitive pickup, two resistive amplifiers whose inputs are connected with the outputs of the differential capacitive pickup, differential amplifier whose inputs are connected with the outputs of the resistive amplifiers, generator of alternative voltage whose output is connected with the movable mass, demodulator whose first input is connected with the output of the differential amplifier and the second input is connected with the generator of alternative voltage through the phase-shift device, adder, device with changeable transmission coefficient, and rectifier whose input is connected with the output of the adder. The inputs of the adder are connected with the outputs of the resistive amplifiers. The output of the rectifier is connected with the input for the measurement of the transmission coefficient of the device whose input is connected with the output of demodulator.
EFFECT: simplified structure.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области микромеханики, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа и схемам измерения передвижения подвижной массы (ПМ) или ротора в этих гироскопах.The invention relates to the field of micromechanics, in particular to micromechanical gyroscopes (MMGs) of vibration type and to schemes for measuring the movement of a moving mass (PM) or rotor in these gyroscopes.

Известно устройство измерения перемещения подвижной массы микромеханического гироскопа по оси первичных колебаний или драйва (drive axis), содержащее источник переменного напряжения с противофазными выходами, емкостной дифференциальный датчик, расположенный по оси первичных колебаний и имеющий гребенчатую структуру, при этом подвижным электродом датчика является ПМ, а неподвижные электроды датчика образованы статорами, расположенными на основании на оси первичных колебаний, усилитель, охваченный отрицательной обратной связью, инвертирующий вход которого соединен с ПМ [Пат. США 6626039, fig 8, элементы 51, 52, 58, Сd1 С2d,Rf, Cf].A device for measuring the movement of the moving mass of a micromechanical gyroscope along the axis of primary oscillations or drive (drive axis), containing an AC voltage source with antiphase outputs, a capacitive differential sensor located on the axis of the primary oscillations and having a comb structure, while the movable electrode of the sensor is PM, and the stationary electrodes of the sensor are formed by stators located on the base on the axis of the primary oscillations, an amplifier covered by negative feedback, an invert whose entrance is connected to the PM [Pat. US 6626039, fig 8, elements 51, 52, 58, C d1 C 2d , R f , C f ].

На фиг.8 этого патента показано, что этот способ может быть реализован с помощью усилителя 58, охваченного обратной связью элементами Rf, Cf и демодулятора 64. При этом напряжения на электроды емкостных датчиков поступают от противофазных источников переменного напряжения 51 и 52.On Fig this patent shows that this method can be implemented using an amplifier 58, covered by feedback elements R f , C f and the demodulator 64. In this case, the voltages to the electrodes of capacitive sensors come from antiphase AC voltage sources 51 and 52.

По сути своей работы усилитель 58, между выходом и инвертирующим входом которого включен резистор, представляет собой так называемый в англоязычной литературе трансрезистивный усилитель (transresistance amplifier), описанный, в частности, и в ряде патентов (см., например, пат. США №6566955 от 20.05.2003 г., и другие патенты с более ранним приоритетом: пат. США №6467346 (столбец 4 описания строки 20-25, фиг.3), пат. США №6253612 (столбец 3 описания строки 25-30), пат. США №4757422 (см. столбец 4 описания, абзацы 10,15). Как отмечено в этом патенте, трансрезистивный усилитель представляет собой преобразователь ток - напряжение, т.е. устройство, входным сигналом которого является ток, а выходным - напряжение. Соответственно, коэффициент передачи такого устройства имеет размерность [Ом]. Удобство использования трансрезистивных усилителей в микромеханических устройствах с емкостными датчиками обусловлено тем, что с их помощью ток через конденсаторы, сформированные с помощью электродов, преобразуется в такой электрический сигнал (напряжение), который с помощью распространенных средств (АЦП, операционные усилители и т.д.) легко может быть преобразован по требуемому алгоритму.In essence, the amplifier 58, between which the resistor is connected between the output and the inverting input, is the so-called transresistance amplifier, described in particular in a number of patents (see, for example, US Pat. No. 6,566,955) dated May 20, 2003, and other patents with an earlier priority: US Pat. No. 6,467,346 (column 4 of the description of line 20-25, Fig. 3), US Pat. No. 6253612 (column 3 of the description of line 25-30), Pat US No. 4757422 (see column 4 of the description, paragraphs 10.15). As noted in this patent, a transresistive amplifier represents This is a current-voltage converter, that is, a device whose input signal is current, and the output is voltage. Accordingly, the transmission coefficient of such a device is [Ohm]. The convenience of using transresistive amplifiers in micromechanical devices with capacitive sensors is due to the fact that with their help, the current through capacitors formed with the help of electrodes is converted into such an electrical signal (voltage), which using common means (ADC, operational amplifiers, etc.) is easy ozhet be converted to the desired algorithm.

