RU2388999C1 - Micromechanical gyroscope (versions) and adjustment methods thereof, based on using amplitude-modulated quadrature testing effect - Google Patents
Micromechanical gyroscope (versions) and adjustment methods thereof, based on using amplitude-modulated quadrature testing effect Download PDFInfo
- Publication number
- RU2388999C1 RU2388999C1 RU2008135886/28A RU2008135886A RU2388999C1 RU 2388999 C1 RU2388999 C1 RU 2388999C1 RU 2008135886/28 A RU2008135886/28 A RU 2008135886/28A RU 2008135886 A RU2008135886 A RU 2008135886A RU 2388999 C1 RU2388999 C1 RU 2388999C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- moving mass
- electrodes
- axis
- signal
- output
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
- G01C19/5733—Structural details or topology
- G01C19/5755—Structural details or topology the devices having a single sensing mass
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5705—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using masses driven in reciprocating rotary motion about an axis
- G01C19/5712—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using masses driven in reciprocating rotary motion about an axis the devices involving a micromechanical structure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
- G01C19/5726—Signal processing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области микромеханики, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа со схемами подстройки параметров колебательных контуров подвеса, параметров электронных узлов в этих гироскопах и контроля исправной работы.The invention relates to the field of micromechanics, in particular to micromechanical gyroscopes (MMGs) of vibration type with schemes for adjusting the parameters of the vibrational loops of the suspension, the parameters of electronic components in these gyroscopes and monitoring proper operation.
В ММГ подвижная масса (ПМ) крепится к основанию с помощью, по крайней мере, двухосного резонансного подвеса. Резонансная частота подвеса по оси первичных колебаний выбирается ниже резонансной частоты подвеса по оси вторичных колебаний. Возможны режимы работы ММГ как с совпадением резонансных частот подвеса, так и работа с малым сдвигом резонансных частот этих подвесов. Для того чтобы параметры ММГ оставались постоянными, необходимо, чтобы разность частот и параметры резонансных подвесов оставались постоянными. При разности резонансных частот 5% и более параметры ММГ изменяются значительно в меньшей степени, чем при работе ММГ со сведенными резонансными частотами подвесов. Изменение одной из этих частот приводит к изменениям разности фаз между сигналами каналов первичных и вторичных колебаний и значительному (в разы) изменению крутизны или масштабного коэффициента ММГ. Поэтому для сохранения параметров ММГ с малой разностью между резонансными частотами постоянными в них используют системы автоматической подстройки параметров. В этих системах подстройка осуществляется после определения реакции определенных составляющих ММГ на тестовое воздействие. Одним из самых чувствительных к изменениям условий работы является резонансный подвес ПМ. При изменении резонансной частоты подвеса изменяются как коэффициент преобразования микромеханической части (соотношение между измеряемой угловой скоростью и амплитудой вторичных колебаний ПМ), так и коэффициент преобразования электронной части из-за изменения фазы сигнала датчика перемещения ПМ по оси вторичных колебаний, поступающего на вход синхронного детектора с опорным сигналом от датчика перемещения ПМ по оси первичных колебаний. Поэтому в ММГ применяют системы подстройки резонансной частоты или/и фазы.In MMG, the moving mass (PM) is attached to the base using at least a biaxial resonant suspension. The resonant frequency of the suspension along the axis of the primary vibrations is selected below the resonant frequency of the suspension along the axis of the secondary vibrations. MMG operating modes are possible both with coincidence of the resonant frequencies of the suspension, and work with a small shift of the resonant frequencies of these suspensions. In order for the MMG parameters to remain constant, it is necessary that the frequency difference and the parameters of the resonant suspensions remain constant. With a difference in resonance frequencies of 5% or more, the MMG parameters change to a much lesser extent than when MMGs work with reduced resonant frequencies of suspensions. A change in one of these frequencies leads to changes in the phase difference between the signals of the channels of primary and secondary oscillations and a significant (at times) change in the steepness or scale factor of the MMG. Therefore, to save the MMG parameters with a small difference between the resonant frequencies constant in them, automatic parameter adjustment systems are used. In these systems, adjustment is carried out after determining the response of certain components of MMG to the test effect. One of the most sensitive to changing working conditions is the PM resonant suspension. When the resonance frequency of the suspension changes, both the conversion coefficient of the micromechanical part (the ratio between the measured angular velocity and the amplitude of the secondary vibrations of the PM) and the conversion coefficient of the electronic part due to a change in the phase of the signal of the PM motion sensor along the axis of the secondary vibrations fed to the input of the synchronous detector with the reference signal from the PM displacement sensor along the axis of the primary vibrations. Therefore, MMGs use resonant frequency or / and phase adjustment systems.
В системе подстройки резонансной частоты подвеса ПМ по оси вторичных колебаний (f2) до частоты первичных колебаний (f1) ф. Bocsh (пат. США №6553833) используется тестовый сигнал, состоящий из двух гармонических сигналов на частотах (f1±Δf). В другом патенте этой фирмы (пат. США №6654424) предложено помимо этого сигнала дополнительно использовать пару сигналов той же частоты, но ортогональных к ним, т.е. сдвинутых на 90°.In the system for adjusting the resonant frequency of the PM suspension along the axis of secondary vibrations (f 2 ) to the frequency of primary vibrations (f 1 ) f. Bocsh (US Pat. No. 6553833) uses a test signal consisting of two harmonic signals at frequencies (f 1 ± Δf). In another patent of this company (US Pat. No. 6654424), in addition to this signal, it is proposed to additionally use a pair of signals of the same frequency, but orthogonal to them, i.e. shifted by 90 °.
Аналогичное решение задачи подстройки резонансной частоты в ММГ рассмотрено в работе Chinwuba D.E. "Redout Techniques for High-Q Micromachined Vibratory Rate Gyroscopes" PHD Dissertation, University of California, Berkeley, 2007, p. 19, fig.3.4. Для ее решения также используются два сигнала (f1±Δf), которые суммируются с сигналом емкостного датчика перемещения ПМ. В этой работе на стр.17, 18 указано, что если использовать тестовый сигнал на частоте первичных колебаний, то невозможно будет определить расстройку резонансных частот и эта проблема преодолевается тем, что используются два тестовых сигнала, частота одного из которых выше, а другого ниже частоты первичных колебаний, при этом частоты этих тестовых сигналов выбираются так, чтобы они не оказались в желаемой полосе полезного сигнала.A similar solution to the problem of tuning the resonant frequency in MMG was considered in Chinwuba DE "Redout Techniques for High-Q Micromachined Vibratory Rate Gyroscopes" PHD Dissertation, University of California, Berkeley, 2007, p. 19, fig. 3.4. To solve it, two signals are also used (f 1 ± Δf), which are summed with the signal of the capacitive PM displacement sensor. In this work, on
Фирмой Thales предложено (пат. США №7159461) в качестве тестового сигнала использовать модулированный по частоте сигнал, центральная частота которого равна f1, а девиация частоты находится на уровне 0,1 f1.Thales proposed (US Pat. No. 7159461) to use a frequency-modulated signal with a center frequency of f 1 and a frequency deviation of 0.1 f 1 as a test signal.
Фирмой Litef (пат. США №7278312) в качестве тестового сигнала предложено использовать напряжение шума в сигнале на выходе датчика перемещения ПМ по оси вторичных колебаний.The company Litef (US Pat. US No. 7278312) as a test signal proposed to use the noise voltage in the signal at the output of the PM displacement sensor along the axis of the secondary vibrations.
В качестве тестового сигнала может быть использована квадратурная помеха, как это предложено в патенте РФ №2308682.As a test signal, a quadrature interference can be used, as proposed in RF patent No. 2308682.
Тестовые сигналы в микромеханических датчиках используются не только в системах стабилизации параметров отдельных узлов. Они могут использоваться при определении работоспособности этих датчиков, что является особенно актуальным в случае использования таких датчиков в системах и устройствах, обеспечивающих, например, безопасность пассажиров в автомобиле. Пример такого построения системы непрерывного контроля микромеханического датчика приведен в пат. США №7086270. В нем в качестве тестового сигнала, по реакции на который микромеханической части датчика определяют исправность последнего, используется сигнал, частота которого выше реального воздействия.Test signals in micromechanical sensors are used not only in systems for stabilizing the parameters of individual nodes. They can be used in determining the operability of these sensors, which is especially relevant in the case of the use of such sensors in systems and devices that ensure, for example, the safety of passengers in the car. An example of such a construction of a continuous monitoring system of a micromechanical sensor is given in US Pat. US No. 7086270. In it, as a test signal, according to the reaction to which the micromechanical part of the sensor determines the serviceability of the latter, a signal is used whose frequency is higher than the actual impact.
В докладе Link Т. et al "A new self-test and self-calibration concept for micro-machined gyroscopes" Transducers'05 The 13th International Conference on Solid-State Sensors Actuators and Microsystems, Seul, Korea, June 5-9, 2005, pp.401-404 описан ММГ, который установлен в дополнительный подвес с электродами, обеспечивающими не только перемещения ПМ вокруг оси вторичных колебаний, как это имеет место в описанных выше способах формирования тестовых сигналов, но и перемещения целиком ММГ вокруг оси чувствительности. Это позволяет задавать калибровочные перемещения, имитирующие движение объекта и по реакции на сигналы, подаваемые на электроды определять и корректировать характеристики ММГ. Такое решение значительно усложняет микромеханическую часть ММГ.The report of Link T. et al "A new self-test and self-calibration concept for micro-machined gyroscopes"Transducers'05 The 13 th International Conference on Solid-State Sensors Actuators and Microsystems, Seul, Korea, June 5-9, 2005, pp.401-404 described MMG, which is installed in an additional suspension with electrodes that provide not only the movement of the PM around the axis of secondary vibrations, as is the case in the above methods for generating test signals, but also the movement of the entire MMG around the axis of sensitivity. This allows you to set the calibration movements that simulate the movement of the object and to determine and adjust the characteristics of the MMG by the reaction to the signals supplied to the electrodes. Such a solution significantly complicates the micromechanical part of the MMG.
Тестирование ММГ может выполняться перед началом или в процессе работы за счет подачи логического сигнала, вызывающего смещение на определенную величину показаний датчика, как это выполняется в ММГ ADIS16130 фирмы Analog Devices (см. ADIS16130.pdf, стр.10). Недостатком этого решения является то, что тестирование вызывает изменение показаний датчика, которое должно компенсироваться, что приводит к возрастанию погрешности ММГ (т.к. смещение показаний при тестировании зависит от внешних факторов, например, температуры (см. фиг.12) и усложнению схемы обработки сигнала.MMG testing can be performed before or during operation by supplying a logical signal that causes a shift in the sensor readings by a certain amount, as is done in Analog Devices MMG ADIS16130 (see ADIS16130.pdf, page 10). The disadvantage of this solution is that testing causes a change in the sensor readings, which must be compensated, which leads to an increase in the MMG error (since the bias of the readings during testing depends on external factors, for example, temperature (see Fig. 12) and the complexity of the circuit signal processing.
Общим решением (см. пат. США №6553833, 6654424, 7159461, 7086270) для датчиков с высокочастотным тестовым сигналом является то, что эти тестовые сигналы формируют таким образом, чтобы тестовый сигнал оказывался вне полосы пропускания датчика с тем, чтобы затем в выходном канале этот тестовый сигнал можно было бы подавить с помощью фильтров, что в конечном счете ухудшает быстродействие микромеханических датчиков и усложняет сами датчики. Недостатком решения по пат. США №7278312 является сложность настройки по минимальной величине шума, а решение по пат. РФ №2308682 работоспособно только в отсутствие знакопостоянной измеряемой угловой скорости.A common solution (see US Pat. No. 6553833, 6654424, 7159461, 7086270) for sensors with a high-frequency test signal is that these test signals are formed so that the test signal is outside the sensor bandwidth so that then in the output channel this test signal could be suppressed using filters, which ultimately degrades the performance of micromechanical sensors and complicates the sensors themselves. The disadvantage of the solution according to US Pat. US No. 7278312 is the difficulty of setting the minimum noise, and the solution according to US Pat. RF №2308682 is operable only in the absence of a sign-constant measured angular velocity.
Таким образом, применение в микромеханических датчиках тестовых сигналов известной формы приводит к ухудшению быстродействия датчиков, их усложнению или неработоспособно при определенных условиях работы.Thus, the use of test signals of a known shape in micromechanical sensors leads to a deterioration in the speed of the sensors, their complexity or is inoperative under certain operating conditions.
В качестве прототипа предлагаемого способа формирования тестового воздействия на подвижную массу микромеханического гироскопа выбран способ по пат. США №6553833, которому присущи недостатки, описанные выше.As a prototype of the proposed method of forming a test effect on the moving mass of a micromechanical gyroscope, the method according to US Pat. US No. 6553833, which has the disadvantages described above.
