RU2370733C1 - Vibration-type micromechanical gyro - Google Patents
Vibration-type micromechanical gyro Download PDFInfo
- Publication number
- RU2370733C1 RU2370733C1 RU2008129013/28A RU2008129013A RU2370733C1 RU 2370733 C1 RU2370733 C1 RU 2370733C1 RU 2008129013/28 A RU2008129013/28 A RU 2008129013/28A RU 2008129013 A RU2008129013 A RU 2008129013A RU 2370733 C1 RU2370733 C1 RU 2370733C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- mmg
- pair
- output
- base
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое устройство относится к приборам, измеряющим угловую скорость, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа.The proposed device relates to devices that measure angular velocity, in particular to micromechanical gyroscopes (MMG) of vibration type.
В настоящее время разработаны и широко используются ММГ вибрационного типа. Они включают в себя подвижную массу (ПМ), систему измерения перемещений ПМ по двум осям, систему возбуждения колебаний на резонансной частоте подвеса (Fpeз) по одной оси, которые иногда называют первичными, и ось соответственно осью первичных колебаний. При действии кориолисового ускорения по другой оси (ортогональной к первой) возникают колебания ПМ, называемые вторичными [Пешехонов и др. Результаты разработки микромеханического гироскопа. XII С.-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. 23-25 мая 2005 г., стр.268-274, рис.1, Распопов В.Я. Микромеханические приборы, 2-е издание. Тул. Гос. Университет. Тула, 2004 г., с.475]. По осям движения ПМ располагают неподвижные электроды (или статоры). Эти статоры с проводящей ПМ образуют конденсаторы, емкости которых зависят от положения ПМ.Currently developed and widely used MMG vibration type. They include moving mass (PM), a system for measuring PM motions along two axes, a system for exciting vibrations at the resonant frequency of the suspension (Fres) along one axis, sometimes called primary, and the axis, respectively, the axis of primary vibrations. Under the action of Coriolis acceleration along the other axis (orthogonal to the first), PM oscillations arise, called secondary [Peshekhonov et al. Results of the development of a micromechanical gyroscope. XII St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. May 23-25, 2005, pp. 268-274, Fig. 1, Raspopov V.Ya. Micromechanical devices, 2nd edition. Tool Gos. University Tula, 2004, p. 475]. The motion axes of the PM have fixed electrodes (or stators). These stators with a conductive PM form capacitors whose capacitances depend on the position of the PM.
На электроды, расположенные по выходной оси в ММГ, поступают переменные напряжения, создающие с помощью электрического поля силы или моменты на резонансной частоте подвеса ПМ, для компенсации отклонения ротора (ММГ компенсационного типа) или для демпфирования колебаний, которые могут рассматриваться как силовые напряжения. Уровень их может составлять от 0,1 до 5 В, в зависимости от добротности подвеса, зазоров между электродами и подвижной массой и угловых скоростей. В ММГ уровень силовых сигналов превышает уровень измеряемых сигналов на 3 и более порядка.The electrodes located on the output axis in the MMG receive alternating voltages that create forces or moments on the resonant frequency of the PM suspension using an electric field to compensate for rotor deflection (MMG of the compensation type) or to damp oscillations, which can be considered as voltage stresses. Their level can be from 0.1 to 5 V, depending on the quality factor of the suspension, the gaps between the electrodes and the moving mass, and angular velocities. In MMG, the level of power signals exceeds the level of the measured signals by 3 or more orders of magnitude.
При использовании в ММГ в качестве основания проводящего кремния, как это показано на фиг.13а статьи (С.Acar, A.M.Shkel, "Stucturally decoupled micromachined gyroscopes with post-release capacitance enhancement", Journal of Micromechanics and Microengineerig 15, (2005) pp.1092-1101) между электродами, на которые поступают силовые напряжения, и электродами, образующими емкостные датчики перемещения ПМ, возникают паразитные связи, эквивалентная схема которых представляет собой последовательное соединение конденсаторов и резистора.When used in MMG as the base of conductive silicon, as shown in Fig. 13a, (C. Acar, AMShkel, "Stucturally decoupled micromachined gyroscopes with post-release capacitance enhancement", Journal of Micromechanics and Microengineerig 15, (2005) pp .1092-1101) between the electrodes to which power voltages are supplied and the electrodes forming capacitive PM displacement sensors, spurious connections arise, the equivalent circuit of which is a series connection of capacitors and a resistor.
