Способ балансировки кварцевого полусферического резонатора волнового твердотельного гироскопа

Авторы патента:

Басараб Михаил Алексеевич (RU)

Матвеев Валерий Александрович (RU)

Чуманкин Евгений Алексеевич (RU)

Лунин Борис Сергеевич (RU)

G01C19/56 - поворотно-чувствительные устройства с колеблющимися массами, например с камертоном

Владельцы патента RU 2580175:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) (RU)

Изобретение относится к балансировке кварцевых полусферических резонаторов твердотельных волновых гироскопов (ВТГ) и может быть использовано при производстве навигационных приборов различного назначения. Способ балансировки кварцевого полусферического резонатора волнового твердотельного гироскопа по предварительно определенным величинам параметров первых четырех форм массового дефекта резонатора заключается в том, что кварцевый полусферический резонатор радиуса R устанавливают в положение, при котором ось его симметрии горизонтальна, а единый нуль окружного угла находится в нижнем положении, поворачивают резонатор вокруг оси симметрии на угол Δφ относительно единого нуля окружного угла и в этом положении частично погружают резонатор в травильный раствор, устанавливая удвоенный зенитный угол сферического сегмента обрабатываемой поверхности 2α, а затем проводят химическое травление в течение времени t. Технический результат - уменьшение времени и трудоемкости процесса балансировки кварцевых полусферических резонаторов по первым 4-м формам массового дефекта. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Область техники

Изобретение относится к балансировке кварцевых полусферических резонаторов волновых твердотельных гироскопов (ВТГ) и может быть использовано при производстве навигационных приборов различного назначения.

Уровень техники

Резонатор является основной деталью ВТГ, и его качество в основном определяет точность гироскопа, в связи с чем такие резонаторы, как правило, изготавливают из кварцевого стекла [Loper E.J., Lynch D.D. Патент США НКИ 73-505 №4157041 (1979)]. Отклонение геометрии резонатора от идеальной осесимметричной формы приводит к возникновению массового дисбаланса, являющегося источником погрешности ВТГ. Распределение массы резонатора по окружному углу М(φ) может быть представлено в виде ряда:

где k - номер формы массового дефекта резонатора; M₀ - равномерно распределенная масса резонатора по окружному углу; M_k - величина k-й формы массового дефекта резонатора; φ_k - ориентация k-й формы массового дефекта резонатора относительно единого условного нуля окружного угла.

При отклонении геометрии резонатора от осесимметричной формы M_k≠0. Согласно [Egarmin N.E., Yurin V.E. Introduction to theory of vibratory gyroscopes. M.: Binom, 1993] отличие от нуля M₁, М₂ или М₃ приводит к колебаниям центра масс резонатора при работе гироскопа, дополнительному рассеянию энергии колебаний резонатора в местах его закрепления и к систематической погрешности ВТГ. При возникает расщепление собственной частоты резонатора, приводящее к случайным погрешностям ВТГ. Для устранения массового дисбаланса резонатор балансируют по этим четырем формам массового дефекта, то есть сначала определяют параметры М₁, М₂, М₃, М₄, φ₁, φ₂, φ₃, φ₄ и затем удаляют неуравновешенную массу.

Известен способ балансировки зубчатых резонаторов ВТГ (аналог) [Патент РФ №2526217, МПК G01C 19/56, опубликовано 20.08.2014]. Известный способ позволяет балансировать резонаторы ВТГ, снабженные специальными балансировочными зубцами, расположенными на кромке тонкостенной оболочки. В известном способе определяют неуравновешенную массу резонатора с помощью пьезоэлектрических датчиков, рассчитывают массы, подлежащие удалению с каждого балансировочного зубца, а затем удаляют их электрохимическим способом.

Недостатком аналога является необходимость нарезки на кромке резонатора балансировочных зубцов, что представляет собой сложную технологическую операцию, в ходе которой в резонатор неизбежно вносится дополнительный массовый дисбаланс за счет погрешностей в размерах балансировочных зубцов.

Известен способ балансировки беззубцового полусферического резонатора ВТГ (ближайший аналог - прототип) [Патент РФ №2147117, МПК G01C 19/56, опубликовано 27.03.2000]. В известном способе неуравновешенную массу беззубцового полусферического резонатора из кварцевого стекла измеряют с помощью пьезоэлектрического датчика, рассчитывают неуравновешенную массу путем математической обработки полученных экспериментальных данных и удаляют неуравновешенную массу ионным лучом с поверхности полусферической оболочки резонатора.

