×
29.06.2019
219.017.a06e

МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ГИРОСКОП

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерений угловой скорости. Гироскоп содержит подложку из диэлектрического материала, опорные элементы, закрепленные на подложке с противоположных сторон, рамку, расположенную с зазором относительно подложки и связанную с опорными элементами через упругие перемычки, инерционную массу, расположенную с зазором относительно подложки и связанную с рамкой через упругие элементы, раму, расположенную внутри инерционной массы с зазором относительно подложки и связанную с инерционной массой через дополнительные упругие перемычки, систему возбуждения колебаний, состоящую из неподвижных электродов, закрепленных на подложке, и подвижных электродов, выполненных в раме, систему емкостного съема выходных колебаний, состоящую из неподвижных электродов, закрепленных на подложке, и подвижных электродов, выполненных в инерционной массе. Резонансная частота колебаний рамы меньше резонансной частоты колебаний инерционной массы. Изобретение позволяет повысить точность измерений угловой скорости и увеличить надежность устройства. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, а более конкретно к измерительным элементам угловой скорости.

Известен микромеханический гироскоп [В.Я.Распопов, Микромеханические приборы. Учебное пособие, 2-е изд., Тул. гос. университет, Московский гос. технологический университет им. К.Э.Циолковского, Тула, 2004, стр.337, рис.5.9], содержащий подложку из диэлектрического материала, опорные элементы (анкеры), закрепленные на подложке с противоположных сторон, рамку, расположенную с зазором относительно подложки и связанную с опорными элементами через упругие перемычки (элементы), инерционную массу (чувствительный элемент), расположенную с зазором относительно подложки и связанную с рамкой через упругие элементы, систему возбуждения колебаний (двигатели), состоящую из неподвижных электродов, закрепленных на подложке, и подвижных электродов, систему емкостного съема выходных колебаний (датчики перемещений), состоящую из неподвижных электродов, закрепленных на подложке, и подвижных электродов, выполненных в инерционной массе (чувствительном элементе).

Подвижные электроды системы возбуждения колебаний (двигателей) выполнены в рамке.

При подаче на неподвижные электроды системы возбуждения колебаний (двигателей) переменного напряжения, относительно подвижных электродов системы возбуждения колебаний (двигателей), между ними возникнет электростатическое взаимодействие, что приведет к возникновению первичных колебаний рамки в направлении оси X, расположенной в плоскости подложки. Колебания рамки через упругие перемычки (элементы) передаются инерционной массе (чувствительному элементу). При возникновении вращения подложки вокруг оси Z, направленной перпендикулярно плоскости подложки, инерционная масса (чувствительный элемент) под действием сил Кориолиса начнет совершать вторичные колебания в направлении оси Y, расположенной в плоскости подложки. Вторичные колебания инерционной массы (чувствительного элемента) приведут к изменению емкостей между электродами системы емкостного съема выходных колебаний (датчиков перемещений), которые характеризуют величину действующей угловой скорости.

Это техническое решение является наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче к заявляемому объекту, поэтому выбрано в качестве прототипа.

Данный гироскоп позволяет измерять величину угловой скорости при вращении его вокруг оси Z, перпендикулярной плоскости подложки.

Недостатки конструкции данного гироскопа:

- отсутствие элементов развязки первичных и вторичных колебаний, что приводит к влиянию сил, создаваемых системой возбуждения колебаний (двигателей), на вторичные колебания инерционной массы (чувствительного элемента) и, следовательно, уменьшению точности измерения угловой скорости;

- отсутствие элементов, предотвращающих замыкание электродов системы возбуждения колебаний (двигателей) и электродов системы емкостного съема выходных колебаний (датчиков перемещений), что ведет к уменьшению надежности работы микромеханического гироскопа при действии ударов большой интенсивности.

Задача предлагаемого изобретения - увеличение точности измерения угловой скорости и увеличение надежности работы микромеханического гироскопа в условиях действия ударов большой интенсивности.

Технический результат, достигнутый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается:

- в развязке первичных и вторичных колебаний инерционной массы, тем самым устраняется влияния сил, создаваемых системой возбуждения колебаний, на вторичные колебания инерционной массы;

- в предотвращении замыкания электродов системы возбуждения колебаний и электродов системы емкостного съема выходных колебаний.