Для уменьшения влияния паразитных связей электроды ММГ могут размещаться на основании, являющимся диэлектриком (см. М.Е. Ash et al. Micromechanical Inertial Sensor Development at Draper Laboratory With Recent Test Results. Symposium Gyro Technology 1999, Stuttgart, Germany, pp 3.0-3.12., fig.2, fig. 3) На этих фигурах показано, что ММГ собирается из двух частей (вафель), для изготовления одной из которых используется стекло, а другой - кремний. Однако такая конструкция является нетехнологичной, т.к. предполагает применение двух разных типов материалов.To reduce the influence of spurious bonds, MMG electrodes can be placed on a dielectric base (see M.E. Ash et al. Micromechanical Inertial Sensor Development at Draper Laboratory With Recent Test Results. Symposium Gyro Technology 1999, Stuttgart, Germany, pp 3.0-3.12 ., fig. 2, fig. 3) These figures show that MMG is assembled from two parts (wafers), one of which is made of glass and the other is silicon. However, this design is low-tech, because involves the use of two different types of materials.
В качестве примера серийно выпускаемой конструкций ММГ, выполненной целиком на кристалле кремния и имеющего большое количество электродов на одной подложке, можно привести ММГ фирмы Bosch, в которой и электроды канала возбуждения первичных колебаний и электроды выходного канала располагаются на подложке (см. книгу Распопова, стр.344-345).As an example of commercially available MMG designs made entirely on a silicon crystal and having a large number of electrodes on one substrate, we can use Bosch MMGs, in which both the primary oscillation channel electrodes and the output channel electrodes are located on the substrate (see Raspopov’s book, p. .344-345).
В качестве другого примера можно привести ММГ, описанный в [[Пешехонов и др. Результаты разработки микромеханического гироскопа. XII С.-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. 23-25 мая 2005 г., стр.268-274]. Конструкция ММГ показана на рис.2, 3, а технология изготовления - на рис.5. В отличие от ММГ фирмы Bosch электроды выходного канала расположены не на основании, а на крышке ММГ. Однако и такое размещение не избавляет от прохождения помех, обусловленных силовыми напряжениями. Это обусловлено тем, что и в этой конструкции есть связь между основанием и крышкой ММГ через слои металлизации, наносимые по периметру кристалла кремния (см. упомянутый рис.5, где белым цветом выделены на рис.5ж и 5з слои металлизации). И хотя под слоем металлизации на крышке расположен изоляционный слой, в качестве которого используется диоксид кремния, связь между верхним и нижним кристаллами кремния (между основанием и крышкой) на переменном токе существует и имеет значительную величину - на уровне десятков пикофарад.As another example, MMG described in [[Peshekhonov et al. Results of the development of a micromechanical gyroscope. XII St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. May 23-25, 2005, pp. 268-274]. The design of the MMG is shown in Fig. 2, 3, and the manufacturing technology is shown in Fig. 5. In contrast to the Bosch MMG, the electrodes of the output channel are not located on the base, but on the MMG cover. However, such a placement does not eliminate the passage of interference caused by power voltages. This is due to the fact that in this design there is a connection between the base and the MMH cover through metallization layers deposited along the perimeter of the silicon crystal (see the aforementioned Fig. 5, where the metallization layers are highlighted in white in Figs. 5g and 5c). And although there is an insulating layer under the metallization layer on the cover, which is used as silicon dioxide, the connection between the upper and lower silicon crystals (between the base and the cover) on alternating current exists and has a significant value - at the level of tens of picofarads.