Недостатком прототипа является низкая производительность процесса балансировки, связанная с небольшой скоростью удаления материала потоком ионов. По оценке авторов время балансировки может составить несколько десятков часов. Другим недостатком является неравномерное по окружному углу ухудшение качества поверхности, связанное с возникновением дефектов при ионно-плазменном травлении, которое может повлечь уменьшение добротности резонатора.

Раскрытие изобретения

Задачей и техническим результатом предлагаемого способа является устранение недостатков прототипа, а именно существенное уменьшение времени и трудоемкости балансировки кварцевых полусферических резонаторов по первым четырем формам массового дефекта.

Результат достигается за счет химического растворения неуравновешенной массы с поверхности кварцевого полусферического резонатора, частично погруженного в травильный раствор. Заявленный способ балансировки кварцевого полусферического резонатора ВТГ заключается в химическом травлении частично погруженного резонатора радиуса R в течение времени, определяемого в соответствии с предварительно определенными (по результатам измерений) величинами параметров первых четырех форм массового дефекта резонатора (М₁, М₂, М₃, М₄, φ₁, φ₂, φ₃, φ₄).

При этом кварцевый полусферический резонатор устанавливают в положение, при котором ось его симметрии горизонтальна, а единый нуль окружного угла находится в нижнем положении, поворачивают резонатор вокруг оси симметрии на угол Δφ относительно единого нуля окружного угла и в этом положении частично погружают резонатор в травильный раствор, выставляя удвоенный зенитный угол сферического сегмента обрабатываемой поверхности 2α, а затем проводят химическое травление в течение времени t.

При удалении 1-й формы массового дефекта величиной М₁ и ориентацией φ₁, устанавливают 2α=134°, Δφ=-φ₁, причем время химического травления составляет t₁=0,973М₁/(R²ν), где ν - удельная скорость растворения кварцевого стекла, определяемая экспериментально (принимается в формуле постоянным коэффициентом).

При удалении 2-й формы массового дефекта величиной М₂ и ориентацией φ₂, устанавливают 2α=104°, проводят химическое травление в течение времени затем поворачивают резонатор вокруг оси на 180° и проводят химическое травление в течение времени t₂. Величину определяют по формуле

а величину по формуле

При удалении 3-й формы массового дефекта величиной М₃ и ориентацией φ₃ устанавливают 2α=86°, Δφ=-φ₃, проводят химическое травление в течение времени t₃=0,422М₃/(R²ν), затем дважды последовательно в одном направлении поворачивают резонатор на 120° вокруг оси симметрии и в каждом угловом положении проводят химическое травление в течение времени t₃.

При удалении 4-й формы массового дефекта величиной M₄ и ориентацией φ₄ устанавливают величиной 2α=66°, проводят химическое травление в течение времени затем трижды последовательно в одном направлении поворачивают резонатор на 90° вокруг оси симметрии и в каждом угловом положении проводят химическое травление в течение времени t₄. Величину определяют по формуле

а величину - по формуле

Преимуществом заявленного способа является малое время и низкая трудоемкость балансировки кварцевых полусферических резонаторов. Кроме того, заявленный способ исключает появление поверхностных механических дефектов, обеспечивая сохранение добротности резонатора.

Перечень фигур

На фиг. 1 показана схема расположения резонатора в ванне с травильным раствором (фронтальный вид и вид сбоку).

Осуществление изобретения

Кварцевый полусферический резонатор ВТГ 1 радиуса R с предварительно определенными на испытательном стенде значениями параметров 1, 2, 3, 4 форм массового дефекта М₁, М₂, М₃, М₄, φ₁, φ₂, φ₃, φ₄, согласно фиг. 1. устанавливают в положение, при котором ось его симметрии ОВ горизонтальна, а единый нуль окружного угла находится в нижнем положении, поворачивают резонатор вокруг оси симметрии на угол Δφ относительно единого нуля окружного угла и в этом положении частично погружают резонатор в травильный раствор 2, устанавливая удвоенный зенитный угол сферического сегмента обрабатываемой поверхности 2α, а затем проводят химическое травление в течение времени t. В ходе химического травления с обрабатываемой поверхности S резонатора удаляется слой стекла массой m

где ν - экспериментально определяемая удельная скорость растворения кварцевого стекла, величина которой зависит от состава и температуры травильного раствора.

Угловая зависимость снимаемой с боковой поверхности резонатора массы имеет вид:

где ρ - плотность материала резонатора; d - толщина растворенного слоя; α - зенитный угол сферического сегмента резонатора, погруженного в травильный раствор; θ - полярный угол точки резонатора на поверхности раствора в сферической системе координат.

Разложим m(φ; α) в ряд Фурье по окружному углу φ, удерживая первые четыре гармоники:

где

Коэффициент C₀ характеризует равномерно распределенную по углу φ массу, удаляемую с поверхности резонатора, величина которой не влияет на точность работы ВТГ.

При балансировке резонатора необходимо удалять первые четыре формы дефекта распределения массы резонатора поочередно и независимо друг от друга. При этом следует учитывать, что балансировка любой k-й гармоники приводит к появлению кратных гармоник с номерами n·k (n=2, 3, 4…). Таким образом, при устранении 1-й формы дефекта масс образуются гармоники с номерами 2, 3, 4, …, а при устранении 2-й формы - все четные гармоники. Балансировка 3-й и 4-й форм дефекта влечет за собой появление лишь старших гармоник с номерами свыше четвертого номера, не влияющих на характеристики ВТГ. Поэтому следует балансировать сначала последовательно 1-ю и 2-ю гармоники, а затем в произвольном порядке - 3-ю и 4-ю гармоники.

Если осуществлять N-кратную химическую обработку части поверхности полусферы, последовательно поворачиваемой на угол 2π/N вокруг оси симметрии, угловое распределение химически удаляемой массы будет иметь вид

При устранении 1-й формы дефекта невозможно подобрать такой зенитный угол α, при котором одновременно С₂=С₃=С₄=0. Вместе с тем, α₁=67° коэффициент С₃=0, но при этом возникают дополнительные дефекты по 2-й и 4-й формам массового дефекта:

где величины k=0, 1, 2, 4 приведены в табл. 1.

Таким образом, при устранении 1-й формы массового дефекта полусферический резонатор устанавливают в положение, когда Δφ=-φ₁, а удвоенное значение зенитного угла 2α=134°. Время химического травления резонатора при удалении 1-й формы массового дефекта резонатора составляет t₁=0,973М₁/(R²ν), а возникшие при этом дополнительные дефекты согласно (11) удаляют при балансировке полусферического резонатора по 2-й и 4-й формам массового дефекта.

При устранении 2-й формы массового дефекта полусферического резонатора оптимальное значение зенитного угла сферического сегмента составляет α=α₂=52°, когда С₄≈0. Обработку поверхности резонатора проводят в два этапа. Сначала в установленном положении резонатора химически удаляют половину требуемой массы, затем поворачивают резонатор вокруг оси симметрии на 180° и химически удаляют оставшуюся половину дефектной массы. При этом только коэффициенты С₀ и С₂ отличны от нуля, т.е. избирательно устраняется 2-я форма дефекта распределения массы резонатора:

где k=0,2 (см. табл. 1). Время химического травления в каждом положении резонатора составляет Величину определяют по формуле (2), а величину - по формуле (3).

Устранение 3-й формы массового дефекта полусферического резонатора проводят в три этапа при α=α₃=43°, последовательно поворачивая его дважды в одном и том же направлении на 120° вокруг оси симметрии относительно начальной ориентации Δφ=-φ₃. В каждом положении резонатора химически удаляется 1/3 часть общей удаляемой массы:

где k=0,3 (см. табл. 1). Время химического травления в каждом положении резонатора составляет t₃=0,422M₃/(R²ν).

Устранение 4-й формы массового дефекта полусферического резонатора осуществляется в четыре этапа, при α=α₄=34°, последовательно поворачивая его трижды в одном и том же направлении на 90° вокруг оси симметрии относительно начальной ориентации На каждом этапе химически удаляется 1/4 часть общей удаляемой массы:

где k=0,4 (см. табл. 1). Время химического травления в каждом положении резонатора составляет Величину определяют по формуле (4), а величину - по формуле (5).

Пример осуществления способа

Поясним процедуру удаления массового дисбаланса кварцевого полусферического резонатора следующим примером. Проводят устранение предварительно определенного массового дефекта 3-й формы величиной М₄=10 мг в полусферическом резонаторе радиусом R=3 см, изготовленном из кварцевого стекла. Пусть ориентация данной формы массового дефекта относительно условного нуля резонатора составляет φ₃=10°.

Кварцевый полусферический резонатор ВТГ 1 с предварительно определенными значениями параметров 3-й формы массового дефекта устанавливают в положение, при котором ось его симметрии горизонтальна, а единый нуль окружного угла находится в нижнем положении. Поворачивают резонатор вокруг оси симметрии на угол Δφ=-10° относительно единого нуля окружного угла и в этом положении частично погружают резонатор в травильный раствор 2, устанавливая удвоенный зенитный угол сферического сегмента обрабатываемой поверхности 2α=86° (фиг. 1). В качестве травильного раствора могут быть использованы известные специалистам водные растворы плавиковой кислоты или растворы солей плавиковой кислоты в серной кислоте [Альтах О.Л., Саркисов П.Д. Шлифование и полирование стекла и стеклоизделий. М.: Высшая школа, 1988. 231 с.]. Авторами был использован раствор следующего состава:

бифторид аммония	5,6%
серная кислота (96%)	59,4%
вода	35%

Определенная экспериментально скорость травления кварцевого стекла в растворе данного состава при 22°C составляет 5·10^-5 г/см²·мин. [Б.С. Лунин, С.Н. Торбин, М.Н. Данчевская, И.В. Батов, Влияние нарушенного поверхностного слоя на добротность резонаторов из кварцевого стекла // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 2. Химия. 1994. Т. 35. №1. С. 24-28]. Проводят химическое травление частично погруженного резонатора в течение времени t₃=0,422M₃/R²ν=9,38 мин. Затем дважды последовательно в одном и том же направлении поворачивают резонатор на 120° вокруг оси симметрии и в каждом угловом положении проводят химическое травление в течение времени t₃. После химической обработки резонатор промывают дистиллированной водой и сушат.

Удаление других форм массового дефекта резонатора проводят аналогичным образом.

Предложенная процедура удаления неуравновешенной массы позволяет балансировать кварцевый полусферический резонатор ВТГ по 1, 2, 3, 4-й формам его массового дефекта с низкой трудоемкостью (по сравнению с прототипом). Из приведенного примера следует, что общее время обработки в предложенном способе составляет около 30 минут. По оценке авторов при удалении такой же неуравновешенной массы ионно-плазменным травлением (прототип) необходимо около 20…30 часов. Таким образом, время и трудоемкость балансировки кварцевых полусферических резонаторов ВТГ предложенным способом может снизиться до 40…60 раз.

1. Способ балансировки кварцевого полусферического резонатора волнового твердотельного гироскопа по предварительно определенным величинам параметров первых четырех форм массового дефекта резонатора, отличающийся тем, что кварцевый полусферический резонатор радиуса R устанавливают в положение, при котором ось его симметрии горизонтальна, а единый нуль окружного угла находится в нижнем положении, поворачивают резонатор вокруг оси симметрии на угол Δφ относительно единого нуля окружного угла и в этом положении частично погружают резонатор в травильный раствор, устанавливая удвоенный зенитный угол сферического сегмента обрабатываемой поверхности 2α, а затем проводят химическое травление в течение времени t.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при устранении 1-й формы массового дефекта величиной М₁ и ориентацией φ₁ устанавливают 2α=134°, Δφ=-φ₁, причем время химического травления составляет t₁=0,973М₁/(R²ν), где ν - экспериментально определяемый постоянный коэффициент.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при устранении 2-й формы массового дефекта величиной М₂ и ориентацией φ₂ устанавливают 2α=104°, $Δ ϕ = - ϕ_{2}^{(1)}$ , проводят химическое травление в течение времени $t_{2} = 0,506 M_{2}^{(1)} / (R^{2} ν)$ , затем поворачивают резонатор вокруг оси на 180° и проводят химическое травление в течение времени t₂. Величину $ϕ_{2}^{(1)}$ определяют по формуле $ϕ_{2}^{(1)} = \frac{1}{2} a r c t g \frac{M_{2} \sin 2 ϕ_{2}}{M_{2} \cos 2 ϕ_{2} - 0,478 M_{1}}$ , а величину $M_{2}^{(1)}$ - по формуле $M_{2}^{(1)} = \sqrt{{(M_{2} \cos 2 ϕ_{2} - 0,478 M_{1})}^{2} + M_{2}^{2} \sin^{2} 2 ϕ_{2}}$ .

