RU84542U1 - MICROMECHANICAL GYROSCOPE-ACCELEROMETER - Google Patents
MICROMECHANICAL GYROSCOPE-ACCELEROMETER Download PDFInfo
- Publication number
- RU84542U1 RU84542U1 RU2009105376/22U RU2009105376U RU84542U1 RU 84542 U1 RU84542 U1 RU 84542U1 RU 2009105376/22 U RU2009105376/22 U RU 2009105376/22U RU 2009105376 U RU2009105376 U RU 2009105376U RU 84542 U1 RU84542 U1 RU 84542U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- micromechanical
- housing
- electronic unit
- angular velocity
- accelerometer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
1. Микромеханический гироскоп-акселерометр, содержащий корпус, в котором размещены микромеханический чувствительный элемент угловой скорости, микромеханический чувствительный элемент линейного ускорения, коммутационная плата и электронный блок, отличающийся тем, что электронный блок выполнен в виде унифицированной сверхбольшой интегральной бескорпусной схемы и установлен в углублении корпуса на его нижнем уровне. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен из керамики, снабжен крышкой и вакуумирован. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутационная плата установлена в корпусе над электронным блоком, закреплена по периферии и имеет прорези, расположенные над контактами интегральной схемы. ! 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что микромеханический чувствительный элемент угловой скорости и микромеханический чувствительный элемент линейного ускорения размещены на коммутационной плате и выполнены герметичными в виде капсул.1. Micromechanical gyroscope-accelerometer, comprising a housing in which a micromechanical sensitive element of angular velocity, a micromechanical sensitive element of linear acceleration, a circuit board and an electronic unit, characterized in that the electronic unit is made in the form of a unified ultra-large integrated open-frame circuit and is installed in the recess of the housing at its lower level. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the housing is made of ceramic, equipped with a lid and evacuated. ! 3. The device according to claim 1, characterized in that the circuit board is installed in the housing above the electronic unit, is fixed on the periphery and has slots located above the contacts of the integrated circuit. ! 4. The device according to claim 1, characterized in that the micromechanical sensing element of the angular velocity and the micromechanical sensing element of linear acceleration are placed on the circuit board and are sealed in the form of capsules.
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к области приборостроения, и может найти применение в инерциальных системах подвижных объектов, в автопилотах авиа и судомоделей, в системах безопасности транспортных средств.The invention relates to measuring equipment, in particular, to the field of instrumentation, and may find application in inertial systems of moving objects, in autopilots of aircraft and ship models, in vehicle safety systems.
Особенностью микромеханических гироскопов является преимущественное изготовление чувствительных элементов этих устройств из материалов на основе кремния по кремниевой технологии, что предопределяет: малые габариты и вес гироскопа, возможность применения групповой технологии изготовления, дешевизну изготовления при массовом производстве, высокую надежность в эксплуатации.A feature of micromechanical gyroscopes is the predominant manufacture of the sensitive elements of these devices from silicon-based materials using silicon technology, which determines the small size and weight of the gyroscope, the possibility of using group manufacturing technology, low cost of production in mass production, and high reliability in operation.
Известен микромеханический гироскоп-акселерометр, конструктивно выполненный в виде внешнего и внутреннего плоских элементов, которые соединены между собой и с основанием посредством взаимно перпендикулярных торсионов. В центре внутреннего элемента размещена инерционная масса со смещенным центром масс относительно геометрического центра внутреннего элемента [патент РФ №2064682, МКИ G01P 15/08, 1993].Known micromechanical gyroscope-accelerometer, structurally made in the form of external and internal flat elements that are connected to each other and to the base by means of mutually perpendicular torsions. In the center of the inner element is an inertial mass with a displaced center of mass relative to the geometric center of the inner element [RF patent No. 2064682, MKI G01P 15/08, 1993].
Недостатком данного устройства является значительный разброс в пространстве колеблющихся элементов, что приводит при работе в обычной газовой среде к появлению больших сил демпфирования. Кроме того, предложенное устройство не включает блок электроники и не является самостоятельным элементом монтажа.The disadvantage of this device is a significant dispersion in the space of oscillating elements, which leads to the appearance of large damping forces when working in a normal gas environment. In addition, the proposed device does not include an electronics unit and is not an independent mounting element.
