Микромеханический датчик угловой скорости с цифровым выходом

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к измерительной технике, и предназначено для измерения угловой скорости, например, в системах управления, навигации, стабилизации и наведения. Инерционные массы (1, 2), на поверхности которых напылены токопроводящие дорожки (19, 20), размещены на упругих элементах подвеса (3, 4) в зазоре между двумя постоянными магнитами (6). Датчики положения состоят из пар излучателей (11, 12, 15, 16) и фотоприемников (17, 18) или двухсегментных фотоприемников (13, 14). Инерционные массы (1, 2) совершают автоколебания под действием знакопеременного сигнала, формируемого в цепи обратной связи, состоящей из триггеров Шмидта (28, 32), амплитудных детекторов (29, 33) и сумматоров (27, 31). Наличие входного воздействия приводит к смещению центра колебаний инерционных масс и возникновению временной модуляции выходного сигнала, получаемого после обработки на микроконтроллере (30). Технический результат заключается в большей помехозащищенности и измерении угловых скоростей с большей точностью и расширенным частотным диапазоном. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к измерительной технике, и предназначено для измерения угловой скорости, например, в различных системах управления, навигации, стабилизации и наведения.

Известен датчик угловой скорости Mars-RR (Micromachined Angular Rate Sensor) [Geiger W. et al. A Silicon Rate Gyroscope with Decoupled Driving and Sensing Mechanisms MARS-RR. - Symposium Gyro Technology, Germany. - 1998], содержащий инерционную массу, закрепленную на упругих элементах подвеса относительно анкеров, скрепленных с подложкой. Упругие элементы подвеса позволяют инерционной массе перемещаться вдоль одной оси и вместе с несущей рамой вдоль второй оси. Электростатические датчики силы обеспечивают перемещение чувствительного элемента датчика положения вместе с несущей рамой и роторными элементами датчика силы.

Недостатками являются низкие силовые характеристики электростатических датчиков силы, низкая точность, малый диапазон измерений и аналоговый выходной сигнал прибора, обладающий малой помехозащищенностью.

Известен датчик угловой скорости ADXRS 300 [Geen J. US Patent#5,635,640 Micromachined device with rotationally vibrated masses. - 3 June 1997], содержащий основание и крышку, первую и вторую инерционные массы, закрепленные на упругих элементах подвеса, пластины для формирования контура электростатической обратной связи и реализации режима компенсации. Первая и вторая инерционные массы посредством трех электростатических двигателей гребенчатой структуры приводятся в вибрационное движение параллельно плоскости основания так, чтобы колебания инерционных масс имели противоположные фазы.

При наличии угловой скорости под действием силы Кориолиса одна инерционная масса будет подниматься, а другая - опускаться по отношению к плоскости вибрации. Чувствительные элементы емкостного датчика положения формируют выходной сигнал датчика угловой скорости.

Недостатками являются низкие силовые характеристики электростатических датчиков силы, низкая точность, малый диапазон измерений и аналоговый выходной сигнал прибора, обладающий малой помехозащищенностью.

Наиболее близким из известных технических решений является «Микромеханический датчик угловой скорости» [Пат. РФ №2410701, опубл. Бюл. №3, 2011], содержащий основание и крышку, несущую раму, источник постоянного тока, постоянные магниты, первую и вторую инерционные массы с оптическими щелями, закрепленные на упругих элементах подвеса, которые позволяют инерционным массам перемещаться вдоль двух осей, движение каждой инерционной массы фиксируется первыми датчиками положения, состоящими из излучателя и двухсегментного фотоприемника, и вторыми датчиками положения, состоящими из излучателя и фотоприемника, на поверхности каждой инерционной массы нанесены токопроводящие дорожки и токопроводящие шины, на поверхности упругих элементов подвеса нанесены токоподводы.

Недостатком является аналоговый выходной сигнал прибора, обладающий малой помехозащищенностью.

Задачей является создание датчика угловых скоростей, позволяющего осуществить измерения с расширенным частотным диапазоном и большей точностью, поскольку цифровой выходной сигнал дает возможность улучшить соотношение сигнал-шум.

Техническим результатом является большая помехозащищенность и измерение угловых скоростей с большей точностью и расширенным частотным диапазоном.

