RU2453812C1 - Интегральный чувствительный элемент вибрационного гироскопа - Google Patents
Интегральный чувствительный элемент вибрационного гироскопа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2453812C1 RU2453812C1 RU2011107555/28A RU2011107555A RU2453812C1 RU 2453812 C1 RU2453812 C1 RU 2453812C1 RU 2011107555/28 A RU2011107555/28 A RU 2011107555/28A RU 2011107555 A RU2011107555 A RU 2011107555A RU 2453812 C1 RU2453812 C1 RU 2453812C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensitive element
- exciting
- capacitive
- resonator
- thin
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в интегральных гироскопах осциляторного типа.
Техническим результатом является повышение точности гироскопа. Интегральный чувствительный элемент вибрационного гироскопа содержит стеклянное основание, чувствительный элемент-резонатор, выполненный в виде тонкостенного цилиндра из низкоомного монокристаллического кремния, схему возбуждения и съема сигнала. Возбуждающие и съемные преобразователи емкостного типа выполнены в виде гребенок, расположенных на внешней стороне тонкостенного цилиндра, равномерно по его периметру и внутренней стороне возбуждающих и съемных электродов.
Технический результат достигается посредством упрощения схемы и снижения погрешности с помощью емкостных преобразователей, осуществляющих возбуждение и съем сигнала, а также повышения эффективности использования емкостного преобразователя, создания фигуры колебаний без искажения и компенсации влияния вредных воздействующих факторов. Электроды, выполненные в виде гребенок, повышают эффективность использования емкостного преобразователя. Отсутствие упругих связей в плоскости возбуждения мод позволяет создать фигуру колебаний без искажения. Закрепление резонатора в нижней центральной его части компенсирует влияние вредных воздействующих факторов. 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в интегральных гироскопах резонаторного типа.
Известен вибрационный гироскоп, содержащий чувствительный элемент из четырех упругих стержней квадратного сечения, расположенных симметрично в виде консолей на плате [1].
Консоли приводятся в резонансные попарно-противофазные изгибные колебания посредством пьезокерамических преобразователей, причем попарно-перекрестные свободные концы консолей расходятся или сходятся.
Внешнее вращение консолей относительно продольной оси приводит к возникновению знакопеременных кориолисовых сил, действующих на свободные концы консолей перпендикулярно к направлению их принудительного перемещения и к направлению вектора внешней угловой скорости.
Известен также микрогироскоп, содержащий четыре подвижные массы, выполненные на пластине кремния. Принудительные колебания подвижным массам задаются в плоскости пластин, причем направления движений осуществляются в попарно-противоположных направлениях. Возникающие знакопеременные кориолисовы силы действуют на подвижные массы в направлении, перпендикулярном плоскости пластин [2].
Недостатком известных устройств является низкая чувствительность к измеряемой скорости, высокая чувствительность к удару и вибрации, низкая точность, обусловленная тем, что возбуждение колебаний происходит в плоскости чувствительного элемента, а измерительные колебания перпендикулярно к этой плоскости. Следовательно, трудно обеспечить условие резонансной настройки в обеих плоскостях, так как жесткости определяются разными технологическими факторами, а для многих материалов (например, кремний) и различными физическим свойствами. Наиболее близким по технической сущности является устройство, которое представляет собой резонатор в виде кольца. Конструктивно резонатор содержит 6 мм кремниевое кольцо, поддерживаемое восемью радиально податливыми спицами, которые прикреплены к опорной рамке 10×10 мм, токопроводящие проводники осаждены только на верхней поверхности, а площадки для присоединения провода расположены на внешней опорной рамке. Кристалл анодно соединяется с опорной стеклянной структурой, которая температурно согласована с кремнием. Имеется восемь идентичных проводящих контуров, каждый из которых следует схеме: контактная площадка - по длине опоры - вокруг 1/8 сегмента кольца - по длине следующей опоры - контактная площадка. Таким образом, каждая опора содержит два проводника, каждый из которых относится к соседствующим контурам, и в дополнении третий проводник, лежащий между ними, для уменьшения емкостной связи [3].
Недостатком известного устройства является низкая точность и высокий температурный дрейф из-за высокой связи с основанием, так как основная часть энергии передается кремниевой пластине, а следовательно основанию, что приводит к снижению добротности и большему воздействию возмущающих факторов на кольцевой чувствительный элемент, что приводит к снижению точности. Наличие радиальных спиц искажает моды колебаний кольцевого чувствительного элемента, что соответственно изменяет форму и, следовательно, точность выходного сигнала. Последнее существенно ухудшает точность прибора в целом. Наличие магнитной системы возбуждения и съема сигнала не только увеличивает габариты чувствительного элемента. Свойства постоянных магнитов в рабочем диапазоне температур существенно изменяются. Поэтому для обеспечения стабильности индукции необходимо введение корректирующих устройств, например термошунтирование, что усложняет схему прибора.
