Гироскопический датчик



Гироскопический датчик
Гироскопический датчик
Гироскопический датчик
Гироскопический датчик
Гироскопический датчик

 


Владельцы патента RU 2540249:

САЖЕМ ДЕФАНС СЕКЮРИТЕ (FR)

Изобретение относится к гироскопическому датчику (2), содержащему:

чувствительный элемент (4), выполненный с возможностью вибрирования;

электрододержатель (8), способный поддерживать электроды (20) возбуждения/обнаружения для возбуждения чувствительного элемента (4) и обнаружения вибрации чувствительного элемента (4); и элементы (10, 16) для установки электрододержателя (8); характеризующийся тем, что поддерживающие элементы (10, 16) содержат основание (10), выполненное из материала, имеющего плотность менее чем 5 кг/дм3, и квадратный корень отношения модуля Юнга, деленного на указанную выше плотность больше чем 9 ГПа1/2дм3/2/кг-1/2. Техническим результатом является повышение точности измерений и снижение влияния паразитного вибрационного режима за счет оптимизации технических параметров. 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Настоящее изобретение относится к гироскопическому датчику, содержащему:

- чувствительный элемент, предназначенный для вибрации;

- электрододержатель, для установки электродов возбуждения вибрации и электродов обнаружения вибрации чувствительного элемента; и

- элементы для установки электрододержателя.

Элементы для установки электрододержателя содержат основание и разделяющий элемент, вставленный между основанием и электрододержателем. Разделяющий элемент выполнен таким образом, чтобы изолировать электрододержатель и чувствительный элемент относительно друг друга от влияния температурных изменений размеров основания, воздействию которых подвергается датчик. Например, он содержит поддерживающие стержни для электрододержателя, выполненные таким образом, чтобы проходить прямо через основание, для передачи сигналов между электродами и электронной цепью, как описывается в FR 2805039.

Такой датчик обычно прикрепляется к опоре, называемой инерционный стержень. Этот инерционный стержень затем встраивается в инерциальную измерительную систему, которая оснащается электрододержателем, подвергаемым вибрации или сотрясению. Поскольку датчик прочно прикрепляется к инерционному стержню, он может подвергаться воздействию этих вибраций во время использования электрододержателя. Вибрационные режимы чувствительного элемента, индуцируемые вибрациями электрододержателя, в дальнейшем именуются паразитическими вибрационными режимами.

Для того чтобы не усиливать вибрации от электрододержателя, основание такого датчика обычно изготавливается из неэластичного материала. Например, основание является металлической пластиной толщиной 10 мм, имеющей массу около 70 г. Поэтому инерционный датчик является тяжелым и громоздким.

Связанная с этим инерционная информация лежит в диапазоне частот в 100 Гц по обе стороны вибрационной резонансной частоты гироскопического датчика. Инерционная информация содержит в себе информацию, соответствующую углу вращения или скорости вращения держателя гироскопического датчика. Вибрационная резонансная частота гироскопического датчика в дальнейшем именуется «полезным» вибрационным режимом. Взаимовлияния между механическими паразитическими вибрационными режимами и «полезным» вибрационным режимом оказывают вредное влияние на технические характеристики гироскопического датчика.

Чтобы гарантировать оптимальные технические характеристики гироскопического датчика, желательно обеспечить гироскопический датчик, имеющий первый паразитический вибрационный режим, расположенный далеко от «полезного» вибрационного режима.

Одной из задач изобретения, в частности, является создание легкого и компактного гироскопического датчика, который в меньшей степени подвергается влиянию механического паразитического вибрационного режима.

Другой задачей изобретения является создание гироскопического датчика для получения более точного измерения угла поворота.

Дополнительной задачей изобретения является создание гироскопического датчика, имеющего герметизированное основание, через которое проходят электрические соединения.

Для достижения этой цели предметом изобретения является гироскопический датчик, содержащий:

- чувствительный элемент, предназначенный для вибрирования;

- электрододержатель, предназначенный для поддерживания электродов для возбуждения чувствительного элемента и для обнаружения вибрации чувствительного элемента; и

- элементы для установки электрододержателя;

при этом следует обратить внимание, что датчик, находящийся в таких поддерживающих элементах, содержит основание, выполненное из материала, имеющего плотность менее чем 5 кг/дм3, и квадратный корень отношения модуля Юнга, деленного на указанную выше плотность, больше чем 9 ГПа1/2дм3/2/кг-1/2.

В соответствии с частными вариантами осуществления изобретения гироскопический датчик характеризуется одним или более из следующих признаков:

- материал, из которого выполнено основание, имеет плотность между 1.5 кг/дм3 и 5 кг/дм3, а квадратный корень отношения модуля Юнга, деленного на указанную выше плотность, находится между 9 ГПа1/2дм3/2/кг-1/2 и 12 ГПа1/2дм3/2/кг-1/2;

- вышеуказанный материал содержит бериллий;

- вышеуказанный материал содержит керамику;

- керамика является оксидом алюминия;

- керамика является результатом совместного обжига

- основание изготавливается с помощью высокотемпературного совместного обжига керамических слоев и интегрированных электрических соединений;

- основание изготавливается с помощью низкотемпературного совместного обжига керамических слоев и интегрированных электрических соединений;