Задачей изобретения является повышение быстродействия ММГ, его упрощение и повышение точности.The objective of the invention is to increase the speed of MMG, its simplification and increased accuracy.
Поставленная задача решается тем, что при формировании тестового воздействия на подвижную массу микромеханического гироскопа, перемещение которой по оси первичных колебаний γ изменяется во времени (t) в соответствии с выражением:The problem is solved in that when forming a test action on the moving mass of a micromechanical gyroscope, the movement of which along the axis of primary oscillations γ changes in time (t) in accordance with the expression:
где - угловая частота, Where - angular frequency,
заключающемся в изменении напряжений на электродах, расположенных по оси вторичных колебаний подвижной массы, напряжение U(t) на одном или нескольких электродах изменяют так, что гармоническая составляющая A(t) на частоте ω1 величиныconsisting in changing the voltages at the electrodes located along the axis of the secondary oscillations of the moving mass, the voltage U (t) at one or more electrodes is changed so that the harmonic component A (t) at a frequency ω 1 of magnitude
изменяется в соответствии с выражением: changes according to the expression:
где амплитуда B(t)≠const., С(α,γ(t)-емкость между подвижной массой и электродом, на котором изменяют напряжение, α-перемещения ПМ по оси вторичных колебаний where the amplitude B (t) ≠ const., C (α, γ (t) is the capacitance between the moving mass and the electrode on which the voltage is changed, α-displacements of the PM along the axis of secondary vibrations
Кроме того, поставленная задача решается тем, что в микромеханическом гироскопе с электродной структурой, в которой при колебаниях подвижной массы по оси первичных колебаний изменяется площадь перекрытия между подвижной массой и одним или несколькими электродами, напряжение на этих электродах изменяют с частотой меньше частоты первичных колебаний.In addition, the problem is solved in that in a micromechanical gyroscope with an electrode structure in which the overlap area between the moving mass and one or more electrodes changes with the oscillations of the moving mass along the axis of the primary vibrations, the voltage on these electrodes is changed with a frequency less than the frequency of the primary vibrations.
Кроме того, поставленная задача решается тем, что в микромеханическом гироскопе с электродной структурой, в которой при колебаниях подвижной массы по оси первичных колебаний не изменяется площадь перекрытия между подвижной массой и одним или несколькими электродами, напряжение на этих электродах изменяют с частотой, равной частоте первичных колебаний синфазно с первичными колебаниями подвижной массы, при этом изменяя и амплитуду этих напряжений.In addition, the problem is solved in that in a micromechanical gyroscope with an electrode structure in which the overlap area between the moving mass and one or more electrodes does not change with oscillations of the moving mass along the axis of the primary vibrations, the voltage on these electrodes is changed with a frequency equal to the frequency of the primary oscillations in phase with the primary oscillations of the moving mass, while changing the amplitude of these stresses.
Предложенный способ формирования тестового сигнала обеспечивает создание модулированного по амплитуде квадратурного момента или силы. Этот момент (или сила) находятся в фазе с квадратурной помехой, для подавления которой в ММГ используются известные средства, в частности, синхронное детектирование. Поэтому для подавления реакции на тестовый сигнал не требуется усложнять электронную часть ММГ и вводить дополнительные фильтры. Этим обеспечивается возможность сохранения максимального быстродействия ММГ, т.к. не требуется уменьшать полосу пропускания датчика, оставляя часть спектра рабочих частот для тестового сигнала. С другой стороны, амплитудная модуляция квадратурного сигнала как бы помечает тестовый сигнал и позволяет найти реакцию элементов ММГ именно на тестовый сигнал, исключая составляющие, обусловленные другими сигналами и причинами.The proposed method for generating a test signal provides the creation of an amplitude modulated quadrature moment or force. This moment (or force) is in phase with a quadrature noise, for the suppression of which MMG uses known means, in particular, synchronous detection. Therefore, to suppress the reaction to the test signal, it is not necessary to complicate the electronic part of the MMG and introduce additional filters. This provides the ability to maintain maximum speed MMG, tk. it is not necessary to reduce the passband of the sensor, leaving part of the spectrum of operating frequencies for the test signal. On the other hand, the amplitude modulation of the quadrature signal, as it were, marks the test signal and allows you to find the response of the MMG elements to the test signal, excluding the components due to other signals and reasons.
Известны электродные структуры, которые позволяют создавать момент или силу, синфазные с квадратурной помехой. Такие структуры для ММГ RR-типа описаны в патентах США №6067858 (фиг.20), РФ №2320962, а для ММГ LL-типа описаны в патенте США №7213458 (фиг.2).Known electrode structures that allow you to create a moment or force in-phase with quadrature interference. Such structures for RG-type MMG are described in US Pat. No. 6,067,858 (FIG. 20), RF No. 2320962, and for LL-type MMG are described in US Pat. No. 7,213,458 (FIG. 2).
Недостатком электродной структуры по пат. США №6067858 является то, что ее применение значительно увеличивает площадь, занимаемую микромеханической частью на пластине кремния, а структуры по пат. РФ №2320962 - то, что из-за того, что квадратурная помеха может быть в фазе или в противофазе с колебаниями ПМ, электроды располагают над зубцовыми зонами ПМ по обеим сторонам оси чувствительности ММГ (электроды 14, 16 и 15, 17 на фиг.3 пат. РФ №2320962), хотя подавление квадратурной помехи за счет формирования квадратурного момента нужной величины и знака достигается с помощью только одной пары электродов. Необходимость формирования избыточных электродов и, соответственно, выводов от них усложняет конструкцию и увеличивает площадь, занимаемую микромеханической частью ММГ. Прототипом электродной структуры для ММГ RR-типа выбрана структура по пат. РФ №2320962.The disadvantage of the electrode structure according to US Pat. US No. 6067858 is that its use significantly increases the area occupied by the micromechanical part on the silicon wafer, and the structure according to US Pat. RF No. 2320962 - due to the fact that the quadrature interference can be in phase or out of phase with PM oscillations, the electrodes are located above the PM tooth zones on both sides of the MMG sensitivity axis (
К недостаткам структуры по пат. США №7213458 можно отнести то, что при большом уровне квадратурной помехи площади электродов, расположенных над зубцовой зоной ПМ, может оказаться недостаточно и для подавления помехи приходится использовать основные электроды, расположенные под ПМ. В этом случае для уменьшения габаритов ММГ может оказаться целесообразней использовать основную часть электродов над зубцовой зоной для измерения перемещений ПМ вдоль оси первичных колебаний. Эта структура выбрана в качестве прототипа для электродной структуры для ММГ LL- типа.The disadvantages of the structure according to US Pat. USA No. 7213458 can be attributed to the fact that with a large level of quadrature interference, the area of the electrodes located above the tooth zone of the PM may not be enough and to suppress the interference it is necessary to use the main electrodes located under the PM. In this case, to reduce the dimensions of the MMG, it may be more appropriate to use the main part of the electrodes above the tooth zone to measure the displacements of the PM along the axis of the primary vibrations. This structure is selected as a prototype for the electrode structure for MM-LL-type.
Задачей изобретения для обеих предлагаемых структур является уменьшение габаритов ММГ при формировании предлагаемого тестового воздействия на подвижную массу.The objective of the invention for both of the proposed structures is to reduce the dimensions of the MMG during the formation of the proposed test effects on the moving mass.
Поставленная задача для ММГ RR-типа решается тем, что в гироскопе с электродной структурой, содержащей подвижную массу, имеющую вид секторов, симметрично расположенных относительно осей чувствительности микромеханического гироскопа и вторичных колебаний подвижной массы, и электроды, расположенные над или под подвижной массой, для реализации предложенного способа формирования тестового воздействия часть этих электродов расположена над боковыми границами секторов.The problem for MMR RR-type is solved by the fact that in a gyroscope with an electrode structure containing a moving mass, having the form of sectors symmetrically located relative to the sensitivity axes of the micromechanical gyroscope and secondary vibrations of the moving mass, and electrodes located above or below the moving mass, for implementation of the proposed method for forming a test effect, part of these electrodes is located above the lateral boundaries of the sectors.
Поставленная задача для ММГ LL-типа решается тем, что в гироскопе с электродной структурой, содержащей подвижную массу, имеющую вид прямоугольника, первая пара сторон которого перпендикулярна направлению первичных колебаний, а вторая пара сторон им параллельна, и электроды, расположенные над или под подвижной массой, что часть этих электродов расположена над боковыми границами одной или двух первой пары сторон.The problem for LL-type MMG is solved by the fact that in a gyroscope with an electrode structure containing a moving mass having the shape of a rectangle, the first pair of sides of which is perpendicular to the direction of the primary vibrations, and the second pair of sides parallel to them, and the electrodes located above or below the moving mass that part of these electrodes is located above the lateral boundaries of one or two of the first pair of sides.
Кроме того, поставленная задача решается тем, что в подвижной массе выполнены отверстия, а часть электродов расположена над краями отверстий, ориентированных перпендикулярно к направлению первичных колебаний.In addition, the problem is solved by the fact that holes are made in the moving mass, and part of the electrodes are located above the edges of the holes oriented perpendicular to the direction of the primary vibrations.
В отличие от известных электродных структур, создающих действующие на ПМ моменты или силы, синфазные с первичными колебаниями, в предложенных электродных структурах не требуется формирование воздействий большой величины (на уровне диапазона измерения ММГ и выше), поэтому оказывается возможным выполнять электроды для формирования тестовых воздействий значительно меньшей площади по сравнению с прототипом и размещать их в микромеханической части ММГ практически без увеличения габаритов, используя или видоизменяя, например, технологические отверстия, предназначенные для травления кремния. Также не требуется формирование избыточного числа электродов, как это имеет место в устройстве по пат. РФ №2320962, т.к. тестовое воздействие должно быть как синфазно, так и противофазно квадратурной помехе.In contrast to the known electrode structures that create moments or forces acting on the PM that are in phase with the primary vibrations, the proposed electrode structures do not require the formation of large-scale effects (at the level of the MMG measurement range and above), therefore, it is possible to perform electrodes to generate test effects significantly smaller area compared to the prototype and place them in the micromechanical part of the MMG with virtually no increase in size, using or modifying, for example, technological holes intended for etching silicon. Also, the formation of an excessive number of electrodes is not required, as is the case in the device according to US Pat. RF №2320962, because the test effect should be both in-phase and out-of-phase with quadrature interference.
В качестве прототипа предлагаемого способа подстройке резонансной частоты подвеса подвижной массы по оси вторичных колебаний выбран способ по пат. США №6553833, которому присущи недостатки, обусловленные способом формирования тестового воздействия в нем.As a prototype of the proposed method, adjusting the resonant frequency of the suspension of the moving mass along the axis of the secondary vibrations, the method according to US Pat. US No. 6553833, which has inherent disadvantages due to the method of forming a test effect in it.
Соответственно задачей изобретения является повышение быстродействия ММГ, его упрощение и повышение точности.Accordingly, the objective of the invention is to increase the speed of MMG, its simplification and increased accuracy.
Поставленная задача решается тем, что при подстройке резонансной частоты подвеса подвижной массы по оси вторичных колебаний напряжения на электродах, расположенных по оси вторичных колебаний, изменяют в зависимости от составляющей сигнала датчика перемещения подвижной массы по оси вторичных колебаний, пропорциональной B(t).The problem is solved in that when adjusting the resonant frequency of the suspension of the moving mass along the axis of the secondary oscillations, the voltages on the electrodes located along the axis of the secondary vibrations are changed depending on the signal component of the moving mass displacement sensor along the axis of the secondary vibrations proportional to B (t).
Кроме того, поставленная задача решается тем, что составляющую, пропорциональную амплитуде B(t), выделяют путем последовательной демодуляции сигнала датчика перемещения подвижной массы по оси вторичных колебаний вначале с опорным сигналом, синфазным первичным колебаниями подвижной массы, а затем с опорным сигналом, пропорциональным B(t).In addition, the problem is solved in that a component proportional to the amplitude B (t) is isolated by successive demodulation of the signal of the moving mass displacement sensor along the axis of the secondary oscillations, first with a reference signal, in-phase primary oscillations of the moving mass, and then with a reference signal proportional to B (t).
По существу, за счет двойной демодуляции в предложенном способе производится последовательно: сначала выделение квадратурных сигналов, а затем среди квадратурных сигналов выделяется тот сигнал, амплитуда которого изменялась пропорционально B(t). И именно в зависимости от этого выделенного сигнала изменяют напряжения на электродах в ММГ для подстройки резонансной частоты подвеса по оси вторичных колебаний под частоту первичных колебаний.Essentially, due to double demodulation in the proposed method, it is performed sequentially: first, quadrature signals are extracted, and then the signal whose amplitude varies proportionally to B (t) is selected among the quadrature signals. And it is precisely depending on this selected signal that the voltages at the electrodes in the MMG are changed to adjust the resonance frequency of the suspension along the axis of the secondary vibrations to the frequency of the primary vibrations.