Известно техническое решение, в котором в качестве инерциальных датчиков - гироскопов и акселерометров применены микромеханические вибрационные гироскопы-акселерометры, содержащие чувствительные элементы, электроды возбуждения колебаний чувствительных элементов и электроды съема информации, при этом основание блока выполнено в виде параллелепипеда с базовыми плоскостями по его граням и внутренней полостью, электроды возбуждения колебаний чувствительных элементов и электроды съема информации выполнены непосредственно на основании, а основание закреплено на подложке, содержащей микросборки сервисной электроники (патент РФ №2058534, МКИ G01С 21/00, 1993 г.).A technical solution is known in which micromechanical vibration gyroscopes-accelerometers are used as inertial sensors - gyroscopes and accelerometers, containing sensitive elements, electrodes for exciting vibration of sensitive elements and electrodes for acquiring information, while the base of the block is made in the form of a parallelepiped with base planes along its faces and internal cavity, the electrodes for the excitation of vibrations of the sensitive elements and the electrodes of information retrieval are made directly based on and a base fixed on the substrate comprising micro-service electronics (RF patent №2058534, MKI G01S 21/00, 1993 YG).
Недостатком данного устройства являются большие габариты и сложность конструкции.The disadvantage of this device is the large size and complexity of the design.
Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является инерциальный измерительный блок, содержащий защитный корпус с двухсторонней разводкой выводов микросборок сервисной электроники в плоскости, параллельной плоскости большей торцевой грани основания с размещенными на других его гранях микромеханическими гироскопами и акселерометрами, причем в корпусе размещена плата из диэлектрика, на которой закреплено указанное основание и схема обработки измерительной информации с чувствительных элементов (патент РФ №2162203, МКИ G01С 21/00, 2000 г.).The closest analogue of the proposed device is an inertial measuring unit containing a protective case with two-sided wiring of the terminals of the service electronics microassemblies in a plane parallel to the plane of the larger end face of the base with micromechanical gyroscopes and accelerometers located on its other faces, and a dielectric board is placed on the case, on which the specified base and the scheme for processing measuring information from sensitive elements are fixed (RF patent No. 2162203, MKI G01C 21/00, 20 00 g.).
Недостатком подобного устройства является сложность конструкции, невысокая точность и недостаточная надежность, а также большие габариты и масса.The disadvantage of this device is the design complexity, low accuracy and lack of reliability, as well as large dimensions and weight.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности и надежности работы устройства, а также уменьшение его массогабаритных параметров.The objective of the present invention is to improve the accuracy and reliability of the device, as well as reducing its weight and size parameters.
Технический результат получен за счет того, что в микромеханическом гироскопе-акселерометре, содержащем корпус, в котором размещены микромеханический чувствительный элемент угловой скорости, микромеханический элемент линейного ускорения, коммутационная плата и электронный блок, электронный блок может быть выполнен в виде унифицированной сверхбольшой интегральной бескорпусной схемы и установлен в углублении корпуса на его нижнем уровне. Корпус может быть выполнен из керамики, снабжен крышкой и вакуумирован. Коммутационная плата может быть установлена в корпусе над электронными блоком, закреплена по периферии и может иметь прорези, расположенные над контактами интегральной схемы.The technical result is obtained due to the fact that in a micromechanical gyroscope-accelerometer containing a housing in which a micromechanical sensing element of angular velocity, a micromechanical element of linear acceleration, a switching board and an electronic unit are located, the electronic unit can be made in the form of a unified ultra-large integrated open-frame circuit and installed in the recess of the housing at its lower level. The case can be made of ceramic, equipped with a lid and evacuated. The circuit board can be installed in the housing above the electronic unit, fixed on the periphery and may have slots located above the contacts of the integrated circuit.
Микромеханический чувствительный элемент угловой скорости и микромеханический чувствительный элемент линейного ускорения могут быть размещены на коммутационной плате и выполнены герметичными в виде капсул.The micromechanical sensing element of angular velocity and the micromechanical sensitive element of linear acceleration can be placed on the circuit board and are sealed in the form of capsules.
При исполнении микромеханического гироскопа-акселерометра в виде совокупности измерительных каналов, позволяющей использовать пространственную сборку интегральной схемы и капсулированных чувствительных элементов в одном герметизированном корпусе, достигается повышение точности измерений. Предложенная конструкция обеспечивает:When executing a micromechanical gyroscope-accelerometer in the form of a set of measuring channels, which allows using the spatial assembly of the integrated circuit and encapsulated sensitive elements in one sealed case, an increase in measurement accuracy is achieved. The proposed design provides:
- тепловую развязку между интегральной схемой и капсулами;- thermal isolation between the integrated circuit and capsules;
- минимальные значения длин микропроволочных выводов, выдерживающих значительные механические воздействия;- the minimum values of the lengths of microwire leads that can withstand significant mechanical stress;
- малое емкостное влияние коммутационной платы с установленными капсулами на элементы интегральной схемы;- low capacitive effect of the circuit board with installed capsules on the elements of the integrated circuit;
- малые значения паразитных утечек;- small values of spurious leaks;
- компенсацию влияния линейного ускорения на измерительный канал угловой скорости;- compensation of the effect of linear acceleration on the measuring channel of the angular velocity;
- надежность работы капсулированных чувствительных элементов в части долговременного сохранения глубины вакуума;- the reliability of encapsulated sensitive elements in terms of long-term preservation of the depth of vacuum;
- минимальные массогабаритные характеристики. Габаритные размеры устройства могут составлять в плоскости монтажа 16,5×16,5 мм и по высоте 4,8 мм.- minimum weight and size characteristics. The overall dimensions of the device can be 16.5 × 16.5 mm in the installation plane and 4.8 mm in height.