- гироскопический датчик, в соответствии с изобретением, включает в себя электрические соединения, интегрированные в основание, и электронную цепь, электрически присоединенную к электрическим соединениям;

- поддерживающие элементы содержат проводящие поддерживающие стержни, вставленные между основанием и электрододержателем, при этом вышеуказанные поддерживающие стержни на одной стороне припаяны к электрическим контактам электрических соединений, а с другой стороны присоединены к электродам возбуждения/обнаружения электрододержателя;

- гироскопический датчик, в соответствии с изобретением, включает в себя корпус для защиты электронной цепи, припаянный к основанию;

- основание включает в себя интегрированные в нее матрицу штырьков, выступающих на внутренней стороне корпуса, и матрицу дополнительных штырьков, выступающих на наружной стороне корпуса, при этом, по меньшей мере, некоторые из вышеуказанных электрических соединений основания способны присоединять матрицу штырьков к матрице дополнительных штырьков;

- датчик, в соответствии с изобретением, выполнен таким образом, чтобы прикрепляться к инерционному стержню, при этом вышеуказанный датчик содержит:

- защитное кольцо, расположенное на электрододержателе; и

- средства электрического соединения для соединения между вышеуказанным защитным кольцом с одной стороны и электронной цепью или вышеуказанным корпусом с другой стороны, или обоими этими компонентами, при этом вышеуказанные средства электрического соединения присоединяются к электрическому земляному контакту инерционного стержня;

- гироскопический датчик, в соответствии с изобретением, выполнен таким образом, чтобы прикрепляться к инерционному стержню, при этом вышеуказанный датчик содержит кожух, прикрепляемый к основанию, и вышеуказанный кожух присоединяется к электрическому земляному контакту инерционного стержня;

- вышеуказанный гироскопический датчик включает в себя, по меньшей мере, один эластичный электрический соединитель вдоль осевого направления, при этом вышеуказанный соединитель размещается между электрододержателем и основанием; и

- вышеуказанный гироскопический датчик выполнен таким образом, чтобы прикрепляться к инерционному стержню через четыре элемента крепления.

Изобретение будет более понятным после прочтения последующего описания, данного исключительно в качестве примера, и со ссылками на чертежи, в которых:

- фиг.1 - вид в перспективе гироскопического датчика, в соответствии с изобретением;

- фиг.2 - осевой разрез гироскопического датчика, проиллюстрированного на фиг.1;

- фиг.3 - вид сверху основания гироскопического датчика, проиллюстрированного на фиг.1;

- фиг.4 - вид снизу основания гироскопического датчика, проиллюстрированного на фиг.1, когда вышеуказанное основание не снабжено кожухом и электронной цепью; и

- фиг.5 - график, иллюстрирующий квадратный корень отношения модуля Юнга, деленного на плотность, в соответствии с плотностью для различных материалов и сплавов.

Изобретение описывает гироскопический датчик, имеющий резонатор в форме колокола или сферического колпака. Однако изобретение может применяться для различных других типов инерционного датчика, и, особенно, для акселерометра.

Рассмотрим фиг.1 и 2, на которых гироскопический датчик 2, в соответствии с изобретением, содержит:

- чувствительный элемент, называемый в дальнейшем резонатор 4, который может быть выполнен, главным образом, полусферической формы, как проиллюстрировано на чертеже, и который имеет вал 6 для его крепления;

- компонент, несущий на себе электроды, необходимые для работы резонатора 4, в дальнейшем называемый электрододержатель 8, в котором закрепляется вал 6 резонатора 4;

- основание 10 для крепления гироскопического датчика к поддерживающему элементу, называемому инерционный стержень 11; и

- кожух 12, прикрепляемый к основанию 10 и образующий вместе с основанием вакуумированную камеру 14, содержащую электрододержатель 8 и резонатор 4. Газопоглотитель размещается в камере 14, для того чтобы поглощать остаточные частицы или газы, которые являются возможной причиной для нарушения вакуума в вышеуказанной герметичной камере.

Электрододержатель 8 может иметь различные конфигурации. Он может быть плоским, с электродами, размещенными на внешнем слое торцевой поверхности 15 резонатора 4, как проиллюстрировано на фиг.2. Он может быть также полусферическим, с электродами, размещенными на внешнем слое внутренней поверхности резонатора. Эта конфигурация не проиллюстрирована.

Электрододержатель 8 поддерживается восемью проводящими поддерживающими стержнями 16, поддерживаемыми основанием 10.

Поддерживающие стержни 16 выполнены таким образом, чтобы эластично деформироваться в случае различного температурного расширения электрододержателя 8 с основанием 10, или в случае ускорения или сотрясения, направленных параллельно плоскости основания 10.

Нижний конец поддерживающих стержней 16 припаивается к основанию 10. Это припаивание выполняется между двумя поверхностями плоскости на определенное место, для того чтобы можно было знать вибрационные частоты поддерживающих стержней, которые должны быть точно известны, чтобы устранять их паразитическую вибрацию с помощью цифрового фильтрования.

Торцевая поверхность 15 и внешний край 15А резонатора 4 металлизируются. Они проектируются таким образом, чтобы иметь заданный потенциал. Для этой цели внутренняя поверхность резонатора 4 и вала 6 имеют электрическое соединение 18 с торцевой поверхностью 15.