Для разности токов, протекающих через электроды дифференциального датчика по оси первичных колебаний, справедливо выражениеFor the difference of the currents flowing through the electrodes of the differential sensor along the axis of the primary oscillations, the expression

Figure 00000002
Figure 00000002

где U=ESin(ωt) - напряжение источника 51, ω - угловая частота напряжения.where U = ESin (ωt) is the voltage of the source 51, ω is the angular frequency of the voltage.

Емкости конденсаторов дифференциального емкостного датчика с гребенчатой структурой могут быть представлены выражениями:The capacitances of the capacitors of a differential capacitive sensor with a comb structure can be represented by the expressions:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где Cd1, C2d - емкости конденсаторов дифференциального емкостного датчика, В - высота зубца гребенки, ε - диэлектрическая проницаемость среды в зазоре между электродами, L0 - начальное перекрытие между зубцами гребенок статора и ротора, ΔL - величина смещения ПМ по оси первичных колебаний от начального положения ПМ по этой оси, x0 - зазор между зубцами гребенок статора и ПМ.where C d1 , C 2d are capacitances of capacitors of a differential capacitive sensor, B is the height of the comb teeth, ε is the dielectric constant of the medium in the gap between the electrodes, L 0 is the initial overlap between the teeth of the stator and rotor combs, ΔL is the PM displacement along the axis of primary vibrations from the initial position of the PM along this axis, x 0 is the gap between the teeth of the stator combs and the PM.

Из выражений (1-3) можно получить следующее выражение:From expressions (1-3), we can obtain the following expression:

Figure 00000005
Figure 00000005

Т.е. измеренная разность токов пропорциональна перемещению ПМ (ΔL) и обратно пропорциональна величине х0, которая может изменяться от партии к партии и от образца к образцу, т.е. коэффициент передачи между величинами ΔL и измеряемой величиной ΔI зависит от величины зазора х0.Those. the measured current difference is proportional to the PM displacement (ΔL) and inversely proportional to x 0 , which can vary from batch to batch and from sample to sample, i.e. the transfer coefficient between ΔL and the measured ΔI depends on the gap x 0 .

Из-за технологических погрешностей изготовления величина может иметь значительный разброс х0, что приводит к необходимости индивидуальной подстройки коэффициента передачи устройства измерения перемещения ПМ в каждом датчике.Due to manufacturing manufacturing errors, the value can have a significant spread x 0 , which leads to the need for individual adjustment of the transfer coefficient of the PM displacement measuring device in each sensor.

Проблемы, обусловленные зависимостью ΔI от х0, изложены подробно в пат. США №6765305. Устройство измерения перемещения ПМ по этому патенту принято в качестве прототипа.The problems caused by the dependence of ΔI on x 0 are described in detail in US Pat. US No. 6,765,305. The PM displacement measuring device of this patent is adopted as a prototype.