Прототипом устройства для реализации предлагаемого способа подстройки резонансной частоты выбран ММГ по пат. РФ№2320962, недостатком которого является низкая чувствительность из-за работы в режиме с расстройкой резонансных частот подвесов на уровне 3%. Для работы ММГ с совмещенными резонансными частотами подвесов необходимо введение в него контура подстройки частоты, который реализует предложенный выше способ.The prototype device for implementing the proposed method for adjusting the resonant frequency selected MMG according to US Pat. RF №2320962, the disadvantage of which is the low sensitivity due to operation in the mode with the detuning of the resonant frequencies of the suspensions at the level of 3%. For MMG to work with the combined resonant frequencies of the suspensions, it is necessary to introduce a frequency control loop into it, which implements the method proposed above.
Соответственно, задачей изобретения является повышение точности ММГ.Accordingly, an object of the invention is to improve the accuracy of MMG.
Поставленная задача решается тем, что в ММГ RR-типа, реализующем предложенный способ подстройки резонансной частоты и содержащем подвижную массу, выполненную в виде секторов, симметрично расположенных относительно осей чувствительности микромеханического гироскопа и вторичных колебаний подвижной массы, при этом боковые поверхности этих секторов содержат зубцы, три пары электродов, расположенных над подвижной массой, которые также имеют секторы, при этом первая пара электродов расположена над зубцовыми зонами подвижной массы, которые расположены по одну сторону от оси чувствительности микромеханического гироскопа, вторая пара электродов расположена относительно этой оси симметрично, а третья пара электродов расположена на этой оси и электроды каждой пары расположены симметрично относительно оси вторичных колебаний, статоры, расположенные на основании и имеющие зубцы, которые с зубцами подвижной массы образуют гребенчатую электродную структуру, подвес в виде торсионов, с помощью которого подвижная масса подвешена к опоре, установленной на основании, устройство возбуждения первичных колебаний, включенное между статорами и содержащее первый датчик перемещения подвижной массы и устройство преобразования электрического сигнала, второй датчик перемещения подвижной массы, выполненный в виде дифференциального трансрезистивного усилителя, входы которого соединены с первой парой электродов, источник постоянного напряжения, соединенный со второй парой электродов, первый демодулятор, вход которого соединен с выходом трансрезистивного усилителя, а вход для опорного сигнала соединен с выходом первого датчика перемещения подвижной массы, введены источник переменного напряжения, который включен последовательно с источником постоянного напряжения, второй демодулятор, вход которого соединен с выходом первого демодулятора, а вход для опорного сигнала соединен с введенным источником переменного напряжения, и интегратор, вход которого соединен с выходом второго демодулятора, а выход - с третьей парой электродов.The problem is solved in that in the MMR of the RR type, implementing the proposed method for adjusting the resonant frequency and containing the moving mass, made in the form of sectors symmetrically located relative to the sensitivity axes of the micromechanical gyroscope and secondary oscillations of the moving mass, while the lateral surfaces of these sectors contain teeth, three pairs of electrodes located above the moving mass, which also have sectors, while the first pair of electrodes is located above the tooth zones of the moving mass, which are located on one side of the axis of sensitivity of the micromechanical gyroscope, the second pair of electrodes is located symmetrically about this axis, and the third pair of electrodes is located on this axis and the electrodes of each pair are symmetrical about the axis of the secondary vibrations, the stators located on the base and having teeth with teeth the movable mass form a comb electrode structure, a suspension in the form of torsion bars, with which the movable mass is suspended from a support mounted on the base, the device in excitation of primary oscillations, connected between the stators and containing a first moving mass displacement sensor and an electric signal conversion device, a second moving mass displacement sensor made in the form of a differential transresistive amplifier, the inputs of which are connected to the first pair of electrodes, a constant voltage source connected to the second pair of electrodes , the first demodulator, the input of which is connected to the output of the transresistive amplifier, and the input for the reference signal is connected to the output of the first a moving mass displacement sensor, an alternating voltage source is introduced, which is connected in series with a constant voltage source, a second demodulator, the input of which is connected to the output of the first demodulator, and the input for the reference signal is connected to the introduced alternating voltage source, and an integrator whose input is connected to the output of the second demodulator, and the output with a third pair of electrodes.
Прототипом другого варианта устройства для реализации предлагаемого способа подстройки резонансной частоты выбран ММГ, описанный в работе [Пешехонов и др. Результаты разработки микромеханического гироскопа. XII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам 23-25 мая 2005г., стр.268-274, рис.2, 3], недостатком которого является низкая чувствительность из-за работы в режиме с расстройкой резонансных частот подвесов на уровне 3%. Для работы ММГ с совмещенными резонансными частотами подвесов необходимо введение в него контура подстройки частоты, который реализует предложенный выше способ.The prototype of another embodiment of the device for implementing the proposed method for adjusting the resonant frequency is 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, Fig. 2, 3], the disadvantage of which is low sensitivity due to operation in the mode with detuning of resonant frequencies of suspensions at the level of 3% . For MMG to work with the combined resonant frequencies of the suspensions, it is necessary to introduce a frequency control loop into it, which implements the method proposed above.
Соответственно, задачей изобретения является повышение точности ММГ.Accordingly, an object of the invention is to improve the accuracy of MMG.
Поставленная задача решается тем, что в ММГ RR-типа, реализующем предложенный способ подстройки резонансной частоты и содержащем подвижную массу, выполненную в виде секторов, симметрично расположенных относительно осей чувствительности микромеханического гироскопа и вторичных колебаний подвижной массы, две пары электродов, в каждой из которых электроды расположены симметрично относительно этих осей над подвижной массой, при этом электроды первой пары являются электродами емкостного датчика перемещения подвижной массы по оси вторичных колебаний, а электроды второй пары являются электродами емкостного датчика момента, статоры, расположенные на основании и имеющие зубцы, которые с зубцами подвижной массы образуют гребенчатую электродную структуру, подвес в виде торсионов, с помощью которого подвижная масса подвешена к опоре, установленной на основании, устройство возбуждения первичных колебаний, включенное между статорами и содержащее первый датчик перемещения подвижной массы и устройство преобразования электрического сигнала, второй датчик перемещения подвижной массы, выполненный в виде дифференциального усилителя, входы которого соединены с электродами первой пары, первый демодулятор, вход которого соединен с выходом второго датчика перемещения подвижной массы, а вход для опорного сигнала соединен с выходом первого датчика перемещения подвижной массы, усилители, выходы которых соединены с электродами датчика момента, введены источник переменного напряжения, второй и третий демодуляторы и модулятор, при этом выходы второго и третьего демодуляторов соединены соответственно через первый и второй интеграторы с входом устройства суммирования и одноименными входами усилителей, источник переменного напряжения через устройство суммирования соединен с модулятором, выход которого соединен с разноименными входами усилителей, при этом входы для опорного сигнала второго, третьего демодуляторов и модулятора соединены соответственно с выходом второго датчика перемещения подвижной массы через устройство сдвига фазы на 90°, с источником переменного напряжения и выходом второго датчика перемещения подвижной массы через устройство сдвига фазы.The problem is solved in that in the RR-type MMG that implements the proposed method for adjusting the resonant frequency and contains the moving mass, made in the form of sectors symmetrically located relative to the sensitivity axes of the micromechanical gyroscope and the secondary vibrations of the moving mass, two pairs of electrodes, each of which has electrodes are located symmetrically with respect to these axes above the moving mass, while the electrodes of the first pair are electrodes of a capacitive sensor for moving the moving mass along the secondary axis oscillations, and the electrodes of the second pair are electrodes of a capacitive moment sensor, stators located on the base and having teeth, which, with teeth of the moving mass, form a comb electrode structure, a suspension in the form of torsions, by which the moving mass is suspended from a support mounted on the base, a primary oscillation excitation device connected between the stators and comprising a first moving mass movement sensor and an electric signal conversion device, a second moving sensor of the first mass, made in the form of a differential amplifier, the inputs of which are connected to the electrodes of the first pair, the first demodulator, the input of which is connected to the output of the second moving mass displacement sensor, and the input for the reference signal is connected to the output of the first moving mass displacement sensor, amplifiers whose outputs are connected with the electrodes of the torque sensor, an alternating voltage source, second and third demodulators and a modulator are introduced, while the outputs of the second and third demodulators are connected respectively through the first and integrators with the input of the summing device and the inputs of the amplifiers of the same name, the source of alternating voltage through the summing device is connected to a modulator, the output of which is connected to the opposite inputs of the amplifiers, while the inputs for the reference signal of the second, third demodulators and the modulator are connected respectively to the output of the second moving mass displacement sensor through a 90 ° phase shift device, with an AC voltage source and an output of a second moving mass displacement sensor through the device phase driving.
Аналогом предложенного способа определения сдвига фазы сигнала в канале вторичных колебаний относительно сигнала датчика перемещения подвижной массы в канале первичных колебаний в ММГ является способ, который используется в устройстве по пат. РФ №2282152. Изменение этого сдвига фазы в нем определяют по величине постоянной составляющей напряжения на выходе демодулятора, который должен подавлять квадратурную помеху. Т.е. в этом устройстве квадратурная помеха выполняет роль тестового сигнала. Недостатком этого способа является то, что его можно использовать только в случае, если измеряемая ММГ угловая скорость не содержит постоянной составляющей, в противном случае постоянную составляющую сигнала, обусловленную измеряемой угловой скоростью, нельзя отличить от постоянной составляющей, обусловленной изменением фазы между опорным сигналом и квадратурной помехой. Возможное решение этой проблемы, предложенное в этом патенте, заключающееся в изменении режима работы при циркуляции объекта, усложняет использование ММГ.An analogue of the proposed method for determining the phase shift of the signal in the channel of secondary vibrations relative to the signal of the moving mass displacement sensor in the channel of primary vibrations in MMG is the method that is used in the device according to US Pat. RF №2282152. The change in this phase shift in it is determined by the magnitude of the DC component of the voltage at the output of the demodulator, which should suppress quadrature interference. Those. in this device, the quadrature interference acts as a test signal. The disadvantage of this method is that it can be used only if the measured MMG angular velocity does not contain a constant component, otherwise the constant component of the signal due to the measured angular velocity cannot be distinguished from the constant component due to a phase change between the reference signal and the quadrature a hindrance. A possible solution to this problem, proposed in this patent, which consists in changing the operating mode during the circulation of the object, complicates the use of MMG.
В качестве прототипа выбран способ подстройки разности фаз между сигналами в каналах первичных и вторичных колебаний, который использован в пат. США №6553833. В нем по тестовому сигналу производится настройка резонансной частоты контура подвеса ПМ по оси вторичных колебаний на частоту первичных колебаний, при которой обеспечивается постоянный, равный 90° сдвиг фазы, вносимый контуром вторичных колебаний.As a prototype of the selected method of adjusting the phase difference between the signals in the channels of primary and secondary oscillations, which is used in US Pat. US No. 6553833. In it, according to the test signal, the resonance frequency of the PM suspension loop is tuned along the axis of secondary vibrations to the primary oscillation frequency, at which a constant 90 ° phase shift introduced by the secondary oscillation circuit is provided.
Недостатком этого способа является то, что в ряде применений ММГ бывает целесообразно работать с расстройкой резонансных частот (например, в случае, когда необходимо обеспечить постоянство крутизны или масштабного коэффициента ММГ и/или достаточно широкую полосу пропускания), при которой сдвиг фазы не равен 90°, и применение двух тестовых сигналов вызывает необходимость введения фильтров для подавления этих сигналов и, соответственно, уменьшение быстродействия ММГ.The disadvantage of this method is that in a number of MMG applications it can be advisable to work with resonance frequency detuning (for example, in the case when it is necessary to ensure the steepness or scale factor of MMG and / or a sufficiently wide passband), at which the phase shift is not equal to 90 ° , and the use of two test signals necessitates the introduction of filters to suppress these signals and, accordingly, reduce the speed of MMG.
Соответственно, задачей изобретения является повышение быстродействия ММГ, его упрощение и повышение точности.Accordingly, the object of the invention is to increase the speed of MMG, its simplification and increased accuracy.