Электрическое соединение 18 имеет связь с первой электрической муфтой 28, расположенной приблизительно под валом 6. Эта первая электрическая муфта 28 является эластичной вдоль осевого направления вала 6 резонатора и вдоль направления, перпендикулярного ему. Поскольку поддерживающие стержни 16 проектируются таким образом, чтобы деформироваться симметрично в каждую из сторон вала 6, деформация вдоль осевого направления первой электрической муфты 28 дает возможность компенсировать любые изменения в расстоянии между электрододержателем 8 и основанием 10, которые вызываются ускорениями, сотрясениями или различными температурными расширениями между электрододержателем 8 и основанием 10.

Первая электрическая муфта 28 содержит, например, стойку 30, прикрепленную к основанию 10, и пружину 32, прикрепленную к стойке 30, и находится в контакте с электрическим соединением 18.

Электроды 20 для возбуждения резонатора 4 и для обнаружения вибрации резонатора 4, вместе с защитным кольцом (не показано), присоединенные к электроду 20, располагаются на электрододержателе 8.

В частности, каждый электрод 20 проходит через главную наружную поверхность 22 электрододержателя, через торцевую поверхность 24, и через другую главную наружную поверхность 26, противоположную главной поверхности 22. Поддерживающие стержни 16 прикрепляются к электродам 20 электрододержателя, например, с помощью проводящего клея или с помощью припаивания.

Вторая электрическая муфта 29, аналогичная первой электрической муфте 28, служит для присоединения защитного кольца электрододержателя 8 к основанию 10.

Электроды 20 возбуждения/обнаружения направлены противоположно торцевой поверхности 15 резонатора. Они включают в себя Т-образный участок, проходящий в направлении к границе основания 10. Защитное кольцо имеет центральный участок, проходящий к внутренней части электродов 20 возбуждения/обнаружения, по меньшей мере один периферийный участок, проходящий к наружной части электродов 20 возбуждения/обнаружения, и по меньшей мере одно соединение, проходящее между электродами 20 возбуждения/обнаружения, чтобы соединять центральный участок и периферийный участок.

Силовые линии, расположенные между электродами 20 возбуждения/обнаружения и торцевой поверхностью 15, позволяют измерять вибрации резонатора. Силовые линии, расположенные на каждой стороне торцевой поверхности 15 резонатора, изогнуты в направлении центрального участка и периферийного участка защитного кольца.

Основание 10 обеспечивается четырьмя элементами 33 для крепления их к инерционному стержню 11, например, образованные гладкими или резьбовыми отверстиями. Как вариант, основание 10 зажимается на инерционном стержне 11. В соответствии с другим вариантом, гладкие или резьбовые отверстия выполняются в основании 10, чтобы прикреплять датчик к инерционному стержню. Как вариант, основание 10 обеспечивается различным количеством элементов 33 для крепления их к инерционному стержню.

Для квадратного основания 10, имеющего толщину "h", длину "а" стороны и фиксируемого в четырех точках, разнесенных на расстояние "b" от каждой границы основания 10, аналитическое компьютерное моделирование позволяет выяснить, что режим механической паразитической вибрации изменяется в соответствии со следующим уравнением:

F 1 = h λ 1 2 2 π a 2 E ρ * 1 12 * ( 1 ν 2 )

где h является толщиной основания 10,

а является длиной стороны основания 10,

λ1 является параметром, который зависит от длины "а" стороны и от расстояния "b",

Е является модулем Юнга материала основания 10,

ρ является плотностью материала основания 10,

ν является коэффициентом Пуассона материала основания 10.

Задача нахождения для легкого гироскопического датчика, имеющего первый режим паразитической вибрации, далекий от «полезного» режима вибрации, может выражаться как нахождение минимальной толщины hmin, из условия чтобы F1≥F. При этом приведенное выше уравнение может быть переписано следующим образом:

h min i = F 2 π a 2 λ 1 2 * 1 E ρ * 1 12 * ( 1 ν 2 )

Были протестированы две сотни различных материалов и сплавов. Некоторые из результатов можно увидеть на фиг.5. Как видно из этой фигуры, гироскопический датчик будет улучшать свои характеристики при выборе материала, имеющего плотность менее чем 5 кг/дм3, а квадратный корень отношения модуля Юнга, деленного на указанную выше плотность, больше чем 9 ГПа1/2дм3/2/кг-1/2, т.е.

ρ < 5 k g d m 3

E ρ > 9 G P a 1 / 2 d m 3 / 2 k g 1 / 2

при этом Е является модулем Юнга данного материала, а ρ является его плотностью.

Предпочтительно, чтобы плотность вышеуказанного материала находилась между 1,5 и 5, а квадратный корень отношения модуля Юнга, деленного на указанную выше плотность, находился между 9 ГПа1/2дм3/2/кг-1/2 и 12 ГПа1/2дм3/2/кг-1/2, т.е.

1 , 5 k g d m 3 < ρ < 5 k g d m 3

9 G P a 1 / 2 d m 3 / 2 k g 1 / 2 < E ρ < 12 G P a 1 / 2 d m 3 / 2 k g 1 / 2

Использование такого материала будет уменьшать режимы паразитической вибрации и сокращать массу от двух или трех раз, а также размер основания в два раза по отношению к другим классическим материалам, используемым для основания 10.