Магнитоэлектрический съем сигнала не обеспечивает должного уровня выходного сигнала. Для повышения мощности требуются дополнительные усилительно-преобразующие устройства. Введение последних вносит дополнительную погрешность и усложняет прибор в целом.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности микромеханического устройства.
Эта задача решается за счет того, что интегральный чувствительный элемент вибрационного гироскопа, содержащий, стеклянное основание, чувствительный элемент-резонатор, схему возбуждения и съема сигнала, согласно изобретению выполнен в виде тонкостенного цилиндра из низкоомного монокристаллического кремния. А возбуждающие и съемные преобразователи емкостного типа выполнены в виде гребенок, расположенных на внешней стороне тонкостенного цилиндра, равномерно по его периметру и внутренней стороне возбуждающих и съемных электродов.
Изготовление чувствительного элемента из монокристаллического кремния в виде тонкостенного цилиндра позволяет свести к минимуму искажение первой и второй мод колебаний, так как в колебательное движение приводится верхняя кромка тонкостенного цилиндра, свободная от упругих связей в плоскости колебаний, что существенно повышает точность прибора в целом. Кроме того, закрепление резонатора в нижней центральной части его, а в прототипе по внешней стороне резонатора, увеличивает добротность и компенсирует влияние вредных воздействующих факторов, что повышает точность измерения полезного сигнала. Применение низкоомного монокристаллического кремния позволяет упростить технологию формирования систем возбуждения и съема сигнала. Это позволяет исключить операции диффузии, которые существенно могут повлиять на геометрию электродов, в частности на их взаимопарралельнолсть, что существенно влияет на точность прибора. Применение емкостных преобразователей возбуждения и съема сигнала повышает точность измерения за счет отсутствия дополнительных корректирующих устройств, вносящих погрешность измерения, например в рабочем диапазоне температур. Конфигурация электродов в виде гребенки позволяет эффективнее использовать площадь электродов. То есть при равных геометрических размерах гребенки возбуждения и съема сигнала (гребенки взаимно входят друг в друга) увеличивают полезную площадь, тем самым увеличивая силу возбуждения, и увеличивают уровень полезного измеряемого сигнала по отношению к уровню помех, что повышает точность прибора в целом.
На фиг.1 изображен предложенный чувствительный элемент вибрационного гироскопа в интегральном исполнении, причем на фиг.1а) показан вид на чувствительный элемент сверху,
где:
1 - чувствительный элемент-резонатор в виде кремниевого тонкостенного цилиндра;
2, 3, 5 - электроды возбуждения и съема сигнала;
4 - контактная площадка для подвода напряжения к резонатору-цилиндру;
6 - стеклянная пластина (основание);
7 - контактные площадки для подвода напряжения возбуждения и съема сигнала,
а на фиг.1б) в разрезе по А-А.
На фиг.2 изображены примеры выполнения чувствительного элемента-резонатора 1.
Чувствительный элемент-резонатор изготовлен ионно-плазменным травлением из низкоомного монокристаллического кремния и анодно соединен со стеклянным основанием 6. По внешней стороне резонатора 1 и напротив нее известным способом выполнены электроды возбуждения и съема сигнала 2, 3. 5. Через контактные площадки 4 и 7 осуществляют подвод напряжения для возбуждения и съема сигнала.
Для обеспечения изоляции электродов друг от друга, после анодной посадки на основание 6, перемычки в местах 8 выжигаются.
Устройство работает следующим образом.
На электроды-гребенки емкостного преобразователя 2, 3, 5 через контактные площадки 4 и 7 подается сигнал от встроенного генератора, который формирует эллиптическую моду вибрации верхней кромки цилиндра. Верхняя кромка выполнена тонкой, что обеспечивает неискаженную моду колебаний. Отсутствие радиальных спиц в рабочей плоскости мод устраняет их искажение и препятствует потери энергии, тем самым повышая добротность всего цилиндрического вибрационного гироскопа (ЦВГ). При вращении вибрирующего чувствительного элемента в результате действия кориолисовых сил происходит расщепление частот основной моды колебаний, приводящее к прецессии стоячей волны относительно резонатора и относительно инерциального пространства, которое фиксируется электродами соответствующих пар.
Положительный эффект устройства был проверен на изготовленных макетных образцах предприятия. Изготовление данного устройства упрощает техпроцесс его реализации в промышленности с увеличением точности измерения параметров движения объекта.
Источники информации
1. Leger P. Quapason - A New Low-Cost Vibrating Gyroscope//3rd Saint Petersburg International Conference of Integrated Navigation Systems.- SPb.: CSRI «Elektoropribor», 1996. - Part 1. - P.143-149.
2. Патент США №5952572, МПК G01Р 9/00.
3. Hopkin I. Performance and Design of Silicon Micromachined Gyro // Symposium Gyro Technology, Germany. - 1997. - P.1.0-1.10. (прототип).