В качестве прототипа выбран ММГ, описанный в патенте США №6164134 "Balanced Vibratory Gyroscope And Amplitude Control For Same". Этот ММГ содержит основание с расположенными на нем электродами драйва и электродами выходной оси и подвижную массу, установленную на подвесе с электродами драйва и электродами выходной оси. На фиг.5 представлен оконечный каскад схемы возбуждения колебаний по оси драйва. На фиг.3 - формы сигналов управления. Можно видеть, что сигналы имеют одинаковое смещение и противоположны по фазе.As a prototype selected MMG described in US patent No. 6164134 "Balanced Vibratory Gyroscope And Amplitude Control For Same". This MMG contains a base with drive electrodes and electrodes of the output axis located on it and a movable mass mounted on a suspension with electrodes of the drive and electrodes of the output axis. Figure 5 presents the end stage of the excitation circuit of the oscillations along the axis of the drive. Figure 3 - waveforms of control signals. It can be seen that the signals have the same bias and are opposite in phase.
При использовании технологии КНИ между электродами, нанесенными на кремний, появляются паразитные связи. На электродах датчика момента формируют сигналы обратной связи. Так на силовые электроды драйва поступает сигнал управления гребенчатым двигателем, полученным из сигнала от емкостного датчика угла.When using the SOI technology between the electrodes deposited on silicon, parasitic bonds appear. Feedback signals are generated on the electrodes of the torque sensor. So on the power electrodes of the drive receives the control signal of the comb engine, obtained from the signal from the capacitive angle sensor.
Электроды датчиков момента по вторичной оси колебаний используются для введения демпфирующей отрицательной обратной связи. Так в патенте США №6553833 таким сигналом является сигнал Ub, который поступает в противофазе к электродам. Противофазное управляющее напряжение, поступающее к диаметрально противоположным электродам, широко используется в ММГ как, например, в прототипе.The electrodes of the torque sensors along the secondary axis of oscillation are used to introduce damping negative feedback. So in US patent No. 6553833 such a signal is a signal Ub, which is supplied in antiphase to the electrodes. Antiphase control voltage supplied to diametrically opposite electrodes is widely used in MMG, as, for example, in the prototype.
Недостаток такого управления заключается в том, что в этом случае на дифференциальный усилитель, являющийся входным каскадом схемы измерения, поступает противофазный сигнал. Поэтому в дифференциальном усилителе сигналы обратной связи, проходящие через паразитные емкости суммируются, а не вычитаются. Эксперименты, проведенные с ММГ, описанным в статье Пешехонова, показали, что использование противофазного управления позволило снизить добротность только до 50.The disadvantage of this control is that in this case, the differential amplifier, which is the input stage of the measurement circuit, receives an out-of-phase signal. Therefore, in a differential amplifier, feedback signals passing through stray capacitances are added up, not subtracted. The experiments conducted with the MMG described in the article by Peshekhonov showed that the use of antiphase control allowed to reduce the quality factor only to 50.
Использование синфазного управления позволило достичь контурного коэффициента усиления более 1000 и ввести ММГ в компенсационный режим работы. К достоинствам компенсационного режима работы ММГ можно отнести высокую линейность масштабного коэффициента, линейную амплитудно-частотную характеристику в рабочем диапазоне частот, широкий частотный диапазон, что существенно повышает точность ММГ.The use of in-phase control made it possible to achieve a loop gain of more than 1000 and to introduce MMG into the compensation mode of operation. The advantages of the compensation mode of operation of the MMG include the high linearity of the scale factor, the linear amplitude-frequency characteristic in the working frequency range, a wide frequency range, which significantly increases the accuracy of the MMG.
Задачей изобретения является повышение точности ММГ.The objective of the invention is to improve the accuracy of MMG.