В соответствии с первым вариантом осуществления изобретения этот материал содержит бериллий. Предпочтительно основание 10 целиком выполнено из бериллия или бериллиевого сплава. В соответствии с этим вариантом осуществления изобретения поддерживающие стержни проходят прямо через основание и с сохранением герметичности прикрепляются к основанию за счет формирования стеклянного уплотнения.

В соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения этот материал содержит керамику и предпочтительно оксид алюминия. В соответствии с изобретением керамика является спекаемым или неспекаемым изделием, с кристаллической или частично кристаллической структурой, или стеклом, корпус которого формируется по существу из неорганических или неметаллических веществ, и который формируется из расплавленной массы, застывающей при охлаждении, или который формируется и забирается для дозревания, в то же самое время или впоследствии, под воздействием тепла (ASTM С 242). Разграничение делается между оксидами, керамикой на основе безкислородных соединений (нитридов, карбидов, боридов и т.д.) и композитной керамикой сплавов керамики на основе кислородных и безкислородных соединений.

Основание 10 предпочтительно имеет толщину около 4 мм и массу около 20 г.

В частности, основание 10 изготавливается с помощью совместного обжига керамических слоев, первых электрических соединений 34, вторых электрических соединений 35 и штырьков.

Предпочтительно, совместный обжиг керамики выполняется при высокой температуре.

В качестве варианта, совместный обжиг керамики выполняется при низкой температуре.

Процессы, используемые для производства керамического основания совместного обжига при высокой температуре и керамического основания совместного обжига при низкой температуре, в целом называются процессами НТСС (High-Temperature Cofired Ceramic - керамика совместного обжига при высокой температуре) и LTCC (Low-Temperature Cofired Ceramic - керамика совместного обжига при низкой температуре).

Первые электрические соединения 34 присоединяют восемь поддерживающих стержней 16, первую электрическую муфту 28, и вторую электрическую муфту 29 к электронной цепи 36. Эта электронная цепь 36 присоединяется к наружной поверхности 38 основания, которая в дальнейшем называется нижней наружной поверхностью 38, при этом она находится на противоположной стороне относительно наружной поверхности 40, обращенной в сторону электрододержателя, которая в дальнейшем называется верхней наружной поверхностью 40.

Рассмотрим фиг.3 и 4. Первые электрические соединения 34 содержат восемь электрических контактов 42, выходящих на верхнюю наружную поверхность 40 основания. Эти электрические контакты 42 присоединяются электрически к первой матрице 44 из восьми штырьков, выходящих на нижнюю наружную поверхность 38. Электрические контакты 42 припаиваются к восьми поддерживающим стержням 16. Первая матрица 44 из восьми штырьков присоединяется к электронной цепи 36 с помощью электрического соединения, припаивания или ультразвуковой сварки (также называемая термокомпрессионная сварка "шариком" или термокомпрессия клином).

Первые электрические соединения 34 содержат электрический контакт 46, выходящий на верхнюю наружную поверхность 40. Электрический контакт 46 припаивается ко второй электрической муфте 29 и присоединяются электрически к четырем штырькам 48, выходящим на нижнюю наружную поверхность 38. Четыре штырька 48 присоединяются к электронной цепи 36.

Четыре штырька 48 также способны удерживать электронную плату 36 на заданном расстоянии от основания 10, для того чтобы можно было разместить электронные компоненты на какой-либо стороне электронной платы. В качестве варианта штырьки 48 заменяются электрическими соединениями, а электронная плата прикрепляется непосредственно к наружной поверхности 38, например, с помощью клеевого соединения.

Кроме того, первые электрические соединения 34 включают в себя электрический контакт 50, выходящий на верхнюю наружную поверхность 40. Этот электрический контакт 50 присоединяется электрически к штырьку 52, выходящему на нижнюю наружную поверхность 38. Электрический контакт 50 припаивается к первой электрической муфте 28. Штырек 52 предназначается для ввода высокого напряжения, которое будет подаваться к торцевой поверхности 15 резонатора через первую электрическую муфту 38.

Вторые электрические соединения 35 интегрированы в основание 10 (они схематически показаны на фиг.4), и содержат вторую 54 и третью 56 матрицы штырьков, выходящих на нижнюю наружную поверхность 38 основания. Штырьки второй матрицы 54 электрически присоединяются к штырькам третьей матрицы 56 с обеспечением герметичности. Штырьки второй матрицы 54 присоединяются к электронной цепи 36. Штырьки третьей матрицы 56 предназначаются для присоединения внешнего разъема к гироскопическому датчику 2.

Как вариант, некоторые из штырьков матрицы 56 могут также служить для механического удерживания вышеуказанного внешнего разъема на основании 10.

Гироскопический датчик 2 дополнительно включает в себя корпус 58 для защиты электронной цепи 36. Этот корпус 58 содержит раму 60, припаянную к нижней наружной поверхности 38 основания, и крышку 62, прикрепленную к раме 60. Этот корпус 58 позволяет поддерживать электронную цепь 36 в контролируемой атмосфере.