Поставленная задача решается тем, что для определения сдвига фазы сигнала в канале вторичных колебаний относительно сигнала датчика перемещения подвижной массы в канале первичных колебаний в ММГ, содержащем, по крайней мере, один электрод, расположенный несоосно с направлением первичных колебаний подвижной массы, и подключенный к этому электроду источник напряжения B(t), заключающийся в первом синхронном детектировании сигнала датчика перемещения подвижной массы в канале вторичных колебаний с помощью первого опорного сигнала, в качестве которого используют сигнал датчика перемещения подвижной массы в канале первичных колебаний, после первого синхронного детектирования дополнительно осуществляют второе синхронное детектирование с помощью второго опорного сигнала, в качестве которого используют напряжение B(t), и изменяют фазу первого опорного сигнала до тех пор, пока средняя величина сигнала после второго синхронного детектирования не станет равной нулю.The problem is solved in that in order to determine the phase shift of the signal in the channel of the secondary oscillations relative to the signal of the moving mass displacement sensor in the primary oscillation channel in the MMG, containing at least one electrode located misaligned with the direction of the primary oscillations of the moving mass, and connected to this to the electrode, the voltage source B (t), consisting in the first synchronous detection of the signal of the moving mass displacement sensor in the secondary oscillation channel using the first reference signal, as which uses the signal of the moving mass displacement sensor in the primary oscillation channel, after the first synchronous detection, a second synchronous detection is additionally performed using the second reference signal, the voltage B (t) is used as it, and the phase of the first reference signal is changed until the average the signal value after the second synchronous detection does not become equal to zero.
В качестве аналога и прототипа предлагаемого устройства, в котором осуществлен предложенный способ определения сдвига фазы сигнала в канале вторичных колебаний относительно сигнала датчика перемещения подвижной массы в канале первичных колебаний, выбраны указанные выше устройства (по пат. РФ№2282152 и пат. США №6553833 соответственно). Также аналогом предлагаемого устройства является ММГ компенсационного типа с каналом подстройки резонансной частоты подвеса по оси вторичных колебаний по пат. США №7278312.As an analogue and prototype of the proposed device, in which the proposed method for determining the phase shift of the signal in the secondary vibration channel relative to the signal of the moving mass displacement sensor in the primary vibration channel is implemented, the above devices are selected (Pat. RF No. 2282152 and US Pat. No. 6553833, respectively ) Also an analogue of the proposed device is MMG compensation type with a channel for adjusting the resonant frequency of the suspension along the axis of the secondary oscillations according to US Pat. US No. 7278312.
Недостатки прототипа и аналогов отмечены выше.The disadvantages of the prototype and analogues noted above.
Задачей изобретения является повышение быстродействия ММГ, его упрощение и повышение точности.The objective of the invention is to increase the speed of MMG, its simplification and increased accuracy.
Поставленная задача решается тем, что в ММГ, содержащем подвижную массу, выполненную в виде секторов, симметрично расположенных относительно осей чувствительности микромеханического гироскопа и вторичных колебаний подвижной массы, резонансный подвес подвижной массы, выполненный в виде торсионов, с помощью которых подвижная масса подвешена к опоре, установленной на основании, гребенчатую электродную структуру, устройство возбуждения первичных колебаний, входы и выходы которого соединены с соответствующими электродами гребенчатой структуры, электроды, расположенные по оси вторичных колебаний, имеющие форму секторов, при этом, по крайней мере, один из электродов расположен над боковой границей одного из секторов, первый емкостной датчик перемещения подвижной массы по оси первичных колебаний, второй датчик перемещения подвижной массы по оси вторичных колебаний, при этом к выходу второго датчика перемещения подвижной массы подключены входы первого и второго демодуляторов, выходы которых через усилительные звенья соединены соответственно с входами первого и второго модуляторов, входы для опорных сигналов одноименных модуляторов и демодуляторов соединены через первую и вторую фазосдвигающие цепи с выходом первого датчика перемещения подвижной массы, выходы модуляторов через суммирующее устройство соединены, по крайней мере, с одним из электродов, расположенных по оси вторичных колебаний, введены источник переменного напряжения, выход которого соединен с электродом, расположенным над боковой границей одного из секторов, третья фазосдвигающая цепь, которая выполнена как управляемая, последовательно соединенные третий демодулятор и интегратор, при этом входы третьего демодулятора соединены с выходом первого демодулятора и выходом введенного источника переменного напряжения, выход интегратора соединен с входом управления третьей фазосдвигающей цепи, которая включена между выходом первого датчика перемещения подвижной массы и входами первой и второй фазосдвигающих цепей.The problem is solved in that in the MMG containing the moving mass, made in the form of sectors symmetrically located relative to the sensitivity axes of the micromechanical gyroscope and the secondary vibrations of the moving mass, the resonant suspension of the moving mass, made in the form of torsions, with which the moving mass is suspended from the support, mounted on the base, a comb electrode structure, a device for exciting primary oscillations, the inputs and outputs of which are connected to the corresponding electrodes of the comb structures, electrodes located on the axis of secondary vibrations, having the shape of sectors, while at least one of the electrodes is located above the lateral boundary of one of the sectors, the first capacitive sensor for moving the moving mass along the axis of the primary vibrations, the second sensor for moving the moving mass along the axis secondary vibrations, while the inputs of the first and second demodulators are connected to the output of the second moving mass displacement sensor, the outputs of which are connected through amplifying links to the inputs of the first and second modulators, inputs for the reference signals of the same modulators and demodulators are connected through the first and second phase-shifting circuits to the output of the first moving mass displacement sensor, the outputs of the modulators are connected through at least one of the electrodes located along the secondary axis, an alternating source is introduced voltage, the output of which is connected to an electrode located above the lateral boundary of one of the sectors, the third phase-shifting circuit, which is designed as a controlled, follower but the third demodulator and integrator are connected, while the inputs of the third demodulator are connected to the output of the first demodulator and the output of the introduced AC voltage source, the integrator output is connected to the control input of the third phase-shifting circuit, which is connected between the output of the first moving mass displacement sensor and the inputs of the first and second phase-shifting circuits .
Благодаря введенным элементам в предложенном ММГ компенсационного типа достигается подстройка фазы опорного сигнала таким образом, что сигнал о перемещении ПМ, обусловленный тестовым воздействием, способ формирования которого предложен в данной заявке, полностью подавляется в канале выделения измеряемой угловой скорости за счет точной подстройки фазы опорного сигнала демодулятора.Thanks to the introduced elements in the proposed MMG of compensation type, adjustment of the phase of the reference signal is achieved in such a way that the PM movement signal due to the test action, the method of formation of which is proposed in this application, is completely suppressed in the channel for measuring the measured angular velocity due to the exact adjustment of the phase of the reference signal of the demodulator .
Прототипом предлагаемого устройства, в котором реализован предложенный способ формирования тестового воздействия, является устройство по пат. США №6553833. В нем за счет введения демпфирующей связи достигается снижение добротности в канале вторичных колебаний (см. фиг.4). Недостатком прототипа является то, что крутизна этого ММГ задается на стадии изготовления. Она определяется запрограммированным коэффициентом при демпфирующем члене. При работе в условиях, когда диапазон измеряемых ММГ угловых скоростей изменяется, целесообразно изменять крутизну ММГ для повышения его чувствительности за счет снижения диапазона работы. В прототипе такое расширение функциональных возможностей отсутствует.The prototype of the proposed device, which implements the proposed method of forming a test effect, is the device according to US Pat. US No. 6553833. In it, due to the introduction of a damping coupling, a decrease in the Q factor in the channel of secondary oscillations is achieved (see Fig. 4). The disadvantage of the prototype is that the steepness of this MMG is set at the manufacturing stage. It is determined by the programmed coefficient for the damping term. When working in conditions where the range of measured MMG angular velocities varies, it is advisable to change the steepness of the MMG to increase its sensitivity by reducing the range of operation. In the prototype, such an extension of functionality is missing.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей ММГ и повышение его точностиThe objective of the invention is to expand the functionality of MMG and increase its accuracy
Поставленная задача решается тем, что в ММГ с контуром автоподстройки частоты и демпфирующей обратной связью в канале вторичных колебаний, которая реализована в виде дифференцирующего звена, включенного между выходом датчика перемещения подвижной массы по оси и расположенными на этой оси электродами, последовательно с дифференцирующим звеном введено устройство с изменяемым коэффициентом передачи.The problem is solved in that in an MMG with a frequency-locked loop and damping feedback in the secondary oscillation channel, which is implemented as a differentiating element connected between the output of the moving mass displacement sensor along the axis and electrodes located on this axis, a device is introduced in series with the differentiating element with variable gear ratio.
Кроме того, поставленная задача решается тем, что в ММГ с контуром автоподстройки частоты и демпфирующей обратной связью в канале вторичных колебаний, которая реализована в виде последовательно соединенных дифференцирующего звена, включенного между выходом датчика перемещения подвижной массы по оси и расположенными на этой оси электродами, и устройства с изменяемым коэффициентом передачи, введено устройство выделения среднего значения модуля входной величины, выход и вход которого соединены соответственно со входом для изменения коэффициента передачи и входом устройства с изменяемым коэффициентом передачи.In addition, the problem is solved in that in an MMG with a frequency locked loop and damping feedback in the secondary oscillation channel, which is implemented in the form of series-connected differentiating element connected between the output of the moving mass displacement sensor along the axis and the electrodes located on this axis, and a device with a variable transmission coefficient, a device has been introduced for extracting the average value of the input quantity module, the output and input of which are connected respectively to the input for changing ffitsienta transmission and an input device with variable transmission ratio.
Введенное устройство с изменяемым коэффициентом передачи позволяет изменять крутизну ММГ по сигналу от внешнего источника сигнала управления. В качестве такого сигнала можно использовать выходной сигнал ММГ и осуществлять автоматическую подстройку чувствительности ММГ в зависимости от диапазона изменения текущих значений измеряемой угловой скорости.The introduced device with a variable transmission coefficient allows you to change the slope of the MMG signal from an external source of control signal. As such a signal, you can use the output signal of the MMG and automatically adjust the sensitivity of the MMG depending on the range of changes in the current values of the measured angular velocity.
Прототипом предлагаемого способа тестирования ММГ является способ непрерывного тестирования исправности работы микромеханического датчика, описанный в пат. США №7086270, критика которого приведена выше.The prototype of the proposed method of testing MMG is a method for continuous testing of the serviceability of the micromechanical sensor described in US Pat. US No. 7086270, criticism of which is given above.
Задачей изобретения является повышение быстродействия ММГ, упрощение его конструкции при обеспечении непрерывного контроля исправности его работы.The objective of the invention is to increase the speed of MMG, simplifying its design while providing continuous monitoring of the health of his work.
Поставленная задача решается тем, что в ММГ в качестве тестового сигнала используют модулированную по амплитуде силу (момент), синфазную с силой, вызывающую квадратурную помеху, которую формируют путем изменения напряжения на электродах, расположенных по оси вторичных колебаний подвижной массы, а реакцию на тестовый сигнал определяют путем первой демодуляции выходного сигнала датчика перемещения подвижной массы по оси вторичных колебаний с помощью опорного сигнала на частоте первичных колебаний и второй демодуляции с помощью опорного сигнала, пропорционального B(t).The problem is solved in that, in the MMG, a force modulated in amplitude (moment) is used as a test signal, in phase with the force causing quadrature noise, which is formed by changing the voltage on the electrodes located along the axis of the secondary oscillations of the moving mass, and the reaction to the test signal determined by the first demodulation of the output signal of the moving mass displacement sensor along the axis of the secondary oscillations using the reference signal at the frequency of the primary oscillations and the second demodulation using the reference signal proportional to B (t).
Заявляемый способ поясняется чертежами.The inventive method is illustrated by drawings.
На фиг.1 приведена блок-схема канала вторичных колебанийFigure 1 shows a block diagram of a channel of secondary vibrations
На фиг.1 приняты следующие обозначения:In figure 1, the following notation:
1 - канал первичных колебаний ММГ1 - channel primary oscillations MMG
2 - микромеханическая часть канала вторичных колебаний ММГ2 - micromechanical part of the channel of secondary vibrations MMG
3 - звено с коэффициентом (K1), отражающим связь между скоростью перемещений ПМ по оси первичных колебаний и силой или моментом, действующими на ПМ при наличии угловой скорости Ω по оси чувствительности ММГ3 - link with a coefficient (K 1 ), reflecting the relationship between the speed of movement of the PM along the axis of primary vibrations and the force or moment acting on the PM in the presence of an angular velocity Ω along the sensitivity axis MMG
4 - звено с коэффициентом (К2) преобразования перемещений ПМ по оси первичных колебаний в силу или момент, действующие на ПМ (т.н. квадратурная помеха)4 - a link with a coefficient (K 2 ) of transforming the displacements of the PM along the axis of the primary vibrations into the force or moment acting on the PM (the so-called quadrature interference)
5 - множительное звено5 - multiple link
6 - сумматор сил (моментов), действующих на ПМ6 - adder forces (moments) acting on the PM
7 - датчик перемещения ПМ по оси вторичных колебаний7 - PM displacement sensor along the axis of secondary vibrations
8 - демодулятор8 - demodulator
9 - блок преобразования электрического сигнала9 - block conversion of the electrical signal
10 - электростатический датчик силы или момента10 - electrostatic force or torque sensor
На фиг.2 приведен вид тестового воздействия на ПМ и воздействия, обусловленного кориолисовым ускорениемFigure 2 shows a view of the test effect on the PM and the impact due to Coriolis acceleration
На фиг.2 приняты следующие обозначения:In figure 2, the following notation:
11 - тестовое воздействие на ПМ11 - test impact on PM
12 - воздействие на ПМ, обусловленное кориолисовым ускорением при повороте ММГ с угловой скоростью П12 - impact on PM due to Coriolis acceleration when turning MMG with angular velocity P
13 - изменение амплитуды тестового воздействия на ПМ13 - change in the amplitude of the test effect on the PM
14 - изменение Ω14 - change Ω
На фиг.3 приведен вариант известной электродной структуры (патент РФ №2320962), с помощью которой может быть сформировано предложенное тестовое воздействие на ПМ.Figure 3 shows a variant of the known electrode structure (RF patent No. 2320962), with which the proposed test effect on the PM can be formed.
