RU2447403C1

RU2447403C1 - Micromechanical gyroscope

Info

Publication number: RU2447403C1
Application number: RU2010150706/28A
Authority: RU
Inventors: Яков Анатольевич Некрасов (RU); Яков Анатольевич Некрасов
Original assignee: Яков Анатольевич Некрасов
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2012-04-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: gyroscope has a damping channel on the longitudinal displacement axis of the movable mass of the gyroscope, which is formed by introducing into the gyroscope, a device for measuring the gap between the measuring electrodes and the movable mechanical element and the frequency compensation link.

EFFECT: possibility of reducing the quality factor of the suspension on the longitudinal displacement axis and increasing accuracy of the gyroscope during operation thereof in vibration and impact conditions, in which, due to said conditions, the gap between the movable mass and electrodes on the axis of secondary oscillations can change.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области микромеханики, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа.The invention relates to the field of micromechanics, in particular to micromechanical gyroscopes (MMG) of vibration type.

Известны ММГ, в которых подвижная масса (ИМ) крепится к основанию с помощью многоосного резонансного подвеса. Резонансная частота подвеса по оси первичных колебаний выбирается ниже резонансной частоты подвеса по оси вторичных колебаний. Резонансные частоты подвеса по остальным осям выбираются больше (в 2-3 и более раз) по сравнению с упомянутыми выше резонансными частотами. Это делается за счет увеличения жесткости подвесов по этим осям для того, чтобы внешние воздействия по этим осям не приводили к изменению положения подвижной массы и снижению точности ММГ. С повышением жесткости подвеса уменьшается амплитуда перемещений ПМ под действием вибраций и ударов. Однако и кориолисовы ускорения в этом случае вызывают меньшее перемещение ПМ. Поэтому чем выше жесткость подвеса, тем хуже разрешающая способность гироскопа, что заставляет при выборе конструкции находить компромисс.MMGs are known in which the moving mass (IM) is attached to the base using a multiaxial 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. The resonance frequencies of the suspension along the remaining axes are selected more (2-3 times or more) in comparison with the resonance frequencies mentioned above. This is done by increasing the stiffness of the suspensions along these axes so that external influences along these axes do not lead to a change in the position of the moving mass and a decrease in the accuracy of the MMG. With increasing suspension stiffness, the amplitude of PM displacements under the influence of vibrations and shocks decreases. However, Coriolis accelerations in this case also cause lesser PM movement. Therefore, the higher the stiffness of the suspension, the worse the resolution of the gyroscope, which makes a compromise when choosing a design.

Одной из возможностей уменьшения перемещения подвижной массы является использование компенсационного режима, при котором в контуре, образованном датчиками перемещения ПМ, резонансным подвесом и датчиками силы (момента), вводится глубокая обратная связь (т.е. сигнал датчиками перемещения по определенной оси подвеса ПМ заводится через усилитель с большим коэффициентом передачи на датчик силы, расположенный по этой же оси).One of the ways to reduce the movement of moving mass is to use a compensation mode in which deep feedback is introduced in the circuit formed by the PM displacement sensors, the resonant suspension, and the force (torque) sensors (i.e., the signal is displaced by the displacement sensors along a certain axis of the PM suspension through an amplifier with a large transfer coefficient to a force sensor located on the same axis).

Так строятся ММГ компенсационного типа, в которых глубокая обратная связь вводится в контуре (канале) вторичных колебаний. Для повышения контурного усиления на рабочей частоте (частоте первичных колебаний) резонансную частоту контура вторичных колебаний подстраивают под частоту первичных колебаний и в контур вторичных колебаний вводят цифровой резонансный контур, как это описано в работе (V.P.Petkov and B.Boser, “A fourth-order ΣΔ-interface for micromachined inertial sensors,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 40, no.8, pp.1602-1609, Aug. 2005).In this way, compensation-type MMGs are constructed in which deep feedback is introduced in the secondary oscillation circuit (channel). To increase the loop gain at the operating frequency (primary oscillation frequency), the resonant frequency of the secondary oscillation circuit is adjusted to the frequency of the primary oscillations and a digital resonant circuit is introduced into the secondary oscillation circuit, as described in (VPPetkov and B. Boser, “A fourth-order ΣΔ-interface for micromachined inertial sensors, ”IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 40, no.8, pp. 1602-1609, Aug. 2005).