Рама 60 корпуса 58 проходит только над частью нижней наружной поверхности 38 основания. Корпус 58 выполнен таким образом, чтобы содержать электронную цепь 36, первую 44 и вторую 54 матрицы штырьков, а также штырьки 48. Третья матрица штырьков 56 и штырек 52 располагаются с наружной стороны корпуса 58.

Как вариант, матрицы штырьков 44, 54 и 56 заменяются металлизированными контактными площадками.

Средства 20, 29, 33, 34, 35, 48 электрического соединения позволяют электрическому земляному контакту гироскопического датчика 2 присоединяться к электрическому земляному контакту стержня 11. В частности защитное кольцо, размещенное на электрододержателе 8, электронная цепь 36, корпус 58, кожух 12, а также вторая 54 и третья 56 матрицы штырьков присоединяются к электрическому земляному контакту инерционного стержня 11 через определенные электроды 20, вторую электрическую муфту 29, определенные электрические соединения 34, 35, элементы 33 крепления и штырьки 48. Эти элементы, присоединенные к земляному контакту, создают «клетку Фарадея», спроектированную таким образом, чтобы гарантировать, что гироскопический датчик может работать в окружающем пространстве, содержащем электромагнитные волны.

Достигается преимущество, заключающееся в том, что гироскопический датчик 2 может быть легко протестирован через соединения, особенно соединения с первой матрицей штырьков 44, когда крышка 62 не установлена на раму 60. Затем, когда гироскопический датчик уже протестирован, электронная цепь 36 присоединяется к штырькам основания, а крышка 62 прикрепляется к раме 60.

Достигается преимущество, заключающееся в том, что основание изготавливается как единая часть, а поддерживающие стержни 16 не проходят через основание 10, для того чтобы сделать вышеуказанное основание полностью герметичным.

Достигается преимущество, заключающееся в том, что за счет припаивания конца поддерживающих стержней 16 к плоскости верхней наружной поверхности 40 основания существует возможность лучше контролировать вибрационные режимы поддерживающих стержней.

Достигается преимущество, заключающееся в том, что использование основания из керамики совместного обжига позволяет свободно позиционировать матрицу штырьков 44, чтобы таким образом уменьшить опорную поверхность электронных плат 36.

В гироскопическом датчике существующего уровня техники поддерживающие стержни 16 проходят прямо через основание и прикрепляются к основанию с сохранением герметичности за счет формирования стеклянного уплотнения, т.е. за счет расплавления капли стекла между поддерживающим стержнем и отверстием, проделанным в основании. Место, в котором происходит затвердевание капель расплавленного стекла при охлаждении, не может строго контролироваться. Однако частота вибрации поддерживающих стержней зависит от места, где поддерживающие стержни прикрепляются к основанию. Эта частота вибрации оказывает влияние на измерение угла вращения, выполняемого гироскопическим датчиком, когда он подвергается вибрациям или сотрясениям.

В вибрирующем гироскопическом датчике эта частота вибрации, как правило, составляет несколько кГц (например, 3 кГц), и должна точно контролироваться, например, в пределах ± 100 Гц. Поскольку положение, где капли стекла затвердевают, в гироскопическом датчике существующего уровня техники не может строго контролироваться, частота вибрации каждого поддерживающего стержня может быть различной. В результате этого частота вибрации не может быть легко скорректирована за счет электронного процесса обработки для гироскопического датчика существующего уровня техники. Кроме того, трудно достаточно хорошо герметизировать основание гироскопического датчика существующего уровня техники с заданным количеством поддерживающих стержней, проходящих через него, и трудно получить хорошее стеклянное уплотнение.

Кроме того, другой задачей изобретения является создание гироскопического датчика, улучшающего решение, по меньшей мере, одной из упомянутых выше проблем.

Для достижения этой последней из названных целей предметом изобретения является гироскопический датчик, содержащий:

- чувствительный элемент 4, предназначенный для вибрации;

- электрододержатель 8 для поддержки электродов 20 возбуждения и электродов 20 для обнаружения вибрации чувствительного элемента; и

- элементы 10, 16 для установки электрододержателя,

характеризующийся тем, что поддерживающие элементы 10, 16 содержат основание 10, выполненное из изолирующего материала, а также тем, что электрические соединения 34, 35 интегрированы в основание 10.

Электрическое соединение 34 проходит через основание 10, но не окружается каким-либо другим материалом, кроме материала основания. Встраивание электрических соединений 34 выполняется способами, используемыми для изготовления интегрированной цепи, подобными способу совместного обжига при высокой температуре или совместного обжига при низкой температуре. Основание 10 является цельным, т.е. моноблоком. Таким образом, все основание 10 является одной деталью. Через него не проходят поддерживающие стержни или любые другие элементы. Следовательно, вибрационная частота поддерживающих стержней больше не оказывает влияния на измерение угла вращения, выполняемого гироскопическим датчиком. Обеспечивается преимущество, заключающееся в том, что основание 10 является более герметичным. Обеспечивается преимущество, заключающееся в том, что процесс производства гироскопического датчика упрощается, и поэтому является менее дорогим.