На фиг.3 приняты следующие обозначения:In figure 3, the following notation:
15 - ПМ15 - PM
16 - электрод, расположенный над ПМ16 - electrode located above the PM
17, 17а - электроды, расположенные над зубцовой зоной ПМ слева от оси Y17, 17a - electrodes located above the tooth zone PM to the left of the Y axis
18, 18а - зубцовые зоны ПМ под электродами 17, 17а соответственно18, 18a - tooth zones PM under the
19 - зубцовая зона ПМ19 - tooth zone PM
20, 20а - электроды, расположенные над зубцовой зоной ПМ справа от оси Y20, 20a - electrodes located above the tooth zone PM to the right of the Y axis
21 - источник переменного напряжения21 - source of alternating voltage
22 - источник постоянного напряжения22 - constant voltage source
23 - опора23 - support
На фиг.4 приведена блок-схема варианта ММГ, в котором используется предложенный способ формирования тестового воздействия на ПМ для формирования каналов подстройки резонансной частоты и подавления квадратурной помехи.Figure 4 shows a block diagram of a variant of the MMG, which uses the proposed method of forming a test effect on the PM to form channels for adjusting the resonant frequency and suppressing quadrature interference.
На фиг.4 приняты следующие обозначения: опора ПМ 15 обозначена так же, как и на фиг.3, т.е.позиция 23,In Fig. 4, the following designations are adopted: the support of
24, 25 - статоры емкостного датчика положения ПМ по оси первичных колебаний24, 25 - stators of a capacitive PM position sensor along the axis of primary vibrations
24а, 25а - статоры емкостного датчика положения ПМ по оси первичных колебаний, расположенные симметрично статорам 24, 25 относительно оси Y24a, 25a - stators of a capacitive PM position sensor along the axis of primary oscillations, located symmetrically to the
26, 27 - статоры емкостного датчика момента, создающего момент вокруг оси первичных колебаний26, 27 - stators of a capacitive moment sensor, creating a moment around the axis of primary oscillations
26а, 27а - статоры емкостного датчика момента, создающего момент вокруг оси первичных колебаний, расположенные симметрично статорам 26, 27 относительно оси Y26a, 27a - stators of a capacitive moment sensor generating a moment around the axis of primary oscillations, located symmetrically to the
28, 29 - пара силовых электродов, расположенных по оси вторичных колебаний28, 29 - a pair of power electrodes located along the axis of the secondary vibrations
30, 31 - пара электродов емкостного датчика положения ПМ по оси вторичных колебаний30, 31 - a pair of electrodes of a capacitive PM position sensor along the axis of secondary vibrations
32 - первое устройство сдвига фазы электрического сигнала на 90°32 - the first device phase shift of the electrical signal by 90 °
33 - первый источник переменного напряжения33 is the first AC voltage source
34, 35 - первый и второй дифференциальные усилители34, 35 - the first and second differential amplifiers
36-38, 41, 47 соответственно первый, второй, третий, четвертый и пятый демодуляторы36-38, 41, 47, respectively, the first, second, third, fourth and fifth demodulators
39 - второе устройство сдвига фазы электрического сигнала на 90°39 - the second device phase shift of the electrical signal by 90 °
40 - устройство сдвига фазы электрического сигнала40 - device phase shift of the electrical signal
42, 48 - первый и второй интеграторы42, 48 - first and second integrators
43 - второй источник переменного напряжения43 - the second source of alternating voltage
44, 49 - первое и второе устройства суммирования44, 49 - the first and second summation devices
45 - модулятор45 - modulator
46 - дифференцирующее устройство46 - differentiating device
50, 51 - первый и второй усилители50, 51 - the first and second amplifiers
На фиг.5 приведен вид электродной структуры ММГ LL-типа для реализации предлагаемого способа формирования тестового воздействия.Figure 5 shows a view of the electrode structure of MM-LL-type for implementing the proposed method of forming a test effect.
На фиг.5 приняты следующие обозначения:In figure 5, the following notation:
52 - ПМ52 - PM
53 - электрод, расположенный под ПМ 5253 - electrode located under the
54 - зубцы, расположенные на боковых поверхностях ПМ 5254 - teeth located on the lateral surfaces of the
55 - статор гребенчатого емкостного датчика55 - stator comb capacitive sensor
56 - зубцы статора56 - stator teeth
57 - опоры57 - supports
58 - торсионы58 - torsion bars
59 - группа электродов, расположенных под боковой поверхностью ПМ59 - a group of electrodes located under the lateral surface of the PM
60 - группа электродов, расположенных под боковой поверхностью ПМ между зубцами 5460 - a group of electrodes located under the lateral surface of the PM between the
На фиг.6 приведена блок-схема варианта ММГ, в котором используется предложенный способ определения сдвига фазы сигнала в канале вторичных колебаний относительно сигнала датчика перемещения подвижной массы в канале первичных колебаний в ММГ и подстройки резонансной частоты.Figure 6 shows a block diagram of a variant of the MMG, in which the proposed method for determining the phase shift of the signal in the channel of the secondary oscillations relative to the signal of the moving mass displacement sensor in the channel of the primary oscillations in the MMG and adjusting the resonant frequency is used.
На фиг.6 приняты следующие обозначения:Figure 6 adopted the following notation:
элементы 15-17а, 20-22 обозначены, как на фиг.3, и элементы 15-17а, 20, 20а представлены в виде их электрических эквивалентов, элементы 32, 33 - как на фиг.4elements 15-17a, 20-22 are indicated as in FIG. 3, and elements 15-17a, 20, 20a are presented in the form of their electrical equivalents,
61, 62 - первый и второй дифференциальные усилители61, 62 - the first and second differential amplifiers
63-66 - соответственно первый, второй, третий и четвертый демодуляторы63-66 - respectively, the first, second, third and fourth demodulators
67 - интегратор67 - integrator
На фиг.7 приведена блок-схема варианта ММГ, в котором используется предложенный способ определения сдвига фазы сигнала в канале вторичных колебаний относительно сигнала датчика перемещения подвижной массы в канале первичных колебаний в ММГ и подстройки этого сдвига фазы.Figure 7 shows a block diagram of an MMG variant in which the proposed method for determining a phase shift of a signal in a secondary oscillation channel with respect to a signal of a moving mass displacement sensor in a primary oscillation channel in an MMG and adjusting this phase shift is used.
На фиг.7 приняты следующие обозначения:In Fig.7, the following notation:
68 - управляемое устройство сдвига фазы электрического сигнала 68 - controlled phase shift device of the electrical signal
Остальные элементы на фиг.7 обозначены так же, как и на фиг.6.The remaining elements in FIG. 7 are denoted in the same manner as in FIG. 6.
На фиг.8 приведена часть блок-схемы варианта ММГ, в котором используется предложенный способ определения сдвига фазы сигнала в канале вторичных колебаний относительно сигнала датчика перемещения подвижной массы в канале первичных колебаний в ММГ и подстройки этого сдвига фазы. Сформированный таким образом сигнал используется в ММГ для формирования обратной связи по силе (моменту).On Fig shows a part of a block diagram of a variant MMG, which uses the proposed method for determining the phase shift of the signal in the channel of the secondary oscillations relative to the signal of the moving mass displacement sensor in the channel of the primary oscillations in the MMG and adjusting this phase shift. The signal thus formed is used in the MMG to form feedback on the force (moment).
На фиг.8 приняты следующие обозначения:In Fig.8, the following notation:
69, 70 - соответственно первый и второй демодуляторы69, 70 - respectively, the first and second demodulators
71, 72 - соответственно первый и второй модуляторы71, 72 - respectively, the first and second modulators
73, 74 - соответственно первое и второе усилительные звенья73, 74 - respectively, the first and second amplifying links
75, 76 - соответственно первую и вторую фазосдвигающие цепи75, 76 - respectively, the first and second phase-shifting circuit
77 - суммирующее устройство77 - totalizer
78 - управляемая фазосдвигающая цепь78 - controlled phase-shifting circuit
79 - третий демодулятор79 - third demodulator
80 - интегратор80 - integrator
На фиг.9 приведен вариант блок-схемы ММГ, в котором используется предложенный способ подстройки резонансной частоты и изменения крутизны микромеханической части ММГ в зависимости от величины измеряемой скорости.Figure 9 shows a variant of the MMG flowchart, which uses the proposed method for adjusting the resonant frequency and changing the steepness of the micromechanical part of the MMG depending on the magnitude of the measured speed.
На фиг.9 приняты следующие обозначения:In Fig.9, the following notation:
элементы 15-20а, 32, 33, обозначены, как на фиг.6, а элементы 24, 25 - как на фиг.4, и представлены в виде их электрических эквивалентовelements 15-20a, 32, 33 are indicated as in FIG. 6, and
81-86 - операционные усилители (ОУ)81-86 - operational amplifiers (op amps)
87-92 - резисторы87-92 - resistors
93-96 - демодуляторы93-96 - demodulators
97, 98 - интеграторы97, 98 - integrators
99 - фазосдвигающая цепь99 - phase shifting circuit
100 - источник переменного напряжения100 - AC voltage source
101 - дифференцирующее звено101 - differentiating link
102 - инвертирующее звено102 - inverting link
103, 104 - источники постоянного напряжения103, 104 - DC voltage sources
105, 105а - дифференциальные усилители105, 105a - differential amplifiers
106-113 - резисторы106-113 - resistors
114 - фильтр низкой частоты (ФНЧ)114 - low-pass filter (low-pass filter)
115 - элемент с изменяемым коэффициентом передачи115 - element with variable gear ratio
На фиг.10 приведен пример выполнения элемента с изменяемым коэффициентом передачи 115Figure 10 shows an example of the implementation of the element with a
На фиг.10 приняты следующие обозначения:Figure 10 adopted the following notation:
элемент 101 обозначен, как на фиг.10
116, 117 - умножители 116, 117 - multipliers
118 - резистор 118 - resistor
119 - конденсатор119 - capacitor
На фиг.11 приведен пример выполнения ММГ, в котором производится непрерывное тестирование исправной работы и ее индикация.Figure 11 shows an example of the MMG, in which continuous testing of faulty operation and its indication is performed.
На фиг.11 приняты следующие обозначения:In Fig.11, the following notation:
элементы 93-105 обозначены, как на фиг.9elements 93-105 are indicated as in FIG. 9
120 - индикатор120 - indicator
Предлагаемый способ заключается в следующем.The proposed method is as follows.
На фиг.1 элементы связаны следующим образом. Канал первичных колебаний 1 имеет выходы γ и dγ/dt, которые соответствуют перемещениям ПМ, которая на фиг.3 обозначена как ПМ 15, по оси первичных колебаний и скорости этих перемещений. Эти величины поступают на входы звеньев 3, 4 с коэффициентами К1 и К2 соответственно. Третий выход блока 1 соответствует выходу емкостного датчика перемещений ПМ, он представляет собой электрический сигнал, пропорциональный величине γ, который используется как опорный сигнал демодулятора 8. Выходной сигнал блока 3 в блоке 5 перемножается с угловой скоростью Ω, вокруг оси чувствительности ММГ. Выходные сигналы блоков 5 и 4 представляют собой величины сил или моментов (в зависимости от типа ММГ LL- или RR-), соответственно обусловленных кориолисовым ускорением и квадратурной помехой. Эти моменты суммируются элементом 6, выход которого соединен с входом микромеханической части канала вторичных колебаний ММГ 2, которая представлена в виде резонансного звена второго порядка. Выход этого звена α через датчик перемещения ПМ по оси вторичных колебаний 7 соединен со входами демодулятора 8 и регулятора 9. Последний через электростатический датчик силы (или момента) 10 соединен со входом сумматора 6 сил (моментов), действующих на ПМ. На вход элемента 10 поступает напряжение Uт для создания тестового воздействия на ПМ по оси вторичных колебаний.In figure 1, the elements are connected as follows. The
Канал вторичных колебаний ММГ работает следующим образом.The channel of secondary vibrations MMG works as follows.
