×
29.06.2019
219.017.9da0

Результат интеллектуальной деятельности: МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ГИРОСКОП RR-ТИПА

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002375678
Дата охранного документа
10.12.2009
Аннотация: Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано в системах управления подвижной массой в микромеханических датчиках различного назначения. Микромеханический гироскоп RR-типа содержит подвижный механический элемент, гребенчатый двигатель, образованный гребенками статоров и ротора, емкостные датчики перемещения подвижного механического элемента по оси первичных колебаний, группу неподвижных электродов, образующих емкостный датчик перемещения подвижной массы вокруг оси вторичных колебаний и имеющих форму секторов или частей секторов, располагаемых на основании на слое диэлектрика. При этом угол сектора ψ электрода выбран так, чтобы максимизировать отношение: где С(α,ψ) - зависимость емкости от угла поворота подвижного электрода (полезная составляющая), С - суммарная паразитная емкость, которая является суммой С(ψ) - паразитной емкости под неподвижным электродом и С - паразитной емкости вывода для распайки. Техническим результатом является повышение точности путем оптимизации площади электродов датчика угла. 3 ил.

Изобретение относится к области точного приборостроения, в частности к микромеханическим системам, и может быть использовано в системах управления подвижной массой в микромеханических датчиках различного назначения.

В настоящее время разработаны и широко используются микромеханические устройства, содержащие подвижный механический элемент, электростатический задатчик силы и датчик перемещения подвижного элемента. Такие микромеханические элементы используются в микромеханических акселерометрах, гироскопах, датчиках давления и т.д.

Предлагаемое устройство относится к приборам, измеряющим угловую скорость, в которых для измерения перемещений подвижной массы (ПМ) или подвижного механического элемента и формирования силовых сигналов используются электростатические датчики, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ).

Для формирования задатчиков силы или момента и датчиков перемещения ПМ в этих устройствах используются разные электродные структуры, позволяющие измерять перемещения ПМ и обеспечивающие формирование сил или моментов, действующих в разных направлениях. В частности в работе [Пешехонов и др. Результаты разработки микромеханического гироскопа. XII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам 23-25 мая 2005 г., стр.268-274, рис.2,3] приведены ММГ RR-типа и его электродная структура, в которой в качестве подвижного электрода используется ПМ, а группа неподвижных электродов расположена на крышке ММГ. Подвес ПМ в этом ММГ осуществляется с помощью торсионов. Неподвижные электроды образованы симметрично расположенными идентичными частями секторов. Эта электродная структура позволяет измерять перемещения ПМ по оси вторичных колебаний ПМ и формировать моменты вокруг этой же оси. В работе [А.С.Ковалев. Исследование возможности применения пакета COVENTORWARE в задаче проектирования ММГ. Материалы VI конференции молодых ученых, Санкт-Петербург, рис.1, с.171] указывается, что в электродной структуре рассматриваемого ММГ неподвижные электроды U31, U32 (фиг.1) используются как датчики момента (ДМ), а электроды Е11, Е12 - как датчики угла (ДУ). Такой выбор был сделан исходя из того, что чем площадь ДУ больше, тем больше измеряемая емкость и тем выше чувствительность гироскопа. Такое устройство было взято за прототип.

Однако это предположение верно в случае отсутствия (или малой величины по сравнению с полезной емкостью) паразитных емкостей. В реальной конструкции ММГ такое может иметь место, например, при использовании технологии кремний на стекле. Однако при технологии кремний на изоляторе (КНИ) неподвижные электроды располагаются на слое диэлектрика (SiO2), который имеет диэлектрическую проницаемость ε=3,9, что приводит к тому, что паразитные емкости оказываются в несколько раз больше, чем полезные. В работе [Некрасов Я.А., Беляева Т.А., Беляев Я.В., Багаева С.В. Электрические схемы емкостных датчиков микромеханического гироскопа rr-типа. Научное Приборостроение, 2008, том 18, №1] показано (см. формулу (9)), что отношение изменения полезной емкости к паразитной пропорционально отношению сигнал-шум и, следовательно, может служить критерием точности описанного в этой статье ММГ.