Это устройство содержит дифференциальный емкостной датчик 101 (Пат. США №6765305, fig 1) с двумя конденсаторами 102, 103, к объединенным выводам которых подключен источник переменного напряжения 105. Другие выводы конденсаторов соединены с выходами преобразователей емкость - напряжение 112, 114. Выходные сигналы преобразователей 112, 114 суммируются в устройстве 120, преобразуются ПИ - регулятором 119, выходной сигнал которого используется для изменения коэффициента передачи усилителя 121, усиливающего разность выходных сигналов преобразователей 112,114. Выходной сигнал регулятора 119 модулируется с частотой источника 105. Этот сигнал через конденсаторы одинаковой емкости Сi поступает на входы преобразователей 112, 114.This device contains a differential capacitive sensor 101 (US Pat. No. 6,765,305, fig 1) with two capacitors 102, 103, to the combined terminals of which an AC voltage source 105 is connected. The other terminals of the capacitors are connected to the outputs of the capacitors - voltage 112, 114. Output signals the converters 112, 114 are summed in the device 120, converted by the PI controller 119, the output signal of which is used to change the gain of the amplifier 121, amplifying the difference between the output signals of the converters 112,114. The output signal of the controller 119 is modulated with a frequency of the source 105. This signal is supplied through the capacitors of the same capacitance C i to the inputs of the converters 112, 114.

Из описания устройства-прототипа можно сделать вывод, что уменьшение зависимости выходного сигнала устройства измерения перемещения подвижной массы микромеханического гироскопа по оси первичных колебаний от зазора между зубцами гребенок емкостного датчика достигается за счет того, что два преобразователя емкость - напряжение в канале драйва охватываются обратной связью по сумме их выходных сигналов [Пат. США №6765305, fig 1. элементы 116-120]. Это позволяет при точных и стабильных значениях величин емкостей Ci (см. fig.1) скомпенсировать составляющую постоянной величины на выходе преобразователей 112, 114 и сигналом с выхода регулятора 119 и скомпенсировать изменение масштабного коэффициента в канале драйва, обеспечив тем самым постоянную величину амплитуды первичных колебаний.From the description of the prototype device, we can conclude that reducing the dependence of the output signal of the device for measuring the movement of the moving mass of the micromechanical gyroscope along the axis of primary oscillations from the gap between the teeth of the combs of the capacitive sensor is achieved due to the fact that the two capacitance-voltage transducers in the drive channel are covered by feedback the sum of their output signals [Pat. US No. 6765305, fig 1. elements 116-120]. This allows for accurate and stable values of the capacitance values C i (see fig. 1) to compensate for a constant component at the output of the converters 112, 114 and a signal from the output of the controller 119 and compensate for the change in the scale factor in the drive channel, thereby ensuring a constant amplitude of the primary fluctuations.

Можно показать, что введение этой обратной связи по сумме сигналов через элементы Сi (при достаточно глубокой связи или большом контурном усилении) исключает зависимость от хо. Однако эта же связь приводит к возникновению зависимости ΔI от Сi.It can be shown that the introduction of this feedback on the sum of the signals through the elements C i (with a sufficiently deep connection or a large contour gain) eliminates the dependence on x about . However, this same connection leads to the appearance of a dependence of ΔI on C i .

К недостаткам прототипа можно отнести следующее:The disadvantages of the prototype include the following:

- в нем взамен нестабильности коэффициента передачи, обусловленной зазором, появляется нестабильность этого коэффициента, обусловленная нестабильностью емкостей обратной связи 116, 117. Отметим, что формирование стабильных емкостей малой емкости и в малых габаритах сопряжено с технологическими трудностями;- instead of the instability of the transmission coefficient caused by the gap, it appears the instability of this coefficient due to the instability of the feedback capacitances 116, 117. Note that the formation of stable capacities of small capacity and in small dimensions is fraught with technological difficulties;

- устройство-прототип значительно сложнее устройства-аналога по Пат. США №6626039.- the prototype device is much more complicated than the analog device according to Pat. U.S. No. 6626039.

Это можно обосновать следующим.This can be justified as follows.

У преобразователей емкость - напряжение 112, 114 входной сигнал - сигнал переменного тока, а выходной сигнал - на постоянном. Поэтому в их составе должен быть демодулятор. Демодуляция является нелинейной операцией, выполнение которой может быть значительно сложнее, чем линейной при одинаковых требованиях по точности. Поэтому выделение разности сигналов после выполнения демодуляции может вносить большую погрешность.For converters, the capacitance is a voltage of 112, 114. The input signal is an AC signal, and the output signal is constant. Therefore, they must include a demodulator. Demodulation is a non-linear operation, the execution of which can be much more complicated than linear with the same accuracy requirements. Therefore, the allocation of the difference of the signals after performing demodulation can introduce a large error.