Основание 10 этого гироскопического датчика может быть выполнено из материала, который не имеет:

- плотность менее чем 5 кг/дм3 и

- квадратный корень отношения модуля Юнга, деленного на указанную выше плотность, больше чем 9 ГПа1/2дм3/2/кг-1/2.

Например, основание 10 может быть выполнено из керамического материала, аналогичного материалу, продаваемому под зарегистрированными торговыми марками "Dupont 951" и "Dupont 943", а также из металлического композита, например, аналогичного материалам "Ferro A6M" и "Ferro A6S".

В качестве варианта этот гироскопический датчик содержит любой из признаков, описанных в пунктах с 6 по 16 формулы изобретения.

1. Гироскопический датчик (2), содержащий
- чувствительный элемент (4), выполненный с возможностью вибрации и имеющий полусферическую форму или форму колокола;
- электрододержатель (8), предназначенный для поддержки электродов (20) возбуждения/обнаружения для возбуждения чувствительного элемента (4) и обнаружения вибрации чувствительного элемента (4); и
- элементы (10, 16) для установки электрододержателя (8),
характеризующийся тем, что поддерживающие элементы (10, 16) содержат основание (10), выполненное из материала, имеющего плотность менее чем 5 кг/дм3, и квадратный корень отношения модуля Юнга, деленного на указанную выше плотность, больше чем 9 ГПа1/2дм3/2/кг-1/2.

2. Гироскопический датчик (2) по п.1, отличающийся тем, что вышеуказанный материал имеет плотность между 1,5 кг/дм3 и 5 кг/дм3, а квадратный корень отношения модуля Юнга, деленного на указанную выше плотность, находится между 9 ГПа1/2дм3/2/кг-1/2 и 12 ГПа1/2дм3/2/кг-1/2.

3. Гироскопический датчик (2) по п.1, отличающийся тем, что вышеуказанный материал содержит бериллий.

4. Гироскопический датчик (2) по п.1, отличающийся тем, что вышеуказанный материал содержит керамику.

5. Гироскопический датчик (2) по п.4, в котором керамика является оксидом алюминия.

6. Гироскопический датчик (2) по п.4, отличающийся тем, что керамика является результатом совместного обжига.

7. Гироскопический датчик (2) по п.6, отличающийся тем, что основание (10) выполнено путем высокотемпературного совместного обжига керамических слоев и интегрированных электрических соединений (34).

8. Гироскопический датчик (2) по п.6, отличающийся тем, что основание (10) выполнено путем низкотемпературного совместного обжига керамических слоев и интегрированных электрических соединений (34).

9. Гироскопический датчик (2) по п.1, отличающийся тем, что включает в себя электрические соединения (34, 35), интегрированные в основание (10), и электронную цепь (36), электрически присоединенную к электрическим соединениям (34, 35).

10. Гироскопический датчик (2) по п.9, отличающийся тем, что поддерживающие элементы (10, 16) содержат проводящие поддерживающие стержни (16), вставленные между основанием (10) и электрододержателем (8), при этом вышеуказанные поддерживающие стержни (16) на одной стороне припаяны к электрическим контактам (42, 46) электрических соединений (34, 35), а на другой стороне присоединены к электродам (20) возбуждения/обнаружения электрододержателя (8).

11. Гироскопический датчик (2) по п.9, отличающийся тем, что включает в себя корпус (58) для защиты электронной цепи (36), припаянный к основанию (10).

12. Гироскопический датчик (2) по п.11, отличающийся тем, что основание (10) включает в себя интегрированные в нее матрицу штырьков (54), выступающих на внутренней стороне корпуса (58), и матрицу дополнительных штырьков (56), выступающих на наружной стороне корпуса (58), при этом, по меньшей мере, некоторые из вышеуказанных электрических соединений (34, 35) основания (10) способны присоединять матрицу штырьков (54) к матрице дополнительных штырьков (56).

13. Гироскопический датчик (2) по п.12, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью закрепления к инерционному стержню (11) и содержит
- защитное кольцо, расположенное на электрододержателе (8); и
- средства (20, 29, 34, 35, 48) электрического соединения для соединения между вышеуказанным защитным кольцом с одной стороны и электронной цепью (36) или вышеуказанным корпусом (58) с другой стороны, или обоими этими компонентами, при этом вышеуказанные средства (20, 29, 34, 35, 48) электрического соединения присоединяются к электрическому земляному контакту инерционного стержня (11).

14. Гироскопический датчик (2) по п.1, отличающийся тем, что вышеуказанный датчик (2 выполнен с возможностью закрепления к инерционному стержню (11), при этом вышеуказанный датчик (2) содержит кожух (12), прикрепляемый к основанию (10), и вышеуказанный кожух (12) присоединяется к электрическому земляному контакту инерционного стержня (11).

15. Гироскопический датчик (2) по п.1, отличающийся тем, что включает в себя по меньшей мере один эластичный электрический соединитель (28, 29) вдоль осевого направления, при этом вышеуказанный соединитель размещается между электрододержателем (8) и основанием (10).

16. Гироскопический датчик (2) по п.1, отличающийся тем, что вышеуказанный датчик (2) выполнен с возможностью закрепления к инерционному стержню (11) через четыре элемента (33) крепления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области микромеханики, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа, в которых для повышения точности используется термокомпенсация.