Таким образом, недостатком способа-прототипа является то, что при подобном выборе ДУ не учитывается влияние паразитных емкостей. При выборе конфигурации электродов для ММГ, выполняемого по технологии КНИ, с использованием схемы измерения, приведенной в статьях [Пешехонов и др., Ковалев А.С.], это влияние необходимо учитывать.

Задачей изобретения является повышение точности ММГ. Поставленная задача решается тем, что угол сектора у электрода выбирают так, чтобы максимизировать отношение:

,

где С(α,ψ) - зависимость емкости от угла поворота подвижного электрода (полезная составляющая), CΣ - суммарная паразитная емкость, которая является суммой СПЭ(ψ) - паразитной емкости под неподвижным электродом и Cв - паразитной емкости вывода для распайки.

На фиг.1 показано расположение электродов по оси вторичных колебаний ММГ, описанное в работе [Ковалев А.С.]. На фиг.1 приняты следующие обозначения:

1 - ДУ,

2 - ДМ.

На фиг.2 приведены графики зависимости значения критерия оптимизации от угла сектора электрода. На фиг.2 приняты следующие обозначения:

3 - зависимость значения критерия оптимизации от угла сектора электрода для случая, когда диаметр ротора ММГ составляет 3 мм,

4 - зависимость значения критерия оптимизации от угла сектора электрода для случая, когда диаметр ротора ММГ составляет 1,5 мм.

На фиг.3 приведены формы электродов с оптимальными углами секторов. На фиг.3 приняты следующие обозначения:

5 - электрод для случая, когда диаметр ротора ММГ составляет 3 мм,

6 - электрод для случая, когда диаметр ротора ММГ составляет 1,5 мм.

Изменение полезной емкости от угла поворота подвижного электрода С(α,ψ) может быть найдено по формуле (6) [Некрасов Я.А. и др.]:

,

где α - угол поворота подвижного электрода, ε - диэлектрическая проницаемость, ε0 - диэлектрическая постоянная, ψ - половинный угол сектора неподвижного электрода, Rmax, Rmin - внешний и внутренний радиусы сектора соответственно, d - расстояние между электродами.

Паразитная емкость CΣ может быть рассчитана по известной формуле:

,

где (Sэ(ψ)+Sв) - сумма площадей неподвижного электрода и вывода для распайки, b - толщина слоя диэлектрика между неподвижным электродом и крышкой, на которой он расположен.

Обозначив искомое соотношение изменения полезной емкости к паразитной как критерий оптимизации

,

получим для электродов устройства-прототипа:

Kr1=0.7·Kr2,

где Kr1 - критерий оптимизации для ДУ, Kr2 - критерий оптимизации для ДМ. Таким образом, можно сделать вывод, что, поскольку критерий оптимизации для ДУ на 30% меньше, чем для ДМ, эта конструкция не оптимальна, и для повышения точности рассматриваемого прототипа целесообразно поменять выбор электродов, т.е. ДМ использовать в качестве ДУ.

В ММГ RR-типа электроды имеют форму секторов [Ashwin Arunkumar Seshia. Integrated Micromechanical Resonant Sensors for Inertial Measurement Systems. - A dissertation for the degree of Doctor of Philosophy, UNIVERSITY of CALIFORNIA at BERKELEY, Fall 2002], [Пешехонов и др.] и располагаются симметрично относительно оси вторичных колебаний. Применение предлагаемого критерия оптимизации позволяет оценить оптимальность выбора конфигурации электродов по оси вторичных колебаний. Он позволяет выбрать оптимальный угол сектора для электродов определенного радиуса.

Это иллюстрируется результатами расчета, показанными на фиг.2, на котором видно, что для ММГ с роторами различных диаметров оптимальные углы секторов различны (для ротора радиусом 3 мм - угол 45°, для ротора радиусом 1,5 мм - 64°). Измерительные электроды для этих случаев имеют вид, показанный на фиг.3.