В состав прототипа входят такие дополнительные устройства, как сумматор 120, регулятор 119, модуляторы 118 и 111, устройство с изменяемым коэффициентом передачи 121, которые отсутствуют в аналоге.The prototype includes such additional devices as an adder 120, a regulator 119, modulators 118 and 111, a device with a variable transmission coefficient 121, which are absent in the analogue.

Задачей изобретения является уменьшение сложности конструкции и повышение точности (за счет уменьшения влияния на коэффициент передачи величины зазора х0) устройства измерения перемещения подвижной массы микромеханического гироскопа по оси первичных колебаний.The objective of the invention is to reduce design complexity and improve accuracy (by reducing the effect on the transmission coefficient of the gap x 0 ) of a device for measuring the movement of the moving mass of a micromechanical gyroscope along the axis of primary vibrations.

Поставленная задача решается тем, что в устройство измерения перемещения подвижной массы микромеханического гироскопа по оси первичных колебаний, содержащее дифференциальный емкостной датчик, имеющий гребенчатую структуру, первый и второй усилители, входы которых соединены с выходами дифференциального емкостного датчика, дифференциальный усилитель, входы которого соединены с выходами первого и второго усилителей, генератор переменного напряжения, выход которого соединен с подвижной массой, демодулятор, первый вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, а второй через устройство сдвига фазы соединен с генератором переменного напряжения, суммирующее устройство и устройство с изменяемым коэффициентом передачи, в него введен выпрямитель, вход которого соединен с выходом суммирующего устройства, при этом входы суммирующего устройства соединены с выходами первого и второго усилителей, а выход выпрямителя - с входом для изменения коэффициента передачи устройства с изменяемым коэффициентом передачи, вход которого соединен с выходом демодулятора, при этом первый и второй усилители выполнены как трансрезистивные.The problem is solved in that in the device for measuring the movement of the moving mass of the micromechanical gyroscope along the axis of primary oscillations, containing a differential capacitive sensor having a comb structure, first and second amplifiers, the inputs of which are connected to the outputs of the differential capacitive sensor, a differential amplifier, the inputs of which are connected to the outputs the first and second amplifiers, an alternating voltage generator, the output of which is connected to the moving mass, a demodulator, the first input of which is connected n with the output of the differential amplifier, and the second through a phase shifter is connected to an alternating voltage generator, a summing device and a device with a variable transmission coefficient, a rectifier is inserted into it, the input of which is connected to the output of the summing device, while the inputs of the summing device are connected to the outputs of the first and second amplifiers, and the rectifier output with an input for changing the transmission coefficient of a device with a variable transmission coefficient, the input of which is connected to the output of the demodulator, and the first and second amplifiers are made as transresistive.

Кроме того, поставленная задача решается тем, что трансрезистивный усилитель выполнен на операционном усилителе с резистором, включенным между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя, неивертирующий вход которого соединен с общим проводом источника питания операционного усилителя.In addition, the task is solved in that the transresistive amplifier is made on an operational amplifier with a resistor connected between the output and the inverting input of the operational amplifier, the non-inverting input of which is connected to the common wire of the power supply of the operational amplifier.

Основное преимущество предлагаемого устройства обусловлено тем, что в нем вместо суммирования, введения обратной связи по сумме сигналов, выделения сигнала обратной связи и деления выполняются только операции суммирования и деления, благодаря чему в нем исключены элементы, ухудшающие точность преобразования перемещения ПМ в электрический сигнал.The main advantage of the proposed device is due to the fact that instead of summing, introducing feedback on the sum of the signals, extracting the feedback signal and dividing it, only the operations of summing and dividing are performed, which eliminates the elements that worsen the accuracy of converting the PM movement into an electric signal.

Заявленная совокупность признаков позволяет упростить конструкцию устройства, уменьшить его сложность, повысить точность, надежность и снизить стоимость.The claimed combination of features allows us to simplify the design of the device, reduce its complexity, increase accuracy, reliability and reduce cost.