Изобретение относится к вибрационным гироскопам. Гироскопическая система производит измерения при помощи вибрационного гироскопа, который вибрирует в первом положении вибрации и передает сигнал измерений.

Изобретение относится к вибрационным датчикам гироскопического типа. Резонатор (3)датчика содержит корпус из материала на основе кремния с по меньшей мере одной резонансной частью (Z), имеющей по меньшей мере один участок, покрытый электропроводящим слоем, и по меньшей мере один участок, не покрытый проводящим слоем.

Изобретение может быть использовано при производстве навигационных приборов. Способ балансировки металлического зубчатого резонатора волнового твердотельного гироскопа заключается в том, что измеряют параметры неуравновешенной массы, рассчитывают массу, подлежащую удалению с каждого балансировочного зубца, и удаляют неуравновешенную массу с поверхности балансировочных зубцов путем электрохимического растворения, при этом каждый зубец погружают в отдельную ванну с электролитом и через поверхность каждого зубца пропускают заранее рассчитанный электрический заряд, величину которого регулируют временем пропускания постоянного тока.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Предложен способ сейсмических исследований, а также устройство и система для его осуществления.

Изобретение относится к твердотельным волновым гироскопам (ТВГ), которые используются для определения угловых перемещений в составе блоков навигационных устройств наземной и авиационно-космической техники.

Изобретение относится к твердотельным волновым гироскопам (ТВГ), которые используются для определения угловых перемещений в составе блоков навигационных устройств наземной, морской, авиационной и космической техники.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к гироскопии и может быть использовано в приборостроении, авиакосмической отрасли и машиностроении.

Изобретение относится к сенсорам физико-химических или биохимических воздействий, в частности к области инфракрасной техники, а именно к преобразователям теплового излучения в электрический сигнал.

Изобретение относится к гироскопическим системам, которые основаны на использовании вибрационных гироскопов. В гироскопической системе, содержащей по меньшей мере четыре вибрационных гироскопа, первое измерение обеспечивается вибрационным гироскопом, подлежащим калибровке, и второе измерение обеспечивается комбинацией измерений из других вибрационных гироскопов системы.

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой твердотельный волновой гироскоп. Гироскоп имеет вакуумируемый корпус в виде полусферической оболочки с равномерной толщиной, на внешней стороне которого размещены три установочно-закрепительных элемента, разнесенных относительно друг друга на 120°, а на внутренней - три конусных сегментных элемента, смещенных на 60° относительно установочно-закрепительных элементов, для установки комбинированной информационно-возбудительной платы с использованием кольцевой разрезной пружины. Резонатор гироскопа имеет переменную толщину стенки полусферической оболочки. В сферической части комбинированной платы сформированы электроды съема информации и электроды управления. В полости платы расположен геттерный насос. Электроды съема соединяются в пары на монтажной плате, имеющей коаксиальные разъемы для электрической связи с предварительными усилителями, между монтажной платой и платой с предварительными усилителями расположен теплозащитный экран. Для электрической связи электродов съема и электродов управления с внешней электроникой гироскоп имеет два разъема. Цифровая внешняя электронная система управляет вибрационным состоянием резонатора. Техническим результатом является улучшение технико-эксплуатационных качеств гироскопа. 9 ил.

Изобретение относится к акустоэлектронным приборам, предназначенным для преобразования угловой скорости вращения основания в электрический сигнал. Микроакустомеханический гироскоп содержит основание, структуру инерционных масс, размещенных в шахматном порядке, пьезоэлектрические преобразователи и измерительные ВШП суммарного поля ПАВ от регулярной структуры инерционных масс. На внешней поверхности несущего основания нанесена тонкая пленка из пьезоэлектрика с установленными на ней регулярной структурой инерционных масс и измерительными ВШП для каждого из направлений вращения. При этом измерительные ВШП размещены симметрично относительно положения регулярной структуры инерционных масс и перпендикулярно осям вращения несущего основания. На внутренней поверхности несущего основания выполнен трапецеидальный выступ, большее основание которого обращено в сторону внешней поверхности несущего основания, активные пьезоэлектрические преобразователи установлены симметрично друг другу на боковых поверхностях трапецеидального выступа. Технический результат заключается в обеспечении преобразования угловых скоростей вращения несущего основания в электрические сигналы одновременно относительно двух осей вращения. 2 ил.

Предлагаемый способ может быть использован при изготовлении и подготовке к работе волновых твердотельных гироскопов (ВТГ). Определение параметров ВТГ заключается в том, что измеряют амплитуды колебаний резонатора на частотах вблизи резонанса в стационарных режимах, по измеренным значениям амплитуд колебаний и частот формируют вектор и матрицу с линейными относительно амплитуд элементами. При этом увеличивают в два-три раза амплитуды колебаний, формируют матрицу с нелинейными относительно амплитуд элементами и вычисляют коэффициенты нелинейности колебаний резонатора одновременно с параметрами волнового твердотельного гироскопа. Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения параметров ВТГ в несколько раз. 1 ил.

Изобретение относится к гироскопии и может быть использовано в системах средней точности инерциального управления объектами бескарданного типа. Твердотельный волновой гироскоп содержит цилиндрический резонатор, смонтированный в корпусе, и расположенные на нижней пластине восемь пьезоэлементов, закрепленных с помощью клея. Причем нижняя пластина выполнена сплошной и прикреплена к резонатору через буртик. Технический результат - повышение точности при несущественном изменении частоты резонатора. 4 ил.