Технический результат достигается тем, что в микромеханический датчик угловой скорости, содержащий основание и крышку, несущую раму, постоянные магниты, первую и вторую инерционные массы, закрепленные на упругих элементах подвеса с возможностью перемещения вдоль двух осей, оптические щели на каждой инерционной массе, первые датчики положения, состоящие из излучателя и двухсегментного фотоприемника, и вторые датчики положения, состоящие из излучателя и фотоприемника, токопроводящие дорожки и токопроводящие шины на поверхности каждой инерционной массы, токоподводы на поверхности упругих элементов подвеса, источник постоянного тока, дополнительно введены первый и второй амплитудные детекторы, первый и второй сумматоры, первый и второй триггеры Шмидта, стабилизированный высокочастотный генератор счетных импульсов, микроконтроллер, входы первого и второго амплитудных детекторов попарно соединены с выходами вторых датчиков положения, первые входы первого и второго сумматоров попарно соединены с выходами первого и второго амплитудных детекторов, вторые входы первого и второго сумматоров попарно соединены с выходами первого и второго триггеров Шмидта, выходы первого и второго сумматоров попарно соединены с токопроводящими дорожками первой и второй инерционных масс, к первому входу первого и второго триггера Шмидта попарно подключены выходы одного сегмента фотоприемников первого и второго датчиков положения, а ко вторым входам попарно подключены выходы вторых сегментов первого и второго датчиков положения, выходы первого и второго триггеров Шмидта попарно подключены к первому и второму входам микроконтроллера, выход стабилизированного высокочастотного генератора счетных импульсов соединен с третьим входом микроконтроллера, первый и второй выходы стабилизированного источника постоянного тока попарно соединены с третьими входами первого и второго триггеров Шмидта, третий выход стабилизированного источника постоянного тока соединен с четвертым входом микроконтроллера, четвертый выход стабилизированного источника постоянного тока соединен со входом стабилизированного высокочастотного генератора счетных импульсов, причем источник постоянного тока выполнен в виде стабилизированного источника постоянного тока.

Технический результат достигается за счет введения новых элементов и новых связей, формирующих знакопеременный сигнал постоянного тока в цепи обратной связи, под действием которого первая и вторая инерционные массы могут совершать автоколебания под действием. При этом наличие входного воздействия приводит к смещению центра колебаний и возникновению временной модуляции сигнала, обеспечивающей измерение угловых скоростей с большей точностью и расширенным частотным диапазоном. Введенные элементы и связи позволяют сформировать широтно-импульсный цифровой выходной сигнал, имеющий большую помехозащищенность.

Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам заявленного микромеханического датчика угловой скорости, отсутствуют, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата, следовательно, заявленное изобретение соответствует "изобретательскому уровню".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена электро-кинематическая схема датчика и введены следующие обозначения:

1. Первая инерционная масса.

2. Вторая инерционная масса.

3. Первые упругие элементы подвеса.

4. Вторые упругие элементы подвеса.

5. Несущая рама.

6. Постоянные магниты.

7. Основание.

8. Первая оптическая щель.

9. Вторая оптическая щель.

10. Крышка.

11. Первый излучатель.

12. Второй излучатель.

13. Первый двухсегментный фотоприемник.

14. Второй двухсегментный фотоприемник.

15. Третий излучатель.

16. Четвертый излучатель.

17. Первый фотоприемник.

18. Второй фотоприемник.

19. Первые токопроводящие дорожки.

20. Вторые токопроводящие дорожки.

21. Первая токопроводящая шина.

22. Вторая токопроводящая шина.

23. Третья токопроводящая шина.

24. Четвертая токопроводящая шина.

25. Первый токоподвод.

26. Второй токоподвод.

27. Первый сумматор.

28. Первый триггер Шмидта.

29. Первый амплитудный детектор.

30. Микроконтроллер.

31. Второй сумматор.

32. Второй триггер Шмидта.

33. Второй амплитудный детектор.

34. Стабилизированный высокочастотный генератор счетных импульсов.

35. Стабилизированный источник постоянного тока.