Для достижения технического результата микромеханический гироскоп, содержащий подложку из диэлектрического материала, опорные элементы, закрепленные на подложке с противоположных сторон, рамку, расположенную с зазором относительно подложки и связанную с опорными элементами через упругие перемычки, инерционную массу, расположенную с зазором относительно подложки и связанную с рамкой через упругие элементы, систему возбуждения колебаний, состоящую из неподвижных электродов, закрепленных на подложке, и подвижных электродов, систему емкостного съема выходных колебаний, состоящую из неподвижных электродов, закрепленных на подложке, и подвижных электродов, выполненных в инерционной массе, согласно изобретению снабжен дополнительными упругими перемычками и рамой, расположенной внутри инерционной массы с зазором относительно подложки и связанной с инерционной массой через дополнительные упругие перемычки, причем подвижные электроды системы возбуждения колебаний выполнены в раме, а резонансная частота колебаний рамы меньше резонансной частоты колебаний инерционной массы.

Для увеличения надежности работы в условиях действия ударов большой интенсивности в устройство микромеханического гироскопа введены упоры, ограничивающие перемещения инерционной массы, рамки и рамы. Упоры выполнены в раме, в опорных элементах и в рамке.

Введение в конструкцию предлагаемого изобретения рамы, расположенной между опорными элементами с зазором относительно подложки и связанной с инерционной массой через дополнительные упругие перемычки, причем в раме выполнены подвижные электроды системы возбуждения колебаний, а резонансная частота колебаний рамы меньше резонансной частоты колебаний инерционной массы, обеспечивает развязку первичных и вторичных колебаний инерционной массы. При возникновении вторичных колебаний инерционной массы рама остается неподвижной в направлении вторичных колебаний, потому что ее резонансная частота меньше резонансной частоты инерционной массы. Неподвижная в направлении вторичных колебаний рама обеспечивает устранение влияния сил, создаваемых системой возбуждения колебаний, на вторичные колебания инерционной массы, потому что подвижные электроды системы возбуждения колебаний выполнены в раме, и тем самым осуществляется увеличение точности измерения угловой скорости. Введение в конструкцию упоров, которые ограничивают перемещения инерционной массы, рамки и рамы и предотвращают замыкание электродов системы возбуждения колебаний и системы емкостного съема выходных колебаний, привело к увеличению надежности работы микромеханического гироскопа в условиях действия ударов и большой интенсивности.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого микромеханического гироскопа.

На фиг.2 представлен разрез А-А на фиг.1.

На фиг.3 представлен разрез В-В на фиг.1.

Микромеханический гироскоп содержит подложку 1 из диэлектрического материала, два опорных элемента 2, закрепленных на подложке 1 с противоположных сторон, рамку 3, выполненную в виде двух прямоугольных балок, расположенных с противоположных сторон подложки 1 с зазором относительно нее между опорными элементами 2 и связанных с ними через упругие перемычки 4, выполненные прямоугольной формы в сечении. Инерционная масса 5 расположена между прямоугольными балками рамки 3 с зазором относительно подложки 1 и связана с рамкой 3 через упругие элементы 6, выполненные прямоугольной формы в сечении. Рама 7 расположена внутри инерционной массы 5 с зазором относительно подложки 1 и связана с инерционной массой 5 через дополнительные упругие перемычки 8, причем резонансная частота колебаний рамы 7 меньше резонансной частоты колебаний инерционной массы 5. Система возбуждения колебаний состоит из неподвижных электродов 9, закрепленных на подложке 1 и выполненных в виде гребневой структуры, подвижных электродов 10, выполненных в раме 7 в виде гребневой структуры. Система емкостного съема выходных колебаний состоит из неподвижных электродов 11, закрепленных на подложке 1 и выполненных в виде гребневой структуры, подвижных электродов 12, выполненных в инерционной массе 5 в виде гребневой структуры. В раме 7 выполнены упоры 13, ограничивающие ее перемещение. В опорных элементах 2 выполнены упоры 14, ограничивающие перемещение прямоугольных балок рамки 3. В прямоугольных балках рамки 3 выполнены упоры 15, ограничивающие перемещение инерционной массы 5 (фиг.1, 2, 3).

Работает устройство следующим образом.

