RU2807466C1 - Чувствительный элемент микромеханического гироскопа - Google Patents
Чувствительный элемент микромеханического гироскопа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807466C1 RU2807466C1 RU2022133246A RU2022133246A RU2807466C1 RU 2807466 C1 RU2807466 C1 RU 2807466C1 RU 2022133246 A RU2022133246 A RU 2022133246A RU 2022133246 A RU2022133246 A RU 2022133246A RU 2807466 C1 RU2807466 C1 RU 2807466C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elastic
- inner frame
- shaped suspensions
- suspensions
- center
- Prior art date
Links
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в микромеханических гироскопах с чувствительным элементом, содержащим основание, внутреннюю рамку, центр, соединенный четырьмя жесткими растяжками с внутренней рамкой, четыре подвижных массы, каждая из которых соединена с центром и внутренней рамкой системой упругих Г-образных подвесов, внешнюю рамку, соединенную с внутренней рамкой четырьмя переходами. Техническим результатом является повышение точности измерения угловой скорости. 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в микромеханических гироскопах, используемых в инерциальной навигации.
Известен чувствительный элемент микромеханического гироскопа [1], содержащий четыре подвижные массы, соединенные с помощью упругих Г-образных подвесов с внутренней рамкой и центром, соединенным четырьмя жесткими растяжками с внутренней рамкой, и внешнюю рамку, соединенную с внутренней рамкой четырьмя переходами.
Недостатком данного устройства является то, что конструкция чувствительного элемента предусматривает только выравнивание частот рабочих мод чувствительного элемента, посредством уменьшения жесткости упругих Г-образных подвесов, без возможности выравнивания добротности у рабочих мод, что в свою очередь проявляется в снижении точности.
Ближайшим аналогом является чувствительный элемент микромеханического гироскопа [2], содержащий основание, прямоугольную внутреннюю рамку, центр, соединенный четырьмя жесткими растяжками с внутренней рамкой, четыре подвижных массы, каждая из которых соединена с центром двумя упругими Г-образными подвесами, а с внутренней рамкой шестью упругими Г-образными подвесами, внешнюю рамку, соединенную с внутренней рамкой четырьмя переходами. В местах соединения упругих Г-образных подвесов с центом и внутренней рамкой сформированы тонкие мембраны между упругими Г-образными подвесами и жесткими растяжками.
Недостатком данного устройства является то, что после начальной балансировки, производящейся уменьшением жесткости отдельных упругих Г-образных подвесов посредством подрезания части тонких мембран, производится более точное выравнивание частот рабочих мод резонатора с помощью частичного увеличения жесткости некоторых упругих Г-образных подвесов и массы подвижных частей за счет нанесения в профили вязкого клея. Вследствие чего увеличивается погрешность измерения угловой скорости при воздействии повышенных и пониженных температур, так как коэффициенты линейного расширения клея и материала резонатора различны. Это ведет к появлению разнодобротности и разночастотности рабочих мод резонатора, а, следовательно, к появлению температурной погрешности гироскопа.
Вторым недостатком является то, что предусмотренные в прототипе технологические элементы (тонкие мембраны) для дискретного измерения разночастотности путем уменьшения жесткости колебательной системы не обеспечивают точного сведения разночастотности и не предусматривают устранения разноамплитудности, которая также влияет на добротность чувствительного элемента и точность измерения угловой скорости.
Техническим результатом, на который направлено данное изобретение, является повышение точности измерения угловой скорости за счет того, что каждая из подвижных масс соединена с центром четырьмя упругими Г-образными подвесами, а с внутренней рамкой двенадцатью упругими Г-образными подвесами и при этом на углах каждого из упругих Г-образных подвесов закреплены гофрированные элементы.
На резонансные гармоники колебаний влияют подвижные массы, массы упругих Г-образных подвесов и гофрированных элементов.
Подвижные массы, гофрированные элементы, упругие Г-образные подвесы, внешняя и внутренняя рамки, центр и жесткие растяжки образуют резонансную систему с набором резонансных гармоник.
Повышение точности измерения угловой скорости достигается:
А) удвоением упругих Г-образных подвесов, которые используются в прототипе, при этом жесткость и масса резонансной системы остаются неизменными. Удвоение упругих Г-образных подвесов с сохранением упругих свойств по отношению к прототипу направлено на уменьшение прогрева подвеса вследствие его интенсивного движения. Это вызывает увеличение добротности резонансной системы за счет уменьшения термоупругого демпфирования вследствие снижения процесса перераспределения энергии из зоны сжатия в зону растяжения. Потеря добротности связана с повышением температуры подвесов и переходе части энергии колебательного контура во внутреннею (самонагрев мест максимальной деформации);
Б) устранением разнодобротности мод колебаний вследствие выравнивания амплитуд колебаний подвижных масс за счет удаления части гофрированных элементов. Наличие гофрированного элемента на каждом из 64 подвесов позволяет обеспечить полную балансировку. Она достигается за счет сведения разночастотности и разноамплитудности каждой пары масс во всех возможных направлениях путем удаления части гофрированных элементов.
На фиг. 1 показан чувствительный элемент микромеханического гироскопа.