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при устранении 3-й формы массового дефекта величиной М₃ и ориентацией φ₃ устанавливают 2α=86°, Δφ=-φ₃, проводят химическое травление в течение времени t₃=0,422М₃/(R²ν), затем дважды последовательно в одном направлении поворачивают резонатор на 120° вокруг оси симметрии и в каждом угловом положении проводят химическое травление в течение времени t₃.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при устранении 4-й формы массового дефекта величиной М₄ и ориентацией φ₄ устанавливают величиной 2α=66°, $Δ ϕ = - ϕ_{4}^{(1)}$ , проводят химическое травление в течение времени $t_{4} = 0,405 M_{4}^{(1)} / (R^{2} ν)$ , затем трижды последовательно в одном направлении поворачивают резонатор на 90° вокруг оси симметрии и в каждом угловом положении проводят химическое травление в течение времени t₄. Величину $ϕ_{4}^{(1)}$ определяют по формуле $ϕ_{4}^{(1)} = \frac{1}{2} a r c t g \frac{M_{4} \sin 4 ϕ_{4}}{M_{4} \cos 4 ϕ_{4} - 0,217 M_{1}}$ , а величину $M_{4}^{(1)}$ - по формуле $M_{4}^{(1)} = \sqrt{{(M_{4} \cos 4 ϕ_{4} + 0,217 M_{1})}^{2} + M_{4}^{2} \sin^{2} 2 ϕ_{4}}$ .

Похожие патенты:

Вибрационный гироскоп // 2577553

Изобретение относится к области навигационной техники, а именно к конструкции микромеханических вибрационных гироскопов. Вибрационный гироскоп содержит дисковый ротор в упругом подвесе в виде пружины, связывающей ротор с неподвижной опорой, и статоры с электродами привода крутильных колебаний ротора и емкостных датчиков для определения его угловых смещений относительно двух взаимно перпендикулярных осей, ортогональных к оси крутильных колебаний ротора.

Микромеханический вибрационный гироскоп // 2561006

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при создании таких средств измерения угловой скорости движения основания, как вибрационные гироскопы.

Способ балансировки металлического беззубцового резонатора волнового твердотельного гироскопа // 2560755

Изобретение относится к балансировке металлических резонаторов твердотельных волновых гироскопов (ВТГ) и может быть использовано при производстве навигационных приборов различного назначения.

Чувствительный элемент микросистемного гироскопа // 2556334

Изобретение относится к измерительной технике. Чувствительный элемент микросистемного гироскопа содержит корпусную кремниевую пластину, симметрично расположенные внутри друг друга и разделенные равномерными зазорами внешнюю и внутреннюю подвижные рамки, при этом внешняя рамка соединена с корпусной кремниевой пластиной и с внутренней рамкой посредством упругих торсионов, продольные оси каждой пары торсионов взаимно перпендикулярны, между корпусной кремниевой пластиной и подвижными рамками образован посредством сквозного анизотропного травления зазор, на одну сторону корпусной кремниевой пластины жестко присоединена изоляционная обкладка с нанесенными на нее неподвижными проводящими электродами электростатического силового преобразователя, задающего принудительные колебания внутренней рамки, при этом на обе стороны корпусной кремниевой пластины присоединены изоляционные обкладки, на которые нанесены электроды электростатического силового преобразователя, задающего принудительные колебания внутренней рамки, электроды емкостного преобразователя перемещений и электроды силового электростатического преобразователя обратной связи, внешняя подвижная рамка является подвижным проводящим электродом электростатического силового преобразователя обратной связи, компенсирующего момент от действия кориолисовой силы, и подвижным проводящим электродом емкостного преобразователя перемещений.

Гиродатчик и способ его изготовления // 2555201

Настоящее изобретение раскрывает устройство и способ изготовления гиродатчика (2), содержащего: чувствительный элемент (4), предназначенный для вибрирования; держатель (8) электродов, на котором могут быть размещены электроды (20) для возбуждения чувствительного элемента (4) и электроды (20) для обнаружения вибрации чувствительного элемента (4); и опорные стержни (16), предназначенные для поддержки держателя (8) электродов; отличающегося тем, что опорные стержни (16) имеют по меньшей мере один выступающий конец (17).

Кориолисов гироскоп, содержащий корректировочные модули, и способ уменьшения квадратурного искажения // 2554312

Кориолисов гироскоп (1) включает в себя систему масс, в которой могут возбуждаться колебания параллельно первой оси, при этом может регистрироваться отклонение системы масс вследствие кориолисовой силы вдоль второй оси, которая проходит перпендикулярно первой оси, и по меньшей мере один первый корректировочный модуль (30) и по меньшей мере один второй корректировочный модуль (40), которые соответственно содержат множество неподвижных корректировочных электродов (31, 32, 41, 42) и подвижных корректировочных электродов (24, 25, 26, 27), при этом неподвижные корректировочные электроды (31, 32, 41, 42) проходят в направлении первой оси и жестко соединены с подложкой посредством соответствующих анкерных структур (33, 43), а подвижные корректировочные электроды (24, 25, 26, 27) образуют часть системы масс.

Вибрационный гироскоп и способ его изготовления // 2547661

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано, например, в системах ориентации и навигации летательных аппаратов. Технический результат - повышение надежности.

Способ установки кольцевого зазора при сборке волнового твердотельного гироскопа // 2546987

Изобретение относится к технологии сборки волновых твердотельных гироскопов (ВТГ) и может быть использовано при производстве навигационных приборов и систем для самолетов, катеров, космических аппаратов, бурильных установок.

Твердотельный волновой гироскоп // 2544870

Изобретение относится к гироскопии и может быть использовано в системах средней точности инерциального управления объектами бескарданного типа. Твердотельный волновой гироскоп содержит цилиндрический резонатор, смонтированный в корпусе, и расположенные на нижней пластине восемь пьезоэлементов, закрепленных с помощью клея.

Способ определения параметров волнового твердотельного гироскопа // 2544308

Предлагаемый способ может быть использован при изготовлении и подготовке к работе волновых твердотельных гироскопов (ВТГ). Определение параметров ВТГ заключается в том, что измеряют амплитуды колебаний резонатора на частотах вблизи резонанса в стационарных режимах, по измеренным значениям амплитуд колебаний и частот формируют вектор и матрицу с линейными относительно амплитуд элементами.

Камертонный микрогироскоп // 2580871

Изобретение относится к микросистемным гироскопам камертонного типа. Предложенный камертонный микрогироскоп содержит корпусную монокремниевую пластину и две чувствительные массы, каждая из которых подвешена с помощью упругих растяжек на консолях, которые, в свою очередь, жестко закреплены на центральной балке. На неподвижных обкладках микрогироскопа выполнены проводящие электроды. Поверхности указанных проводящих электродов, а также поверхности чувствительных масс выполнены пористыми. Причем поры заполнены проводящим материалом, значение плотности которого превышает значение плотности пористого материала. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности микромеханического гироскопа. 4 ил.

Микроэлектромеханическая система для датчика угловой скорости // 2580879

Изобретение относится к измерениям угловой скорости, а именно к микроэлектромеханической системе (МЭМС) для датчика угловой скорости. МЭМС помещена между первой и второй композитными пластинами типа кремний-изолятор, состоящими из множества структурированных кремниевых элементов, электрически изолированных друг от друга изоляционным материалом. МЭМС содержит монокристаллическую кремниевую подложку, структурированную для формирования детекторной системы и рамки, причем детекторная система полностью отделена от окружающей ее рамки, расположенной между сопряженными с ней поверхностями первой и второй композитных пластин, так что детекторная система герметизирована в полости, сформированной первой и второй композитными пластинами и рамкой. При этом детекторная система содержит две сейсмические массы, каждая из которых имеет переднюю и заднюю поверхности; две приводные перемычки, каждая из которых имеет первый конец, соединенный с сейсмической массой, и второй конец, соединенный с первой и второй композитными пластинами посредством фиксированных пьедесталов, выполненных на кремниевой подложке, и работающую на изгиб пружину, непосредственно соединяющую между собой две сейсмические массы и выполненную с возможностью синхронизации их первичного движения. Каждая сейсмическая масса имеет первую вращательную степень свободы относительно оси, по существу, перпендикулярной плоскости кремниевой подложки, а сейсмические массы и приводные перемычки сформированы с возможностью иметь вторую вращательную степень свободы относительно оси, по существу, совпадающей с продольной осью приводных перемычек. Детекторная система содержит также средство для генерирования и детектирования первичного движения, состоящего в первичных осцилляциях двух сейсмических масс, в противофазе, в соответствии с первой вращательной степенью свободы, и средство для детектирования вторичного движения, состоящего во вторичных осцилляциях двух сейсмических масс, в противофазе, в соответствии со второй вращательной степенью свободы. При этом средство для генерирования и детектирования первичного движения и средство для детектирования вторичного движения сформированы на передней и на задней поверхностях каждой из первой и второй сейсмических масс, а детекторная система выполнена с возможностью возникновения в ней, при придании системе угловой скорости вокруг третьей оси, по существу, лежащей в плоскости кремниевой подложки и перпендикулярной продольной оси перемычек, силы Кориолиса, вызывающей вторичные осцилляции сейсмических масс. Изобретение обеспечивает повышение точности и стабильности измерений. 15 з.п. ф-лы, 11 ил.

Модифицированный микроакустомеханический гироскоп // 2582483

Изобретение относится к акустоэлектронным приборам, предназначенным для преобразования угловой скорости вращения основания в электрический сигнал. Сущность изобретения заключается в том, что на внешней поверхности несущего основания выполнен трапецеидальный выступ, размещенный зеркально трапецеидальному выступу на внутренней поверхности несущего основания и совпадающий с ним по форме и размерам, тонкая пленка из пьезоэлектрика с установленной на ней регулярной структурой инерционных масс и измерительными встречно-штыревыми преобразователями для каждого из направлений вращения несущего основания установлены на поверхности малого основания трапецеидального выступа, выполненного на внешней поверхности несущего основания, на поверхности малого основания трапецеидального выступа, выполненного на внутренней поверхности несущего основания, дополнительно установлены тонкая пленка из пьезоэлектрика с установленной на ней регулярной структурой инерционных масс, размещенных в шахматном порядке, и измерительными встречно-штыревыми преобразователями для каждого из направлений вращения несущего основания, при этом на боковых поверхностях трапецеидального выступа, выполненного на внешней поверхности несущего основания, дополнительно симметрично друг другу установлены активные пьезоэлектрические преобразователи, которые обеспечивают возбуждение продольных акустических волн в материале несущего основания в направлениях, определяемых углом, заданным положением боковых поверхностей трапецеидального выступа относительно внутренней поверхности несущего основания, и в противофазе по отношению к активным пьезоэлектрическим преобразователям, размещенным на боковых поверхностях трапецеидального выступа на внутренней поверхности несущего основания, выходы измерительных встречно-штыревых преобразователей, размещенных на поверхности малых оснований трапецеидальных выступов, расположенных по обе стороны несущего основания, попарно электрически соединены со входами сумматоров, а выходы последних электрически соединены со входами сумматоров, соответственно для каждого из направлений вращения несущего основания. Технический результат - расширение функциональных возможностей и повышение уровня полезного сигнала по сравнению с уровнем шумовых сигналов. 5 ил.

Способ компенсации систематических составляющих дрейфа гироскопических датчиков // 2598155

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при построении одноосных и трехосных измерителей параметров движения - угловых скоростей и линейных ускорений для инерциальных навигационных систем и пилотажных систем управления подвижных объектов. Заявлен способ компенсации температурной зависимости систематических составляющих дрейфа гироскопических датчиков, включающий измерение в заводских условиях, в процессе отладки чувствительных элементов, значения систематических составляющих в виде нулевых сигналов и масштабных коэффициентов при фиксированных значениях ряда температур в рабочем диапазоне, описание кусочно-линейной или полиномной аппроксимацией зависимости нулевого сигнала и масштабного коэффициента от температуры. При этом измерение систематических составляющих в виде нулевых сигналов и масштабных коэффициентов при фиксированных значениях ряда температур в рабочем диапазоне осуществляют в процессе по меньшей мере двух запусков чувствительных элементов. Рассчитывают средние значения нулевых сигналов и масштабных коэффициентов при фиксированных значениях ряда температур в рабочем диапазоне, полученных в запусках. По полученным средним значениям определяют коэффициенты кусочно-линейной или полиномной аппроксимации температурной зависимости. Затем эти коэффициенты записывают в микроконтроллер для возможности осуществления алгоритмической компенсации температурной зависимости нулевых сигналов и масштабных коэффициентов в процессе эксплуатации. Технический результат - повышение точностных характеристик гироскопических датчиков. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Микромеханический датчик угловой скорости с цифровым выходом // 2602407

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к измерительной технике, и предназначено для измерения угловой скорости, например, в системах управления, навигации, стабилизации и наведения. Инерционные массы (1, 2), на поверхности которых напылены токопроводящие дорожки (19, 20), размещены на упругих элементах подвеса (3, 4) в зазоре между двумя постоянными магнитами (6). Датчики положения состоят из пар излучателей (11, 12, 15, 16) и фотоприемников (17, 18) или двухсегментных фотоприемников (13, 14). Инерционные массы (1, 2) совершают автоколебания под действием знакопеременного сигнала, формируемого в цепи обратной связи, состоящей из триггеров Шмидта (28, 32), амплитудных детекторов (29, 33) и сумматоров (27, 31). Наличие входного воздействия приводит к смещению центра колебаний инерционных масс и возникновению временной модуляции выходного сигнала, получаемого после обработки на микроконтроллере (30). Технический результат заключается в большей помехозащищенности и измерении угловых скоростей с большей точностью и расширенным частотным диапазоном. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Твердотельный волновой гироскоп // 2622238

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к гироскопии, и может быть использовано в системах управления. Твердотельный волновой гироскоп содержит герметичный корпус, состоящий из кожуха и основания с выводами, во внутренней полости которого установлен центрирующий элемент, обеспечивающий соосное расположение резонатора, емкостной системы регистрации колебаний оболочки резонатора и электромагнитной системы возбуждения и поддержания колебаний оболочки резонатора, при этом электромагнитная система возбуждения и поддержания колебаний оболочки резонатора выполнена в виде электромагнитов, сердечники которых имеют П-образную форму, равномерно расположенных по окружности оболочки резонатора, причем плоскость симметрии каждого электромагнита, проходящая через полюса, параллельна оси симметрии резонатора и проходит через нее. Технический результат – повышение точности и сокращение времени измерений. 9 ил.

Интегральный микромеханический гироскоп // 2630542

Изобретение относится к гироскопическим приборам, а именно к датчикам угловой скорости, основанным на Кориолисовых силах, и может быть использовано для измерения угловой скорости. Интегральный микромеханический гироскоп, выполненный из полупроводникового материала, содержит рамку, закрепленную на диэлектрическом основании в неподвижных анкерах через упругие перемычки (4). На рамке выполнены гребенчатые структуры вибропривода. Первое промежуточное тело (7) закреплено на упругих перемычках (9) внутри рамки. Первое инерционное тело (11) расположено на упругих перемычках (12) внутри первого промежуточного тела (7) и связано с неподвижными анкерами (13) через упругие перемычки (14). На первом инерционном теле (1) выполнены подвижные части сенсорных электродов (15), неподвижные части которых закреплены на диэлектрическом основании. Анкеры, неподвижные части вибропривода, неподвижные части сенсорных электродов зафиксированы на диэлектрическом основании. Внутри рамки дополнительно расположено второе промежуточное тело (8), которое связано с рамкой через упругие перемычки (10). Второе инерционное тело (16) расположено внутри второго промежуточного тела (8) и связано с ним через упругие перемычки (17), а также связано с неподвижными анкерами (18) через упругие перемычки (19). Под вторым инерционным телом (16) расположен неподвижный планарный электрод, закрепленный на диэлектрическом основании. Данное изобретение позволяет проводить измерения двух составляющих угловой скорости. 1 ил.

Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков // 2635846

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в одноосных и трехосных измерителях угловых скоростей и линейных ускорений, используемых в инерциальных навигационных системах и в пилотажных системах управления подвижными объектами в качестве датчиков первичной информации. Технический результат – повышение точности. Для этого компенсацию дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков осуществляют путем выделения компенсирующего сигнала из измеряемого по результатам сравнения измеряемого сигнала с заданным уровнем и последующей корректировкой измеряемого сигнала с помощью выделенного компенсирующего сигнала, при этом выделение компенсирующего сигнала осуществляется путем фильтрации измеряемого сигнала, накопления отфильтрованного сигнала, его осреднения, сравнения с заданным уровнем, накоплением массива выделенного сигнала, его осреднения, прогнозирования, сравнения прогнозируемого сигнала с заданным уровнем и по результатам сравнения при превышении заданного уровня сигнала в качестве компенсирующего сигнала принимается спрогнозированный сигнал, а при непревышении заданного уровня сигнала спрогнозированный сигнал в качестве компенсирующего не принимается. Изобретение позволяет решить задачу путем компенсации дрейфа нулевого сигнала в процессе эксплуатации прибора за счет выделения нулевого сигнала из измеряемого по результатам сравнения измеряемого сигнала с заданным уровнем, прогнозирования компенсационного сигнала, контроля его уровня и последующей корректировки измеряемого сигнала с помощью выделенного компенсационного сигнала. Исследования показали, что за счет использования предложенного изобретения удалось почти на порядок уменьшить накапливаемую угловую погрешность курсового угла в микромеханическом гироскопе STIM-210 норвежской фирмы Sensonor. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.