Сила F, действующая на ПМ 15, содержит четыре составляющих:Force F, acting on
где К3, К4 - коэффициенты пропорциональности.where K3, K4 are the proportionality coefficients.
При этом Wherein
где γ0 - амплитуда первичных колебаний.where γ0 is the amplitude of the primary oscillations.
Отметим, что с помощью сигнала Uoc можно обеспечить снижение добротности в канале вторичных колебаний, подавить квадратурную помеху (см. пат. США №6553833). Тестовый сигнал Uт может быть подан не непосредственно на датчик момента, а на вход блока 10.Note that with the help of the Uoc signal, it is possible to ensure a decrease in the Q factor in the channel of secondary oscillations, to suppress quadrature interference (see US Pat. No. 6553833). The test signal Ut can not be applied directly to the torque sensor, but to the input of
Как уже отмечалось выше в прототипе данного изобретения для определения разности резонансных частот подвесов, которые на резонансной кривой блока 2 обозначены Δf, формируют два тестовых воздействия, равноотстоящие по частоте от ω1.As noted above in the prototype of the present invention, to determine the difference in the resonant frequencies of the suspensions, which are indicated on the resonance curve of
В отличие от прототипа и аналогов в соответствии с предложенным способом напряжение U(t) на одном или нескольких электродах изменяют так, что гармоническая составляющая A(t) на частоте ω1 величиныUnlike the prototype and analogues, in accordance with the proposed method, the voltage U (t) at one or more electrodes is changed so that the harmonic component A (t) at a frequency ω 1 of magnitude
(т.е. производная накопленной энергии в конденсаторах, образованных проводящей ПМ и электродами, расположенными на оси вторичных колебаний, по перемещению α ) изменяется в соответствии с выражением: (i.e., the derivative of the stored energy in capacitors formed by a conducting PM and electrodes located on the axis of the secondary oscillations with respect to the displacement α) changes in accordance with the expression:
А(t)≡B(t)sin(ω1t), где амплитуда B(t)≠0.A (t) ≡ B (t) sin (ω 1 t), where the amplitude B (t) ≠ 0.
На фиг.2 показано, что тестовое воздействие 11 имеет вид гармоники, которая модулирована по амплитуде (на фиг.2 модуляционной функцией является гармонический сигнал 13). Эта гармоника сдвинута на 90° по отношению к воздействию, обусловленному кориолисовым ускорением 12, т.е. она синфазна квадратурной помехе. Однако в отличие от квадратурной помехи, которая имеет постоянную или медленно меняющуюся (вследствие изменения окружающей среды или старения ММГ) амплитуду, изменение амплитуды тестового воздействия может быть сделано достаточно высокочастотным (необходимая частота изменения определяется быстродействием контуров подстройки) и сложной формы. Например, эта амплитуда может изменяться случайным образом, для чего можно использовать известные схемы и программы генераторов случайных величин или чисел.Figure 2 shows that the test effect 11 has the form of a harmonic, which is modulated in amplitude (in figure 2, the modulation function is the harmonic signal 13). This harmonic is shifted 90 ° with respect to the effect due to
Пример формирования предложенного тестового воздействия приведен на фиг.3.An example of the formation of the proposed test effects is shown in figure 3.
Здесь ПМ 15, состоящая из секторов диска, под электродами 16, 17 и 20. Симметрично этим электродам расположены другие три электрода (16а, 17а и 20а). Боковые поверхности секторов диска имеют зубцы 18, 19, которые с зубцами статоров (на фиг.3 не показаны) образуют гребенчатые датчики перемещения по первичной оси и датчики момента. Зубцы 18, 18а расположены под электродами 17, 17а. Диск подвешен с помощью торсионов на опоре 23, на которую может подаваться постоянное и/или переменное напряжение. Торсионы, опора 23 и ПМ 15 выполнены из легированного кремния и поэтому могут считаться проводниками. Источники переменного и постоянного напряжения 21 и 22 соответственно соединены последовательно и подключены к электроду 17 (или к двум электродам, расположенными над зубцовыми зонами ПМ с одной стороны от оси Y, например, 17 и 17а). Более подробно эта электродная структура описана в пат. РФ №2320962, где показано, что первичные колебания ПМ 15 вызывают изменение площади перекрытия между электродами 17, 17а, 20, 20а и ПМ 15, что в свою очередь при различии напряжений на этих парах электродов (17, 17а и 20, 20а) приводит к возникновению момента, синфазного (или противофазного) с квадратурной помехой.Here,
В случае если на ПМ для возбуждения датчиков перемещения поступает напряжение U23, а напряжения источников 21, 22 соответственно равны U21, U22, при этомIf the PM receives voltage U 23 to excite the displacement sensors, and the voltage of the
то, с учетом изменения площади перекрытия между электродами над зубцовыми зонами ПМ 15 при изменении положения ПМ по оси первичных колебаний в соответствии с выражением (2), получим, что формируемый этими напряжениями момент М вокруг оси Х на частоте ω1 пропорционаленthen, taking into account the change in the overlap area between the electrodes above the tooth zones of
После подстановки выражений (4), (5) в выражение (6) получим, чтоAfter substituting expressions (4), (5) into expression (6) we get that
Полагая величины A23, A21 постоянными, получим, что за счет изменения постоянной составляющей А22 можно в ММГ сформировать момент, компенсирующий квадратурную помеху, и при этом сформировать синфазный с квадратурной помехой момент, амплитуда которого изменяется с частотами ω21 и 2ω21. Реакцию звена 2 на по крайней мере одну из этих составляющих можно использовать для диагностики микромеханической части ММГ.Assuming that the values of A 23 , A 21 are constant, we find that by changing the constant component A 22 it is possible to generate a moment in the MMG that compensates for the quadrature noise, and at the same time create a phase in-phase with the quadrature noise, the amplitude of which varies with frequencies ω 21 and 2ω 21 . The reaction of
Электроды ММГ RR-типа на фиг.4 включают в себя статоры 24, 25 емкостного датчика положения ПМ по оси первичных колебаний, которые на боковых поверхностях имеют зубцы и вместе с зубцами ПМ образуют гребенчатую электродную структуру, пару силовых электродов 28, 29 и пару электродов 30, 31 емкостного датчика положения ПМ, расположенных по оси вторичных колебаний. Более подробно эта конструкция ММГ описана в работе (Пешехонов В.Г. и др. Результаты разработки микромеханического гироскопа. - Гироскопия и навигация. - 2005. - №3. - С.44-51).The RR-type MMG electrodes in Fig. 4 include
К опоре 23 подключены последовательно включенные первое устройство сдвига фазы 32 электрического сигнала на 90° и первый источник переменного напряжения 33.To the
К статорам 24, 25 подключены входы первого (34), а к электродам 30, 31 - второго (35) дифференциальных усилителей, которые могут быть выполнены как трансрезистивные усилители.The inputs of the first (34) are connected to the
Входы для опорного сигнала демодуляторов 36, 37 соединены с первым источником переменного напряжения 33, а сигнальные входы этих демодуляторов подключены соответственно к выходам усилителей 34, 35.The inputs for the reference signal of the
Входы третьего демодулятора 38 соединены с выходами демодуляторов 36, 37.The inputs of the
Входы четвертого демодулятора 41 соединены с выходом демодулятора 36 и через второе устройство сдвига фазы электрического сигнала на 90° (39) - с выходом демодулятора 37.The inputs of the
Входы пятого демодулятора 47 соединены со вторым источником переменного напряжения 43 и выходом третьего демодулятора 38.The inputs of the
Выход четвертого демодулятора 41 через интегратор 42 и первое устройство суммирования 44 соединен с одним входом модулятора 45. При этом другой вход устройства суммирования 44 соединен со вторым источником переменного напряжения 43. Другой вход модулятора 45 через устройство сдвига фазы электрического сигнала 40 соединен с выходом демодулятора 36.The output of the
Выход пятого демодулятора 47 через второй интегратор 48 соединен с одноименными входами первого и второго усилителей 50, 51. К разнополярным входам этих усилителей подключены через второе устройство суммирования 49 выходы модулятора и дифференцирующего устройства 46, вход которого соединен с выходом демодулятора 37.The output of the
Формирование тестового воздействия производится следующим образом.The formation of the test effect is as follows.
Перемещения ПМ по оси первичных колебаний γ имеют гармонический характер и описываются выражением (2). С помощью емкостного датчика, в который входят статоры 24, 25 преобразователя емкость -напряжение, на элементах 34, 36 эти колебания преобразуются в электрический сигналThe displacements of the PM along the axis of primary oscillations γ have a harmonic character and are described by expression (2). Using a capacitive sensor, which includes the
который из-за задержки в фильтре низших частот демодулятора 36 может отставать на угол Δφ по отношению к колебаниям γ(t). С помощью элемента 40 это отставание может быть скомпенсировано, и в этом случае на вход модулятора 45 будет поступать сигнал, синфазный γ(t). На другой вход модулятора 45 поступает выходной сигнал элемента 44, который может содержать постоянную составляющую (А42) с выхода интегратора 42 и сигнал
which, due to a delay in the low-pass filter of the
С учетом того, что с выхода интегратора 48 поступает постоянное напряжение U48 нa входы усилителей 50, 51, которые имеют один знак, а на разноименные входы этих усилителей поступает сигнал с выхода элемента 45, то ω43=ω21 после преобразований, описанных выше при получении выражения для момента М, можно прийти к выражению, в котором содержится составляющая sin(ω21t)sin(ω1t), как и в выражении (9).Considering the fact that the output of the
Таким образом, и в ММГ с электродной структурой с неизменяющейся площадью перекрытия между ПМ и электродами по оси вторичных колебаний может быть сформировано желаемое тестовое воздействие на ПМ.Thus, in MMG with an electrode structure with a constant overlap area between the PM and the electrodes along the axis of the secondary vibrations, the desired test effect on the PM can be formed.
На фиг.5 показана конструкция ММГ LL-типа. Здесь ПМ 52 подвешена с помощью торсионов 58, которые прикреплены к опорам 57, находящимся на основании. На основании под ПМ 52 находится электрод 53, который с ПМ 52 образует емкостной датчик перемещения ПМ по оси вторичных колебаний. На основании находится и статор 55 с зубцами 56. Боковые поверхности ПМ 52 также имеют зубцы 54, которые с зубцами 56 образуют гребенчатую электродную структуру, используемую в ММГ для формирования емкостных датчиков перемещения и момента. На фиг.5 показаны возможные размещения вспомогательных электродов, предназначенных для формирования предлагаемого тестового воздействия. Помимо описанного выше расположения электродов над или под зубцами ПМ эти электроды могут быть расположены вне зубцовой зоны, как это показано для группы электродов 59, находящихся на периферии боковой поверхности, или между зубцов, как это показано для группы электродов 60.Figure 5 shows the construction of MM-LL-type. Here, the
Принцип формирования тестового воздействия при этом аналогичен описанному применительно к электродам над зубцовой зоной. И в том и другом случае при движении ПМ происходит изменение площади перекрытия между ПМ и соответствующими электродами, на которых формируют изменяющееся во времени напряжение. В результате формируется сила или момент, действующие на ПМ в той же фазе, что и момент, вызывающий квадратурную помеху, с изменяющейся по известному закону во времени амплитудой. Основное отличие между электродной структурой на фиг.5 и на фиг.З в величине тестового воздействия, которое пропорционально площади перекрытия. Величина площади перекрытия имеет важное значение для подавления квадратурной помехи, однако тестовое воздействие, необходимое для нормальной работы систем подстройки и диагностики, может быть на несколько порядков ниже величины квадратурной помехи, которую необходимо подавить в ММГ.The principle of the formation of the test effect is similar to that described with respect to the electrodes above the tooth zone. In both cases, when the PM moves, the overlap area changes between the PM and the corresponding electrodes, on which a time-varying voltage is formed. As a result, a force or moment is formed, acting on the PM in the same phase as the moment causing the quadrature noise, with the amplitude changing according to the well-known law in time. The main difference between the electrode structure in FIG. 5 and FIG. 3 is the magnitude of the test effect, which is proportional to the overlap area. The size of the overlap area is important for suppressing quadrature interference, however, the test effect necessary for the normal operation of the tuning and diagnostic systems can be several orders of magnitude lower than the value of the quadrature interference, which must be suppressed in the MMG.
На фиг.6 элементы соединены следующим образом.6, the elements are connected as follows.
Входы дифференциального усилителя 61 подключены к статорам 24, 25 емкостного датчика перемещения ПМ по оси первичных колебаний. Входы дифференциального усилителя 62 подключены к электродам 20, 20а.The inputs of the
Входы для опорного сигнала демодуляторов 63, 64 соединены с первым источником переменного напряжения 33, а сигнальные входы этих демодуляторов подключены соответственно к выходам усилителей 61, 62.The inputs for the reference signal of the
Выходы демодуляторов 63, 64 соединены с входами демодулятора 65. Входы демодулятора 66 соединены с выходом демодулятора 65 и источником 21. Выход демодулятора 66 через интегратор 67 соединен с электродом 16.The outputs of the
Формирование тестового воздействия в ММГ с такой электродной структурой описано выше.The formation of the test effect in MMG with such an electrode structure is described above.