Поставленная задача решается тем, что в микромеханическом гироскопе, содержащем опору на основании, к которой на резонансном подвесе подвешена проводящая подвижная масса, две пары неподвижных электродов, нанесенных на крышку микромеханического гироскопа, которая крепится к основанию, гребенчатый двигатель, образованный зубцами статоров, установленных на основание, и зубцами подвижной массы, устройство возбуждения первичных колебаний подвижной массы, выход которого соединен со статорами, последовательно включенные преобразователь емкость-напряжение и дифференцирующее звено, при этом входы преобразователя емкость-напряжение соединены с первой парой неподвижных электродов, выход дифференцирующего звена соединен со второй парой электродов, с которыми соединены источники постоянного напряжения, источники постоянного напряжения выполнены разнополярными. Кроме того, поставленная задача решается тем, что между дифференцирующим звеном и одним из электродов второй пары введен усилитель с регулируемым коэффициентом усиления.The problem is solved in that in a micromechanical gyroscope containing a support on the base to which a conductive moving mass is suspended on a resonant suspension, two pairs of stationary electrodes deposited on the lid of the micromechanical gyroscope, which is attached to the base, a comb engine formed by the teeth of stators mounted on the base, and the teeth of the moving mass, a device for exciting the primary vibrations of the moving mass, the output of which is connected to the stators, a series-connected converter e bone-voltage and differentiating element, and the input capacitance-voltage converter connected to the first pair of fixed electrodes, the differentiator output is connected to the second pair of electrodes which are connected to sources of DC voltage, DC voltage sources of different polarities are made. In addition, the task is solved by the fact that between the differentiating element and one of the electrodes of the second pair, an amplifier with an adjustable gain is introduced.
Устройство поясняется чертежами.The device is illustrated by drawings.
На фиг.1 приведена схема ММГFigure 1 shows a diagram of MMG
На фиг.1 приняты следующие обозначения:In figure 1, the following notation:
1, 2 - датчики момента;1, 2 - torque sensors;
3, 4 - датчики угла;3, 4 - angle sensors;
5, 6, 7, 8 - паразитные емкости;5, 6, 7, 8 — parasitic capacitances;
9, 10 - паразитные сопротивления;9, 10 - parasitic resistance;
11 - подвижная масса ПМ;11 - moving mass PM;
12 - пара неподвижных электродов датчиков угла;12 - a pair of fixed electrodes of angle sensors;
13 - пара неподвижных электродов датчиков момента;13 - a pair of fixed electrodes of the torque sensors;
14 - дифференциальный трансрезистивный усилитель;14 - differential transresistive amplifier;
15, 16, 17 - резисторы;15, 16, 17 - resistors;
18, 19 - усилители;18, 19 - amplifiers;
20 - демодулятор;20 - demodulator;
21 - источник синусоидального напряжения с двумя выходными сигналами, сдвинутыми относительно друг друга на 90 градусов;21 - a sinusoidal voltage source with two output signals shifted relative to each other by 90 degrees;
22 - дифференцирующее звено;22 - differentiating link;
23 - усилитель с регулируемым коэффициентом усиления;23 - amplifier with adjustable gain;
24, 25 - сумматоры;24, 25 - adders;
26 - выходной канал ММГ;26 - output channel MMG;
27 - умножитель;27 - multiplier;
28 - дифференциальный усилитель;28 - differential amplifier;
29 - конденсатор;29 - capacitor;
30 - источник напряжения постоянного тока положительной полярности Uсм;30 - DC voltage source of positive polarity Ucm;
31 - источник напряжения постоянного тока отрицательной полярности - Uсм.31 - source of DC voltage of negative polarity - Ucm.
На фиг.2 показан график зависимости сигнала на выходе трансрезистивного дифференциального усилителя от времени при разных способах формирования управляющих сигналов.Figure 2 shows a graph of the dependence of the signal at the output of the transresistive differential amplifier from time to time for different methods of generating control signals.
На фиг.2 приняты следующие обозначения:In figure 2, the following notation:
32 - сигнал на выходе трансрезистивного дифференциального усилителя при использовании однополярного источника;32 is a signal at the output of a transresistive differential amplifier when using a unipolar source;
33 - сигнал на выходе трансрезистивного дифференциального усилителя при использовании разнополярного источника.33 - signal at the output of a transresistive differential amplifier when using a bipolar source.