При действии линейных вибраций вдоль оси первичных колебаний (обозначим ее Z) на ПМ действуют ускорения вдоль этой оси, которое может вызывать перемещения ПМ вдоль нее и угловые колебания ПМ вокруг осей, ортогональных к оси Z. Угловые колебания ПМ вокруг этих осей обусловлены существованием дебаланса масс. В одноосном ММГ компенсационного типа угловые колебания вокруг оси вторичных колебаний (например, оси Y, как это показано на фиг.1 и описано в работе В.Г.Пешехонов и др. “Результаты испытаний микромеханического гироскопа RR-типа” XVII Санкт Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам." г.С-Петербург, 31.05-02.06.2010 г. стр.9-17) подавляются за счет обратной связи. Жесткость подвеса вокруг оси X (см. рис.1 данной заявки) в одноосном подвесе выбирается выше в несколько раз, чем вокруг оси Y. Поэтому вибрации будут оказывать существенное влияние на работу ММГ в том случае, когда в спектре вибраций содержатся высшие гармоники, частота которых близка к резонансной частоте подвеса вокруг оси X или вдоль оси Z.Under the action of linear vibrations along the axis of primary vibrations (we denote it by Z), the accelerations along this axis act on the PM, which can cause the PM to move along it and the angular vibrations of the PM around the axes orthogonal to the Z axis. The angular vibrations of the PM around these axes are due to the existence of mass unbalance . In a uniaxial MMG of compensation type, angular oscillations around the axis of secondary oscillations (for example, the Y axis, as shown in Fig. 1 and described in the work of VG Peshekhonov et al. “Test results of a RR-type micromechanical gyroscope” XVII St. Petersburg International Conference for integrated navigation systems. "St. Petersburg, 05.31-02.06.2010, pp. 9-17) are suppressed due to feedback. The suspension stiffness around the X axis (see Fig. 1 of this application) in the uniaxial suspension is selected above several times than around the Y axis. Therefore, vibrations will be exerted amb a significant impact on the operation of MMG in the case where a vibration spectrum contains higher harmonics whose frequency is close to the resonance frequency of the suspension around the X-axis or along the axis Z.

Описанный в этой работе ММГ является аналогом предложенного устройства. В нем две пары электродов (рис.6, 11, 12) используются как силовые и измерительные, пример построения емкостного датчика перемещения, который образован измерительными электродами и дифференциальным усилителем, выполненным на основе трех операционных усилителей, показан на рис.12.The MMG described in this work is an analog of the proposed device. In it, two pairs of electrodes (Fig. 6, 11, 12) are used as power and measuring, an example of constructing a capacitive displacement sensor, which is formed by measuring electrodes and a differential amplifier based on three operational amplifiers, is shown in Fig. 12.