Заявленное устройство поясняется чертежами.The claimed device is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен подвес ПМ с дифференциальным емкостным датчиком на оси первичных колебаний.Figure 1 shows the PM suspension with a differential capacitive sensor on the axis of the primary oscillations.

На фиг.1 приняты следующие обозначения:In figure 1, the following notation:

1 - ПМ на двухосном торсионном подвесе,1 - PM on a biaxial torsion bar suspension,

2, 3 - статоры дифференциального емкостного датчика на оси первичных колебаний.2, 3 - stators of a differential capacitive sensor on the axis of primary oscillations.

На фиг.2 приведена блок-схема устройства измерения перемещения подвижной массы микромеханического гироскопа по оси первичных колебаний.Figure 2 shows a block diagram of a device for measuring the movement of the moving mass of a micromechanical gyroscope along the axis of the primary vibrations.

На фиг.2 приняты следующие обозначения:In figure 2, the following notation:

4 - генератор переменного напряжения,4 - alternating voltage generator,

5, 6 - конденсаторы, образованные ПМ1 и статорами 2, 3 соответственно,5, 6 - capacitors formed by PM1 and stators 2, 3, respectively,

7, 8 - трансрезистивные усилители,7, 8 - transistor amplifiers,

9, 10, 18 - операционные усилители,9, 10, 18 - operational amplifiers,

10, 12, 19-21 - резисторы,10, 12, 19-21 - resistors,

13 - дифференциальный усилитель,13 - differential amplifier

14 - демодулятор,14 - demodulator

15 - фазосдвигающее устройство,15 is a phase shifting device

16 - устройство с изменяемым коэффициентом передачи,16 - a device with a variable transmission coefficient,

17 - суммирующее устройство,17 is a summing device,

22 - выпрямитель.22 - rectifier.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

При перемещениях ПМ1 по оси первичных колебаний в ММГ влево перекрытие между зубцами статора 2 и зубцами гребенки, расположенными на ПМ1 слева, уменьшается, а перекрытие между зубцами статора 3 и зубцами гребенки, расположенными на ПМ1 справа, увеличивается. Соответственно, первая емкость увеличивается, а вторая уменьшается. При перемещениях ПМ1 в другую сторону соответственно емкость между электродами, образованными ПМ1 и статором 2, уменьшается, емкость между электродами, образованными ПМ1 и статором 3, увеличивается.When PM1 moves along the axis of primary oscillations in the MMG to the left, the overlap between the stator teeth 2 and the comb teeth located on the left PM1 decreases, and the overlap between the stator 3 teeth and the comb teeth located on the right PM1 increases. Accordingly, the first capacity increases, and the second decreases. When PM1 moves to the other side, respectively, the capacitance between the electrodes formed by PM1 and the stator 2 decreases, the capacitance between the electrodes formed by PM1 and the stator 3 increases.

В предложенном устройстве (фиг.2) генератор переменного напряжения 4 соединен с объединенными выводами конденсаторов 5, 6. Этот общий вывод является выводом от ПМ1. Другие выводы конденсаторов 5, 6 соединены соответственно с входами трансрезистивных усилителей 7, 8, которые выполнены на операционных усилителях 9, 10 соответственно с резисторами 11, 12, включенными между выходами и инвертирующими входами этих операционных усилителей. Выходы трансрезистивных усилителей 7, 8 соединены с входами дифференциального усилителя 13 и через резисторы 19, 20 - с инвертирующим входом операционного усилителя 18, который с резистором 21 между выходом и инвертирующим входом и резисторами 19, 20 образует суммирующее устройство 17. Выход дифференциального усилителя 13 соединен с входом демодулятора 14, другой вход которого через фазосдвигающее устройство 15 соединен с генератором переменного напряжения 4. Выход демодулятора 14 соединен с входом устройства с изменяемым коэффициентом передачи 16, вход для изменения коэффициента передачи которого соединен с выходом выпрямителя 22. Вход выпрямителя 22 соединен с выходом суммирующего устройства 17.In the proposed device (figure 2), the alternating voltage generator 4 is connected to the combined terminals of the capacitors 5, 6. This common output is the output from PM1. Other outputs of the capacitors 5, 6 are connected respectively to the inputs of transresistive amplifiers 7, 8, which are made on operational amplifiers 9, 10, respectively, with resistors 11, 12 connected between the outputs and inverting inputs of these operational amplifiers. The outputs of the transresistive amplifiers 7, 8 are connected to the inputs of the differential amplifier 13 and through the resistors 19, 20 to the inverting input of the operational amplifier 18, which with a resistor 21 between the output and the inverting input and the resistors 19, 20 forms a summing device 17. The output of the differential amplifier 13 is connected with the input of the demodulator 14, the other input of which is connected through the phase shifting device 15 to the alternating voltage generator 4. The output of the demodulator 14 is connected to the input of the device with a variable transmission coefficient 16, in the stroke for changing the transmission coefficient of which is connected to the output of the rectifier 22. The input of the rectifier 22 is connected to the output of the summing device 17.

