×
10.07.2015
216.013.60d8

ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ МИКРОСИСТЕМНОГО ГИРОСКОПА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: 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. Технический результат - повышение точности измерений. 2 ил.
Основные результаты: Чувствительный элемент микросистемного гироскопа, содержащий 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, отличающийся тем, что 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.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в интегральных гироскопах вибрационного типа.

Известен чувствительный элемент планарного инерциального датчика [1], содержащий слоистую структуру стекло-кремний-стекло, причем подвижный узел выполнен из монокремния и состоит из двух рамок: внешней, подвижной, подвешенной к несущей пластине на двух торсионах, и внутренней, подвижной, подвешенной на двух торсионах к внешней. Несущая пластина крепится жестко к неподвижному основанию с помощью электростатической сварки.

Недостатком устройства является низкая точность, обусловленная потерями колебательной энергии рамок, отдаваемой в корпусную пластину.

Наиболее близким к заявляемому изобретению может служить чувствительный элемент микросистемного гироскопа [2], содержащий 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 посредством первой пары упругих торсионов и одновременно посредством второй пары упругих торсионов соединена с внутренней рамкой, причем продольные слои каждой пары торсионов взаимно перпендикулярны, между корпусной кремниевой пластиной и подвижными рамками образован посредством сквозного анизотропного травления зазор, с одной стороны корпусной кремниевой пластины жестко присоединена изоляционная обкладка с нанесенными на нее неподвижными проводящими электродами силового преобразователя, возбуждающего первичные колебания внутренней рамки, пьезоэлектрические датчики перемещения, расположенные на второй паре упругих торсионов снимают информацию о первичных колебаниях внутренней рамки для подстройки их частоты, а пьезоэлектрические датчики перемещения, расположенные на первой паре упругих торсионов, снимают информацию о вторичных колебаниях внешней и внутренней рамок, которые появляются во время воздействия вдоль оси, перпендикулярной плоскости корпусной кремниевой пластины, переносной угловой скорости.

Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловленная тем, что в нем нет полной компенсации момента от кориолисовых сил моментом обратной связи, а также невозможно достижение заданной точности, достигаемой преобладанием жесткости электрической пружины над механической жесткостью упругих торсионов.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности микросистемного гироскопа.

Технический результат - компенсирование кориолисова момента и выполнение отношения жесткости электрической пружины к жесткости механического подвеса с заданной величиной, необходимой для достижения точности измерений.

Этот технический результат достигается тем, что в чувствительном элементе микросистемного гироскопа, содержащем 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 перепендикулярны, 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 рамке, на обе стороны корпусной кремниевой пластины жестко присоединены изоляционные обкладки, на которые нанесены электроды электростатического силового преобразователя, задающего принудительные колебания внутренней рамке, 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.

По сравнению с известным происходит компенсирование кориолисова момента и выполнение отношения жесткости электрической пружины к жесткости механического подвеса с заданной величиной, площадь внешней рамки выполнена по требованию создания момента силовой отработки, достаточного для компенсирования момента кориолисовой силы, возникающей на внутренней рамке, и одновременно момент силовой отработки превосходит момент от сил упругости на величину, достаточную для обеспечения заданной точности.

Предлагаемый чувствительный элемент микросистемного гироскопа иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и 2. На фиг.1 показан вид в плане подвижного узла чувствительного элемента, а на фиг.2 показана одна из двух изоляционных обкладок с нанесенными на ее поверхности проводящими электродами.

Чувствительный элемент микросистемного гироскопа содержит (фиг.1) корпусную кремниевую пластину 1. Внутри корпусной кремниевой пластины 1 выполнены симметрично расположенные друг в друге подвижные внешняя рамка 2 и внутренняя рамка 3. Внешняя рамка 2 подвешена к корпусной пластине 1 с помощью торсионов 4, а внутренняя рамка 3 подвешена к внешней рамке 2 посредством торсионов 5. Продольные оси каждой пары торсионов 4 и 5 размещены перпендикулярно друг к другу. От корпусной кремниевой пластины 1 внешняя рамка 2, за исключением мест присоединения торсионов 5, отделена сквозными зазорами, получаемыми при анизотропном травлении. Также отделена внутренняя рамка 3 от внешней рамки 2 сквозными зазорами за исключением мест присоединения торсионов 4.

Две одинаковые изоляционные обкладки (фиг.2) крепятся жестко с разных сторон к корпусной кремниевой пластине 1 посредством анодного соединения. Изоляционная обкладка 6 выполнена из ионосодержащего стекла или из непроводящего монокремния. На каждой пластине выполнены методом вакуумного напыления следующие проводящие электроды: электроды 7 электростатического силового преобразователя; электроды 8 емкостного преобразователя перемещений; электроды 9 для возбуждения принудительных колебаний внутренней рамки. Через контактные площадки электроды 7, 8 и 9 включаются соответственно в электрическую схему. Между корпусной кремниевой пластиной 1 и электродами на изоляционной обкладке 6 при их соединении выполняют зазор h. В зависимости от предела измерений микросистемного гироскопа этот зазор выбирают от 5 до 25 микрометров.