В двухосном ММГ компенсационного типа угловые колебания вокруг осей вторичных колебаний подавляются за счет отрицательной обратной связи (см. патентную заявку США №US 2009056443 A1). В этой заявке предложено (см. fig.5b) подавлять и линейные перемещения ПМ вдоль оси Z за счет формирования компенсационного режима и по оси Z. В этом случае ММГ можно использовать и как акселерометр, однако, формирование напряжений на электродах для компенсации перемещений по оси Z может существенно ограничить диапазон измеряемых угловых скоростей особенно в тех случаях, когда ММГ работает при значительных вибрациях и ударах, т.к. напряжения, компенсирующие линейные ускорения, поступают на те же электроды, что используются для формирования моментов, компенсирующих кориолисовы ускорения. В случае относительно больших уровней вибраций и ударов точность ММГ может значительно снизиться или он может прекратить нормально функционировать из-за возмущений, вносимых каналом компенсации по оси Z, на работу каналов X, Y. Это является недостатком ММГ по патентной заявке США № 2009056443 A1, который принят за прототип. В этом гироскопе по каждой оси вторичных колебаний расположены две пары электродов (например 23, 24 на фиг.4 описания прототипа), с помощью одной из которых сформирован емкостной датчик перемещения ПМ по оси вторичных колебаний, а вторая пара электродов может использоваться для формирования сил, компенсирующих кориолисово ускорение, действующее на ПМ. Поэтому электроды первой пары могут быть названы измерительными, а второй - силовыми. Можно отметить, что одни и те же электроды могут выполнять функции и измерительных, и силовых, но в этом случае формируемые и измеряемые с помощью этих электродов сигналы должны быть разделены, например, по частоте или во времени. Прототип также содержит устройство возбуждения первичных колебаний (блок 35 на фиг.5-a) и звено отрицательной обратной связи (блок 66 на фиг.5-b).In a biaxial compensation MMG type, angular oscillations around the axes of the secondary oscillations are suppressed due to negative feedback (see US patent application No. US 2009056443 A1). In this application, it is proposed (see fig.5b) to suppress linear PM movements along the Z axis due to the formation of the compensation mode and along the Z axis. In this case, MMG can also be used as an accelerometer, however, the formation of voltages on the electrodes to compensate for the axis movements Z can significantly limit the range of measured angular velocities, especially in cases where the MMG operates with significant vibrations and shocks, because Voltages compensating for linear accelerations are applied to the same electrodes that are used to form moments compensating for Coriolis accelerations. In the case of relatively high levels of vibration and shock, the MMG accuracy may significantly decrease or it may cease to function normally due to perturbations introduced by the compensation channel along the Z axis to the operation of channels X, Y. This is a disadvantage of MMG according to US patent application No. 2009056443 A1, which is taken as a prototype. In this gyroscope, on each axis of the secondary vibrations, there are two pairs of electrodes (for example, 23, 24 in FIG. 4 of the prototype description), using one of which a capacitive PM displacement sensor along the axis of the secondary vibrations is formed, and the second pair of electrodes can be used to generate forces, compensating Coriolis acceleration acting on PM. Therefore, the electrodes of the first pair can be called measuring, and the second - power. It can be noted that the same electrodes can perform both measuring and power functions, but in this case the signals generated and measured with these electrodes must be separated, for example, in frequency or in time. The prototype also contains a primary oscillation excitation device (block 35 in FIG. 5-a) and a negative feedback link (block 66 in FIG. 5-b).

Задачей изобретения является повышение точности ММГ при его работе в условиях повышенных вибраций и ударов.The objective of the invention is to improve the accuracy of MMG when it is working in conditions of increased vibration and shock.

Поставленная задача решается тем, что в ММГ, включающем ПМ, две пары электродов по оси вторичных колебаний, одна из которых является измерительной, другая - силовой, емкостной датчик перемещения подвижного механического элемента по оси вторичных колебаний, образованный измерительными электродами и дифференциальным усилителем, устройство возбуждения первичных колебаний, звено отрицательной обратной связи, включенное между парой измерительных и парой силовых электродов, введены последовательно включенные устройство измерения зазора между измерительными электродами и подвижным механическим элементом и звено коррекции частотной характеристики, при этом вход устройства измерения зазора между измерительными электродами и подвижным механическим элементом соединен с парой измерительных электродов, а выход звена коррекции частотной характеристики соединен с парой силовых электродов.The problem is solved in that in the MMG, which includes the PM, two pairs of electrodes along the axis of secondary vibrations, one of which is a measuring one, the other a power, capacitive sensor for moving a movable mechanical element along the axis of secondary vibrations, formed by measuring electrodes and a differential amplifier, an excitation device primary oscillations, a negative feedback link connected between a pair of measuring and a pair of power electrodes, series-connected device for measuring the gap m between the measuring electrodes and the movable mechanical element and the frequency response correction link, wherein the input of the gap measurement device between the measurement electrodes and the movable mechanical element is connected to the pair of measuring electrodes, and the output of the frequency response correction link is connected to the pair of power electrodes.

Кроме того, поставленная задача решается тем, что в микромеханическом гироскопе устройство измерения зазора между измерительными электродами и подвижным механическим элементом выполнено в виде двух трансрезистивных усилителей, выходы которых через суммирующий усилитель соединены со входами трансрезистивных усилителей, а звено коррекции частотной характеристики выполнено в виде дифференцирующего звена, выход которого через усилители соединен с силовыми электродами, а вход - с выходом суммирующего усилителя.In addition, the problem is solved in that in a micromechanical gyroscope the device for measuring the gap between the measuring electrodes and the movable mechanical element is made in the form of two transresistive amplifiers, the outputs of which are connected through the summing amplifier to the inputs of the transresistive amplifiers, and the frequency response correction link is made in the form of a differentiating element the output of which through amplifiers is connected to power electrodes, and the input to the output of the summing amplifier.