Устройство на фиг.2 работает следующим образом. Обозначая емкости конденсаторов 5, 6 соответственно Сd1 C2d и полагая, что сопротивления резисторов 10, 12, 19-21 одинаковы и равны R, можно для выходного сигнала усилителя 13 (U13) получить выражение (аналогичное выражению (4) после преобразований выражений (1)-(3),)The device in figure 2 works as follows. Denoting the capacitances of capacitors 5, 6, respectively, With d1 C 2d and assuming that the resistances of resistors 10, 12, 19-21 are identical and equal to R, we can obtain an expression for the output signal of amplifier 13 (U 13 ) (similar to expression (4) after transformations of expressions (1) - (3),)

Figure 00000006
Figure 00000006

Для выходных сигналов трансрезистивных усилителей 7, 8 (U7, U8) можно получить (при тех же обозначениях, что и при выводе выражений (1)-(4)), выражения:For the output signals of transresistive amplifiers 7, 8 (U 7 , U 8 ), one can obtain (with the same notation as in the derivation of expressions (1) - (4)), the expressions:

Figure 00000007
Figure 00000007

После суммирования этих сигналов напряжение на выходе усилителя 18 (U18) имеет вид:After summing these signals, the voltage at the output of the amplifier 18 (U 18 ) has the form:

Figure 00000008
Figure 00000008

Сигнал на выходе выпрямителя 22 (U22) пропорционален величинеThe signal at the output of rectifier 22 (U 22 ) is proportional to

Figure 00000009
Figure 00000009

Сигнал на выходе демодулятора 14 (U14) пропорционален величинеThe signal at the output of demodulator 14 (U 14 ) is proportional to

Figure 00000010
Figure 00000010

Отметим, что демодулятор 14 может быть выполнен на последовательно соединенных аналоговом умножителе и фильтре низкой частоты, с помощью которых выделяется низкочастотная составляющая произведения входных сигналов демодулятора 14, т.е. величина, пропорциональная

Figure 00000011
Note that the demodulator 14 can be performed on a series-connected analog multiplier and a low-pass filter, with which the low-frequency component of the product of the input signals of the demodulator 14 is extracted, i.e. value proportional
Figure 00000011

Устройство с изменяемым коэффициентом передачи 16 может быть выполнено на основе аналогового умножителя, включенного по схеме делителя (см. Шейнголд Д. Справочник по нелинейным схемам. М.: Мир, 1977 г. Стр.281-337, фиг.3.3.10). В этом случае коэффициент передачи обратно пропорционален сигналу на его входе, соединенном с выходом выпрямителя 22.A device with a variable transmission coefficient 16 can be made on the basis of an analog multiplier included according to the divider circuit (see Sheiningold D. Handbook of nonlinear circuits. M: Mir, 1977, pp. 281-337, Fig.3.3.10). In this case, the transmission coefficient is inversely proportional to the signal at its input connected to the output of the rectifier 22.