Чувствительный элемент микромеханического гироскопа содержит основание (не показано), внутреннюю рамку 1, центр 2, соединенный четырьмя жесткими растяжками 3 с внутренней рамкой, четыре подвижных массы 4, каждая из которых соединена с центром четырьмя упругими Г-образными подвесами 5, а с внутренней рамкой двенадцатью упругими Г-образными подвесами 5, внешнюю рамку 6, соединенную с внутренней рамкой четырьмя переходами 7, и гофрированные элементы 8, расположенные на углах каждого из упругих Г-образных подвесов.
Чувствительный элемент микромеханического гироскопа работает следующим образом. При включении прибора, возникает попарное перемещение подвижных масс по оси X на резонансной частоте, при этом в каждой паре участвуют смежные массы, которые двигаются навстречу друг другу, а непарные массы двигаются противофазно. При воздействии угловой скорости относительно оси Z на подвижные массы действует кориолисово ускорение, направление которого зависит от направления линейной скорости подвижных масс, а величина определяется величиной угловой скорости. Кориолисово ускорение преобразуется в знакопеременную кориолисову силу, которая перемещает каждую подвижную массу в направлении, перпендикулярном действующей в данный момент линейной скорости возбуждения и воздействующей внешней угловой скорости. При этом по оси Y детектируются перемежения подвижных масс, величины которых пропорциональны действующей угловой скорости.
Источники информации
1. Патент РФ №2423668, МПК G01C 19/56, 2006.01
2. Патент РФ №148254, МПК G01C 19/56, 2012.01 (ближайший аналог).
Claims (1)
- Чувствительный элемент микромеханического гироскопа, содержащий основание, внутреннюю рамку, центр, соединенный четырьмя жесткими растяжками с внутренней рамкой, четыре подвижных массы, каждая из которых соединена с центром и внутренней рамкой системой упругих Г-образных подвесов, внешнюю рамку, соединенную с внутренней рамкой четырьмя переходами, отличающийся тем, что каждая из подвижных масс соединена с центром четырьмя упругими Г-образными подвесами, а с внутренней рамкой двенадцатью упругими Г-образными подвесами и при этом на углах каждого из упругих Г-образных подвесов закреплены гофрированные элементы.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2807466C1 true RU2807466C1 (ru) | 2023-11-15 |
Family
ID=
Citations (3)
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 |
RU2423668C1 (ru) * | 2009-12-01 | 2011-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) (МИЭТ) | Чувствительный элемент микромеханического гироскопа |
RU148254U1 (ru) * | 2014-07-18 | 2014-11-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) | Чувствительный элемент микромеханического гироскопа |
Patent Citations (3)
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 |
RU2423668C1 (ru) * | 2009-12-01 | 2011-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) (МИЭТ) | Чувствительный элемент микромеханического гироскопа |
RU148254U1 (ru) * | 2014-07-18 | 2014-11-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) | Чувствительный элемент микромеханического гироскопа |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5656778A (en) | Micromachined acceleration and coriolis sensor | |
JP6143430B2 (ja) | バイアス補正機能を備えた振動型ジャイロ | |
US9689678B2 (en) | MEMS balanced inertial angular sensor and method for balancing such a sensor | |
CN104931032A (zh) | 一种单锚定点四质量块mems谐振式陀螺仪 | |
US10876838B2 (en) | Silicon-based micro-machined vibratory gyroscope with an I-shaped structure | |
JP2012519295A5 (ru) | ||
JP6278604B2 (ja) | バイアス補正機能を備えた振動型ジャイロ | |
CN105606083B (zh) | 一种外支撑四质量块mems谐振式陀螺仪 | |
EP3249354B1 (en) | Systems and methods for a tuned mass damper in mems resonators | |
Zhou et al. | Innovation of flat gyro: Center support quadruple mass gyroscope | |
RU2807466C1 (ru) | Чувствительный элемент микромеханического гироскопа | |
JPH02129514A (ja) | 角速度センサー | |
JP2001133268A (ja) | 角速度センサ | |
CN103759722A (zh) | 一种环形陀螺仪的静电调整方法及静电调整系统 | |
RU2379630C1 (ru) | Чувствительный элемент датчика угловой скорости | |
CN105953781A (zh) | 一种应用在无线传感器网络的音叉式微机械陀螺传感器 | |
CN205449087U (zh) | 外支撑四质量块mems谐振式陀螺仪 | |
RU2320962C1 (ru) | Электродная структура для микромеханического гироскопа и микромеханический гироскоп на ее основе | |
RU148254U1 (ru) | Чувствительный элемент микромеханического гироскопа | |
Martynenko et al. | Dynamics of a ring micromechanical gyroscope in the forced-oscillation mode | |
JP2012202799A (ja) | バイアス安定性に優れた振動型ジャイロ | |
US9303994B2 (en) | Planar Coriolis gyroscope | |
RU2423668C1 (ru) | Чувствительный элемент микромеханического гироскопа | |
RU2234679C2 (ru) | Микромеханический датчик угловой скорости | |
RU140604U1 (ru) | Чувствительный элемент датчика угловой скорости |