RU2334197C1 - Method of angular speed measurement and vibration gyro to this effect - Google Patents

Method of angular speed measurement and vibration gyro to this effect Download PDF

Info

Publication number
RU2334197C1
RU2334197C1 RU2007101462/28A RU2007101462A RU2334197C1 RU 2334197 C1 RU2334197 C1 RU 2334197C1 RU 2007101462/28 A RU2007101462/28 A RU 2007101462/28A RU 2007101462 A RU2007101462 A RU 2007101462A RU 2334197 C1 RU2334197 C1 RU 2334197C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frame
axis
plane
inertial
angular velocity
Prior art date
Application number
RU2007101462/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Павлович Мезенцев (RU)
Александр Павлович Мезенцев
Евгений Николаевич Фролов (RU)
Евгений Николаевич Фролов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "АЙСЕНС"
Евгений Николаевич Фролов
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 Общество с ограниченной ответственностью "АЙСЕНС", Евгений Николаевич Фролов filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "АЙСЕНС"
Priority to RU2007101462/28A priority Critical patent/RU2334197C1/en
Priority to PCT/RU2008/000014 priority patent/WO2008097127A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2334197C1 publication Critical patent/RU2334197C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: method consists in excitation, along a certain axis, of translation vibration of the beam making a part of the frame, the angular speed of rotation is defined from the results of measuring the parameters of angular frame vibrations about the axis parallel to the aforesaid axis. The vibration gyro inertial device represents a rigid U-shape frame with its ends linked, by two flat springs, with a pendulum in the form of a beam parallel to the frame central crossbar and a hub linked to the frame ends by two torsion elements.
EFFECT: higher reliability and longer life along with smaller sizes, simpler design and lower costs.
4 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемые изобретения относятся к измерительной технике, в частности к вибрационным гироскопическим приборам, предназначенным для измерения угловой скорости.The present invention relates to measuring equipment, in particular to vibratory gyroscopic devices for measuring angular velocity.

Известен гироскоп-акселерометр, который состоит из одной кремневой и двух стеклянных пластин. В кремневой пластине путем травления сформированы базовая рамка и два маятниковых узла, которые связаны с рамкой с помощью упругих перемычек. Маятники могут упруго перемещаться вдоль оси, нормальной плоскости пластины (патент США №5392650, класс 73/517 А, 1995 г.).Known gyroscope-accelerometer, which consists of one silicon and two glass plates. In the silicon wafer, a base frame and two pendulum assemblies are formed by etching, which are connected to the frame using elastic jumpers. Pendulums can elastically move along the axis of the normal plane of the plate (US patent No. 5392650, class 73/517 A, 1995).

Система возбуждения может вызывать колебания маятниковых узлов в противофазе в плоскости пластины, что, по сути, эквивалентно вращению всей пластины вокруг оси, перпендикулярной ее плоскости. При наличии вращения основания, на котором установлен акселерометр-гироскоп, его маятники под действием сил Кориолиса начнут совершать колебания с частотой возбуждения. Амплитуды колебаний маятников зависят от угловой скорости поворота прибора (здесь не рассматриваются смещения маятников, обусловленные движением прибора с ускорением).The excitation system can cause oscillations of the pendulum nodes in antiphase in the plane of the plate, which, in essence, is equivalent to the rotation of the entire plate around an axis perpendicular to its plane. In the presence of rotation of the base on which the accelerometer-gyroscope is mounted, its pendulums under the influence of the Coriolis forces will begin to oscillate with the excitation frequency. The oscillation amplitudes of the pendulums depend on the angular velocity of rotation of the device (the displacements of the pendulums due to the accelerated movement of the device are not considered here).

На базовую рамку кремниевой пластины с двух сторон жестко закреплены две стеклянные пластины с электродами, которые совместно с кремниевой пластиной, как общим электродом, образуют пару дифференциальных емкостных датчиков смещения маятников.Two glass plates with electrodes are rigidly fixed to the base frame of the silicon wafer on both sides, which together with the silicon wafer, as a common electrode, form a pair of differential capacitive pendulum displacement sensors.