Наряду с моментом, обусловленным действием ускорения Кориолиса, на ПМ действует сформированное тестовое воздействие.Along with the moment due to the action of Coriolis acceleration, the formed test effect acts on the PM.
Принимая во внимание только член с составляющей sin(ω21t), получим, что суммарный момент МΣ Taking into account only the term with the component sin (ω 21 t), we obtain that the total moment M Σ
где k1,k2 - коэффициенты.where k 1 , k 2 are the coefficients.
Под действием этого момента перемещения ПМ по оси вторичных колебаний могут быть описаны выражениемUnder the action of this moment, the movement of the PM along the axis of the secondary oscillations can be described by the expression
где Δω=ω2-ω1, a k(Δω) и ψ(Δω) - соответственно масштабный коэффициент и вносимый резонансным подвесом фазовый сдвиг, которые зависят от расстройки резонансных контуров или разности их резонансных частот ω1, ω2.where Δω = ω 2 -ω 1 , ak (Δω) and ψ (Δω) are the scale factor and the phase shift introduced by the resonant suspension, which depend on the detuning of the resonant circuits or the difference in their resonant frequencies ω 1 , ω 2 .
Высокочастотное напряжение источника 33 вызывает протекание токов через электроды емкостных датчиков, которые зависят от величин емкостей между этими электродами и ПМ. Эти токи усиливаются усилителями 61, 62 и демодуляторами 63, 64 преобразуются в электрические сигналы, пропорциональные перемещениям ПМ (γ, α) по соответствующим осям.The high-frequency voltage of the
Низкочастотная составляющая произведения электрических сигналов, которые пропорциональны перемещениям γ, α, будет содержать члены, пропорциональные величинам Ω(t)sin(ψ(Δω)) и sin(ω21t)cos(ψ(Δω)). Эта составляющая выделяется демодулятором 65.The low-frequency component of the product of electrical signals, which are proportional to the displacements γ, α, will contain terms proportional to the quantities Ω (t) sin (ψ (Δω)) and sin (ω 21 t) cos (ψ (Δω)). This component is allocated by the
При совмещении резонансных частот (Δω=0) угол ψ=90° и составляющая сигнала на частоте ω21, т.е. обусловленная тестовым воздействием, равна нулю, а составляющая, пропорциональная Ω(t), принимает максимальное значение.When combining resonant frequencies (Δω = 0), the angle ψ = 90 ° and the signal component at a frequency of ω 21 , i.e. due to the test action is equal to zero, and the component proportional to Ω (t) takes the maximum value.
Для подстройки резонансной частоты ω2 в демодуляторе 66 в качестве опорного сигнала используется напряжение источника 21.To adjust the resonant frequency ω 2 in the
Низкочастотная составляющая произведения сигнала, представляющего сумму сигналов (Ω(t)sin(ψ(Δω))+sin(ω21t)cos(ψ(Δω))), и опорного сигнала вида sin(ω21t) выделяется демодулятором 66. Эта составляющая пропорциональна cos(ψ(Δω). Поэтому если эту составляющую через интегратор подать на электроды, расположенные по оси вторичных колебаний, то за счет известного изменения отрицательной жесткости резонансная частота ω2 будет изменяться, пока входной сигнал не окажется равным нулю, что имеет место при ψ=90°.The low-frequency component of the product of the signal representing the sum of the signals (Ω (t) sin (ψ (Δω)) + sin (ω 21 t) cos (ψ (Δω))), and a reference signal of the form sin (ω 21 t) is extracted by the
Таким образом, предложенный способ формирования тестового воздействия и подстройки частоты обеспечивает требуемую настройку резонансной частоты подвеса ПМ. Можно отметить, что усилители 61, 62 могут быть выполнены по схеме трансрезистивного дифференциального усилителя, для формирования датчика перемещения ПМ 15 могут дополнительно использоваться электроды 24а, 25а, ПМ 15 электрически связана с опорой 23, поэтому общий электрод всех емкостных датчиков может быть обозначен как ПМ 15 и как опора 23.Thus, the proposed method of forming a test effect and adjusting the frequency provides the required tuning of the resonant frequency of the PM suspension. It can be noted that the
В ММГ на фиг.4 формирование тестового воздействия осуществляется с помощью элементов 43-45 и 49-51, как описано выше. Формируемый с помощью этих элементов момент создает те составляющие колебаний ПМ с частотой ω1, которые ортогональны колебаниям, вызываемым ускорением Кориолиса. Амплитуда этих колебаний изменяется с частотой ω43 источника напряжения 43. При совпадении частот ω1 и ω2 сигнал на выходе демодулятора 38 синфазен с колебаниями, вызываемыми ускорением Кориолиса, и ортогонален колебаниям, амплитуда которых изменяется с частотой ω43. Поэтому на выходе демодулятора 38 при совпадении частот ω1 и ω2 присутствует только сигнал, пропорциональный угловой скорости Ω.In MMG in figure 4, the formation of a test effect is carried out using elements 43-45 and 49-51, as described above. The moment formed using these elements creates those components of the PM oscillations with a frequency of ω 1 that are orthogonal to the oscillations caused by the Coriolis acceleration. The amplitude of these oscillations varies with the frequency ω 43 of the
Если в спектре сигнала на выходе демодулятора 38 отсутствуют составляющие с частотой ω43, то выходной сигнал демодулятора 47 оказывается равным 0.If in the spectrum of the signal at the output of the
В случае, когда на выходе демодулятора 38 появляется постоянная составляющая, обусловленная квадратурной помехой, и составляющая на частоте ω43. Последняя демодулятором 47 преобразуется в постоянное напряжение, которое приводит к тому, что выходное напряжение интегратора становится нарастающим или уменьшающимся. Соответственно изменяются напряжения на электродах 28, 29, и это из-за изменения отрицательной жесткости приводит к изменению частоты ω2 до тех пор, пока она не станет равной ω1.In the case when at the output of the
При настройке в резонанс (ω1=ω2) демодулятор 41 выделяет постоянное напряжение, пропорциональное квадратурной помехе, которое через интегратор 42 поступает к модулятору 45, формирующему напряжение на частоте с фазой, совпадающей с первичными колебаниями ПМ. Это напряжение, поступая в противофазе на электроды 30, 31 при наличии постоянного напряжения между ПМ и этими электродами создает момент, подавляющий квадратурную помеху.When tuned to resonance (ω 1 = ω 2 ), the
За счет дифференцирования выходного сигнала демодулятора 37 элементом 46 и формирования из выходного сигнала элемента 46 противофазных напряжений на электродах 28, 29 в ММГ обеспечивается снижение добротности подвеса по оси вторичных колебаний. Здесь можно отметить, что при большой величине добротности подвеса в канале вторичных колебаний при настройке в резонанс коэффициент передачи элемента 46 (точнее, тракта из емкостного датчика по оси вторичных колебаний, демодуляторов 35, 37, усилителей 50, 51 и датчика момента на электродах 28, 29) определяет масштабный коэффициент ММГ.Due to the differentiation of the output signal of the
Таким образом, показано, что предложенные способы формирования тестового воздействия и подстройки частоты обеспечивают требуемую настройку резонансной частоты подвеса ПМ в ММГ с электродной структурой, в которой отсутствуют электроды по оси вторичных колебаний с изменяемой при колебаниях ПМ площадью перекрытия.Thus, it is shown that the proposed methods for generating a test action and adjusting the frequency provide the required tuning of the resonance frequency of the PM suspension in MMG with an electrode structure in which there are no electrodes along the axis of secondary vibrations with a change in the overlap area.
На фиг.7 в отличие от фиг.6 управляемое устройство сдвига фазы электрического сигнала 68 включено между выходом демодулятора 63 и входом демодулятора 65, а выход интегратора соединен со входом для управления элемента 68.In Fig. 7, in contrast to Fig. 6, a controlled phase shifter of the
Предложенный способ определения сдвига фазы сигнала основан на анализе реакции ПМ на тестовое воздействие, которое создается с помощью источника напряжения 21 и электродов, с которыми он соединен. Создаваемые таким образом колебания ПМ по оси вторичных колебаний, как отмечалось выше, являются модулированными по амплитуде колебаниями на частоте ω1, которые совпадают по фазе с квадратурной помехой. Сигнал, пропорциональный амплитуде этих колебаний, может быть выделен с помощью последовательной демодуляции сигнала емкостного датчика по оси вторичных колебаний с помощью демодуляторов, опорными сигналами которых являются соответственно сигнал емкостного датчика положения ММГ по оси первичных колебаний и источник 21. Этот сигнал принимает нулевое значение только при сдвиге фазы между сигналами демодулятора, равным 90°. При отличии от 90° входной сигнал интегратора 67 будет изменяться и соответственно изменять сдвиг фазы, вносимый элементом 68, до тех пор, пока не будет достигнут этот сдвиг. Напряжение на входе элемента 68 (выходе интегратора 67) определяет величину фазового сдвига, необходимого для компенсации отличия сдвига фаз между сигналами емкостных датчиков от 90°.The proposed method for determining the phase shift of the signal is based on the analysis of the PM response to the test effect, which is created using the
Таким образом, по измеренной величине напряжения на выходе элемента 67 и известной функциональной зависимости между фазой и напряжением элемента 68 можно определить искомый сдвиг фаз.Thus, from the measured value of the voltage at the output of the
Отметим, что можно уменьшить диапазон выходных напряжений элемента 67, если последовательно с элементом 68 включить последовательно элемент с постоянным сдвигом фазы, желаемым для выбранного режима работы ММГ.Note that it is possible to reduce the output voltage range of
Например, при работе ММГ с расстройкой на уровне 3-5% от резонансной частоты этот постоянный сдвиг фазы близок к 90°. Достоинством ММГ, в котором реализован этот способ определения и стабилизации сдвига фазы между сигналами емкостных датчиков, будет полное подавление квадратурной помехи демодулятором 65.For example, when MMG operates with a detuning of 3-5% of the resonant frequency, this constant phase shift is close to 90 °. The advantage of MMG, which implements this method of determining and stabilizing the phase shift between the signals of capacitive sensors, will be the complete suppression of quadrature interference by the
Отметим, что входы элемента 62 могут быть подключены к электродам 16, 16а без изменения работы контура подстройки фазы.Note that the inputs of the
На фиг.8 приведена часть блок-схемы варианта ММГ, в котором используется предложенный способ определения сдвига фазы сигнала в канале вторичных колебаний относительно сигнала датчика перемещения подвижной массы в канале первичных колебаний в ММГ и подстройки этого сдвига фазы. Сформированный таким образом сигнал используется в ММГ для формирования обратной связи по силе (моменту).On Fig shows a part of a block diagram of a variant MMG, which uses the proposed method for determining the phase shift of the signal in the channel of the secondary oscillations relative to the signal of the moving mass displacement sensor in the channel of the primary oscillations in the MMG and adjusting this phase shift. The signal thus formed is used in the MMG to form feedback on the force (moment).
На фиг.8 элементы соединены следующим образом.In Fig. 8, the elements are connected as follows.
Входы первого (элемент 69) и второго (элемент 70) демодуляторов объединены и соединены с выходом емкостного датчика перемещения ПМ по оси вторичных колебаний. Выходы этих демодуляторов через первое и второе усилительные звенья (соответственно элементы 71, 72) соединены с входами первого и второго модуляторов (соответственно элементы 73, 74), выходы которых соединены со входами суммирующего устройства 77. Входы для опорного сигнала одноименных демодуляторов и модуляторов соединены с выходами одноименных фазосдвигающих цепей (соответственно первой 75 и второй 76). Входы этих фазосдвигающих цепей через управляемую фазосдвигающую цепь 78 соединены с выходом емкостного датчика перемещения ПМ по оси первичных колебаний. Вход управления фазосдвигающей цепи 78 соединен через интегратор 80 и третий демодулятор 79 с источником напряжения B(t) и выходом второго демодулятора 70.The inputs of the first (element 69) and second (element 70) demodulators are combined and connected to the output of the capacitive PM displacement sensor along the axis of the secondary vibrations. The outputs of these demodulators through the first and second amplifying links (
Приведенная на фиг.8 блок-схема может быть использована в ММГ на фиг.6 при замене ею элементов 65-67. В этом случае ММГ оказывается компенсационного типа. В нем производится компенсация квадратурной помехи и моментов, обусловленных ускорением Кориолиса соответственно каналами с демодуляторами 69 и 70 при условии, что фазосдвигающая цепь дает сдвиг 90°, цепь 76 - 0°. Подстройка сдвига фазы в устройстве на фиг.8 происходит аналогично тому. как это происходит в устройстве на фиг.7.The block diagram shown in Fig. 8 can be used in MMG in Fig. 6 when it replaces elements 65-67. In this case, MMG is of the compensation type. It compensates for quadrature interference and moments due to Coriolis acceleration by channels with
На фиг.9 элементы соединены следующим образом.In Fig.9, the elements are connected as follows.