При подаче на неподвижные электроды 9 системы возбуждения колебаний переменного напряжения частотой, равной резонансной частоте инерционной массы 5, относительно подвижных электродов 10 системы возбуждения колебаний, между ними возникает электростатическое взаимодействие, что приводит, за счет изгиба упругих элементов 6, к возникновению первичных колебаний рамы 7 в плоскости платы (вдоль оси Y). Колебания рамы 7 через дополнительные упругие перемычки 8 передаются инерционной массе 5. При возникновении вращения подложки 1 вокруг оси, направленной перпендикулярно плоскости подложки (вокруг оси Z), инерционная масса 5 с рамкой 3 под действием сил Кориолиса, за счет изгиба упругих перемычек 4 и дополнительных упругих перемычек 8, начнут совершать вторичные колебания в плоскости платы (вдоль оси X), частота которых равна частоте подаваемого напряжения на электроды 9 и 10 системы возбуждения колебаний. Вторичные колебания инерционной массы 5 приведут к изменению емкостей между электродами 11 и 12 системы емкостного съема выходных колебаний, которые характеризуют величину действующей угловой скорости. Так как резонансная частота колебаний рамы 7 меньше частоты вторичных колебаний инерционной массы 5, то рама 7, за счет изгиба дополнительных упругих перемычек 8, не будет двигаться в направлении оси X, следовательно, подвижные электроды 10 системы возбуждения колебаний, выполненные в раме 7, не будут перемещаться в направлении оси X, что ведет к устранению влияния сил, создаваемых системой возбуждения колебаний, и увеличению точности измерения угловой скорости.

При действии ударов большой интенсивности упоры 13 и 14 ограничивают перемещение рамы 7 и прямоугольных балок рамки 3, что предотвращает замыкание электродов 9 и 10 системы возбуждения колебаний, упоры 14 и 15 ограничивают перемещение инерционной массы 5 и рамки 3, что предотвращает замыкание электродов 11 и 12 системы емкостного съема выходных колебаний. Все это приводит к увеличению надежности микромеханического гироскопа.

Таким образом, были изготовлены лабораторные образцы микромеханического гироскопа, конструкция которого позволяет измерять величину угловой скорости вокруг оси Z, расположенной перпендикулярно подложке, и по сравнению с аналогами позволяет повысить точность измеряемой угловой скорости на 30% и увеличить надежность при действии ударов большой интенсивности.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 138.
27.01.2013
№216.012.20ea

Способ измерения энергетических спектров импульсного гамма-излучения

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к диагностике излучения различных импульсных источников гамма-излучения. Сущность изобретения заключается в том, что способ измерения энергетических спектров импульсного гамма-излучения включает в себя прохождение гамма-излучения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473927
Дата охранного документа: 27.01.2013
20.04.2013
№216.012.37bc

Устройство формирования компактного элемента

Изобретение относится к области экспериментальной физики, в частности к устройству формирования компактного элемента. Устройство формирования компактного элемента содержит заряд взрывчатого вещества, систему его инициирования и разгоняемый взрывом взрывчатого вещества компактный элемент....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479821
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.04.2013
№216.012.3b44

Способ определения сплошности покрытия изделия

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля, в частности к области газовой дефектоскопии, может применяться при контроле сплошности покрытий с низкой водородопроницаемостью, наносимых на поверхность крупногабаритных металлических изделий сложной конфигурации. Способ определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480733
Дата охранного документа: 27.04.2013
27.05.2013
№216.012.4533

Установка для испытаний металлического урана

Изобретение относится к области химии урана, а именно к коррозионным исследованиям металлического урана в герметичных контейнерах, и может быть использовано для определения скорости коррозии урана в газообразных средах различного химического состава в различных условиях (различных по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483292
Дата охранного документа: 27.05.2013
10.09.2013
№216.012.686e

Затвор люка камеры

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проектировании крупногабаритных камер высокого давления для испытания в них изделий. Затвор люка камеры содержит герметично установленную на люке камеры крышку, имеющую глубокую заходную часть и связанную с размещенным извне...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492381
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.688d

Складываемая аэродинамическая поверхность

Изобретение относится к области ракетной техники и, в частности к конструкциям складываемых аэродинамических поверхностей, находящихся под воздействием сильных аэродинамических возмущений. Складываемая аэродинамическая поверхность содержит основание и шарнирно соединенную с ним поворотную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492412
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.10.2013
№216.012.740f

Контактный датчик

Изобретение относится к военной технике, в частности к средствам инициирования. Контактный датчик содержит два кольца, опорное и рабочее, установленных соосно и скрепленных между собой. На основании опорного кольца размещен кольцевой чувствительный элемент, а рабочее кольцо оснащено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495368
Дата охранного документа: 10.10.2013
10.10.2013
№216.012.74a5