Изобретение относится к технологии сборки волновых твердотельных гироскопов (ВТГ) и может быть использовано при производстве навигационных приборов и систем для самолетов, катеров, космических аппаратов, бурильных установок. Задачей изобретения является повышение равномерности кольцевого зазора между проводящей поверхностью цилиндрического или полусферического резонатора ВТГ и внешними электродами при сборке. Поставленная задача решается за счет повышения точности измерения переменного тока, протекающего через внешний электрод, что достигается уменьшением влияния паразитных емкостей на результат измерения. Предложенный способ установки кольцевого зазора между поверхностью цилиндрического или полусферического резонатора волнового твердотельного гироскопа и внешними электродами включает формирование переменного напряжения между внешними электродами и проводящей поверхностью резонатора, поочередное измерение величины тока, протекающего через каждый внешний электрод, и установку резонатора в положение, при котором эти токи равны между собой, отличающийся тем, что при измерении тока выбранный внешний электрод подключают к инвертирующему входу операционного усилителя, при этом инвертирующий вход операционного усилителя соединяют с его выходом через резистор, величину которого выбирают исходя из необходимой величины выходного напряжения и величины тока инвертирующего входа операционного усилителя, а неинвертирующий вход операционного усилителя и другие внешние электроды соединяют с общим проводом. Согласно сделанной оценке неравномерность кольцевого зазора при установке его предложенным способом составляет около 1%. 1 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано, например, в системах ориентации и навигации летательных аппаратов. Технический результат - повышение надежности. Для этого гироскоп (1) содержит основание (2), резонатор (3), имеющий корпус (4), по существу, цилиндрической формы, заканчивающийся со стороны, противоположной основанию (2), дистальным торцом (5), в котором выполнено по меньшей мере одно сквозное отверстие (13), множество пьезоэлектрических элементов (10), контактирующих с резонатором (3), модули (18) управления/обработки установленные, по меньшей мере частично, в основании (2), и по меньшей мере один соединительный проводник (15), проходящий через указанное отверстие (13) в корпусе (4) резонатора (3) и электрически соединяющий указанные модули (18) и пьезоэлектрические элементы (10) для управления вибрацией резонатора (3) и измерения вибрационных сигналов. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

Кориолисов гироскоп (1) включает в себя систему масс, в которой могут возбуждаться колебания параллельно первой оси, при этом может регистрироваться отклонение системы масс вследствие кориолисовой силы вдоль второй оси, которая проходит перпендикулярно первой оси, и по меньшей мере один первый корректировочный модуль (30) и по меньшей мере один второй корректировочный модуль (40), которые соответственно содержат множество неподвижных корректировочных электродов (31, 32, 41, 42) и подвижных корректировочных электродов (24, 25, 26, 27), при этом неподвижные корректировочные электроды (31, 32, 41, 42) проходят в направлении первой оси и жестко соединены с подложкой посредством соответствующих анкерных структур (33, 43), а подвижные корректировочные электроды (24, 25, 26, 27) образуют часть системы масс. Способ уменьшения квадратурного искажения такого кориолисова гироскопа (1) включает в себя подачу на корректировочные модули (30, 40) по меньшей мере в течение промежутка времени постоянных корректирующих напряжений. Технический результат заключается в снижении искажений сигнала в кориолисовом гироскопе или системе кориолисовых гироскопов за счет уменьшения вклада неправильной ориентации элементов в квадратурные искажения. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение раскрывает устройство и способ изготовления гиродатчика (2), содержащего: чувствительный элемент (4), предназначенный для вибрирования; держатель (8) электродов, на котором могут быть размещены электроды (20) для возбуждения чувствительного элемента (4) и электроды (20) для обнаружения вибрации чувствительного элемента (4); и опорные стержни (16), предназначенные для поддержки держателя (8) электродов; отличающегося тем, что опорные стержни (16) имеют по меньшей мере один выступающий конец (17). Техническим результатом является улучшение механических и эксплуатационных характеристик гиродатчика, а также усовершенствование технологии изготовления и повышение выхода годной продукции. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

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.

Изобретение относится к балансировке металлических резонаторов твердотельных волновых гироскопов (ВТГ) и может быть использовано при производстве навигационных приборов различного назначения. Способ балансировки металлического беззубцового цилиндрического резонатора волнового твердотельного гироскопа включает в себя измерение параметров первых четырех форм массового дефекта резонатора, погружение резонатора в ванну с электролитом и пропускание через его поверхность рассчитанного электрического заряда, регулируемого временем пропускания постоянного тока, величину которого выбирают в зависимости от состава электролита и металла резонатора, при этом цилиндрический резонатор погружают в электролит наклонно, устанавливают величину центрального угла цилиндрического клина погруженной части, равную α, и совмещают угол ориентации обрабатываемой поверхности цилиндрического клина с ориентацией удаляемой формы массового дефекта. Технический результат - уменьшение времени и трудоемкости процесса балансировки беззубцовых металлических цилиндрических резонаторов по первым 4-м формам массового дефекта. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх