RU2018133C1 - Inertial primary information sensor - Google Patents
Inertial primary information sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2018133C1 RU2018133C1 RU92013641A RU92013641A RU2018133C1 RU 2018133 C1 RU2018133 C1 RU 2018133C1 RU 92013641 A RU92013641 A RU 92013641A RU 92013641 A RU92013641 A RU 92013641A RU 2018133 C1 RU2018133 C1 RU 2018133C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- inner frame
- frame
- sensor
- base
- Prior art date
Links
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 10
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 10
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 5
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 5
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к вибрационным датчикам угловой скорости и датчикам линейного ускорения для инерциальной навигации. The invention relates to measuring equipment, namely to vibration sensors for angular velocity and linear acceleration sensors for inertial navigation.
Известен вибрационный датчик угловой скорости, имеющий основание, установленный на нем с помощью торсиона камертонный резонатор, установленные на основании и ножках камертона элементы системы возбуждения колебаний камертонного резонатора, датчик угла поворота торсиона [1]. Known vibrational angular velocity sensor having a base mounted on it using a torsion fork tuning fork, mounted on the base and legs of the tuning fork elements of the excitation system of the tuning fork resonator, a rotation angle sensor of the torsion bar [1].
Такой датчик угловой скорости имеет существенные габаритные размеры вследствие пространственности его конструкции. Such an angular velocity sensor has significant overall dimensions due to the spatial nature of its design.
Значительную миниатюризацию конструкции обеспечивает выполненный по планарной технологии вибрационный датчик угловой скорости, который и принят за прототип. Датчик угловой скорости содержит корпус, основание, установленную в нем пластину, во внутренней области которой расположены соответственно от периферии к центру внешняя и внутренняя рамки, соединенные упругими перемычками с основанием и друг с другом так, что оси кручения перемычек образуют две взаимно перпендикулярные оси вращения рамок, содержащий генератор возбуждения колебаний рамок, силовые преобразователи возбуждения колебаний, датчик углового положения датчика угловой скорости [2]. Significant miniaturization of the design is ensured by a planar technology vibrational angular velocity sensor, which is adopted as a prototype. The angular velocity sensor includes a housing, a base, a plate installed in it, in the inner region of which the outer and inner frames are located, respectively, from the periphery to the center, connected by elastic jumpers to the base and to each other so that the torsion axes of the jumpers form two mutually perpendicular axes of rotation of the frames comprising an oscillation excitation generator of frames, power oscillation excitation transducers, an angular position sensor of an angular velocity sensor [2].
Недостатком этого датчика инерциальной первичной информации является ограничение по точности вследствие лимитации гироскопического момента из-за того, что внутренняя рамка, как чувствительный элемент датчика угловой скорости, имеет малый момент инерции, так как она расположена в центральной части пластины. Кроме того, с помощью такого датчика нельзя измерить линейные ускорения. The disadvantage of this inertial primary information sensor is the accuracy limitation due to the limitation of the gyroscopic moment due to the fact that the inner frame, as a sensitive element of the angular velocity sensor, has a small moment of inertia, since it is located in the central part of the plate. In addition, with the help of such a sensor, linear accelerations cannot be measured.
Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей датчика инерциальной первичной информации. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements and expand the functionality of the sensor inertial primary information.