Микромеханический гироскоп, содержащий опору на основании, к которой на резонансном подвесе подвешена подвижная масса 11, пару неподвижных электродов датчиков угла 12 и пару неподвижных электродов датчиков момента 13, нанесенных на крышку микромеханического гироскопа, которая крепится к основанию. Гребенчатый двигатель, образованный зубцами статоров, установленных на основание, и зубцами подвижной массы, устройство возбуждения первичных колебаний подвижной массы, выход которого соединен со статорами (на фиг.1 не показан). Последовательно соединенные элементы 7, 10, 8 и 5, 9, 6 образуют паразитные связи между электродами 12 и 13 и вместе с ними образуют выходной канал ММГ 26.A micromechanical gyroscope containing a support on the base to which a movable mass 11, a pair of fixed electrodes of angle sensors 12, and a pair of fixed electrodes of torque sensors 13, deposited on the cover of a micromechanical gyroscope, which is attached to the base, are suspended on a resonant suspension. A comb engine formed by the teeth of stators mounted on the base and the teeth of the moving mass, a device for exciting primary vibrations of the moving mass, the output of which is connected to the stators (not shown in FIG. 1). Serially connected elements 7, 10, 8 and 5, 9, 6 form spurious bonds between the electrodes 12 and 13 and together with them form the output channel MMG 26.
Предложенное устройство содержит последовательно включенные преобразователь емкость-напряжение, состоящий из ДТУ 14 и демодулятора 20, дифференцирующее звено 22, при этом первый выход источничка синусоидального напряжения 21 соединен с ПМ 11, второй выход соединен со вторым входом демодулятора 20, входы преобразователя емкость-напряжение соединены с первой парой неподвижных электродов 12, выход дифференцирующего звена 22 соединен через сумматор 24 с одним из второй пары электродов 13, также выход с дифференцирующего звена 22 соединен через сумматор 25 со вторым из пары электродов 13, со вторыми входами сумматоров 24 и 25 соединены источники постоянного напряжения 30 и 31, отличающиеся тем, что источники постоянного напряжения выполнены разнополярными.The proposed device contains a series-connected capacitor-voltage converter, consisting of a DTU 14 and a demodulator 20, a differentiating link 22, while the first output of the source of the sinusoidal voltage 21 is connected to the PM 11, the second output is connected to the second input of the demodulator 20, the inputs of the capacitor-voltage converter are connected with the first pair of stationary electrodes 12, the output of the differentiating link 22 is connected through an adder 24 to one of the second pair of electrodes 13, also the output from the differentiating link 22 is connected via sums unit 25 with the second pair of electrodes 13, to second inputs of adders 24 and 25 are connected to DC voltage sources 30 and 31, characterized in that the DC voltage sources of different polarities are made.
В случае разных значений паразитных емкостей и сопротивлений 7, 10, 8 и 5, 9, 6 между выходом дифференцирующего звена 22 и входом сумматора 24 или 25 может быть введен усилитель 23 с регулируемым коэффициентом усиления.In the case of different values of stray capacitances and resistances 7, 10, 8 and 5, 9, 6, an amplifier 23 with an adjustable gain can be introduced between the output of the differentiating link 22 and the input of the adder 24 or 25.
Предлагаемое устройство работает следующим образомThe proposed device operates as follows
При перемещениях подвижной массы 11 по оси первичных колебаний изменяются в противоположных направлениях емкости, образованные ПМ 11 и электродами канала первичных колебаний. Это вызывает изменения токов, протекающих через электроды. Разность токов, протекающих через эти электроды, преобразуется ДТУ 14 в напряжение, амплитуда которого пропорциональна перемещениям ПМ 11 по первичной оси. Это напряжение демодулятором 20 преобразуется в напряжение, величина которого пропорциональна перемещениям ПМ 11 по первичной оси. Выходной сигнал демодулятора 20 поступает как в схему возбуждения первичных колебаний, так и в схему обработки сигнала, позволяющую определить угловую скорость основания ММГ. Устройство обработки сигнала и устройство возбуждения первичных колебаний или драйв не показаны. Работа драйва подробно описана в литературе, например в пат. США №6067858, №6253612. При работе устройства возбуждения первичных колебаний ПМ 11 на датчиках момента формируется переменное напряжение, создающее силу или момент, действующие на ПМ 11 и вызывающие ее колебания.When moving the movable mass 11 along the axis of the primary oscillations change in opposite directions of the capacitance formed by the PM 11 and the electrodes of the primary oscillation channel. This causes changes in currents flowing through the electrodes. The difference of the currents flowing through these electrodes is converted by the DTU 14 into a voltage whose amplitude is proportional to the movements of the PM 11 along the primary axis. This voltage is converted by the demodulator 20 into a voltage whose magnitude is proportional to the movements of the PM 11 along the primary axis. The output signal of the demodulator 20 enters both the primary oscillation excitation circuit and the signal processing circuit, which allows determining the angular velocity of the MMG base. A signal processing device and a primary vibration excitation device or drive are not shown. The operation of the drive is described in detail in the literature, for example, in US Pat. US No. 6067858, No. 6253612. During operation of the primary oscillation excitation device PM 11, an alternating voltage is generated on the torque sensors, which creates a force or moment acting on the PM 11 and causing it to oscillate.
При поворотах ММГ вокруг оси чувствительности на ПМ 11 действует кориолисово ускорение, вызывающее колебания ПМ 11 по выходной оси. Изменения расстояния между ПМ 11 и электродами датчика угла 12 вызывают изменения емкостей конденсаторов 3, 4, образованных ПМ 11 и электродами датчика угла 12, и соответственно изменение напряжения на выходе ДТУ 14. После демодуляции демодулятором 20 на выходе последнего модулированное напряжение содержит полезную составляющую, амплитуда которой пропорциональна скорости вращения ММГ вокруг оси чувствительности, и составляющую, фаза которой сдвинута на 90° относительно полезной составляющей (т.н. квадратурную помеху). Более подробно природа квадратурной помехи описана в пат. США №6067858. Одним из основных методов подавления квадратурной помехи является синхронное фазочувствительное детектирование или демодуляция, при котором можно добиться полного подавления этой помехи. Сигнал с выхода демодулятора 20 поступает не только в схему обработки сигнала, но и на вход дифференцирующего звена 22, которое при включении его в обратную связь демпфирует колебания ПМ 11 по выходной оси.When turning MMG around the axis of sensitivity on the PM 11 acts Coriolis acceleration, causing oscillations of the PM 11 along the output axis. Changes in the distance between the PM 11 and the electrodes of the angle sensor 12 cause changes in the capacitances of the capacitors 3, 4 formed by the PM 11 and the electrodes of the angle sensor 12, and accordingly, the voltage at the output of the DTU 14. After demodulation by the demodulator 20 at the output of the latter, the modulated voltage contains a useful component, the amplitude which is proportional to the speed of rotation of the MMG around the axis of sensitivity, and a component whose phase is shifted by 90 ° relative to the useful component (the so-called quadrature interference). The nature of the quadrature interference is described in more detail in US Pat. US No. 6067858. One of the main methods for suppressing quadrature interference is synchronous phase-sensitive detection or demodulation, in which it is possible to completely suppress this interference. The signal from the output of the demodulator 20 is supplied not only to the signal processing circuit, but also to the input of the differentiating link 22, which, when it is included in the feedback, damps the oscillations of the PM 11 along the output axis.
При реализации схемы ММГ с оконечным каскадом аналогично схеме в патенте США №6164134 сигналы управления из-за наличия паразитных связей в ММГ, образованных элементами 7, 10, 8 и 5, 9, 6, проходят в цепь измерения. Токи I1 и I2 поступают на входы ДТУ 14, причем направления токов на входе ДТУ 14 будут противоположны. Далее токи I1 и I2 преобразуются трансрезистивными усилителями, образованными соответственно элементами 15, 18 и 16, 19, в напряжения U1 и U2, которые суммируются дифференциальным усилителем 28. Сигнал 32 на выходе ДТУ 14 для случая синусоидальной формы управляющих сигналов с частотой 3 кГц представлен на фиг.2. Сигнал состоит из двух составляющих: высокочастотной составляющей, проходящей через измерительные емкости 3, 4 и трансрезистивные усилители образованные элементами 15, 18 и 16, 19 от источника синусоидального напряжения 21, и низкочастотной составляющей, равной сумме сигналов управления. Далее, сигнал поступает на вход демодулятора 20, проходит на выход преобразователя емкость-напряжение, представляя собой паразитный сигнал, который приводит к ухудшению точности ММГ.When implementing an MMG circuit with a terminal stage similar to the circuit in US Pat. No. 6,164,134, control signals, due to the presence of spurious connections in the MMG formed by elements 7, 10, 8 and 5, 9, 6, pass into the measurement circuit. The currents I 1 and I 2 are supplied to the inputs of the DTU 14, and the directions of the currents at the input of the DTU 14 will be opposite. Next, the currents I 1 and I 2 are converted by transresistive amplifiers, formed by elements 15, 18 and 16, 19, respectively, into voltages U 1 and U 2 , which are summed by differential amplifier 28.
Исключение паразитной составляющей и повышение точности ММГ может быть получено за счет формирования сигналов управления, имеющих одну фазу, но разнополярные смещения. Схема такого ММГ представлена на фиг.1. Сигнал от дифференцирующего звена поступает на первый вход сумматора 24, а также на первый вход сумматора 25 через усилитель 23, на второй вход сумматора 24 поступает сигнал от источника напряжения постоянного тока 30 напряжением Uсм, а второй вход сумматора 25 сигнал от источника напряжения 31 противоположной полярности (-Uсм). Таким образом, формируются два сигнала управления одинаковых по фазе и имеющих одинаковые уровни смещения, но разной полярности. Сигналы с выходов сумматоров поступают на электроды датчиков момента 13 ММГ, которые образуют с ПМ 11 емкости 1, 2. Из-за наличия паразитных связей в ММГ, образованных элементами 7, 10, 8 и 5, 9, 6 сигналы управления проходят в цепь измерения. Токи I1 и I2 поступают на входы ДТУ 14, причем направления токов на входе ДТУ 14 совпадают. Далее токи I1 и I2 преобразуются трансрезистивными усилителям, образованными элементами 15, 18 и 16, 19 в напряжения U1 и U2, которые вычитаются в дифференциальном усилителе 28. Сигнал 33 на выходе ДТУ 14 представлен на фиг.2. Сигнал состоит только из высокочастотной составляющей, а паразитные сигналы вычитаются. В случае разных значений паразитных емкостей и сопротивлений в трактах 5, 9, 6 и 7, 10, 8 в цепь управления может быть введен дополнительный усилитель 23, изменением коэффициента усиления которого можно добиться одинаковых значений напряжений U1 и U2, тем самым сведя значение паразитного сигнала на выходе ДТУ 14 к нулю.The exclusion of the parasitic component and the improvement of the MMG accuracy can be obtained by generating control signals having one phase but bi-polar displacements. The scheme of such MMG is presented in figure 1. The signal from the differentiating element is fed to the first input of the adder 24, as well as to the first input of the adder 25 through an amplifier 23, the second input of the adder 24 receives a signal from a DC voltage source 30 voltage Ucm, and the second input of the adder 25 a signal from a voltage source 31 of opposite polarity (-Ucm). Thus, two control signals are generated that are identical in phase and have the same bias levels, but of different polarity. The signals from the outputs of the adders are fed to the electrodes of the torque sensors 13 MMG, which form with PM 11 capacitance 1, 2. Due to the presence of spurious connections in the MMG formed by elements 7, 10, 8 and 5, 9, 6 control signals pass into the measurement circuit . The currents I 1 and I 2 are supplied to the inputs of the DTU 14, and the directions of the currents at the input of the DTU 14 coincide. Next, the currents I 1 and I 2 are converted by transresistive amplifiers formed by elements 15, 18 and 16, 19 into voltages U 1 and U 2 , which are subtracted in the differential amplifier 28. The