На фиг.1 представлена компоновка устройства в разрезе.Figure 1 shows the layout of the device in section.
На фиг.2 представлена схема монтажа чувствительных элементов на коммутационной плате.Figure 2 presents the installation diagram of the sensitive elements on the patch board.
Микромеханический гироскоп-акселерометр содержит корпус 1, в котором размещены микромеханический чувствительный элемент угловой скорости 2, микромеханический чувствительный элемент линейного ускорения 3, коммутационная плата 4 с прорезями 5 и электронный блок 6, выполненный в виде унифицированной сверхбольшой интегральной бескорпусной схемы. Корпус 1 снабжен крышкой 7. Электронный блок 6 установлен в углублении корпуса 1 на его нижнем уровне. Коммутационная плата 4 установлена в корпусе 1, закреплена по периферии и имеет прорези 5, обеспечивающие доступ к контактам 8 интегральной схемы 6. Соединения между контактами 8 интегральной схемы 6, коммутационной платой 4 и контактами 8 чувствительных элементов 2 и 3 осуществляются микропроволокой 9.The micromechanical gyroscope-accelerometer contains a housing 1, in which a micromechanical sensitive element of angular velocity 2, a micromechanical sensitive element of linear acceleration 3, a switching board 4 with slots 5, and an electronic unit 6, made in the form of a unified ultra-large integrated open-frame circuit, are placed. The housing 1 is provided with a cover 7. The electronic unit 6 is installed in the recess of the housing 1 at its lower level. The patch board 4 is installed in the housing 1, fixed on the periphery and has slots 5 that provide access to the contacts 8 of the integrated circuit 6. The connections between the contacts 8 of the integrated circuit 6, the patch board 4 and the contacts 8 of the sensing elements 2 and 3 are carried out by microwire 9.
Предложенное устройство работает следующим образом. При действии линейного ускорения в направлении оси чувствительности с выхода капсулированного микромеханического чувствительного элемента линейного ускорения 3 снимается сигнал, пропорциональный действующему ускорению. При вращении корпуса 1 вокруг оси чувствительности капсулированного микромеханического чувствительного элемента угловой скорости 2 с угловой скоростью Ω с его выхода снимается сигнал, пропорциональный величине угловой скорости Ω. Оба выходных сигнала поступают на вход специализированной сверхбольшой интегральной схемы 6 типа "система на кристалле", обеспечивающей аналого-цифровую и логическую обработку массивов данных в реальном масштабе времени. Наличие в интегральной схеме связанных единым алгоритмом обработки сигналов программируемого процессорного элемента, массива памяти, цифровых и аналоговых узлов с "жесткой" логикой и схемотехникой позволяет придавать микроэлектромеханической информационно-управляющей системе дополнительные функциональные возможности, такие как фильтрация сигнала, коррекция, обнаружение отказа, линеаризация передаточной характеристики, реконфигурация измерительных каналов и другое. Интегральная схема 6 также предусматривает возможность одновременной обработки информационных сигналов акселерометрического и гироскопического измерительных каналов, которая позволяет скомпенсировать негативное влияние ускорения на гироскопический чувствительный элемент, вызванное неидеальностью его формы (дебаланс).The proposed device operates as follows. Under the action of linear acceleration in the direction of the axis of sensitivity from the output of the encapsulated micromechanical sensitive element of linear acceleration 3, a signal is proportional to the effective acceleration. When the housing 1 rotates around the sensitivity axis of the encapsulated micromechanical sensitive element of the angular velocity 2 with the angular velocity Ω, a signal is output from its output, which is proportional to the magnitude of the angular velocity Ω. Both output signals are input to a specialized ultra-large integrated circuit type 6 system-on-chip, which provides analog-to-digital and logical processing of data arrays in real time. The presence in the integrated circuit of a programmable processor element, a memory array, digital and analog nodes connected by a single algorithm of processing with “hard” logic and circuitry allows you to give the microelectromechanical information and control system additional functionality, such as signal filtering, correction, fault detection, linearization of the transfer characteristics, reconfiguration of measuring channels and more. The integrated circuit 6 also provides for the possibility of simultaneous processing of information signals of the accelerometer and gyroscopic measuring channels, which allows you to compensate for the negative effect of acceleration on the gyroscopic sensitive element caused by imperfect shape (unbalance).