Двухдиапазонная микрополосковая антенна круговой поляризации

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, а именно к бортовым антеннам спутниковой навигации. Техническим результатом является создание малогабаритной микрополосковой двухдиапазонной антенны с круговой поляризацией, пригодной для работы с одиовходовым приемником. Двухдиапазонная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495518
Дата охранного документа: 10.10.2013
20.10.2013
№216.012.757d

Способ контроля электронно-лучевой сварки

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке, в частности к способам контроля процесса электронно-лучевой сварки, и может быть использовано для сварки ответственных изделий со сложной геометрией и повышенными требованиями к качеству сварного соединения. Электронный луч периодически выводят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495737
Дата охранного документа: 20.10.2013
20.10.2013
№216.012.7735

Исполнительное коммутирующее устройство

Изобретение относится к исполнительным коммутирующим устройствам датчиков требуемого физического параметра систем автоматики взрывоопасных технических объектов, которые могут подвергаться аварийным воздействиям. Устройство содержит корпус, контактную систему, перемыкатель с токопроводящими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496177
Дата охранного документа: 20.10.2013
Показаны записи 1-8 из 8.
10.10.2013
№216.012.740f

Контактный датчик

Изобретение относится к военной технике, в частности к средствам инициирования. Контактный датчик содержит два кольца, опорное и рабочее, установленных соосно и скрепленных между собой. На основании опорного кольца размещен кольцевой чувствительный элемент, а рабочее кольцо оснащено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495368
Дата охранного документа: 10.10.2013
10.05.2018
№218.016.47ff

Датчик линейных ускорений

Изобретение относится к области измерительной техники для измерений линейного ускорения. Датчик линейных ускорений содержит основание, рамочный корпус, внутри которого размещены инерционный груз, соединенный через упругий подвес с рамочным корпусом, балочный резонатор, соединенный с одной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650715
Дата охранного документа: 17.04.2018
08.07.2018
№218.016.6dcd

Виброчастотный датчик абсолютного давления

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения давления разрежения. Заявленный виброчастотный датчик абсолютного давления содержит крышку со штуцером, закрывающую корпус, внутри которого расположены воспринимающий элемент, виброчастотный элемент,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660621
Дата охранного документа: 06.07.2018
29.05.2019
№219.017.69ab

Виброчастотный микромеханический акселерометр

Изобретение относится к измерительной технике. Акселерометр содержит подложку (1) из диэлектрического материала, опорные элементы (3), неподвижно закрепленные на подложке (1), инерционную массу (2), расположенную с зазором относительно подложки (1) и связанную с опорными элементами (3) через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002442992
Дата охранного документа: 20.02.2012
09.06.2019
№219.017.7bec

Исполнительное коммутирующее устройство

Изобретение относится к исполнительным коммутирующим устройствам пороговых датчиков физических параметров для систем автоматики взрывоопасных технических объектов, которые могут подвергаться аварийным воздействиям. Техническим результатом является повышение безопасности, а именно сохранение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002367050
Дата охранного документа: 10.09.2009
22.12.2019
№219.017.f126

Частотный датчик линейных ускорений

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным элементам линейного ускорения. Сущность изобретения заключается в том, что основание частотного датчика линейных ускорений снабжено системой пружин плоскопараллельного подвеса, образованной пазами, выполненными в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709706
Дата охранного документа: 19.12.2019
10.04.2020
№220.018.140a

Способ уменьшения чувствительности виброчастотного акселерометра к боковому ускорению

Изобретение относится к области изготовления, регулировки и испытаний навигационных приборов и устройств и может быть использовано при регулировке виброчастотных акселерометров. Способ уменьшения чувствительности виброчастотного акселерометра к боковому ускорению, заключается в том, что в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002718474
Дата охранного документа: 08.04.2020
29.04.2020
№220.018.1a6a

Бесплатформенная инерциально-спутниковая система

Изобретение относится к навигационным гироскопическим приборам и может быть применено в системах инерциальной навигации. Бесплатформенная инерциально-спутниковая система содержит корпус, крышки, три гироскопа, три акселерометра и блок электроники. При этом корпус выполнен в виде кронштейна,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720184
Дата охранного документа: 27.04.2020
+ добавить свой РИД