Данная цель достигается в датчике инерциальной первичной информации, содержащем корпус, основание, установленную в нем пластину, во внутренней области которой расположены соответственно от периферии к центру внешняя и внутренняя рамки, соединенные упругими перемычками с основанием и друг с другом так, что оси кручения перемычек образуют две взаимно перпендикулярные оси вращения рамок, содержащий генератор возбуждения колебаний рамок, силовые преобразователи возбуждения колебаний, датчик положения датчика угловой скорости, тем, что в него введена вторая пластина, первая пластина выполнена утолщенной по сравнению с второй, в ее внутренней области образована внутренняя рамка, отделенная по периферии от первой пластины и соединенная с ней расположенными на двух противоположных сторонах и проходящими от верхней части первой пластины к верхней части ее внутренней рамки упругими перемычками, осями кручения которых образована первая ось вращения; вторая пластина выполнена в виде внешней рамки, во внутренней части которой образована внутренняя рамка, отделенная от внешней рамки по периферии и связанная с ней упругими перемычками, расположенными на противопо- ложных сторонах внутренней рамки так, что осями кручения перемычек образована вторая ось вращения, внешняя рамка второй пластины расположена внутри первой пластины между ней и ее внутренней рамкой, первая пластина соединена с второй пластиной нижней стороной внутренней рамки первой пластины и верхней стороной внутренней рамки второй пластины, силовые преобразователи расположены на внутренней рамке, корпусе и основании, элементы датчика положения датчика угловой скорости расположены на корпусе, основании и внешней рамке, образован датчик положения акселерометра с элементами датчика положения на корпусе, основании и внешней рамке. This goal is achieved in the inertial primary information sensor containing a housing, a base, a plate installed in it, in the inner region of which the outer and inner frames are located, respectively, from the periphery to the center, connected by elastic jumpers to the base and to each other so that the torsion axes of the jumpers form two mutually perpendicular axes of rotation of the frames, containing a generator for exciting the oscillations of the frames, power converters for exciting the oscillations, a position sensor of the angular velocity sensor, so that a second plate is introduced therein, the first plate is thickened compared to the second one, an inner frame is formed in its inner region, separated from the first plate peripherally and connected to it located on two opposite sides and extending from the upper part of the first plate to the upper part of its inner frame elastic bridges, the torsion axes of which the first axis of rotation is formed; the second plate is made in the form of an outer frame, in the inner part of which an inner frame is formed, separated from the outer frame on the periphery and connected with elastic bridges located on the opposite sides of the inner frame so that the second axis of rotation is formed by the torsion axes of the bridges, the outer frame the second plate is located inside the first plate between it and its inner frame, the first plate is connected to the second plate with the lower side of the inner frame of the first plate and the upper side of the inner frame ki second plate, power converters are located on the inside of the frame, the housing and the base, the corner elements velocity sensor position sensor located on the housing bottom and the outer frame is formed with a position sensor accelerometer sensor elements of the position on the body, the base and the outer frame.
В развитие этой конструкции датчика инерциальной первичной информации первая и вторая пластины выполнены из монокристаллического кремния и соединены между собой сваркой кремния нижней стороны внутренней рамки первой пластины к верхней стороне внутренней рамки второй пластины. В дальнейшем модификации датчика элементы силовых преобразователей возбуждения колебаний выполнены на внешней и внутренних рамках, корпусе и основании. В одной из модификаций датчика элементы датчика положения акселерометра расположены на внешней и внутренней рамках, а также на корпусе и основании. In development of this design of the inertial primary information sensor, the first and second plates are made of monocrystalline silicon and are interconnected by silicon welding the lower side of the inner frame of the first plate to the upper side of the inner frame of the second plate. In the further modification of the sensor, the elements of the power transducers of the excitation of oscillations are made on the external and internal frames, housing and base. In one of the sensor modifications, the elements of the accelerometer position sensor are located on the external and internal frames, as well as on the body and base.
В усовершенствованной конструкции датчика инерциальной первичной информации силовые преобразователи выполнены электростатическими, датчики положения - емкостными, электроды силовых преобразователей и датчиков положения на первой и второй пластинах - единым электропроводным элементом. In the improved design of the sensor of inertial primary information, the power converters are electrostatic, the position sensors are capacitive, the electrodes of the power converters and position sensors on the first and second plates are a single conductive element.
Путем введения дополнительно к первой плоской пластине второй плоской пластины, выполнения первой пластины утолщенной по сравнению с второй, образования во внутренней области первой пластины внутренней рамки, отделенной по периферии от первой пластины и соединенной с ней расположенными на двух противоположных сторонах упругими перемыч- ками, осями кручения которых образована первая ось вращения, выполнения второй пластины в виде внешней рамки, во внутренней части которой образована внутренняя рамка, отделенная от внешней рамки по периферии и связанная с ней упругими перемычками, расположенными на противоположных сторонах внутренней рамки так, что осями кручения перемычек образована вторая ось вращения, расположения внешней рамки второй пластины внутри первой пластины между ней и ее внутренней рамкой, соединения первой пластины с второй пластиной нижней стороной внутренней рамки первой пластины и верхней стороной внутренней рамки второй пластины, расположения силовых преобразователей на внутренней рамке, корпусе и основании, расположения элементов датчика положения датчика угловой скорости на корпусе, основании и внешней рамке образован вибрационный датчик угловой скорости. By introducing, in addition to the first flat plate, a second flat plate, making the first plate thickened compared to the second, forming an inner frame in the inner region of the first plate of the first frame, separated along the periphery from the first plate and connected to it by elastic bridges, axes torsion of which the first axis of rotation is formed, the execution of the second plate in the form of an outer frame, in the inner part of which an inner frame is formed, separated from the outer frame by iferia and associated elastic bridges located on opposite sides of the inner frame so that the axis of torsion of the bridges forms a second axis of rotation, the location of the outer frame of the second plate inside the first plate between it and its inner frame, the connection of the first plate to the second plate with the lower side of the inner frame the first plate and the upper side of the inner frame of the second plate, the location of the power converters on the inner frame, the housing and the base, the location of the sensor elements pos An angular velocity sensor is formed on the housing, base and outer frame of the vibrational angular velocity sensor.
Путем выполнения первой пластины, утолщенной по сравнению с второй пластиной, образования в ее внутренней области внутренней рамки, отделенной по периферии от первой пластины, соединения периферийной части первой пластины с ее внутренней рамкой расположенными на двух противоположных сторонах и проходящими от верхней части первой пластины к верхней части ее внутренней рамки упругими перемычками, осями кручения которых образована ось вращения, образования датчика положения акселерометра с элементами датчика положения на корпусе, основании и внешней рамки образован акселерометр. Так в одном устройстве выполнен датчик угловой скорости и акселерометр, что расширяет функциональные возможности датчика инерциальной первичной информации, как измерительного преобразователя угловой скорости и линейного ускорения. By making the first plate thickened in comparison with the second plate, forming in its inner region an inner frame separated at the periphery from the first plate, connecting the peripheral part of the first plate with its inner frame located on two opposite sides and extending from the top of the first plate to the top parts of its inner frame by elastic bridges, the axis of rotation of which is formed by the axis of rotation, the formation of the position sensor of the accelerometer with elements of the position sensor on the body, AANII and the outer frame is formed by an accelerometer. So in one device the angular velocity sensor and accelerometer are made, which expands the functionality of the inertial primary information sensor, as a measuring transducer of angular velocity and linear acceleration.
При выполнении датчика инерциальной первичной информации из двух пластин, первая из которых имеет внутреннюю рамку, соединенную упругими перемычками с внешней частью первой пластины, вторая пластина имеет внешнюю рамку и соединенную с ней упругими перемычками внутреннюю рамку, причем внутренние рамки обоих пластин соединены вместе, гироскопический момент действует на внешнюю рамку второй пластины. И так как внешняя рамка расположена по внешнюю сторону от внутренней рамки, то ее момент инерции относительно второй оси вращения больше, чем момент инерции внутренней рамки. Поэтому на внешнюю рамку действует больший гироскопический момент, что увеличивает угловое отклонение внешней рамки, повышает выходной сигнал датчика положения датчика угловой скорости при одинаковой величине угловой скорости и повышает точность измерения угловой скорости вследствие увеличения разрешающей способности датчика угловой скорости. When performing the inertial primary information sensor from two plates, the first of which has an internal frame connected by elastic jumpers to the outer part of the first plate, the second plate has an external frame and an internal frame connected by elastic jumpers, with the internal frames of both plates connected together, the gyroscopic moment acts on the outer frame of the second plate. And since the outer frame is located on the outside of the inner frame, its moment of inertia relative to the second axis of rotation is greater than the moment of inertia of the inner frame. Therefore, a greater gyroscopic moment acts on the outer frame, which increases the angular deviation of the outer frame, increases the output signal of the position sensor of the angular velocity sensor at the same angular velocity and increases the accuracy of measuring angular velocity due to an increase in the resolution of the angular velocity sensor.
Расположение элементов силовых преобразователей возбуждения колебаний на внешней рамке, корпуса и основании дает увеличение переменного кинетического момента ротора датчика угловой скорости, так как увеличивается действующий на внешнюю рамку момент, увеличивающий амплитуду колебаний. Увеличение кинемати- ческого момента роста повышает точность измерения угловой скорости, так как увеличивается полезный сигнал. The location of the elements of the power transducers of the excitation of oscillations on the outer frame, housing and base gives an increase in the variable kinetic moment of the rotor of the angular velocity sensor, since the moment acting on the outer frame increases, which increases the amplitude of the oscillations. An increase in the kinematic growth moment increases the accuracy of measuring the angular velocity, since the useful signal increases.
Еще более увеличивается кинематический момент и повышается точность измерения угловой скорости при расположении элементов силовых преобразователей на внешней и внутренней рамках, корпусе и основании вследствие увеличения момента, действующего относительно первой оси вращения. The kinematic moment increases even more and the accuracy of measuring angular velocity increases when the elements of the power converters are located on the external and internal frames, the housing and the base due to an increase in the moment acting relative to the first axis of rotation.
При расположении элементов датчика положения датчика угловой скорости на внешней рамке повышается точность измерения угловой скорости вследствие увеличения амплитуды перемещения элементов датчика относительно друг друга и, следовательно, увеличения выходного сигнала датчика положения и повышения его разрешающей способности. When the position elements of the position sensor of the angular velocity sensor on the outer frame, the accuracy of measuring angular velocity increases due to an increase in the amplitude of movement of the sensor elements relative to each other and, therefore, an increase in the output signal of the position sensor and increase its resolution.
Выполнение обеих пластин из кремния и соединение их внутренних рамок сваркой кремния позволяет устранить температурные деформации в местах соединения рамок, что повышает точность измерения угловой скорости вследствие уменьшения температурной погрешности. The execution of both silicon wafers and the connection of their internal frames by silicon welding eliminates temperature deformations at the joints of the frames, which increases the accuracy of measuring the angular velocity due to a decrease in temperature error.
При расположении элементов датчика положения акселерометра на внешней и внутренней рамках увеличивается величина выходного сигнала акселерометра, в результате чего повышается разрешающая способность акселерометра и точность измерения ускорения. When the elements of the accelerometer position sensor are located on the external and internal frames, the value of the accelerometer output signal increases, as a result of which the resolution of the accelerometer and the accuracy of acceleration measurement are increased.
Если силовые преобразователи выполнены электростатическими, датчики положения - емкостными, а элементы силовых преобразователей и датчиков положения на первой и второй пластинах - единым электропроводным элементом, то в этом случае увеличиваются площади элементов преобразователей и датчиков положения вследствие устранения токоподводящих элементов. При этом повышаются кинематический момент и разрешающая способность датчика угловой скорости и акселерометра, чем достигается повышение точности датчика угловой скорости и акселерометра. If the power transducers are electrostatic, the position sensors are capacitive, and the elements of the power transducers and position sensors on the first and second plates are a single conductive element, then in this case the areas of the transducers and position sensors increase due to the elimination of current-carrying elements. This increases the kinematic moment and the resolution of the angular velocity sensor and accelerometer, thereby increasing the accuracy of the angular velocity sensor and accelerometer.
На фиг. 1 представлен предлагаемый датчик, общий вид; на фиг.2 - то же, план без корпуса; на фиг.3 - корпус, план; на фиг.4 - основание, план; на фиг.5 - электрическая схема силовых преобразователей; на фиг.6 и 7 - электрические схемы датчиков положения датчиков угловой скорости и акселерометра соответственно; на фиг. 8 - сборочный узел, состоящий из первой и второй пластин в одном из вариантов выполнения силовых преобразователей и датчиков положения. In FIG. 1 shows the proposed sensor, General view; figure 2 is the same plan without a housing; figure 3 - case, plan; figure 4 - base plan; figure 5 is an electrical diagram of power converters; 6 and 7 are electrical circuits of the position sensors of the angular velocity sensors and the accelerometer, respectively; in FIG. 8 - an assembly consisting of first and second plates in one of the embodiments of power converters and position sensors.
Датчик инерциальной первичной информации содержит корпус 1, основание 2, в котором установлена первая пластина 3, имеющая в внутренней области отдельную от нее по периферии внутреннюю рамку 4 и соединенную с наружной частью первой пластины 3 упругими перемычками 5, 5′. Упругие перемычки 5, 5′ проходят по верхним частям первой пластины 3 и ее внутренней рамки 4. К первой пластине 3 прикреплена вторая пластина, имеющая внешнюю рамку 6 и отделенную от нее по периферии внутреннюю рамку 7. Первая пластина 3 выполнена утолщенной по сравнению с второй пластиной, и их соединение произведено между нижней стороной внутренней рамки 4 первой пластины 3 и верхней стороной внутренней рамки 7 второй пластины. Внешняя рамка 6 второй пластины расположена внутри первой пластины 3 между ней и ее внутренней рамкой 4 (фиг.2). The inertial primary information sensor comprises a housing 1, a
Упругие перемычки 5, 5′ расположены на двух противоположных сторонах внутренней рамки 4 и проходят к соответствующим сторонам первой пластины 3 так, что их оси кручения образуют первую ось Х-Х вращения внутренней рамки 4 вместе с внутренней рамкой 7 и наружной рамкой 6 второй пластины. Внутренняя рамка 7 второй пластины связана с внешней рамкой 6 двумя упругими перемычками 8, 8′, расположенными на двух противоположных сторонах от внутренней рамки 7 и проходящими к соответствующим сторонам внешней рамки 6 так, что оси кручения упругих перемычек 8, 8′ образуют вторую ось Y-Y вращения, обеспечивающую угловое перемещение внешней рамки 6 относительно внутренней рамки 7 второй пластины. Оси Х-Х и Y-Y вращения взаимно перпендикулярны. Ось Y-Y вращения расположена в плоскости симметрии второй пластины, проходящей параллельно плоскостям внешней рамки 6 и внутренней рамки 7 второй пластины. The
В случае выполнения первой и второй пластин из монокристаллического кремния внутренняя рамка 4, упругие перемычки 5, 5′, внешняя рамка 6, внутренняя рамка 7 второй пластины, упругие перемычки 8, 8′ образованы анизотропным травлением кремния, а соединение поверхностей внутренней рамки 7 второй пластины и внутренней рамки 4 первой пластины 3 выполнено сваркой кремния. In the case of the first and second wafers made of single-crystal silicon, the
Конструктивное выполнение силовых преобразователей и датчиков положения показано на примере электростатических силовых преобразователей и емкостных датчиков положения. The design of power converters and position sensors is shown by the example of electrostatic power converters and capacitive position sensors.
На внутренней рамке 4 выполнены подвижной электрод 9 первого силового преобразователя и подвижный электрод 10 второго силового преобразователя. На внешней рамке 6 второй пластины расположены подвижные электроды 11 и 12 датчика положения датчика угловой скорости и подвижные электроды 13 и 14 акселерометра. Аналогичные электроды выполнены на противоположной стороне внешней раки 6 и внутренней рамки 7 и соединены электрически с соответствующими электродами на первой стороне этих элементов. On the
На корпусе 1 образованы первый неподвижный электрод 15 первого силового преобразователя, первый неподвижный электрод 16 второго силового преобразователя, первые неподвижные электроды 17 и 18 датчика положения датчика угловой скорости и первые неподвижные электроды 19 и 20 датчика положения акселерометра (фиг.3). On the housing 1, the first
На основании 2 расположены второй неподвижный электрод 15' первого силового преобразователя, второй неподвижный электрод 16′ второго силового преобразователя, вторые неподвижные электроды 17′ и 18′ датчика положения датчика угловой скорости и вторые неподвижные электроды 19′ и 20′ датчика положения акселерометра (фиг.4). On the
Внешняя рамка 6 второй пластины и соединенные вместе внутренняя рамка 7 второй пластины и внутренняя рамка 4 первой пластины 3 образуют ротор вибрационного гироскопа. Соединенные вместе внутренняя рамка 7 второй пластины и внутренняя рамка 4 совместно с внешней рамкой 6 второй пластины образуют чувствительный элемент акселерометра, имеющий свободу углового движения относительно пластины 3 вокруг оси Х-Х. The