Claims (1)
- Интегральный чувствительный элемент вибрационного гироскопа, содержащий стеклянное основание, чувствительный элемент-резонатор, схему возбуждения и съема сигнала, отличающийся тем, что чувствительный элемент-резонатор выполнен в виде тонкостенного цилиндра из низкоомного монокристаллического кремния, а возбуждающие и съемные преобразователи емкостного типа выполнены в виде гребенок, расположенных на внешней стороне тонкостенного цилиндра равномерно по его периметру и внутренней стороне возбуждающих и съемных электродов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011107555/28A RU2453812C1 (ru) | 2011-03-01 | 2011-03-01 | Интегральный чувствительный элемент вибрационного гироскопа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011107555/28A RU2453812C1 (ru) | 2011-03-01 | 2011-03-01 | Интегральный чувствительный элемент вибрационного гироскопа |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2453812C1 true RU2453812C1 (ru) | 2012-06-20 |
Family
ID=46681148
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011107555/28A RU2453812C1 (ru) | 2011-03-01 | 2011-03-01 | Интегральный чувствительный элемент вибрационного гироскопа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2453812C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2518379C1 (ru) * | 2012-11-26 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Вибрационный вакуумный микрогироскоп |
CN111044023A (zh) * | 2020-01-03 | 2020-04-21 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 一种弹用大量程高过载金属筒形谐振陀螺仪 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2222780C1 (ru) * | 2002-07-10 | 2004-01-27 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "Темп-Авиа" | Чувствительный элемент микромеханического гироскопа |
RU2296390C1 (ru) * | 2005-10-31 | 2007-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт электронной техники (технический университет)" (МИЭТ) | Чувствительный элемент микромеханического датчика |
WO2008099395A1 (en) * | 2007-02-15 | 2008-08-21 | Elbit Systems Electro-Optics Elop Ltd. | Vibratory gyroscopic device for determining angular velocity |
RU2362121C2 (ru) * | 2007-07-09 | 2009-07-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Медикон" | Малогабаритный твердотелый волновой гироскоп |
-
2011
- 2011-03-01 RU RU2011107555/28A patent/RU2453812C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2222780C1 (ru) * | 2002-07-10 | 2004-01-27 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "Темп-Авиа" | Чувствительный элемент микромеханического гироскопа |
RU2296390C1 (ru) * | 2005-10-31 | 2007-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт электронной техники (технический университет)" (МИЭТ) | Чувствительный элемент микромеханического датчика |
WO2008099395A1 (en) * | 2007-02-15 | 2008-08-21 | Elbit Systems Electro-Optics Elop Ltd. | Vibratory gyroscopic device for determining angular velocity |
RU2362121C2 (ru) * | 2007-07-09 | 2009-07-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Медикон" | Малогабаритный твердотелый волновой гироскоп |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2518379C1 (ru) * | 2012-11-26 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Вибрационный вакуумный микрогироскоп |
CN111044023A (zh) * | 2020-01-03 | 2020-04-21 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 一种弹用大量程高过载金属筒形谐振陀螺仪 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6514790B2 (ja) | ジャイロスコープ | |
TWI230781B (en) | Microgyroscope tunable for translational acceleration | |
US20140224016A1 (en) | Micro-electromechanical gyro device | |
KR20040031087A (ko) | 진동형 자이로스코프식 속도 센서 | |
US9366687B2 (en) | Angular velocity detecting device | |
FI126070B (en) | Improved ring gyroscope structure and gyroscope | |
JP3753209B2 (ja) | 角速度センサ | |
JP2014178195A (ja) | バイアス補正機能を備えた振動型ジャイロ | |
JP2013096801A (ja) | 出力安定性に優れた振動型ジャイロ | |
RU2453812C1 (ru) | Интегральный чувствительный элемент вибрационного гироскопа | |
RU2445575C2 (ru) | Чувствительный элемент вибрационного кориолисова гироскопа | |
JP2019138902A (ja) | 振動構造の角速度センサ、およびその製造方法 | |
RU2379630C1 (ru) | Чувствительный элемент датчика угловой скорости | |
JP2012047537A (ja) | 角速度センサ | |
US20040118204A1 (en) | Vibratory gyroscopic rate sensor | |
RU2334197C1 (ru) | Способ измерения угловой скорости и вибрационный гироскоп для его осуществления | |
CN105917193B (zh) | 具有嵌套激振体质量块的惯性传感器和用于制造这样的传感器的方法 | |
US20040118205A1 (en) | Vibratory gyroscopic rate sensor | |
RU140604U1 (ru) | Чувствительный элемент датчика угловой скорости | |
RU2423668C1 (ru) | Чувствительный элемент микромеханического гироскопа | |
RU2444703C1 (ru) | Вибрационный гироскоп | |
RU181219U1 (ru) | Чувствительный элемент микромеханического гироскопа | |
RU140605U1 (ru) | Чувствительный элемент микромеханического датчика угловых скоростей | |
RU161310U1 (ru) | Чувствительный элемент датчика угловых скоростей | |
RU64787U1 (ru) | Вибрационный гироскоп для измерения угловой скорости |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140302 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150620 |