По существу, за счет введения звена коррекции частотной характеристики осуществляется снижение добротности подвеса ПМ по оси, ортогональной к электродам канала вторичных колебаний.Essentially, due to the introduction of the correction link of the frequency response, the Q-factor of the PM suspension is reduced along the axis orthogonal to the electrodes of the secondary oscillation channel.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве вместо режима компенсации ускорений, действующих на ПМ по оси Z, выполняется демпфирование колебаний ПМ по этой оси.Compared with the prototype in the proposed device, instead of the compensation mode of accelerations acting on the PM along the Z axis, damping of the PM vibrations along this axis is performed.

Заявляемое устройство поясняется чертежами.The inventive device is illustrated by drawings.

На фиг.1 показан чувствительный элемент ММГ RR-типа.Figure 1 shows the sensor element MMG RR-type.

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

1 - основание1 - base

2 - опора2 - support

3 - торсионы3 - torsion bars

4 - подвижная масса (ПМ)4 - moving mass (PM)

5 - статоры датчика перемещения ПМ 4 вокруг оси5 - stators of the PM 4 displacement sensor around the axis

6 - статоры датчика момента6 - stators of the torque sensor

7, 8 - электроды.7, 8 - electrodes.

На фиг.2 приведен вид одного из электродов 7 (8).Figure 2 shows a view of one of the electrodes 7 (8).

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

7а - измерительный электрод7a - measuring electrode

7б - силовой электрод.7b - power electrode.

Электрод 8 имеет конфигурацию, как и электрод 7, и включает в себя 8а - измерительный электрод и 8б - силовой электрод, которые не приведены на фиг.2.The electrode 8 has a configuration, like the electrode 7, and includes 8a - measuring electrode and 8b - power electrode, which are not shown in figure 2.

На фиг.3 приведен вид блока преобразования сигналов в ММГ.Figure 3 shows a block of signal conversion to MMG.

На фиг.3 приняты следующие обозначения:In figure 3, the following notation:

4 - ПМ4 - PM

9, 10 - конденсаторы, образованные ПМ 4 и измерительными электродами 7а, 8а9, 10 - capacitors formed by PM 4 and measuring electrodes 7a, 8a

11, 12 - конденсаторы, образованные ПМ 4 и силовыми электродами 7б, 8б11, 12 - capacitors formed by PM 4 and power electrodes 7b, 8b

13, 14 - источники высокочастотного сигнала13, 14 - sources of high-frequency signal

15, 16 - операционные усилители15, 16 - operational amplifiers

17 - дифференциальный усилитель17 - differential amplifier

18 - демодулятор18 - demodulator

19 - звено отрицательной обратной связи19 - negative feedback link

20 - усилитель с парафазным выходом20 - amplifier with paraphase output

21, 22 - резисторы21, 22 - resistors

23, 24 - операционные усилители23, 24 - operational amplifiers

25 - демодулятор25 - demodulator

26 - звено коррекции частотной характеристики26 - link correction frequency response

27, 28 - устройства суммирования27, 28 - summing devices

29-35 - резисторы29-35 - resistors

36 - конденсатор36 - capacitor

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

Приведенная на фиг.1 конструкция состоит из основания 1, опоры 2, закрепленной на основании 1, торсионов 3, ПМ 4. На основании 1 установлены статоры датчика перемещения ПМ 4 вокруг оси Z статоры 6. На основании размещены электроды 7, 8.The design shown in Fig. 1 consists of a base 1, a support 2, mounted on a base 1, torsion bars 3, PM 4. On the base 1, stators of the PM displacement sensor 4 are installed around the Z axis of the stators 6. On the base are placed electrodes 7, 8.

Показанный на фиг.1. чувствительный элемент работает следующим образом.Shown in FIG. a sensitive element operates as follows.

ПМ 4 подвешена к опоре 2 с помощью торсионов 3.PM 4 is suspended from the support 2 using torsion bars 3.

С помощью устройства возбуждения первичных колебаний, которое подсоединяется к статорам 5, 6, создаются периодически изменяющиеся во времени моменты вокруг оси Z, которые вызывают колебания ПМ 4 вокруг этой оси. Под действием ускорения Кориолиса при повороте основания вокруг оси X, ПМ 4 начинает колебаться вокруг оси Y и амплитуда этих колебаний измеряется с помощью пары электродов 7а, 8а.Using the primary oscillation excitation device, which is connected to the stators 5, 6, moments periodically changing around the Z axis are created, which cause PM 4 vibrations around this axis. Under the action of Coriolis acceleration when the base is rotated around the X axis, PM 4 begins to oscillate around the Y axis and the amplitude of these vibrations is measured using a pair of electrodes 7a, 8a.