В предлагаемом микромеханическом датчике угловой скорости с цифровым выходом первая и вторая инерционные массы 1, 2 размещены на упругих элементах подвеса 3, 4 в несущей раме 5 в зазоре между двумя постоянными магнитами 6 с возможностью линейного перемещения по двум взаимно перпендикулярным продольной и поперечной осям в плоскости, параллельной основанию 7, и выполнена из монокристаллического кремния в виде пластины с прямоугольными оптическими щелями 8, 9. Магниты 6 закреплены на основании 7 и крышке 10. Первые датчики положения каждой инерционной массы 1, 2 выполнены в виде пар, состоящих из излучателей 11, 12 и двухсегментных фотоприемников 13, 14, оптические оси которых проходят через оптические щели 8, 9, излучатели 11, 12 и двухсегментные фотоприемники 13, 14 закреплены на основании 7 и крышке 10. Вторые датчики положения выполнены в виде пар, состоящих из излучателей 15, 16 и фотоприемников 17, 18, оптические оси которых проходят рядом с краем инерционных масс 1, 2. Излучатели 11, 12, 15, 16 и фотоприемники 13, 14, 17, 18 обоих датчиков положения каждой инерционной массы 1, 2 закреплены в отверстиях на основании 7 и крышке 10, соответственно. На поверхности каждой инерционной массы 1, 2 параллельно поперечной оси напылены токопроводящие дорожки 19, 20, начала которых соединены между собой токопроводящими шинами 21, 22, а концы соединены токопроводящими шинами 23, 24, которые соединены с токоподводами 25, 26 через упругие элементы подвеса 3, 4 первой и второй инерционных масс 1, 2. Токопроводящая шина 23 токоподводом 26 соединена с первым сумматором 27, к первому входу которого подключен выход первого триггера Шмидта 28, а ко второму входу подключен выход первого амплитудного детектора 29, вход которого подключен к выходу фотоприемника 17 первого датчика. К первому входу первого триггера Шмидта 28 подключен выход одного сегмента двухсегментного фотоприемника 13 первого датчика, а ко второму входу подключен выход второго сегмента. Выход первого триггера Шмидта 28 подключен к первому входу микроконтроллера 30. Токопроводящая шина 24 токоподводом 25 соединена со вторым сумматором 31, к первому входу которого подключен выход второго триггера Шмидта 32, а ко второму входу подключен выход второго амплитудного детектора 33, вход которого подключен к выходу фотоприемника 18 второго датчика. К первому входу второго триггера Шмидта 32 подключен выход одного сегмента двухсегментного фотоприемника 14 второго датчика, а ко второму входу подключен выход второго сегмента. Выход второго триггера Шмидта 32 подключен ко второму входу микроконтроллера 31. Третий вход микроконтроллера 31 подключен к выходу стабилизированного высокочастотного генератора счетных импульсов 34. Выходы стабилизированного источника постоянного тока 35 подключены к третьим входам первого и второго триггеров Шмидта 28 и 32, а также ко входу стабилизированного высокочастотного генератора счетных импульсов 34.

Излучатели 11, 12, 15, 16 могут быть выполнены, например, на основе серийно выпускаемых светодиодов КИПД80 В [1].

Фотоприемники 17, 18 могут быть выполнены, например, на основе серийно выпускаемых фотоприемников МГ-32 [2].

Двухсегментные фотоприемники 13, 14 могут быть выполнены, например, на основе серийно выпускаемых оптронов VO0630T [2].

Сумматоры 27, 31 могут быть выполнены, например, на основе серийно выпускаемых сумматоров К176ИМ1 [1].

Триггеры Шмидта 28, 32 могут быть выполнены, например, на основе серийно выпускаемых триггеров 1564ТЛ2 [1].

Амплитудные детекторы 29, 33 могут быть выполнены, например, на основе серийно выпускаемых детекторов К175ДА1 [3].

Микроконтроллер 30 может быть выполнен, например, на основе серийно выпускаемого микроконтроллера 1882ВЕ53У [4].

Стабилизированный источник постоянного тока 28 может быть представлен любой типовой схемой, удовлетворяющей заданным параметрам питания токопроводящих дорожек 19, 20 [5].

Микромеханический датчик угловой скорости с цифровым выходом работает следующим образом.

Микромеханический датчик угловой скорости с цифровым выходом устанавливают на объект для измерения угловой скорости с учетом того, что ось чувствительности ортогональна плоскости основания 7 и проходит через его центр. В исходном состоянии первый излучатель 11 через первую оптическую щель 8 открыт для первого сегмента первого двухсегментного фотоприемника 13, а для второго его сегмента закрыт.В результате на выходе первого сегмента этого двухсегментного фотоприемника появляется сигнал, который направляется на первый вход первого триггера Шмидта 28, который подключает источник постоянного тока 35 к первым токопроводящим дорожкам 19 через первую и третью токопроводящие шины 21, 23, первый и второй токоподводы 25, 26. В результате создания магнитного поля k токопроводящими дорожками 19, имеющими длину l, при подаче на них электрического тока и взаимодействия этого магнитного поля с магнитным полем постоянных магнитов 6, имеющим индукцию , возникает сила , действующая на инерционную массу 1 по продольной оси и равная

Инерционная масса 1 под действием силы перемещается по продольной оси, при этом первый излучатель 11 через первую оптическую щель 8 становится открыт для второго сегмента первого двухсегментного фотоприемника 13 и закрыт для первого его сегмента. Вследствие этого с выхода первого сегмента этого двухсегментного фотоприемника сигнал перестает поступать, а на выходе второго его сегмента появляется сигнал. Этот сигнал направляется на второй вход триггера Шмидта 28, что приводит к переключению им направления тока в токопроводящих дорожках 19. Далее процесс переключения повторяется, и инерционная масса 1 совершает автоколебания по продольной оси.

В исходном состоянии второй излучатель 12 через вторую оптическую щель 9 открыт для первого сегмента второго двухсегментного фотоприемника 14, а для второго его сегмента закрыт.В результате на выходе первого сегмента этого двухсегментного фотоприемника появляется сигнал, который направляется на первый вход второго триггера Шмидта 32, который подключает источник постоянного тока 35 ко вторым токопроводящим дорожкам 20 через вторую и четвертую токопроводящие шины 22, 24, третий и четвертый токоподводы 30, 31. Инерционная масса 2 перемещается по продольной оси, при этом второй излучатель 12 через вторую оптическую щель 9 становится открыт для второго сегмента второго двухсегментного фотоприемника 14 и закрыт для первого его сегмента. Вследствие этого с выхода первого сегмента этого двухсегментного фотоприемника сигнал перестает поступать, а на выходе второго его сегмента появляется сигнал. Этот сигнал направляется на второй вход второго триггера Шмидта 32, что приводит к переключению им направления тока в токопроводящих дорожках 19. Далее процесс переключения повторяется, и инерционная масса 2 совершает автоколебания по продольной оси в противофазе с первой инерционной массой 1.

При воздействии на микромеханический датчик угловой скорости он работает следующим образом. При наличии угловой скорости по оси чувствительности датчика на первую инерционную массу 1, движущуюся по продольной оси со скоростью и имеющую массу m, по поперечной оси действует сила , равная

Вследствие действия силы первая инерционная масса 1 совершает автоколебания по поперечной оси, при этом световой поток третьего излучателя 15, поступающий на первый фотоприемник 17, модулируется краем первой инерционной массы 1. Выходной сигнал первого фотоприемника 17 поступает на первый амплитудный детектор 29, выходной сигнал которого поступает на первый сумматор 27, что приводит к изменению тока в токопроводящих дорожках 19, а следовательно, к смещению центра автоколебаний первой инерционной массы 1. Временная модуляция сигнала на выходе первого триггера Шмидта 28 несет информацию об угловой скорости вращения микромеханического датчика угловой скорости , этот сигнал поступает для обработки в микропроцессор 30.

При наличии угловой скорости по оси чувствительности датчика вторая инерционная масса 2 совершает автоколебания по поперечной оси в противофазе с первой инерционной массой 1, при этом световой поток четвертого излучателя 16, поступающий на второй фотоприемник 18, модулируется краем второй инерционной массы 2. Выходной сигнал второго фотоприемника 18 поступает на второй амплитудный детектор 33, выходной сигнал которого поступает на второй сумматор 31, что приводит к изменению тока в токопроводящих дорожках 20, а следовательно, к смещению центра автоколебаний второй инерционной массы 2. Временная модуляция сигнала на выходе второго триггера Шмидта 32 несет информацию об угловой скорости вращения микромеханического датчика угловой скорости , этот сигнал поступает для обработки в микропроцессор 30.

На основании вышеизложенного повышение точности измерений достигается за счет введения режима автоколебаний под действием знакопеременного сигнала постоянного тока, формируемого в цепи обратной связи, и уменьшения вследствие этого вредных моментов, действующих на первую и вторую инерционные массы 1 и 2. При этом наличие входного воздействия приводит к смещению центра колебаний и возникновению временной модуляции сигнала, обеспечивающей измерение угловых скоростей с большей точностью и расширенным частотным диапазоном. Формирование широтно-импульсного цифрового выходного сигнала позволяет достичь большей помехозащищенности.

Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает достижение технического результата при осуществлении изобретения в силу того, что содержащиеся в заявленном устройстве основание и крышка, несущая рама, первая и вторая инерционные массы с прямоугольными оптическими щелями и токопроводящими дорожками, упругие элементы подвеса, первый и второй датчики положения каждой инерционной массы, два постоянных магнита, первый и второй ключи, первый и второй компараторы, источник постоянного тока могут быть эффективно использованы для измерения угловой скорости.

Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного изобретения выполняются следующие условия:

- средство, воплощающее предлагаемое устройство при его осуществлении, предназначено для использования в измерительной технике, а именно в угловых акселерометрах для измерения углового ускорения, например в инерциальных системах навигации;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных до даты подачи заявки средств;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Источники информации

1. Кашкаров А.П. Популярный справочник радиолюбителя. М: ИП «Радиософт», 2008.

2. Пароль Н.В., Кайдалов С.А. Фоточувствительные приборы и их применение: Справочник. М: Радио и связь, 1991.

3. Атаев Д.И., Болотников В.А. Аналоговые интегральные микросхемы для бытовой радиоаппаратуры: Справочник. М: МЭИ, 1991.

4. Бродин В.Б., Шагурин М.И. Микроконтроллеры: архитектура, программирование, интерфейс: Справочник. М: ЭКОМ, 1999.

5. Справочник по элементам радиоэлектронных устройств. Под ред. В.Н. Дулина, М.С. Жука. М: Энергия, 1977

1. Микромеханический датчик угловой скорости с цифровым выходом, содержащий основание и крышку, несущую раму, постоянные магниты, первую и вторую инерционные массы, закрепленные на упругих элементах подвеса с возможностью перемещения вдоль двух осей, оптические щели на каждой инерционной массе, первые датчики положения, состоящие из излучателя и двухсегментного фотоприемника, и вторые датчики положения, состоящие из излучателя и фотоприемника, токопроводящие дорожки и токопроводящие шины на поверхности каждой инерционной массы, токоподводы на поверхности упругих элементов подвеса, источник постоянного тока, отличающийся тем, что дополнительно введены первый и второй амплитудные детекторы, первый и второй сумматоры, первый и второй триггеры Шмидта, стабилизированный высокочастотный генератор счетных импульсов, микроконтроллер, входы первого и второго амплитудных детекторов попарно соединены с выходами вторых датчиков положения, первые входы первого и второго сумматоров попарно соединены с выходами первого и второго амплитудных детекторов, вторые входы первого и второго сумматоров попарно соединены с выходами первого и второго триггеров Шмидта, выходы первого и второго сумматоров попарно соединены с токопроводящими дорожками первой и второй инерционных масс, к первому входу первого и второго триггеров Шмидта попарно подключены выходы одного сегмента фотоприемников первого и второго датчиков положения, а ко вторым входам попарно подключены выходы вторых сегментов первого и второго датчиков положения, выходы первого и второго триггеров Шмидта попарно подключены к первому и второму входам микроконтроллера, выход стабилизированного высокочастотного генератора счетных импульсов соединен с третьим входом микроконтроллера, первый и второй выходы стабилизированного источника постоянного тока попарно соединены с третьими входами первого и второго триггеров Шмидта, третий выход стабилизированного источника постоянного тока соединен с четвертым входом микроконтроллера, четвертый выход стабилизированного источника постоянного тока соединен со входом стабилизированного высокочастотного генератора счетных импульсов.

2. Микромеханический датчик угловой скорости с цифровым выходом по п. 1, отличающийся тем, что источник постоянного тока выполнен в виде стабилизированного источника постоянного тока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к регулирующим устройствам. Заявлена группа изобретений, включающая регулирующее устройство, датчик угловой скорости, способ эксплуатации регулирующего устройства с гармонической задающей величиной.

Изобретение относится к области гироскопического приборостроения и предназначено для определения величин масштабных коэффициентов трехосных лазерных гироскопов (ТЛГ) с взаимно ортогональными осями чувствительности при проведении калибровки (паспортизации) бесплатформенных инерциальных навигационных систем, построенных на основе ТЛГ, или их составных частей.

Изобретение относится к области авиационно-космического приборостроения и может найти применение для пространственной угловой ориентации орбитальных космических аппаратов (КА), в которых применяются системы ориентирования, построенные по принципу орбитального гирокомпасирования.

Изобретение относится к области авиационно-космического приборостроения и может найти применение для повышения точности угловой ориентации орбитальных космических аппаратов (КА), в которых применяются системы ориентирования с использованием орбитальных гирокомпасов (ОГК).

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов. Двухстепенной поплавковый гироскоп содержит корпус с двумя торцевыми крышками, цилиндрическую поплавковую гирокамеру, установленную в корпусе на камневых опорах, поддерживающую жидкость, заполняющую зазор между корпусом гироскопа и поплавковой гирокамерой, обмотку обогрева и обмотку термодатчика, размещенные на наружной цилиндрической поверхности корпуса, датчик угла, датчик момента, при этом внутри корпуса соосно с ним установлен цилиндр, на внутренней поверхности которого вдоль поплавковой камеры изолированно от корпуса установлены две идентичные системы из m электродов, где m=2(n+2), n=1,2 …, жестко связанных с цилиндром, геометрический центр поверхности плоской развертки одной системы электродов лежит по одну сторону от плоскости, перпендикулярной продольной оси гироскопа, делит цилиндрическую поверхность встроенного цилиндра на две равные части и симметричен геометрическому центру поверхности плоской развертки второй системы.

Изобретение относится к следящим системам (СС) с гироскопическим приводом в качестве исполнительного механизма (ИМ). Технический результат - обеспечение устойчивой работы СС.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве электростатических гироскопов. Способ изготовления ротора электростатического гироскопа содержит этапы, на которых: формируют из сплошной заготовки сферическую поверхность ротора, выполняют вдоль его диаметральной оси сквозное цилиндрическое отверстие, выполняют финишную обработку поверхности ротора, устанавливают ротор в корпусе гироскопа, выполняют обезгаживание ротора в корпусе, при этом вдоль диаметральной оси ротора, перпендикулярной к оси сквозного цилиндрического отверстия, выполняют второе сквозное цилиндрическое отверстие.

Изобретение относится к микромеханическим датчикам скорости вращения, в которых используется эффект Кориолиса, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа.

Изобретение относится к системам регулирования температуры и может быть использовано в инерциальных микромеханических навигационных системах на основе датчиков ускорения и угловой скорости.

