RU84542U1 - MICROMECHANICAL GYROSCOPE-ACCELEROMETER - Google Patents

MICROMECHANICAL GYROSCOPE-ACCELEROMETER Download PDF

Info

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
Application number
RU2009105376/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ирина Валерьевна Попова
Александр Михайлович Лестев
Андрей Александрович Семенов
Владимир Александрович Иванов
Олег Иванович Ракитянский
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Гирооптика"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Гирооптика" filed Critical Закрытое акционерное общество "Гирооптика"
Priority to RU2009105376/22U priority Critical patent/RU84542U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU84542U1 publication Critical patent/RU84542U1/en

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)

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.1. Micromechanical gyroscope-accelerometer, comprising a housing in which a micromechanical sensing element of angular velocity, a micromechanical sensing 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. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен из керамики, снабжен крышкой и вакуумирован.2. The device according to claim 1, characterized in that the housing is made of ceramic, equipped with a lid and evacuated. 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.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. 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.
Figure 00000001
4. The device according to claim 1, characterized in that the micromechanical sensitive element of the angular velocity and the micromechanical sensitive element of linear acceleration are placed on the switching board and are sealed in the form of capsules.
Figure 00000001
RU2009105376/22U 2009-02-16 2009-02-16 MICROMECHANICAL GYROSCOPE-ACCELEROMETER RU84542U1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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