Показанные на фиг.3 элементы соединены следующим образом.The elements shown in FIG. 3 are connected as follows.

Конденсаторы 9-11 образованы ПМ 4 и соответственно измерительными (7а, 8а) и силовыми электродами (7б, 8б). Общей точкой этих конденсаторов на фиг.3 является проводящая ПМ 4, к которой подключен источник напряжения 13. Источник напряжения 14 имеет сдвиг фазы по отношению к сигналу с выхода источника 13, равный 90°. Операционные усилители 15, 16 подключены входами к конденсаторам 9, 10, а выходами ко входу дифференциального усилителя 17, выход которого через демодулятор 18, звено отрицательной обратной связи 19 и усилитель с парафазным выходом 20 соединено с конденсаторами 11, 12.Capacitors 9-11 are formed by PM 4 and, respectively, measuring (7a, 8a) and power electrodes (7b, 8b). The common point of these capacitors in figure 3 is a conductive PM 4, to which a voltage source 13 is connected. The voltage source 14 has a phase shift with respect to the signal from the output of the source 13, equal to 90 °. Operational amplifiers 15, 16 are connected by inputs to the capacitors 9, 10, and outputs to the input of the differential amplifier 17, the output of which is through the demodulator 18, the negative feedback link 19 and the amplifier with the paraphase output 20 is connected to the capacitors 11, 12.

Резисторы 21, 22 включены между выходом и входом соответственно операционных усилителей 15, 16.Resistors 21, 22 are connected between the output and input of the operational amplifiers 15, 16, respectively.

Операционные усилители 23, 24 включены последовательно, выход усилителя 24 подключен к одному из входов демодулятора 25, ко второму входу которого подключен источник напряжения 14. Выход демодулятора 25 через звено коррекции частотной характеристики 26 и усилитель с парафазным выходом 20 соединен с конденсаторами 11, 12. Выходы элементов 19, 26 соединены со входами усилителя 20 через устройства суммирования 27, 28.The operational amplifiers 23, 24 are connected in series, the output of the amplifier 24 is connected to one of the inputs of the demodulator 25, to the second input of which a voltage source is connected 14. The output of the demodulator 25 is connected through the link of the frequency response 26 and the amplifier with the paraphase output 20 to the capacitors 11, 12. The outputs of the elements 19, 26 are connected to the inputs of the amplifier 20 through the summation device 27, 28.

Резисторы 29, 30 включены между выходами усилителей 15, 16 и входом усилителя 23, резистор 31 и конденсатор 38 включены между выходом усилителя 23 и его входом, резистор 32 включен между входом усилителя 24 и выходом усилителя 23, резисторы 33-35 подключены одним выводом с выходу усилителя 24, а другим выводом соответственно ко входам усилителей 24, 15 и 16.Resistors 29, 30 are connected between the outputs of the amplifiers 15, 16 and the input of the amplifier 23, a resistor 31 and a capacitor 38 are connected between the output of the amplifier 23 and its input, a resistor 32 is connected between the input of the amplifier 24 and the output of the amplifier 23, the resistors 33-35 are connected with one output with the output of the amplifier 24, and another output, respectively, to the inputs of the amplifiers 24, 15 and 16.

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

При колебаниях ПМ 4 под действием кориолисова ускорения вокруг оси Y изменяются емкости конденсаторов 9, 10, причем они изменяются в противоположных направлениях. Токи, протекающие через них от источника напряжения 13, изменяются пропорционально изменениям соответствующих емкостей. Трансрезистивные усилители на операционных усилителях 15, 16 преобразуют входные токи в напряжения, разность которых выделяется дифференциальным усилителем 17, выходной сигнал которого демодулируется элементом 18 и через элемент 19 и усилитель 20 поступает на силовые электроды, которые вместе с ПМ 4 образуют конденсаторы 11, 12. Создаваемый этими электродами момент компенсирует момент от кориолисова ускорения, ПМ 4 остается в начальном положении, а поскольку момент, создаваемый с помощью электродов, пропорционален величине U (U - напряжение между ПМ 4 и силовым электродом), то разность квадратов напряжений на выходах усилителя 22 и будет пропорциональна измеряемой скорости. С учетом того, что на ПМ 4, как правило, действует еще и квадратурный момент, который так же компенсируется, из получаемой разности напряжений необходимо выделить составляющую, синфазную с кориолисовым моментом, действующим на ПМ 4.With fluctuations of PM 4 under the influence of Coriolis acceleration around the Y axis, the capacitances of the capacitors 9, 10 change, and they change in opposite directions. The currents flowing through them from the voltage source 13, vary in proportion to changes in the respective capacitances. Transistor amplifiers on operational amplifiers 15, 16 convert the input currents to voltages, the difference of which is emitted by a differential amplifier 17, the output signal of which is demodulated by element 18 and through the element 19 and amplifier 20 is supplied to power electrodes, which together with PM 4 form capacitors 11, 12. The moment created by these electrodes compensates for the moment from Coriolis acceleration, PM 4 remains in the initial position, and since the moment created by the electrodes is proportional to U (U is the voltage between PM 4 and a power electrode), then the difference between the squares of the voltages at the outputs of the amplifier 22 will be proportional to the measured speed. Taking into account the fact that on PM 4, as a rule, a quadrature moment also acts, which is also compensated, from the obtained voltage difference it is necessary to select a component in phase with the Coriolis moment acting on PM 4.

Последнее достигается за счет синхронного детектирования, для чего в качестве опорного сигнала выбирается сигнал с выхода датчика перемещения ПМ 4, сформированного с помощью электродов 5. Фаза этого сигнала сдвигается на угол 90°. Эта часть ММГ не показана на фиг.3, однако она широко известна и описана в технической литературе и в аналогах предложенного устройства.The latter is achieved due to synchronous detection, for which the signal from the output of the PM 4 displacement sensor formed by electrodes 5 is selected as a reference signal. The phase of this signal is shifted by an angle of 90 °. This part of the MMG is not shown in figure 3, however, it is widely known and described in the technical literature and in analogues of the proposed device.

В схеме на фиг.3 сигнал на выходе усилителя 24 пропорционален сумме емкостей конденсаторов 9, 10. Эта зависимость соблюдается тем точнее, чем выше усиление каскадов на усилителях 23, 24. В свою очередь, сумма емкостей конденсаторов 9, 10 пропорциональна зазору между ПМ 4 и электродами 7, 8. Таким образом, каскады на усилителях 15, 16, 23, 24 с конденсаторами 9, 10 образуют по существу устройство измерения зазора между ПМ 4 и электродами или устройство измерения зазора по оси Z. При действии ударов или вибраций по оси Z ПМ 4 может колебаться вдоль этой оси с достаточно большой амплитудой, т.к. добротность подвеса и по этой оси может находиться на уровне 10³-10⁴. Отметим, что емкость конденсатора 36 (C₃₆) выбирается такой, что на частоте источника 13 (f₁₃) его сопротивление (2πf₁₃C₃₆)^-1 было бы много меньше сопротивления резистора 31.In the circuit of Fig. 3, the signal at the output of amplifier 24 is proportional to the sum of capacitances of capacitors 9, 10. This dependence is observed the more precisely, the higher the gain of cascades on amplifiers 23, 24. In turn, the sum of capacitances of capacitors 9, 10 is proportional to the gap between PM 4 and electrodes 7, 8. Thus, the cascades on amplifiers 15, 16, 23, 24 with capacitors 9, 10 form essentially a device for measuring the gap between the PM 4 and the electrodes or a device for measuring the gap along the Z axis. Under the action of impacts or vibrations along the axis Z PM 4 can oscillate along this axis with internally large amplitude, since the quality factor of the suspension and along this axis can be at the level of 10 ³ -10 ⁴ . Note that the capacitance of the capacitor 36 (C ₃₆ ) is chosen such that at the frequency of the source 13 (f ₁₃ ) its resistance (2πf ₁₃ C ₃₆ ) ^-1 would be much less than the resistance of the resistor 31.

В предложенном устройстве сигнал с выхода усилителя 24, которой представляет собой сигнал на несущей частоте источника 13, демодулируется элементом 25 и через звено коррекции частотной характеристики 26 поступает на электроды 7б, 8б.In the proposed device, the signal from the output of the amplifier 24, which is a signal at the carrier frequency of the source 13, is demodulated by the element 25 and through the correction link of the frequency response 26 is supplied to the electrodes 7b, 8b.