Таким образом, в предложенном ММГ при формировании управляющих сигналов с разнополярными источниками напряжения постоянного тока за счет компенсации паразитных сигналов в преобразователе емкость-напряжение достигается повышение точности.Thus, in the proposed MMG, when generating control signals with bipolar DC voltage sources, an increase in accuracy is achieved by compensating for spurious signals in the capacitance-voltage converter.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008129013/28A RU2370733C1 (en) | 2008-07-03 | 2008-07-03 | Vibration-type micromechanical gyro |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008129013/28A RU2370733C1 (en) | 2008-07-03 | 2008-07-03 | Vibration-type micromechanical gyro |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2370733C1 true RU2370733C1 (en) | 2009-10-20 |
Family
ID=41263028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008129013/28A RU2370733C1 (en) | 2008-07-03 | 2008-07-03 | Vibration-type micromechanical gyro |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2370733C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU178349U1 (en) * | 2017-11-23 | 2018-03-30 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" | Micromechanical gyroscope |
-
2008
- 2008-07-03 RU RU2008129013/28A patent/RU2370733C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ПЕШЕХОНОВ В.Г. и др. Результаты разработки микромеханического гироскопа. XII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам 23-25 мая 2005, с.268-274. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU178349U1 (en) * | 2017-11-23 | 2018-03-30 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" | Micromechanical gyroscope |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4458441B2 (en) | Tuning fork gyro with split electrodes | |
| US6621279B2 (en) | Drive feedthrough nulling system | |
| JP4365323B2 (en) | MEMS gyroscope with parameter gain | |
| JP3894587B2 (en) | Micromachined speed sensor system for sensing rotational speed and method for minimizing parasitic drive voltage | |
| TWI482946B (en) | Vibrationskompensation fuer drehratensensoren | |
| RU2388999C1 (en) | Micromechanical gyroscope (versions) and adjustment methods thereof, based on using amplitude-modulated quadrature testing effect | |
| JP4719751B2 (en) | Vibration micro-mechanical sensor for angular velocity | |
| JP2008122371A (en) | Force rebalancing and parametric amplification for mems inertial sensor | |
| JP2007519925A (en) | Micromachined vibratory gyroscope with electronic coupling and method | |
| JP2012519295A5 (en) | ||
| JP6278604B2 (en) | Vibration gyro with bias correction function | |
| JP2013096801A (en) | Vibrating structure gyroscope with excellent output stability | |
| JP6305223B2 (en) | Vibrating gyro with bias stabilization and method of using the vibrating gyro | |
| RU2344374C1 (en) | Electrode structure for micromechanical gyroscope and micromechanical gyroscope with such structure (versions) | |
| JP4112684B2 (en) | Vibrating gyro | |
| RU2447403C1 (en) | Micromechanical gyroscope | |
| RU2301970C1 (en) | Micro-mechanical vibration gyroscope | |
| RU2370733C1 (en) | Vibration-type micromechanical gyro | |
| RU2568147C1 (en) | Gyro accelerometer with rotor electrostatic suspension and complete primary info | |
| RU2466354C1 (en) | Microsystem gyroscope | |
| RU2308682C1 (en) | Method of adjusting resonance frequency of suspension of movable mass of gyroscope | |
| JP2006010408A (en) | Vibratory gyro | |
| RU2158903C1 (en) | Gyroscope-accelerometer with electrostatic suspension of rotor | |
| RU2320962C1 (en) | Electrode structure for micro-mechanical gyroscope and micro-mechanical gyroscope on base of that structure | |
| RU2316731C1 (en) | Method for adjusting resonance frequency of mobile mass suspension of micro-mechanical gyroscope with deep check connection on basis of speed of movement of mobile mass along secondary oscillations axis and a micro-mechanical gyroscope |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200704 |