Таким образом, показано, что предложенная оптимизация площади электродов датчика угла обеспечивает повышение точности ММГ.

Микромеханический гироскоп RR-типа, содержащий подвижный механический элемент, гребенчатый двигатель, образованный гребенками статоров и ротора, емкостные датчики перемещения подвижного механического элемента по оси первичных колебаний, группу неподвижных электродов, образующих емкостной датчик перемещения подвижной массы вокруг оси вторичных колебаний и имеющих форму секторов или частей секторов, располагаемых на основании на слое диэлектрика, отличающийся тем, что угол сектора ψ электрода выбран так, чтобы максимизировать отношение: ,где С(α,ψ) - зависимость емкости от угла поворота подвижного электрода (полезная составляющая), С - суммарная паразитная емкость, которая является суммой С(ψ) - паразитной емкости под неподвижным электродом и С - паразитной емкости вывода для распайки.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 44.
20.03.2013
№216.012.300b

Способ гироскопической стабилизации платформы

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к управляемым гиростабилизаторам с косвенной стабилизацией, работающим на подвижных объектах. Способ заключается в том, что для стабилизации положения платформы, установленной на основании с возможностью вращения относительно оси,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477834
Дата охранного документа: 20.03.2013
27.06.2013
№216.012.518b

Измеритель угловой скорости

Изобретение относится к области микромеханики, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа. Измеритель угловой скорости содержит два микромеханических гироскопа (ММГ), акселерометр и устройство преобразования сигналов. Устройство преобразования сигналов включает в себя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486468
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.06.2013
№216.012.518c

Способ подавления ложного сигнала в измерителе угловой скорости с микромеханическими гироскопами

Изобретение относится к области микромеханики, в частности к микромеханическим гироскопам вибрационного типа. Для измерителя угловой скорости вибрационные микромеханические гироскопы выбираются с разными резонансными частотами подвеса инерционной массы по оси первичных колебаний, а в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486469
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.08.2013
№216.012.5dfd

Устройство с комплексированными носителями равномерных угловых шкал разной дискретности для калибровки углозадающих и угломерных приборов

Изобретение относится к метрологии, в частности к устройствам поворотного типа для калибровки углозадающих и угломерных приборов в фиксированных точках (отметках) шкалы. Заявленное устройство для калибровки углозадающих и угломерных приборов в фиксированных отметках шкалы, содержащее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489682
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.09.2013
№216.012.68ec

Способ обработки информации в гидроакустической антенне

Использование: изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способу обработки информации в гидроакустической антенне. Сущность: рассматривается способ снижения структурной составляющей помехи в сигнале гидроакустического приемника, жестко закрепленного на корпусе антенны,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492507
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.09.2013
№216.012.705b

Приемный гидроакустический блок

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при изготовлении гидроакустических антенн и антенных модулей. Гидроакустический приемный блок состоит из системы крепления гидроакустического блока к формообразующему каркасу гидроакустической антенны, гидроакустического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494414
Дата охранного документа: 27.09.2013
20.10.2013
№216.012.76fb

Антенный модуль

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при разработке антенн гидроакустических систем и комплексов. Технический результат - снижение мощности отраженной антенной гидроакустической волны и повышение чувствительности гидроакустических датчиков. Антенный модуль...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496119
Дата охранного документа: 20.10.2013
27.10.2013
№216.012.7af8

Приемная гидроакустическая антенна и способ оценки амплитудно-частотных характеристик гидроакустических приемников

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено для диагностики чувствительных элементов гидроакустических антенн. Технический результат - возможность оперативного контроля работоспособности чувствительных элементов антенны и построение амплитудно-частотных характеристик...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497142
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.7f27

Способ изготовления ротора электростатического гироскопа

Изобретение предназначено для использования при изготовлении чувствительных элементов электростатических гироскопов. На сферическую поверхность ротора гироскопа после финишной балансировки и сферодоводки наносят износостойкое тонкопленочное покрытие нитрида титана методом магнетронного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498224
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7fa9