В состав интегральной схемы 6 могут входить следующие функциональные блоки:The integrated circuit 6 may include the following functional blocks:
- входные усилители сигналов емкостных датчиков перемещения микромеханических акселерометров и гироскопов;- input amplifiers of signals of capacitive displacement sensors of micromechanical accelerometers and gyroscopes;
- аналого-цифровые преобразователи сигналов микромеханических акселерометров и гироскопов, а также температурного датчика;- analog-to-digital signal converters of micromechanical accelerometers and gyroscopes, as well as a temperature sensor;
- цифро-аналоговые преобразователи управления приводом инерционной массы микромеханического гироскопа;- digital-to-analog converters controlling the inertial mass drive of a micromechanical gyroscope;
- цифровой сигнальный процессор;- digital signal processor;
- микроконтроллер;- microcontroller;
- энергонезависимая память;- non-volatile memory;
- система внутренних и внешних интерфейсов;- system of internal and external interfaces;
- источник опорного напряжения;- voltage reference source;
- генератор тактовой частоты;- clock generator;
- супервизор.- supervisor.
Таким образом, заявленный микромеханический гироскоп-акселерометр позволяет повысить точность и надежность работы устройства, а также достичь минимальных массогабаритных характеристик.Thus, the claimed micromechanical gyroscope-accelerometer can improve the accuracy and reliability of the device, as well as achieve minimum weight and size characteristics.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009105376/22U RU84542U1 (en) | 2009-02-16 | 2009-02-16 | MICROMECHANICAL GYROSCOPE-ACCELEROMETER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009105376/22U RU84542U1 (en) | 2009-02-16 | 2009-02-16 | MICROMECHANICAL GYROSCOPE-ACCELEROMETER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU84542U1 true RU84542U1 (en) | 2009-07-10 |
Family
ID=41046365
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009105376/22U RU84542U1 (en) | 2009-02-16 | 2009-02-16 | MICROMECHANICAL GYROSCOPE-ACCELEROMETER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU84542U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014071364A1 (en) * | 2012-11-05 | 2014-05-08 | Texas Instruments Incorporated | Discrete device mounted on substrate |
RU181082U1 (en) * | 2018-02-27 | 2018-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | GYROSCOPE-ACCELROMETER WITH ELECTROSTATIC ROTOR SUSPENSION |
-
2009
- 2009-02-16 RU RU2009105376/22U patent/RU84542U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014071364A1 (en) * | 2012-11-05 | 2014-05-08 | Texas Instruments Incorporated | Discrete device mounted on substrate |
RU181082U1 (en) * | 2018-02-27 | 2018-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | GYROSCOPE-ACCELROMETER WITH ELECTROSTATIC ROTOR SUSPENSION |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102207406B1 (en) | System and method for a wind speed meter | |
KR101332136B1 (en) | Three axis accelerometer with variable axis sensitivity | |
EP3156804B1 (en) | Microelectromechanical sensor device with reduced stress sensitivity | |
JP5677694B2 (en) | MEMS sensor with movable Z-axis sensing element | |
US8065915B2 (en) | MEMS accelerometer | |
US20170363694A1 (en) | 3d mems magnetometer and associated methods | |
US20160229684A1 (en) | Mems device including support structure and method of manufacturing | |
EP1456673A2 (en) | Micro-mechanical inertial sensors | |
Chae et al. | A hybrid silicon-on-glass (SOG) lateral micro-accelerometer with CMOS readout circuitry | |
EP2693183A1 (en) | On-chip resonant acceleration and pressure sensor | |
CN211603246U (en) | Three-axis acceleration sensor | |
CN217180964U (en) | Micro-electromechanical sensor device and electronic system | |
CN108089027A (en) | Sensor and navigation attitude instrument based on MEMS capacitive micro-acceleration gauge | |
Lefort et al. | To the production of a robust and highly accurate MEMS vibrating accelerometer | |
RU84542U1 (en) | MICROMECHANICAL GYROSCOPE-ACCELEROMETER | |
US20190135612A1 (en) | Micromechanical z-inertial sensor | |
RU132897U1 (en) | THREE COMPONENT MICROELECTROMECHANICAL ACCELEROMETER | |
CN111735986A (en) | Micromechanical inertial sensor | |
Parmar et al. | Characterization of SOI technology based MEMS differential capacitive accelerometer and its estimation of resolution by near vertical tilt angle measurements | |
JP2020011375A (en) | Sensor packages, and methods of manufacturing sensor packages | |
RU65653U1 (en) | MICROMECHANICAL INERTIAL MEASURING MODULE | |
CN114057154A (en) | MEMS device | |
Du et al. | Design and measurement of a piezoresistive triaxial accelerometer based on MEMS technology | |
Lehtonen et al. | Monolithic accelerometer for 3D measurements | |
RU81799U1 (en) | MICROMECHANICAL GYROSCOPE-ACCELEROMETER |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20110217 |