Если звено 26 имеет в частотной области вблизи резонансной частоты подвеса по оси Z участок дифференцирования (т.е. ЛАХ звена имеет в этой области наклон 20 дБ/декаду), то при достаточном контурном усилении можно достичь снижения эквивалентной добротности подвеса по оси Z на 2-3 порядка и соответственно снизить время переходного процесса и амплитуду колебаний. Отметим, что для демпфирования резонансного звена за счет введения в контур отрицательной обратной связи звена коррекции частотной характеристики контурное усиление может быть ниже на порядок и более, чем при реализации компенсационного режима работы. Для демпфирования с уменьшением добротности до 50 контурное усиление равно 0,02, а в случае компенсационного режима оно выше 1 и, как правило, больше 10. Соответственно и уровни сигнала на электродах при реализации этих режимов будут отличаться более, чем на порядок.If link 26 has a differentiation section in the frequency domain near the resonant frequency of the suspension along the Z axis (i.e., the LAX of the link has a slope of 20 dB / decade in this region), then with sufficient contour gain, the equivalent quality factor of the suspension along the Z axis can be reduced by 2 -3 order and, accordingly, reduce the transition process and the amplitude of the oscillations. Note that for damping the resonance link due to the introduction of a negative feedback link for the correction of the frequency response, the loop gain can be lower by an order of magnitude or more than when implementing the compensation mode of operation. For damping with a decrease in the Q factor to 50, the loop gain is 0.02, and in the case of the compensation mode, it is higher than 1 and, as a rule, greater than 10. Accordingly, the signal levels at the electrodes during the implementation of these modes will differ by more than an order of magnitude.

Уменьшение добротности может быть достигнуто, например, за счет повышения коэффициента передачи звена 26.The decrease in the quality factor can be achieved, for example, by increasing the transmission coefficient of the link 26.

Передаточная функция звена 26 W₂₆(p) может иметь вид:The transfer function of the link 26 W ₂₆ (p) may be of the form:

, где T₁>T₂ или

или Tp

where T ₁ > T ₂ or

or tp

Применительно к аналогу, описанному в работе Пешехонова В.Г., частоты, упоминаемые в описании, имеют следующие величины: частота первичных колебаний ПМ 4 - 3 кГц, частота резонансного подвеса по оси Z - около 10 кГц, частота источников 13, 14 - 200-250 кГц.In relation to the analogue described in the work of Peshekhonov V.G., the frequencies mentioned in the description have the following values: the frequency of primary oscillations of the PM 4 - 3 kHz, the frequency of the resonant suspension along the Z axis - about 10 kHz, the frequency of the sources 13, 14 - 200 -250 kHz.

Таким образом, в предложенном устройстве благодаря демпфированию резонансного подвеса по оси Z, не возникают колебания с большой амплитудой, которые могли бы снизить точность ММГ, при этом величины напряжений, формируемых на электродах для демпфирования колебаний, оказываются на порядок и более ниже, чем бы это понабилось для компенсации ускорений по оси Z, как это имеет место в прототипе.Thus, in the proposed device due to the damping of the resonant suspension along the Z axis, there are no vibrations with a large amplitude that could reduce the accuracy of the MMG, while the magnitudes of the voltages generated on the electrodes for damping the vibrations are an order of magnitude or lower than this needed to compensate for accelerations along the Z axis, as is the case in the prototype.

Claims

1. Micromechanical gyroscope, which includes a movable mechanical element, two pairs of electrodes along the axis of secondary vibrations, one of which is a measuring one, and the other is a power, capacitive sensor for moving a movable mechanical element along the axis of secondary vibrations, formed by measuring electrodes and a differential amplifier, an excitation device primary oscillations, a negative feedback link included between a pair of measuring and a pair of power electrodes, characterized in that the last the included device for measuring the gap between the measuring electrodes and the movable mechanical element and the frequency response correction link, while the input of the gap measurement device between the measuring electrodes and the movable mechanical element is connected to a pair of measuring electrodes, and the output of the frequency response correction link is connected to the pair of power electrodes.

2. The micromechanical gyroscope according to claim 1, characterized in that the device for measuring the gap between the measuring electrodes and the movable mechanical element is made in the form of two transresistive amplifiers, the outputs of which are connected through the summing amplifier to the inputs of the transresistive amplifiers, and the frequency response correction link is made in the form a differentiating link, the output of which through amplifiers is connected to power electrodes, and the input is connected to the output of a summing amplifier.