Способ оценки полного профиля вертикального распределения скорости звука

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при формировании оценки полного профиля вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) по его измеренному в некотором диапазоне глубин фрагменту. Сущность: в способе осуществляется достраивание полного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498354
Дата охранного документа: 10.11.2013
Показаны записи 1-10 из 19.
27.06.2013
№216.012.518b

Измеритель угловой скорости

Изобретение относится к области микромеханики, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа. Измеритель угловой скорости содержит два микромеханических гироскопа (ММГ), акселерометр и устройство преобразования сигналов. Устройство преобразования сигналов включает в себя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486468
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.06.2013
№216.012.518c

Способ подавления ложного сигнала в измерителе угловой скорости с микромеханическими гироскопами

Изобретение относится к области микромеханики, в частности к микромеханическим гироскопам вибрационного типа. Для измерителя угловой скорости вибрационные микромеханические гироскопы выбираются с разными резонансными частотами подвеса инерционной массы по оси первичных колебаний, а в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486469
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.12.2014
№216.013.0ef7

Микромеханический гироскоп

Изобретение относится к области микромеханики, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа, в которых для повышения точности используется термокомпенсация. Устройство содержит чувствительный элемент (ЧЭ) с резонансным подвесом инерционной массы, электроды, расположенные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535248
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.10.2015
№216.013.814e

Способ измерения добротности резонансного контура и устройство для его реализации

Изобретение относится к измерительной технике. Способ измерения добротности резонансного контура заключается в возбуждении колебаний за счет положительной обратной связи в контуре, стабилизации этих колебаний за счет введения отрицательной обратной связи по их амплитуде с помощью схемы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564699
Дата охранного документа: 10.10.2015
20.03.2016
№216.014.cd39

Способ настройки фазы опорного сигнала демодулятора выходного тракта микромеханического гироскопа

Изобретение относится к микромеханическим датчикам скорости вращения, в которых используется эффект Кориолиса, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа. Способ настройки фазы опорного сигнала демодулятора выходного тракта микромеханического гироскопа заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002577369
Дата охранного документа: 20.03.2016
26.08.2017
№217.015.e463

Микромеханический гироскоп rr-типа

Изобретение относится к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа. Сущность изобретения заключается в том, что в ММГ с квадратурными электродами и источниками напряжения, соединенными с ними, введены последовательно сумматор и делитель, обеспечивающие компенсацию изменений зазора, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626570
Дата охранного документа: 28.07.2017
10.05.2018
№218.016.41a4

Устройство измерения зазора в микромеханическом гироскопе rr-типа

Изобретение относится к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа, в частности к устройству для измерения зазора между неподвижными электродами и подвижной массой (ПМ). Устройство для измерения зазора между неподвижными электродами канала вторичных колебаний и ПМ в микромеханическом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649226
Дата охранного документа: 30.03.2018
10.05.2018
№218.016.4f11

Способ определения коэффициентов модели кельвина-фойгта для клеевого соединения микромеханического резонатора с основанием

Настоящее изобретение относится к области микромеханики и измерительной технике, в частности к микромеханическим резонаторам. Способ определения коэффициентов модели Кельвина-Фойгта для клеевого соединения микромеханического резонатора с основанием, заключающийся в измерении резонансной частоты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002652639
Дата охранного документа: 28.04.2018
01.03.2019
№219.016.cb9d

Способ определения положения ротора микромеханического гироскопа по оси возбуждения первичных колебаний

Изобретение относится к области микромеханики, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа. Способ заключается в измерении выходного сигнала емкостного датчика, образованного подвижной массой и электродами, расположенными по оси измерения выходного сигнала гироскопа,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002319928
Дата охранного документа: 20.03.2008
01.03.2019
№219.016.cd21

Микромеханический гироскоп вибрационного типа

Изобретение относится к приборам, измеряющим угловую скорость, в частности, к микромеханическим гироскопам (ММГ). ММГ вибрационного типа содержит две пары электродов по оси вторичных колебаний, одна из которых является измерительной, другая - силовой, устройство возбуждения первичных колебаний,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002301970
Дата охранного документа: 27.06.2007
+ добавить свой РИД