Внешняя подвижная рамка 2 в данной конструкции выполняет роль гирочувствительного узла, а внутренняя 3 - функции гиромотора, и приводится в принудительные колебания относительно оси у с помощью электростатического автогенератора. Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом. При отсутствии угловой скорости Ω внутренняя рамка 3 совершает колебательные движения относительно оси у и не имеет их относительно оси х. Кориолисова ускорения при этом не возникает, момент силовой отработки, электростатического силового преобразователя должен превосходить величину упругого момента торсионов на величину обратного значения требуемой суммарной погрешности:

где - момент электростатического преобразователя отработки; ε - диэлектрическая проницаемость среды в зазоре между проводящей подвижной рамкой силового преобразователя и неподвижным электродом силового преобразователя на изоляционной обкладке; ε0 - диэлектрическая постоянная; F - площадь неподвижного электрода силового преобразователя; Uоп - величина опорного напряжения; Umax - максимальное значение выходного напряжения; h - зазор между проводящей подвижной рамкой силового преобразователя и неподвижным электродом силового преобразователя; Мупр - момент сил упругости торсионов; δΣ - требуемая величина суммарной относительной погрешности, внутренняя рамка с обеих сторон металлизирована так, что ее полярный момент инерции определяется следующим соотношением:

где ω - частота принудительных колебаний внутренней рамки; Ωmax - максимальное значение (предел) измеряемой угловой скорости.

При наличии поворотной скорости Ωz на внешней рамке 2 возникает знакопеременный гироскопический момент, возбуждающий в ней колебания относительно оси х. Частота этих колебаний совпадает с частотой вынужденных колебаний внутренней рамки 3, а амплитуда колебаний является пропорциональной поворотной скорости.

Источники информации

1. Патент США №4598585, МПК G01P 15/02, НКИ 73/505, опубл. 08 июля 1986.

2. Патент США №5488862, МПК G01P 9/04, НКИ 73.504.02, опубл. 06 февраля 1996.

Чувствительный элемент микросистемного гироскопа, содержащий 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, отличающийся тем, что 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.
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ МИКРОСИСТЕМНОГО ГИРОСКОПА
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ МИКРОСИСТЕМНОГО ГИРОСКОПА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 38 items.
20.02.2013
№216.012.279d

Устройство амортизации

Изобретение относится к машиностроению. Устройство амортизации содержит неподвижное основание с жестко связанным с ним составным штоком и подвижную платформу, амортизированную относительно основания. В подвижной платформе выполнено отверстие. Внутри отверстия выполнена трапецеидальная кольцевая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475661
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.08.2013
№216.012.6180

Микрогироскоп профессора вавилова

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в навигационно-пилотажных системах летательных аппаратов. Микрогироскоп выполнен по схеме линейного вибратора на корпусной пластине из проводящего монокремния и содержит два чувствительных элемента, включающих идентичные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490592
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.61ba

Микроакселерометр

Изобретение относится к измерительной технике. Микросистемный акселерометр содержит кремниевую каркасную рамку, в которой методом анизотропного травления выполнен кремниевый проводящий маятник, соединенный упругими подвесами с каркасной рамкой. Несимметричность маятнику придана смещением оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490650
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.6221

Датчик магнитной индукции

Изобретение относится к полупроводниковым магниточувствительным устройствам и может быть использовано как датчик магнитной индукции в составе измерительной аппаратуры и в различных системах ориентации и навигации летательных аппаратов. Датчик магнитной индукции включает изолирующую подложку,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490753
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.6222

Микроэлектромеханический датчик магнитного поля

Изобретение относится к полупроводниковым магниточувствительным датчикам, использующим технологию микроэлектромеханических систем. Микроэлектромеханический датчик магнитного поля включает корпусную кремниевую пластину, в которой методом микротехнологии выполнен симметричный маятник, маятник...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490754
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.11.2013
№216.012.7f20

Пьезогироскоп

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах навигационных систем. Устройство содержит чувствительный элемент, выполненный в виде диска, на котором на верхней поверхности нанесено восемь проводящих электродов-секторов, а на нижней выполнен сплошной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498217
Дата охранного документа: 10.11.2013
27.06.2014
№216.012.d843

Емкостный датчик перемещений

Изобретение относится к микромеханическим устройствам и может применяться в интегральных акселерометрах и гироскопах. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности емкостного датчика при измерении угловых перемещений. Технический результат достигнут посредством...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521141
Дата охранного документа: 27.06.2014
27.08.2014
№216.012.eeda