Для удобства представления электрических связей общий электрод всех емкостных датчиков перемещения и момента (ПМ 15) показан разделенным.For the convenience of presenting electrical connections, the common electrode of all capacitive displacement and moment sensors (PM 15) is shown divided.
Резисторы 87-92 включены между выходом и инвертирующим входом соответственно ОУ 81-86. Вход ОУ 81 соединен с электродом 16, вход ОУ 82 - с диаметрально расположенным электродом. Выходы ОУ 81, 82 через дифференциальный усилитель 105 соединены с входом демодулятора 93, другой вход которого соединен с источником напряжения 33. Выход демодулятора 93 соединен со входами демодуляторов 94, 95. Входы дифференциального усилителя 105а соединены со статорами гребенчатого двигателя. Выходы ОУ 84, 85 соединены с электродами, расположенными над зубцовой зоной ПМ с одной стороны оси чувствительности ММГ, ОУ 86 - с парой других, расположенных по другую сторону от оси чувствительности ММГ. Источник постоянного напряжения 103 через резисторы 108, 109 соединен соответственно с входами ОУ 84, 85. Источник постоянного напряжения 104 через резистор 111 соединен с входом ОУ 86. Выход дифференциального усилителя 105а соединен с входом демодулятора 94 и входом фазосдвигающей цепи 99, которая соединена с входом элемента 95. Источник переменного напряжения 100 соединен с входом элемента 96 и через резистор 113 - со входом ОУ 86. Резисторы 106, 107, 110, 112 соединены со входами ОУ 83-86 соответственно. Выходы демодуляторов 94-96 соединены соответственно с входом ФНЧ 114 и входом элемента 96, с входом интегратора 98, с входом интегратора 97. Выходы интеграторов 97, 98 соединены с резисторами 106, 112 соответственно. Выход элемента 95 через последовательно соединенные элемент с изменяемым коэффициентом передачи 115, дифференцирующее звено 101 и инвертирующее звено 102 соединены с резистором 107. В ММГ на фиг.9 контур автоподстройки резонансной частоты подвеса сформирован на элементах 81, 82, 105, 93, 94, 96, 97, 83. Эти элементы работают следующим образом. Усилители 81, 82, 105 и демодулятор 93 образуют преобразователь емкость - напряжение, который с электродами, соединенными со входами ОУ 81, 82, образуют датчик перемещения ПМ по оси вторичных колебаний. Демодуляторы 94, 96 выделяют сигнал на частоте источника 100, создающего тестовое воздействие на ПМ, если резонансные частоты подвесов не совпадают. В этом случае выходное напряжение интегратора изменяется, при этом изменяются напряжения на синфазных входах ОУ 81, 82. Соответственно изменяется и напряжение на инвертирующих входах этих ОУ и на подключенных к ним электродах, что и приводит к изменению резонансной частоты. Дифференциальный усилитель 105а может быть сформирован аналогично цепи на элементах 81, 82, 105 и 93, он совместно с подключенными к нему статорами образует датчик перемещения ПМ по оси первичных колебаний. Благодаря автоподстройке резонансной частоты сигнал на выходе демодулятора 95 пропорционален амплитуде колебаний ПМ с фазой квадратурной помехи. Средняя составляющая этих колебаний подавляется выходным сигналом интегратора 98, который поступает на электроды, расположенные над зубцовой зоной ПМ. Отрицательная обратная связь через звенья 101 и 115 позволяет изменять коэффициент передачи преобразователя ускорение Кориолиса - напряжение на выходе элемента 94, которым является ММГ путем изменения коэффициента передачи элемента в цепи отрицательной обратной связи. Отметим, что стабильный коэффициент передачи сохраняется только при действии системы автоподстройки частоты в случае работы ММГ в режиме с близко сведенными частотами.Resistors 87-92 are connected between the output and the inverting input, respectively, of the op-amp 81-86. The input of the
Элементы на фиг.10 соединены следующим образом.The elements of FIG. 10 are connected as follows.
Входы умножителя 116 объединены и подключены к одному входу умножителя 117, выход элемента 116 через резистор 118 соединен с конденсатором 119 и вторым входом элемента 117, выход которого соединен с входом элемента 101.The inputs of the
Элементы 118, 119 образуют ФНЧ, который сглаживает выходной сигнал элемента 116, который пропорционален квадрату выходного сигнала ММГ. Коэффициент передачи звена обратной связи в ММГ на фиг.9 с такой реализацией элемента 115 зависит от уровня измеряемой угловой скорости Ω. Чем ниже уровень, тем слабее сигнал обратной связи. Благодаря этому при малых уровнях Ω ММГ работает при большей величине добротности, что позволяет повысить разрешающую способность ММГ. Учет изменения масштабного коэффициента ММГ может быть сделан при измерении сигнала на выходе элемента 116.
Необходимо отметить, что звено с переменным коэффициентом передачи может быть реализовано другими средствами. В частности, на пороговых элементах или с использованием элементов, у которых коэффициент передачи изменяется в зависимости от входного в соответствии с таблицей значений.It should be noted that the link with a variable transmission coefficient can be implemented by other means. In particular, on threshold elements or using elements in which the transmission coefficient varies depending on the input in accordance with the table of values.
На фиг.11 индикатор 120 соединен с выходом элемента 94 и источником 100.11, the
В случае исправности всех контуров в ММГ напряжение на выходе демодулятора 94 имеет составляющую, которая пропорциональна тестовому напряжению. Их сравнение позволяет производить оценку исправности ММГ.If all the loops in MMG are operational, the voltage at the output of
Для контроля исправности ММГ можно использовать сигналы с выходов интеграторов 97, 98, выходной сигнал которых определяется начальной расстройкой резонансных частот и уровнем квадратурной помехи. Для каждого образца микромеханического чувствительного элемента эти величины могут быть паспортизированы. Сравнение текущих значений сигналов с выхода интеграторов с паспортизированными значениями не должны выходить за определенную зону при исправной работе ММГ.To monitor the health of MMG, you can use the signals from the outputs of the
Claims (16)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008135886/28A RU2388999C1 (en) | 2008-09-01 | 2008-09-01 | Micromechanical gyroscope (versions) and adjustment methods thereof, based on using amplitude-modulated quadrature testing effect |
PCT/RU2009/000447 WO2010024729A2 (en) | 2008-09-01 | 2009-08-31 | Micromechanical gyroscope and method for tuning thereof based on using of amplitude modulated quadrature |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008135886/28A RU2388999C1 (en) | 2008-09-01 | 2008-09-01 | Micromechanical gyroscope (versions) and adjustment methods thereof, based on using amplitude-modulated quadrature testing effect |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008135886A RU2008135886A (en) | 2010-03-10 |
RU2388999C1 true RU2388999C1 (en) | 2010-05-10 |
Family
ID=41585929
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008135886/28A RU2388999C1 (en) | 2008-09-01 | 2008-09-01 | Micromechanical gyroscope (versions) and adjustment methods thereof, based on using amplitude-modulated quadrature testing effect |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2388999C1 (en) |
WO (1) | WO2010024729A2 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
RU2485444C2 (en) * | 2010-05-21 | 2013-06-20 | Сергей Феодосьевич Коновалов | Micromechanical vibration gyroscope |
RU2626570C1 (en) * | 2016-11-03 | 2017-07-28 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Micromechanical gyroscope rr-type |
RU2708907C1 (en) * | 2019-05-21 | 2019-12-12 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Solid-state wave gyroscope |
RU2714955C1 (en) * | 2019-05-24 | 2020-02-21 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for compensation of in-phase interference in micromechanical gyroscope |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9958271B2 (en) * | 2014-01-21 | 2018-05-01 | Invensense, Inc. | Configuration to reduce non-linear motion |
US9702697B2 (en) | 2015-02-10 | 2017-07-11 | Northrop Grumman Systems Corporation | Bias and scale-factor error mitigation in a Coriolis vibratory gyroscope system |
IT201900009582A1 (en) * | 2019-06-20 | 2020-12-20 | St Microelectronics Srl | MEMS GYRO WITH REAL-TIME SCALE FACTOR CALIBRATION AND RELATED CALIBRATION METHOD |
CN111578923B (en) * | 2020-05-15 | 2021-10-12 | 中国人民解放军国防科技大学 | Closed-loop control method and system for resonant gyroscope |
CN113532406B (en) * | 2021-07-15 | 2022-11-22 | 中南大学 | Silicon gyroscope mass increasing type tuning method |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10248733B4 (en) * | 2002-10-18 | 2004-10-28 | Litef Gmbh | Method for electronically tuning the read oscillation frequency of a Coriolis gyro |
DE10248734B4 (en) * | 2002-10-18 | 2004-10-28 | Litef Gmbh | Method for electronically tuning the read oscillation frequency of a Coriolis gyro |
FR2849183B1 (en) * | 2002-12-20 | 2005-03-11 | Thales Sa | VIBRATORY GYROMETER WITH DETECTION FREQUENCY ASSISTANCE ON FREQUENCY OF EXCITATION |
WO2007105211A2 (en) * | 2006-03-13 | 2007-09-20 | Yishay Sensors Ltd. | Dual-axis resonator gyroscope |
-
2008
- 2008-09-01 RU RU2008135886/28A patent/RU2388999C1/en not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-08-31 WO PCT/RU2009/000447 patent/WO2010024729A2/en active Application Filing
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 (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485444C2 (en) * | 2010-05-21 | 2013-06-20 | Сергей Феодосьевич Коновалов | Micromechanical vibration 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 |
RU2626570C1 (en) * | 2016-11-03 | 2017-07-28 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Micromechanical gyroscope rr-type |
RU2708907C1 (en) * | 2019-05-21 | 2019-12-12 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Solid-state wave gyroscope |
RU2714955C1 (en) * | 2019-05-24 | 2020-02-21 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method for compensation of in-phase interference in micromechanical gyroscope |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008135886A (en) | 2010-03-10 |
WO2010024729A3 (en) | 2010-08-05 |
WO2010024729A2 (en) | 2010-03-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2388999C1 (en) | Micromechanical gyroscope (versions) and adjustment methods thereof, based on using amplitude-modulated quadrature testing effect | |
US7216538B2 (en) | Vibratory angular rate sensor | |
TWI427272B (en) | Arrangement for measuring rate of rotation with vibration sensor | |
JP4691255B2 (en) | Sensor having a resonant structure, in particular an acceleration sensor or a rotational speed sensor, and an apparatus and method for self-testing | |
RU2327110C2 (en) | Method of measuring angular velocities/accelerations with use of coriolis gyroscope-angular velocity sensor, as well as coriolis gyroscope, which is suitable for this purpose | |
US8763441B2 (en) | Method and apparatus for self-calibration of gyroscopes | |
CN106052667B (en) | Resonator and the system of Coriolis axis control, device, method in vibratory gyroscope | |
JP3894587B2 (en) | Micromachined speed sensor system for sensing rotational speed and method for minimizing parasitic drive voltage | |
US10260878B2 (en) | Gyroscope with simplified calibration and simplified calibration method for a gyroscope | |
JPH09170927A (en) | Vibration type angular velocity detecting device | |
JP6278604B2 (en) | Vibration gyro with bias correction function | |
EP2351982A1 (en) | Angular velocity sensor | |
JP7207441B2 (en) | MEMS gyroscope sensitivity compensation | |
GB2377494A (en) | An improved offset elimination system for a vibrating gyroscope | |
JP2003511684A (en) | Feedback mechanism for rate gyroscope | |
RU2344374C1 (en) | Electrode structure for micromechanical gyroscope and micromechanical gyroscope with such structure (versions) | |
JP2012159429A (en) | Tuning fork vibration type angular velocity sensor | |
RU2308682C1 (en) | Method of adjusting resonance frequency of suspension of movable mass of gyroscope | |
RU2296301C1 (en) | Method and device for measuring movement of movable mass of micro-mechanical gyroscope along axis of secondary oscillations | |
US20210284527A1 (en) | Methods for vibration immunity to suppress bias errors in sensor devices | |
RU2320962C1 (en) | Electrode structure for micro-mechanical gyroscope and micro-mechanical gyroscope on base of that structure | |
JP2006010408A (en) | Vibratory gyro | |
RU2393428C1 (en) | Compensation-type micromechanical gyroscope | |
RU2714870C1 (en) | Micromechanical gyroscope | |
RU2370733C1 (en) | Vibration-type micromechanical gyro |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200902 |