С учетом выражений (8), (9) можно показать, что сигнал на выходе устройства с изменяемым коэффициентом передачи 16 (U16) не зависит от величины x0:Given the expressions (8), (9), it can be shown that the signal at the output of the device with a variable transmission coefficient 16 (U 16 ) does not depend on the value x 0 :

Figure 00000012
Figure 00000012

где k - постоянный коэффициент.where k is a constant coefficient.

Таким образом, как и в прототипе, в предложенном устройстве выходной сигнал не зависит от величины зазора между зубцами гребенок и определяется только перемещениями ПМ1 и стабильными параметрами емкостного датчика и электрической схемы. Отметим, что размер L0 может быть выдержан со значительно меньшей относительной погрешностью, чем х0.Thus, as in the prototype, in the proposed device, the output signal does not depend on the size of the gap between the teeth of the combs and is determined only by the movements PM1 and stable parameters of the capacitive sensor and the electrical circuit. Note that the size L 0 can be maintained with a significantly lower relative error than x 0 .

Однако в отличие от прототипа в предложенном устройстве отсутствуют дополнительные модуляторы и демодуляторы, которые могут вызывать значительные искажения сигналов (эти искажения могут усиливаться, т.к. в прототипе вычитаются преобразованные демодуляторами преобразователей емкость - напряжение близкие по величине сигналы), регуляторы и прецизионные конденсаторы. Коэффициент передачи в предложенном устройстве зависит от сопротивлений резисторов, которые могут быть значительно стабильней емкостей конденсаторов. Это позволяет утверждать, что в предложенном устройстве достигается более высокая точность.However, unlike the prototype, the proposed device does not have additional modulators and demodulators that can cause significant signal distortions (these distortions can be amplified, because the prototype capacitance-voltage signals that are close in magnitude are subtracted in the prototype), regulators, and precision capacitors. The transmission coefficient in the proposed device depends on the resistances of the resistors, which can be significantly more stable than the capacitance of the capacitors. This allows us to argue that the proposed device achieves higher accuracy.

Дополнительно можно отметить, что суть изобретения не меняется при реализации отдельных элементов предложенного устройства на другой, кроме приводимой в качестве примера, элементной базе, например, с использованием цифровых процессоров, программируемых аналоговых схем (Field Programmable Analog Arrays - FPAA) и т.д.Additionally, it can be noted that the essence of the invention does not change when implementing the individual elements of the proposed device to another, except as an example, element base, for example, using digital processors, programmable analog circuits (Field Programmable Analog Arrays (FPAA), etc.

Claims (2)

1. Устройство измерения перемещения подвижной массы микромеханического гироскопа по оси первичных колебаний, содержащее дифференциальный емкостной датчик, имеющий гребенчатую структуру, первый и второй усилители, входы которых соединены с выходами дифференциального емкостного датчика, дифференциальный усилитель, входы которого соединены с выходами первого и второго усилителей, генератор переменного напряжения, выход которого соединен с подвижной массой, демодулятор, первый вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, а второй - через устройство сдвига фазы соединен с генератором переменного напряжения, суммирующее устройство и устройство с изменяемым коэффициентом передачи, отличающееся тем, что в него введен выпрямитель, вход которого соединен с выходом суммирующего устройства, при этом входы суммирующего устройства соединены с выходами первого и второго усилителей, а выход выпрямителя - с входом для изменения коэффициента передачи устройства с изменяемым коэффициентом передачи, вход которого соединен с выходом демодулятора, при этом первый и второй усилители выполнены как трансрезистивные.1. A device for measuring the movement of the moving mass of a micromechanical gyroscope along the axis of primary vibrations, comprising a differential capacitive sensor having a comb structure, first and second amplifiers, the inputs of which are connected to the outputs of the differential capacitive sensor, a differential amplifier, the inputs of which are connected to the outputs of the first and second amplifiers, an alternating voltage generator, the output of which is connected to the moving mass, a demodulator, the first input of which is connected to the output of the differential amplifier la, and the second through a phase shifter connected to an alternating voltage generator, a summing device and a device with a variable transmission coefficient, characterized in that a rectifier is inserted into it, the input of which is connected to the output of the summing device, while the inputs of the summing device are connected to the outputs of the first and the second amplifiers, and the rectifier output with an input for changing the transmission coefficient of the device with a variable transmission coefficient, the input of which is connected to the output of the demodulator, while the first and the second amplifiers are made as transresistive. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый трансрезистивный усилитель выполнен на операционном усилителе с резистором, включенным между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя.2. The device according to claim 1, characterized in that each transresistive amplifier is made on an operational amplifier with a resistor connected between the output and the inverting input of the operational amplifier.
RU2005130466/28A 2005-09-23 2005-09-23 Device for measuring displacement of movable mass of micromechanical gyroscope RU2289789C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005130466/28A RU2289789C1 (en) 2005-09-23 2005-09-23 Device for measuring displacement of movable mass of micromechanical gyroscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005130466/28A RU2289789C1 (en) 2005-09-23 2005-09-23 Device for measuring displacement of movable mass of micromechanical gyroscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2289789C1 true RU2289789C1 (en) 2006-12-20