Способ контроля за процессом обводнения газовой скважины

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности и может быть использовано при разработке газовых месторождений. Техническим результатом предлагаемого изобретения является уточнение даты изменения коэффициентов фильтрационного сопротивления призабойной зоны за счет учета основных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526965
Дата охранного документа: 27.08.2014
10.09.2014
№216.012.f356

Магниторезистивный датчик перемещений

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано в интегральных линейных и угловых акселерометрах и гироскопах в качестве датчика перемещений. Технический результат: повышение точности нулевого сигнала преобразователя перемещений. Сущность: магниторезистивный датчик...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528116
Дата охранного документа: 10.09.2014
27.09.2014
№216.012.f77f

Способ получения хлоридов 2,3-дигидро [1,3] теллуразоло [3,2-α] пиримидиния

Изобретение относится к способу получения хлоридов 2,3-дигидро[1,3]теллуразоло[3,2-α]пиримидиния общей формулы где R - алкил или фенил; R - алкил, фенил или водород; R+R - циклоалкил. Способ включает взаимодействие соответствующего олефина с гидрохлоридом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529196
Дата охранного документа: 27.09.2014
Showing 1-10 of 38 items.
20.02.2013
№216.012.279d

Устройство амортизации

Изобретение относится к машиностроению. Устройство амортизации содержит неподвижное основание с жестко связанным с ним составным штоком и подвижную платформу, амортизированную относительно основания. В подвижной платформе выполнено отверстие. Внутри отверстия выполнена трапецеидальная кольцевая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475661
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.08.2013
№216.012.6180

Микрогироскоп профессора вавилова

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в навигационно-пилотажных системах летательных аппаратов. Микрогироскоп выполнен по схеме линейного вибратора на корпусной пластине из проводящего монокремния и содержит два чувствительных элемента, включающих идентичные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490592
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.61ba

Микроакселерометр

Изобретение относится к измерительной технике. Микросистемный акселерометр содержит кремниевую каркасную рамку, в которой методом анизотропного травления выполнен кремниевый проводящий маятник, соединенный упругими подвесами с каркасной рамкой. Несимметричность маятнику придана смещением оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490650
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.6221

Датчик магнитной индукции

Изобретение относится к полупроводниковым магниточувствительным устройствам и может быть использовано как датчик магнитной индукции в составе измерительной аппаратуры и в различных системах ориентации и навигации летательных аппаратов. Датчик магнитной индукции включает изолирующую подложку,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490753
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.6222

Микроэлектромеханический датчик магнитного поля

Изобретение относится к полупроводниковым магниточувствительным датчикам, использующим технологию микроэлектромеханических систем. Микроэлектромеханический датчик магнитного поля включает корпусную кремниевую пластину, в которой методом микротехнологии выполнен симметричный маятник, маятник...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490754
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.11.2013
№216.012.7f20

Пьезогироскоп

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах навигационных систем. Устройство содержит чувствительный элемент, выполненный в виде диска, на котором на верхней поверхности нанесено восемь проводящих электродов-секторов, а на нижней выполнен сплошной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498217
Дата охранного документа: 10.11.2013
27.06.2014
№216.012.d843

Емкостный датчик перемещений

Изобретение относится к микромеханическим устройствам и может применяться в интегральных акселерометрах и гироскопах. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности емкостного датчика при измерении угловых перемещений. Технический результат достигнут посредством...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521141
Дата охранного документа: 27.06.2014
27.08.2014
№216.012.eeda

Способ контроля за процессом обводнения газовой скважины

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности и может быть использовано при разработке газовых месторождений. Техническим результатом предлагаемого изобретения является уточнение даты изменения коэффициентов фильтрационного сопротивления призабойной зоны за счет учета основных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526965
Дата охранного документа: 27.08.2014
10.09.2014
№216.012.f356

Магниторезистивный датчик перемещений

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано в интегральных линейных и угловых акселерометрах и гироскопах в качестве датчика перемещений. Технический результат: повышение точности нулевого сигнала преобразователя перемещений. Сущность: магниторезистивный датчик...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528116
Дата охранного документа: 10.09.2014
27.09.2014
№216.012.f77f

Способ получения хлоридов 2,3-дигидро [1,3] теллуразоло [3,2-α] пиримидиния

Изобретение относится к способу получения хлоридов 2,3-дигидро[1,3]теллуразоло[3,2-α]пиримидиния общей формулы где R - алкил или фенил; R - алкил, фенил или водород; R+R - циклоалкил. Способ включает взаимодействие соответствующего олефина с гидрохлоридом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529196
Дата охранного документа: 27.09.2014
+ добавить свой РИД