Возбуждение угловых колебаний ротора вибрационного гироскопа осуществляется с помощью электронного генератора 21, подключенного к двум электростатическим силовым преобразователям (фиг.5). Первый из них имеет подвижный электрод 9 на внутренних рамках 4 и 7 и неподвижные электроды 15, 15′ на корпусе 1 и основание 2 соответственно. Второй силовой преобразователь состоит из подвижного электрода 10 на внутренних рамках 4 и 7 и неподвижных электродов 16, 16′ на корпусе 1 и основании 2 соответственно. Генератор 21 имеет два выхода, соединенных общим проводом. Выходные сигналы генератора 21 являются однополярными периодическими импульсами. Фаза первого выходного сигнала сдвинута на 180о относительно фазы второго выходного сигнала. Общий провод генератора 21 подсоединен к подвижным электродам 9 и 10, один из выходов подключен к неподвижным электродам 15 и 16′, второй выход - к неподвижным электродам 15′ и 16 силовых преобразователей.The excitation of the angular oscillations of the rotor of the vibration gyroscope is carried out using an
Датчик положения датчика угловой скорости (фиг.6) выполнен в виде емкостного преобразователя по мостовой схеме, в одну из диагоналей которой включен генератор 22 переменной ЭДС. Конденсатор С1 образован соединенными вместе подвижными электродами 11 и 12 на внешней рамке 6 и соединенными вместе неподвижными электродами 17 и 18′ на корпусе 1 и основании 2 соответственно. Конденсатор С2 образован теми же соединенными вместе подвижными электродами 11 и 12 и соединенными вместе неподвижными электродами 17′ и 18 на основании 2 и корпусе 1 соответственно. Резисторы R1 и R2 образуют другие плечи моста. Сигнал датчика положения снимается с другой диагонали моста. The position sensor of the angular velocity sensor (Fig.6) is made in the form of a capacitive transducer according to a bridge circuit, one of the diagonals of which includes a
Датчик положения акселерометра (фиг.7) является емкостным преобразователем, выполненным по мостовой схеме, в одну из диагоналей которой включен генератор 23 переменной ЭДС. Конденсатор С3 образован соединенными вместе подвижными электродами 13 и 14 на внешней рамке 6 и соединенным вместе неподвижными электродами 19′, 20 на основании 2 и корпусе 1 соответственно. Конденсатор С4 образован теми же соединенными вместе подвижными электродами 13 и 14 на внешней рамке 16 и соединенными вместе неподвижными электродами 19 и 20′ на корпусе 1 и основании 2 соответственно. Резисторы R3 и R4 образуют другие плечи моста. Выходной сигнал датчика положения снимается с второй диагонали моста. The accelerometer position sensor (Fig. 7) is a capacitive transducer made according to a bridge circuit, one of the diagonals of which includes a
При выполнении электродов силовых преобразователей и датчиков положения на первой и второй пластинах единым электропроводным элементом электроводная поверхность 24 выполняет роль подвижных электродов 9...14 силовых преобразователей и датчиков положения на внешней рамке 6 и внутренней рамке 7 второй пластины и внутренней рамке 4 первой пластины 3 (фиг.8). В случае использования монокристаллического кремния в качестве материала первой и второй пластин их поверхности служат в качестве электропроводной поверхности 24. When performing electrodes of power converters and position sensors on the first and second plates with a single conductive element, the
При выполнении элементов силовых преобразователей на внешней 6 и внутренней 4 рамках или элементов датчика положения акселерометра на внешней 6 и внутренней 4 рамках перераспределяются или увеличиваются площади, занимаемые электродами 9...14. When performing elements of power converters on the outer 6 and inner 4 frames or elements of the accelerometer position sensor on the outer 6 and inner 4 frames, the areas occupied by the
Датчик инерциальной первичной информации работает следующим образом. The inertial primary information sensor operates as follows.
При поступлении с первого выхода генератора 21 напряжения на электроды 9 и 15 первого силового преобразователя и электроды 10 и 16′ второго силового преобразователя электрод 9 притягивается электростатической силой к электроду 15, электрод 10 - к электроду 16′. Так как электроды 15 и 16′ расположены симметрично относительно первой оси Х-Х вращения и по разные стороны от поверхностей внутренней рамки 4, то возникающий момент электростатических сил вызывает поворот ротора вибрационного гироскопа в одну сторону. После того, как напряжение с первого выхода генератора 21 снимается, подается напряжение с второго выхода генератора 21 на электроды 9 и 15′ первого силового преобразователя и электроды 10 и 16 второго силового преобразователя. Так как электроды 15′ и 16 находятся на противоположных сторонах от электродов 15 и 16′, то под действием момента электростатических сил ротор вибрационного гироскопа поворачивается в другую сторону, противоположную повороту в первом указанном случае. Таким образом осуществляется колебательное угловое движение ротора вибрационного гироскопа относительно оси Х-Х и создается переменный кинетический момент ротора, вектор которого направлен по оси Х-Х. When a voltage is supplied from the first output of the
При вращении датчика инерциальной первичной информации относительно входной оси, перпендикулярной образованной осями Х-Х и Y-Y плоскости, возникает гироскопический момент, вектор которого направлен по оси Y-Y. Гироскопический момент вызывает угловое перемещение внешней рамки 6 второй пластины относительно оси Y-Y. Угловое перемещение внешней рамки 6 пропорционально угловой скорости вращения датчика угловой скорости относительно входной оси. Если, например, векторы кинетического момента и угловой скорости направлены так, что под действием гироскопического момента осуществляется сближение электродов 11 и 12 на внешней рамке 6 с электродами 17 и 18′ на корпусе 1 и основании 2 соответственно, тогда емкость конденсатора С1 увеличивается, емкость конденсатора С2 уменьшается, происходит разбалансировка мостовой схемы емкостного датчика положения, и с его выхода поступает сигнал, определяющий величину угловой скорости. При противоположном направлении вектора угловой скорости фаза выходного сигнала датчика положения меняется на противоположную. Тем самым датчик угловой скорости измеряет величину угловой скорости и направление вращения корпуса прибора. When the inertial primary information sensor rotates relative to the input axis perpendicular to the plane formed by the X-X and Y-Y axes, a gyroscopic moment arises, the vector of which is directed along the Y-Y axis. The gyroscopic moment causes the angular displacement of the
Так как упругие перемычки 5, 5′ проходят по верхним сторонам пластины 3 и ее внутренней рамки 4 и к нижней стороне внутренней рамки 4 прикреплена внутренняя рамка 7 вместе с внешней рамкой 6, то центр масс всей этой механической системы находится ниже оси кручения упругих перемычек 5, 5′. Поэтому при наличии ускорения по измерительной оси акселерометра, направленной по оси Х-Х, под действием инерционного момента внутренняя рамка 4 с второй пластиной отклоняется относительно оси Х-Х на угол, определяемый величиной ускорения. Если направление ускорения таково, что происходит сближение электродов 13 и 14 на внешней рамке 6 с электродами 19′ и 20 на основании 2 и корпусе 1 соответственно, то емкость конденсатора С3 увеличивается, емкость конденсатора С4 уменьшается, баланс мостовой схемы емкостного датчика положения нарушается. В результате с датчика положения акселерометра поступает сигнал, пропорциональный ускорению. При изменении направления ускорения изменяется фаза выходного сигнала акселерометра. Таким образом, с помощью акселерометра определяется величина и направление измеряемого ускорения. Since the
Так как подвижные электроды силовых преобразователей и датчиков положения объединены общим проводом, то выполнение их единым электропроводным элементом 24 не нарушает работоспособности датчика инерциальной первичной информации. При выполнении первой и второй пластин из монокристаллического кремния роль первой и второй пластин из монокристаллического кремния роль единого электропроводного элемента 24 играют первая и вторая пластины с их элементами. Since the movable electrodes of the power converters and position sensors are connected by a common wire, their implementation as a single
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU92013641A RU2018133C1 (en) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | Inertial primary information sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU92013641A RU2018133C1 (en) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | Inertial primary information sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2018133C1 true RU2018133C1 (en) | 1994-08-15 |
| RU92013641A RU92013641A (en) | 1996-12-20 |
Family
ID=20134064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU92013641A RU2018133C1 (en) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | Inertial primary information sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2018133C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997024578A1 (en) * | 1995-12-27 | 1997-07-10 | Tovarischestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostju Nauchno-Proizvodstvennaya Kompania 'vektor' | Micromechanical vibration gyroscope |
| RU2104559C1 (en) * | 1996-07-31 | 1998-02-10 | Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Multisensor |
| RU2117916C1 (en) * | 1997-07-04 | 1998-08-20 | ТОО Научно-производственная компания "Вектор" | Angular and linear position pickup |
| RU2121694C1 (en) * | 1997-05-28 | 1998-11-10 | Акционерное общество Раменское приборостроительное конструкторское бюро | Compensation accelerometer |
| RU2244936C2 (en) * | 1999-11-30 | 2005-01-20 | Некрасов Яков Анатольевич | Device for stabilizing temperature of micromechanical sensitive element |
| RU2431815C1 (en) * | 2010-06-02 | 2011-10-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Resonance pressure transducer |
-
1992
- 1992-12-22 RU RU92013641A patent/RU2018133C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Бороздин В.Н. Гироскопические приборы и устройства систем управления. М.: Машиностроение, 1990, с.220-223. * |
| Патент Великобритании N 2156523, кл. G 01C 13/42. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997024578A1 (en) * | 1995-12-27 | 1997-07-10 | Tovarischestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostju Nauchno-Proizvodstvennaya Kompania 'vektor' | Micromechanical vibration gyroscope |
| RU2104559C1 (en) * | 1996-07-31 | 1998-02-10 | Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Multisensor |
| RU2121694C1 (en) * | 1997-05-28 | 1998-11-10 | Акционерное общество Раменское приборостроительное конструкторское бюро | Compensation accelerometer |
| RU2117916C1 (en) * | 1997-07-04 | 1998-08-20 | ТОО Научно-производственная компания "Вектор" | Angular and linear position pickup |
| RU2244936C2 (en) * | 1999-11-30 | 2005-01-20 | Некрасов Яков Анатольевич | Device for stabilizing temperature of micromechanical sensitive element |
| RU2431815C1 (en) * | 2010-06-02 | 2011-10-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Resonance pressure transducer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4930351A (en) | Vibratory linear acceleration and angular rate sensing system | |
| KR100936638B1 (en) | Oscillating micro-mechanical sensor of angular velocity | |
| TWI638141B (en) | Improved gyroscope structure and gyroscope | |
| JP4577671B2 (en) | Configuration for angular velocity measurement | |
| US5392650A (en) | Micromachined accelerometer gyroscope | |
| JP4745575B2 (en) | Time reference with integrated micromechanical ring transducer | |
| RU2580879C2 (en) | Microelectromechanical system for angular velocity sensor | |
| CA2217683C (en) | A rate sensor for sensing a rate on at least two and preferably three axes | |
| EP0636870B1 (en) | Force sensor using piezoelectric elements | |
| JPH0894661A (en) | Acceleration and angular-velocity densor using piezoelectric element | |
| JP3492010B2 (en) | Vibrating gyroscope and vibration isolator | |
| CN112485468B (en) | Multi-axis sensing device based on frequency modulation and operation method thereof | |
| JP2006525514A (en) | Microfabricated multi-sensor for uniaxial acceleration detection and biaxial angular velocity detection | |
| JP2008241242A (en) | Integrated monolithic gyroscope / accelerometer | |
| GB2186085A (en) | Vibratory digital integrating accelerometer | |
| JPH05248875A (en) | Rotational oscillatory gyroscope and manufacture thereof | |
| JP2001520385A (en) | Multi-element microgyro | |
| US6474160B1 (en) | Counterbalanced silicon tuned multiple accelerometer-gyro | |
| JP2000009471A (en) | Angular velocity sensor | |
| RU2018133C1 (en) | Inertial primary information sensor | |
| JP2000074673A (en) | Compound movement sensor | |
| RU2098761C1 (en) | Vibratory gyro | |
| RU2119645C1 (en) | Inertial primary information sensor | |
| RU2073209C1 (en) | Vibratory gyro | |
| US5533395A (en) | Thin film rotation sensor |