Family

ID=37666909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005130466/28A RU2289789C1 (en) 2005-09-23 2005-09-23 Device for measuring displacement of movable mass of micromechanical gyroscope

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2289789C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2447403C1 (en) * 2010-12-07 2012-04-10 Яков Анатольевич Некрасов Micromechanical gyroscope
RU2447402C1 (en) * 2010-12-07 2012-04-10 Яков Анатольевич Некрасов Compensation-type micromechanical gyroscope
RU2471149C2 (en) * 2010-12-07 2012-12-27 Яков Анатольевич Некрасов Compensation-type micromechanical gyroscope

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2447403C1 (en) * 2010-12-07 2012-04-10 Яков Анатольевич Некрасов Micromechanical gyroscope
RU2447402C1 (en) * 2010-12-07 2012-04-10 Яков Анатольевич Некрасов Compensation-type micromechanical gyroscope
RU2471149C2 (en) * 2010-12-07 2012-12-27 Яков Анатольевич Некрасов Compensation-type micromechanical gyroscope

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2936286B2 (en) Precision capacitive transducer circuit and method
US7434466B2 (en) Gyro sensor
JP3262013B2 (en) Capacitive sensor interface circuit
TWI427272B (en) Arrangement for measuring rate of rotation with vibration sensor
US3012192A (en) Electric system
US7347096B2 (en) Digital accelerometer
JP5624073B2 (en) Method of operating capacitive micromechanical sensor with analog reset, and circuit configuration for the capacitive micromechanical sensor
JP3175489B2 (en) Vibrating gyroscope and vibrating gyroscope inspection device
JPH09280806A (en) Electrostatic capacitance type displacement meter
RU2289789C1 (en) Device for measuring displacement of movable mass of micromechanical gyroscope
CA1268210A (en) Method for the measurement of capacitances, in particular of low capacitances
RU2296301C1 (en) Method and device for measuring movement of movable mass of micro-mechanical gyroscope along axis of secondary oscillations
RU2344374C1 (en) Electrode structure for micromechanical gyroscope and micromechanical gyroscope with such structure (versions)
US20200271608A1 (en) Impedance measurement device
Demirtaş et al. Analysis and design of a transimpedance amplifier based front-end circuit for capacitance measurements
JP2006177895A (en) Electrostatic capacity/voltage converting arrangement and mechanical quantity sensor
RU2341805C1 (en) Compensating accelerometer
RU2714955C1 (en) Method for compensation of in-phase interference in micromechanical gyroscope
RU2686441C1 (en) Micromechanical gyroscope
KR100302459B1 (en) Nonlinearity compensation method and its apparatus of capacitive sensor controller sensing the position precisely
RU2274833C1 (en) Device for transforming signals of micro-mechanical vibration-type gyroscope
RU2471149C2 (en) Compensation-type micromechanical gyroscope
JP3189866B2 (en) Resistance meter calibration device
JP5733694B2 (en) High pass filter and electronic equipment using switched capacitor circuit
RU2649226C1 (en) Device for measuring gap in micromechanical gyroscope of rr-type

Legal Events

Date Code Title Description
HK4A Changes in a published invention
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200924