Основными недостатками рассмотренного акселерометра-гироскопа являются, во-первых, невозможность изготовления кремниевой пластины с идентичными маятниковыми узлами, что приводит к дополнительной погрешности прибора, и, во-вторых, в данной конструкции достаточно сложно осуществить режим резонансной настройки колебаний маятников и маятниковых узлов.The main disadvantages of the considered accelerometer-gyroscope are, firstly, the impossibility of manufacturing a silicon wafer with identical pendulum nodes, which leads to additional error of the device, and, secondly, in this design it is quite difficult to implement the mode of resonant tuning of the oscillations of the pendulums and pendulum nodes.

Известен вибрационный гироскоп, который имеет корпус с установленным в нем узлом вибрирующего кольца, называемым также роторным узлом.Known vibration gyroscope, which has a housing with a vibrating ring assembly installed in it, also called a rotary assembly.

Роторный узел выполнен из единой пластины монокристалла кремния и состоит из ротора в виде внешнего кольца и внутренней ступицы, которые связаны друг с другом упругими элементами. Ступица соединена с корпусом также упругими связями. При этом ротор может совершать угловые колебания вокруг двух взаимно ортогональных осей (вокруг оси, нормальной плоскости кольца, и оси, расположенной в плоскости кольца).The rotor assembly is made of a single silicon single crystal plate and consists of a rotor in the form of an outer ring and an inner hub, which are connected to each other by elastic elements. The hub is also connected to the housing by elastic ties. In this case, the rotor can make angular oscillations around two mutually orthogonal axes (around an axis, the normal plane of the ring, and an axis located in the plane of the ring).

В гироскопе электростатически могут быть возбуждены угловые колебания ротора вокруг оси, нормальной его плоскости (оси возбуждения). При наличии вращения корпуса гироскопа под действием сил Кориолиса его ротор начинает совершать колебания вокруг второй оси (выходной оси) с амплитудой, которая пропорциональна угловой скорости поворота.In a gyroscope, angular oscillations of the rotor around the axis normal to its plane (the axis of excitation) can be electrostatically excited. In the presence of rotation of the gyroscope body under the action of Coriolis forces, its rotor begins to oscillate around the second axis (output axis) with an amplitude that is proportional to the angular velocity of rotation.

На корпусе гироскопа образована диэлектрическая подложка (изоляционный слой), на которой имеется два электрода. Электроды совместно с кремниевым ротором (как общим электродом) образуют дифференциальный емкостный датчик смещения ротора (патент США №5555765, класс 73/504.09, 1996).A dielectric substrate (insulating layer) is formed on the gyroscope body, on which there are two electrodes. The electrodes together with a silicon rotor (as a common electrode) form a differential capacitive rotor displacement sensor (US patent No. 5555765, class 73 / 504.09, 1996).

К недостаткам данного гироскопа следует отнести следующее:The disadvantages of this gyroscope include the following:

1. Ротор гироскопа связан с корпусом упругим кардановом подвесом, который позволяет совершать ротору угловые колебания вокруг двух взаимно ортогональных осей. Реализация совершенного упругого подвеса такого типа достаточна сложна.1. The rotor of the gyroscope is connected to the housing by an elastic gimbal, which allows the rotor to make angular oscillations around two mutually orthogonal axes. The implementation of a perfect elastic suspension of this type is quite complicated.

2. Электроды дифференциального датчика смещения ротора и электроды электростатического возбуждения ротора имеют друг с другом емкостную связь, что приводит к влиянию системы возбуждения на систему измерения и, соответственно, к ошибкам гироскопа.2. The electrodes of the differential rotor displacement sensor and the electrostatic excitation electrodes of the rotor are capacitively coupled to each other, which leads to the influence of the excitation system on the measurement system and, consequently, to gyro errors.

3. В данной конструкции гироскопа трудно осуществить возбуждение ротора с достаточно большой амплитудой, что ограничивает достижения высокой чувствительности прибора.3. In this gyroscope design, it is difficult to excite a rotor with a sufficiently large amplitude, which limits the achievement of high sensitivity of the device.

Известен также вибрационный гироскоп, который имеет в своем составе узел, состоящий из трех пластин: кремниевой и двух изоляционных. В кремниевой пластине методами химического травления образована рамка и ступица, связанные друг с другом упругими торсионами. На ступице жестко закреплены с двух сторон изоляционные пластины, на которые нанесены металлизацией электроды, образующие совместно с кремниевой рамкой (как общим электродом) емкостные датчики смещения и электростатические датчики силы. Так как рамка относительно изоляционных пластин расположена с зазором, она может совершать угловые колебания вокруг одной оси (оси упругих торсионов). Колебания вокруг второй ортогональной оси рамка совершает совместно со всем узлом на упругой оси, перпендикулярной плоскости пластин (Патент Российской Федерации №2219495, G01С 19/56, G01Р 9/04, 2002).Also known is a vibration gyroscope, which incorporates a node consisting of three plates: silicon and two insulating. In a silicon wafer, by means of chemical etching, a frame and a hub are formed, which are connected to each other by elastic torsions. On the hub, insulating plates are rigidly fixed on both sides, on which electrodes are applied by metallization, which form capacitive displacement sensors and electrostatic force sensors together with a silicon frame (as a common electrode). Since the frame relative to the insulating plates is located with a gap, it can perform angular vibrations around one axis (axis of elastic torsion bars). The frame oscillates around the second orthogonal axis together with the entire assembly on the elastic axis perpendicular to the plane of the plates (Patent of the Russian Federation No. 2219495, G01C 19/56, G01P 9/04, 2002).

В этом гироскопе реализован способ измерения угловой скорости, заключающийся в том, что от электронной схемы питания сервисной электроники подают ток с резонансной частотой, вызывающий возбуждение под действием момента сил Лоренца колебаний инерционной массы упругой измерительной системы в плоскости, совпадающей с осью измерения угловой скорости, после чего измеряют амплитуды колебаний инерционной массы в плоскости, ортогональной первой плоскости, возникающие под действием сил Кориолиса при угловой скорости относительно измерительной оси, не равной нулю.This gyroscope implements a method of measuring angular velocity, which consists in supplying a current with a resonant frequency from the electronic power supply circuit of the service electronics, causing excitation of the inertial mass of the elastic measuring system in the plane coinciding with the axis of measurement of the angular velocity under the action of the Lorentz force which measure the amplitude of the inertial mass oscillations in a plane orthogonal to the first plane, arising under the influence of Coriolis forces at an angular velocity relative to the meter axis non-zero.

Указанный способ и реализующий его вибрационный гироскоп наиболее близки к предлагаемому изобретению и поэтому приняты за прототип.The specified method and the vibrating gyroscope implementing it are closest to the proposed invention and therefore are taken as a prototype.

Необходимо отметить следующие недостатки прототипа:It should be noted the following disadvantages of the prototype:

1. Наличие упругих токоподводов для передачи сигналов с элементов гироскопа, движущихся с достаточно большой амплитудой, на неподвижные элементы приводит к снижению надежности и ресурса прибора.1. The presence of elastic current leads for transmitting signals from gyroscope elements moving with a sufficiently large amplitude to stationary elements leads to a decrease in the reliability and resource of the device.

2. Конструкция прибора относится к гибридному типу. Полный цикл его изготовления требует применения достаточно разнородных технологий, что повышает себестоимость производства прибора.2. The design of the device belongs to the hybrid type. The full cycle of its manufacture requires the use of rather diverse technologies, which increases the cost of manufacturing the device.

3. Относительная сложность выполнения магнитной системы, требующей, по меньшей мере, двух систем магнитопроводов.3. The relative complexity of the implementation of the magnetic system, requiring at least two magnetic circuit systems.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности и ресурса вибрационного гироскопа при одновременном уменьшении его габаритов, упрощении конструкции и снижении его стоимости за счет исключения навесных упругих токоподводов, упрощения упругого подвеса и магнитной системы, а также существенного повышения в процессе изготовления прибора доли микроэлектронных (планарных) технологий.The technical result of the present invention is to increase the reliability and life of a vibrating gyroscope while reducing its dimensions, simplifying the design and reducing its cost by eliminating hinged elastic current leads, simplifying the elastic suspension and the magnetic system, and also significantly increasing the proportion of microelectronic (planar) during the manufacturing process of the device. technology.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе измерения угловой скорости, включающем возбуждение под действием момента сил Лоренца колебаний инерционной массы упругой измерительной системы в первой плоскости, совпадающей с осью измерения угловой скорости, и измерение амплитуды колебаний инерционной массы во второй плоскости, ортогональной первой плоскости, под действием сил Кориолиса, возбуждают резонансные поступательные колебания инерционной массы упругой измерительной системы вдоль оси возбуждения, расположенной в первой плоскости и перпендикулярной оси измерения угловой скорости, а о величине угловой скорости относительно оси измерения угловой скорости судят по величине амплитуды угловых колебаний инерционной массы под действием сил Кориолиса относительно выходной оси, расположенной в первой плоскости параллельно оси возбуждения.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of measuring the angular velocity, which includes the excitation of the inertial mass of the inertial mass of the elastic measuring system in the first plane, which coincides with the axis of measurement of the angular velocity, by the Lorentz force, and measuring the amplitude of the inertial mass oscillations in the second plane, orthogonal to the first plane , under the influence of the Coriolis forces, resonant translational oscillations of the inertial mass of the elastic measuring system are excited along the axis of excitation, oh in a first plane and perpendicular to the measurement axis of the angular velocity and the magnitude of the angular velocity about the axis of measurement of the angular velocity is judged by the magnitude of the amplitude of the angular oscillations of the inertial mass by the action of the Coriolis force with respect to the output shaft, situated in a first plane parallel to the excitation axis.

Указанный технический результат в вибрационном гироскопе, содержащем корпус, а также выполненный из единой пластины инерционный узел, упруго связанный с корпусом, изоляционные пластины с электродами и магнитную систему, достигается тем, что инерционный узел выполнен в виде жесткой П-образной рамки, концы которой связаны двумя плоскими пружинами с маятником в виде балки, параллельной средней перекладине рамки, и ступицы, связанной с концами рамки двумя торсионами, при этом на балке, плоских пружинах, концах рамки и торсионах нанесен через изоляционный слой от их поверхностей общий проводник с выводными контактными площадками на ступице, имеющей выполненные симметрично с двух ее сторон базирующие платики, на которые установлены с зазором относительно рамки две изоляционные пластины, контур которых перекрывает среднюю перекладину рамки, при этом в каждой изоляционной пластине металлизацией на внутренней стороне напротив рамки образован электрод, одна из изоляционных пластин жестко связана с корпусом, на котором размещена магнитная система в виде П-образного магнитопровода с двумя плоскими магнитами на концах и установленного с зазорами относительно этих магнитов магнитопровода в виде бруса, причем концы плоских пружин с частью общего проводника на балке маятника инерционного узла расположены в зазорах магнитной системы.The specified technical result in a vibrational gyroscope containing a housing, as well as an inertial assembly made of a single plate, elastically connected to the housing, insulating plates with electrodes and a magnetic system, is achieved by the fact that the inertial assembly is made in the form of a rigid U-shaped frame, the ends of which are connected two flat springs with a pendulum in the form of a beam parallel to the middle crossbeam of the frame, and a hub connected to the ends of the frame by two torsions, while on the beam, flat springs, the ends of the frame and torsions the insulating layer from their surfaces is a common conductor with lead-out pads on the hub, having base plates made symmetrically on both sides, on which two insulating plates are installed with a gap relative to the frame, the contour of which overlaps the middle crossbeam of the frame, with metallization on each insulating plate An electrode is formed on the inner side opposite the frame; one of the insulating plates is rigidly connected to the housing on which the magnetic system in the form of a U-shaped magnetic water with two flat magnets at the ends and a magnetic circuit in the form of a beam installed with gaps relative to these magnets, and the ends of the flat springs with a part of the common conductor on the pendulum beam of the inertial assembly are located in the gaps of the magnetic system.

Кроме того, геометрическая ось поворота рамки на торсионах может быть перпендикулярна боковым перекладинам П-образной рамки и проходить через геометрический центр масс инерционного узла, а плоскости пружин могут быть перпендикулярны плоскости рамки и совпадать с продольными осями ее боковых перекладин.In addition, the geometric axis of rotation of the frame on the torsion bars can be perpendicular to the side bars of the U-shaped frame and pass through the geometric center of mass of the inertial assembly, and the plane of the springs can be perpendicular to the plane of the frame and coincide with the longitudinal axes of its side bars.

Кроме того, на внешней стороне, по меньшей мере, одной из изоляционных пластин может быть напылен, по меньшей мере, один резистор.In addition, at least one resistor can be sprayed on the outside of at least one of the insulating plates.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 показан вибрационный гироскоп до соединения пластин друг с другом и всего пакета с корпусом, на фиг.2 и 3 - показан вибрационный гироскоп в собранном виде сбоку и сверху (здесь не показаны элементы крепления магнитопровода с магнитами к корпусу).Figure 1 shows a vibrational gyroscope before connecting the plates to each other and the entire package with the housing; Figures 2 and 3 show the vibrational gyroscope assembled from the side and from the top (here, the mounting elements of the magnetic circuit with magnets to the body are not shown).

Ключевым звеном вибрационного гироскопа является маятниковый узел, который выполняется из единой пластины монокристалла кремния травлением и состоит из П-образной жесткой рамки 1, маятника 2, ступицы 3 и упругих элементов 4, 5. Концы рамки 1 связаны парой упругих торсионов 4 со ступицей 3, а парой упругих плоских пружин 5 - с маятником 2. Торсионы 4 позволяют поворачиваться узлу (рамка 1, маятник 2 и пружины 5) вокруг оси X, перпендикулярной боковым перекладинам рамки и проходящей через центр масс всего подвижного узла. Пружины 5 являются продолжением боковых перекладин рамки 1, а плоскости пружин 5 перпендикулярны плоскости рамки. Это позволяет маятнику 2 в виде балки совершать поступательные колебания вдоль оси, параллельной оси X. В средней перекладине рамки 1 образованы сквозные продольные прорези. Наличие прорезей позволяет существенно снизить демпфирование колебаний на торсионах 4. На маятниковом узле через изоляционный слой нанесен проводник 6, начало и конец (контактные площадки 7 и 8) которого размещается на ступице 3. Проводник 6 проходит по поверхности торсионов 4, рамки 1, пружин 5 и маятника 2.The key link of the vibration gyroscope is the pendulum assembly, which is made of a single silicon single crystal plate by etching and consists of a U-shaped rigid frame 1, pendulum 2, hub 3 and elastic elements 4, 5. The ends of the frame 1 are connected by a pair of elastic torsion 4 with the hub 3, and a pair of elastic flat springs 5 with a pendulum 2. Torsions 4 allow the assembly (frame 1, pendulum 2 and springs 5) to rotate around the X axis perpendicular to the side bars of the frame and passing through the center of mass of the entire movable assembly. The springs 5 are a continuation of the side bars of the frame 1, and the plane of the springs 5 is perpendicular to the plane of the frame. This allows the pendulum 2 in the form of a beam to make translational vibrations along an axis parallel to the X axis. Through the middle crossbeam of frame 1, through longitudinal slots are formed. The presence of slots can significantly reduce vibration damping on the torsion bars 4. On the pendulum assembly, a conductor 6 is deposited through the insulating layer, the beginning and end (pads 7 and 8) of which are located on the hub 3. The conductor 6 passes along the surface of the torsion bars 4, frame 1, springs 5 and pendulum 2.

На ступице 3 симметрично с двух сторон выполнены базирующие платики 9, на которые жестко устанавливаются две прямоугольные изоляционные пластины 10 и 11 таким образом, что между пластинами и рамкой 1 образуется зазор (порядка десятка микрон), а контур пластин перекрывает только среднюю перекладину рамки 1. На внутренней стороне каждой из изоляционных пластин 10, 11 напротив средней перекладины рамки 1 нанесен металлизацией электрод 12, который электрически связан с контактной площадкой 13 для нижней пластины и аналогичный электрод на верхней пластине - с площадкой 14. Со всем маятниковым узлом электрически связана контактная площадка 15. Нижняя изоляционная пластина 12 жестко соединена с корпусом 16 гироскопа. При этом все контактные площадки располагаются на неподвижных относительно корпуса 16 элементах, что позволяет легко осуществить электрическое соединение прибора с внешними электронными устройствами.On the hub 3, base plates 9 are symmetrically made on both sides, on which two rectangular insulating plates 10 and 11 are rigidly mounted so that a gap is formed between the plates and frame 1 (of the order of ten microns), and the plate contour overlaps only the middle crossbeam of frame 1. On the inner side of each of the insulating plates 10, 11, opposite the middle beam of the frame 1, an electrode 12 is applied by metallization, which is electrically connected to the contact pad 13 for the lower plate and a similar electrode on the upper plate the contact point 15. The contact pad 15 is electrically connected to the entire pendulum assembly 15. The lower insulating plate 12 is rigidly connected to the gyroscope body 16. At the same time, all contact pads are located on elements 16 which are fixed relative to the housing, which makes it easy to make the electrical connection of the device with external electronic devices.

На корпусе 16 размещена магнитная система, представляющая собой два магнитопровода 17 и 18 в виде брусков каждый. На одном 17 из них закреплены два плоских магнита 19, образуя с ним П-образный магнитопровод. Магнитная система размещена на корпусе так, что между магнитами 19 и магнитопроводом 18 образуются два плоских зазора, в которых располагаются пружины 5 с проводником 6.On the housing 16 there is a magnetic system, which is two magnetic cores 17 and 18 in the form of bars each. On one of them 17 two flat magnets 19 are fixed, forming a U-shaped magnetic circuit with it. The magnetic system is placed on the housing so that between the magnets 19 and the magnetic core 18 two flat gaps are formed in which the springs 5 with the conductor 6 are located.

На поверхности одной из изоляционных пластин может быть нанесен резистор (проводник с произвольным рисунком), предназначенный для использования в качестве либо термосопротивления, либо балансировочного резистора при включении основного проводника 6 в мостовую схему. На чертежах резистор не показан.On the surface of one of the insulating plates, a resistor (a conductor with an arbitrary pattern) can be applied, intended for use as either a thermal resistance or a balancing resistor when the main conductor 6 is included in the bridge circuit. In the drawings, a resistor is not shown.

Такое конструктивное исполнение подвеса пакета гироскопа позволяет повысить надежность прибора, а также существенно улучшить его технологичность и, соответственно, уменьшить стоимость.Such a design of the suspension of the gyroscope package allows to increase the reliability of the device, as well as significantly improve its manufacturability and, accordingly, reduce the cost.

Вибрационный гироскоп работает следующим образом. При подаче тока от сервисной электроники в проводник 6 через контактные площадки 7, 8 с частотой, равной собственной частоте колебаний маятника 2 на пружинах 5, что может быть осуществлено известными способами как в режиме вынужденных колебаний, так и в режиме автоколебаний, маятник 2 под действием момента сил Лоренца начинает совершать резонансные поступательные колебания вдоль оси, параллельной оси X. При наличии вращения корпуса гироскопа вокруг оси Y с угловой скоростью О под действием сил Кориолиса возникают угловые колебания узла, состоящего из рамки 1, маятника 2 и пружин 5, вокруг оси X. Амплитуда колебаний узла и, соответственно, рамки 1, пропорциональная угловой скорости Ω, регистрируется двумя дифференциальными емкостными датчиками угла поворота рамки, образованными двумя электродами 12 на изоляционных пластинах 10, 11 и рамкой 1. Емкостные датчики связаны с внешней сервоэлектроникой через контактные площадки 13, 14, 15. Для повышения чувствительности гироскопа собственная частота узла с рамкой настраивается равной собственной частоте колебаний маятника.Vibration gyroscope works as follows. When applying current from the service electronics to the conductor 6 through the contact pads 7, 8 with a frequency equal to the natural frequency of the oscillations of the pendulum 2 on the springs 5, which can be carried out by known methods both in the forced oscillation mode and in the self-oscillation mode, the pendulum 2 of the moment of Lorentz forces begins to make resonant translational vibrations along an axis parallel to the X axis. In the presence of rotation of the gyroscope’s body around the Y axis with an angular velocity O, angular oscillations of the node arise under the action of the Coriolis forces consisting of a frame 1, a pendulum 2 and springs 5, around the X axis. The vibration amplitude of the assembly and, accordingly, the frame 1, which is proportional to the angular velocity Ω, is detected by two differential capacitive sensors of the angle of rotation of the frame, formed by two electrodes 12 on the insulating plates 10, 11 and frame 1. Capacitive sensors are connected to external servo electronics via pads 13, 14, 15. To increase the sensitivity of the gyroscope, the natural frequency of the node with the frame is set equal to the natural frequency of the oscillation of the pendulum.

Предлагаемые способ измерения угловой скорости и конструктивное выполнение вибрационного гироскопа для измерения угловой скорости в соответствии с настоящим изобретением позволяют повысить надежность и ресурс вибрационного гироскопа при одновременном уменьшении его габаритов, упрощении конструкции и снижении его стоимости за счет исключения навесных упругих токоподводов, упрощения упругого подвеса и магнитной системы, а также существенного повышения в процессе изготовления прибора доли микроэлектронных (планарных) технологий.The proposed method for measuring angular velocity and the design of a vibration gyroscope for measuring angular velocity in accordance with the present invention can improve the reliability and life of a vibrating gyroscope while reducing its size, simplifying its design and reducing its cost by eliminating hinged elastic current leads, simplifying the elastic suspension and magnetic systems, as well as a significant increase in the process of manufacturing the device, the share of microelectronic (planar) technologies.

Claims (4)

1. Способ измерения угловой скорости, включающий возбуждение под действием момента сил Лоренца колебаний инерционного узла упругой измерительной системы в первой плоскости, совпадающей с осью измерения угловой скорости, и измерение амплитуды колебаний инерционной массы во второй плоскости, ортогональной первой плоскости, возникающих под действием сил Кориолиса, отличающийся тем, что возбуждают резонансные поступательные колебания инерционного узла, включающего в себя П-образную рамку с маятником, вдоль оси возбуждения, расположенной в первой плоскости и перпендикулярной оси измерения угловой скорости, а о величине угловой скорости относительно оси измерения угловой скорости судят по величине амплитуды угловых колебаний инерционного узла под действием сил Кориолиса во второй плоскости относительно выходной оси, расположенной в первой плоскости параллельно оси возбуждения.1. A method of measuring angular velocity, including excitation under the influence of the moment of Lorentz forces of oscillations of the inertial node of the elastic measuring system in the first plane coinciding with the axis of measurement of the angular velocity, and measuring the amplitude of the inertial mass oscillations in the second plane orthogonal to the first plane arising under the influence of Coriolis forces characterized in that they excite resonant translational vibrations of the inertial unit, which includes a U-shaped frame with a pendulum, along the axis of excitation, located in the first plane and perpendicular to the axis of measurement of the angular velocity, and the magnitude of the angular velocity relative to the axis of measurement of the angular velocity is judged by the magnitude of the amplitude of the angular oscillations of the inertial node under the influence of Coriolis forces in the second plane relative to the output axis located in the first plane parallel to the axis of excitation. 2. Вибрационный гироскоп, содержащий корпус, а также выполненный из единой пластины инерционный узел, упруго связанный с корпусом, изоляционные пластины с электродами и магнитную систему, отличающийся тем, что инерционный узел выполнен в виде жесткой П-образной рамки, концы которой связаны двумя плоскими пружинами с маятником в виде балки, параллельной средней перекладине рамки, и ступицы, связанной с концами рамки двумя торсионами, при этом на балке, плоских пружинах, концах рамки и торсионах нанесен через изоляционный слой от их поверхностей общий проводник с выводными контактными площадками на ступице, имеющей выполненные симметрично с двух ее сторон базирующие платики, на которые установлены с зазором относительно рамки две изоляционные пластины, контур которых перекрывает среднюю перекладину рамки, при этом в каждой изоляционной пластине металлизацией на внутренней стороне напротив рамки образован электрод, одна из изоляционных пластин жестко связана с корпусом, на котором размещена магнитная система в виде П-образного магнитопровода с двумя плоскими магнитами на концах и установленного с зазорами относительно этих магнитов магнитопровода в виде бруса, причем концы плоских пружин с частью общего проводника на балке маятника инерционного узла расположены в зазорах магнитной системы.2. A vibrational gyroscope containing a housing, as well as an inertial assembly made of a single plate, elastically connected to the housing, insulating plates with electrodes and a magnetic system, characterized in that the inertial assembly is made in the form of a rigid U-shaped frame, the ends of which are connected by two flat springs with a pendulum in the form of a beam parallel to the middle crossbeam of the frame, and a hub connected to the ends of the frame by two torsions, while on the beam, flat springs, ends of the frame and torsions applied through the insulating layer from their surface A common conductor with terminal pads on the hub, having base plates made symmetrically on both sides of the base plate, onto which two insulating plates are installed with a gap relative to the frame, the contour of which overlaps the middle crossbeam of the frame, with metallization on each inner plate opposite the frame an electrode is formed, one of the insulating plates is rigidly connected to the housing on which the magnetic system is placed in the form of a U-shaped magnetic circuit with two flat magnets and the ends of the magnetic circuit in the form of a beam installed with gaps relative to these magnets, the ends of the flat springs with a part of the common conductor on the pendulum beam of the inertial assembly located in the gaps of the magnetic system. 3. Гироскоп по п.2, отличающийся тем, что геометрическая ось поворота рамки на торсионах перпендикулярна боковым перекладинам П-образной рамки и проходит через геометрический центр масс инерционного узла, а плоскости пружин перпендикулярны плоскости рамки и совпадают с продольными осями ее боковых перекладин.3. The gyroscope according to claim 2, characterized in that the geometric axis of rotation of the frame on the torsion bars is perpendicular to the lateral crossbars of the U-shaped frame and passes through the geometric center of mass of the inertial assembly, and the plane of the springs is perpendicular to the plane of the frame and coincide with the longitudinal axes of its side bars. 4. Гироскоп по п.2, отличающийся тем, что на внешней стороне, по меньшей мере, одной из изоляционных пластин напылен, по меньшей мере, один резистор.4. The gyroscope according to claim 2, characterized in that at least one resistor is sprayed on the outer side of at least one of the insulating plates.
RU2007101462/28A 2007-01-16 2007-01-16 Method of angular speed measurement and vibration gyro to this effect RU2334197C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007101462/28A RU2334197C1 (en) 2007-01-16 2007-01-16 Method of angular speed measurement and vibration gyro to this effect
PCT/RU2008/000014 WO2008097127A1 (en) 2007-01-16 2008-01-15 Angular velocity measuring method, a vibratory gyroscope, the self oscillator of the gyroscope and a method for balancing said self oscillator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007101462/28A RU2334197C1 (en) 2007-01-16 2007-01-16 Method of angular speed measurement and vibration gyro to this effect

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2334197C1 true RU2334197C1 (en) 2008-09-20

Family

ID=39868068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007101462/28A RU2334197C1 (en) 2007-01-16 2007-01-16 Method of angular speed measurement and vibration gyro to this effect

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2334197C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011059352A1 (en) * 2009-11-10 2011-05-19 Общество С Ограниченной Ответственностью "Айсенс Vibrating gyroscope
RU2648679C2 (en) * 2016-02-17 2018-03-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method for determining the critical rates of the rotor working in the superresonance region
RU2738824C1 (en) * 2020-06-15 2020-12-17 Акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (АО "ИТТ") Method of angular velocity measurement using a solid-state wave gyroscope

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011059352A1 (en) * 2009-11-10 2011-05-19 Общество С Ограниченной Ответственностью "Айсенс Vibrating gyroscope
RU2648679C2 (en) * 2016-02-17 2018-03-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method for determining the critical rates of the rotor working in the superresonance region
RU2738824C1 (en) * 2020-06-15 2020-12-17 Акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (АО "ИТТ") Method of angular velocity measurement using a solid-state wave gyroscope

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2580879C2 (en) Microelectromechanical system for angular velocity sensor
JP4290986B2 (en) Rotation rate sensor
JP4290987B2 (en) Rotation rate sensor
US9574879B2 (en) MEMS angular inertial sensor operating in tuning fork mode
JP4288071B2 (en) Yaw rate sensor
JP4577671B2 (en) Configuration for angular velocity measurement
JP4620055B2 (en) Method for measuring rotational speed / acceleration using a Coriolis angular velocity meter and a Coriolis angular velocity meter for this purpose
US9366535B2 (en) Vibration gyro element, gyro sensor, and electronic apparatus
JP2000009472A (en) Angular velocity sensor
EP1098170B1 (en) Microgyroscope with two resonant plates
JP6278604B2 (en) Vibration gyro with bias correction function
EP1238248A4 (en) Coriolis effect transducer
JP5773844B2 (en) Vibration type gyro with excellent output stability
JP4362877B2 (en) Angular velocity sensor
RU2334197C1 (en) Method of angular speed measurement and vibration gyro to this effect
RU64787U1 (en) VIBRATION GYROSCOPE FOR MEASURING ANGULAR SPEED
JP2012047537A (en) Angular velocity sensor
JP2005517898A (en) Vibration gyroscope rate sensor
RU2219495C1 (en) Vibratory gyro
JP2012202799A (en) Vibration gyro improved in bias stability
RU2453812C1 (en) Integrated sensitive element of vibration gyroscope
US11656078B2 (en) Sensor element and angular velocity sensor
JP2002267451A (en) Angular velocity sensor
JP4362739B2 (en) Vibration type angular velocity sensor
RU2364836C1 (en) Vibration gyroscope

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20111209

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160117