Изобретение относится к вибрационному инерциальному датчику угловой скорости, такому как гирометр или гироскоп, и к способу балансировки этого датчика. Вибрационный инерциальный датчик угловой скорости типа МЭМС содержит опору для, по меньшей мере, двух масс, которые установлены с возможностью перемещения по отношению к опоре, и, по меньшей мере, один электростатический привод и, по меньшей мере, один электростатический детектор, которые предназначены соответственно для выработки и обнаружения колебания масс, при этом массы подвешены в рамке, которая присоединена с помощью средства подвешивания к опоре так, что массы и рамка имеют три степени свободы в плоскости относительно опоры.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при создании и эксплуатации навигационных систем на базе гироскопических устройств (ГУ). Способ автокомпенсации не зависящих от ускорения дрейфов гироскопического устройства, для оценки которого используют текущее значение расчетного интегрального параметра N, определяемого путем математической обработки выходных сигналов гироскопа, показаний датчика угла и акселерометров. При этом принудительный разворот рамки вокруг оси, параллельной оси кинетического момента на текущий расчетный поправочный угол поворота рамки, осуществляют при достижении или превышении текущим значением расчетного интегрального параметра N предустановленного порога, определяемого как отношение среднеквадратичного отклонения (СКО) максимальной допустимой погрешности хранения направления, вызванной корпусными дрейфами, к СКО неопределенности этих дрейфов. Технический результат - повышение точности навигационной системы за счет снижения влияния корпусных дрейфов ГУ на погрешность хранения базового направления, независимо от закона движения объекта. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к трехосным гироскопам средней и повышенной точности, а конкретно к способу оценки их систематических погрешностей. Технический результат заключается в повышении точностных характеристик трехосного гироскопа за счет повышения достоверности оценки систематических погрешностей трехосного гироскопа, с одновременным уменьшением трудоемкости процесса измерений. Способ оценки погрешностей систематического дрейфа трехосного гироскопа, заключающийся в проведении измерений выходных сигналов трехосного гироскопа в нескольких азимутальных положениях и цифровой обработке полученных измерений, отличается тем, что измерения в нескольких азимутальных положениях совершают при повороте базы трехосного гироскопа вокруг вертикальной оси, цифровую обработку измерений осуществляют путем построения аппроксимирующих функций и определения коэффициентов аппроксимации, расчета постоянной проекции вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли с учетом конструктивного расположения осей чувствительности, определения разности полученных коэффициентов аппроксимации и расчетного значения проекции вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли на оси чувствительности гироскопа. 6 ил., 2 табл.

Изобретение относится к твердотельным волновым гироскопам (ТВГ), работающим в режиме датчика углового положения. Способ компенсации дрейфа ТВГ включает предварительное определение математических параметров модели температурной скорости дрейфа ТВГ, определение углового положения волны резонатора в рабочем режиме и алгоритмическую компенсацию его температурной скорости дрейфа в соответствии с этой моделью, рассчитывают значения производной частоты резонатора, при этом модель дрейфа использует значения углового положения волны, частоту резонатора и производную частоты и рассчитывается в виде функции где Ak, Bk - полиномы степени N по члену f и степени M по члену g; θ - значение углового положения волны; - резонансная частота твердотельного волнового гироскопа; g - значение производной резонансной частоты; N - максимальная степень в функциональной зависимости величины дрейфа от частоты; M - максимальная степень в функциональной зависимости величины дрейфа от производной частоты; K - количество гармоник в функциональной зависимости дрейфа от угла; параметры ak,i,j, bk,i,j находят для конкретного прибора путем проведения съемов значений электрического угла θ, скорости изменения электрического угла, резонансной частоты производной резонансной частоты g для различных температур и скоростей изменения температур на неподвижном основании. Технический результат – повышение точности компенсации дрейфа ТВГ. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к точному приборостроению, а именно к гироскопической технике, и может быть использовано в индикаторных гиростабилизаторах. Технический результат - выравнивание скоростей управления платформой. Для этого индикаторная гироскопическая платформа содержит электромеханическую часть, состоящую из гироскопа, дифференциальных датчиков угла первого и второго канала гироскопа, первого и второго датчиков момента первого канала гироскопа, первого и второго датчиков момента второго канала гироскопа, шунтирующих резисторов, датчиков угла платформы, двигателей стабилизации платформы, оси управления X и Y и электронную часть, состоящую из первого и второго усилителей управления платформой, первого и второго усилителей стабилизации платформы, диодов. Способ выравнивания скоростей управления платформой заключается в регулировке шунтирующими резисторами тока, протекающего в обмотках датчиков момента гироскопа, таким образом, чтобы моменты, создаваемые каждым датчиком момента гироскопа, и как следствие скорости управления платформой были одинаковы. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к гироскопической технике, а конкретно к двухосным гироскопическим стабилизаторам оптических элементов, работающим на подвижных объектах и предназначенным для стабилизации и управления оптическими элементами, и может найти применение в создании систем типа бинокль, перископ, лазерный дальномер. Заявленный гиростабилизатор оптических элементов, содержащий трехстепенной гироскоп, у которого во внешней рамке установлен гироузел, с которым кинематически шарнирно связан оптический элемент, и коррекционный двигатель, при этом оптический элемент представляет два зеркала, установленные во внешней рамке гироскопа симметрично относительно оси подвеса гироузла, а в кинематические шарнирные связи введены пружины, причем оси вращения зеркал параллельны оси подвеса гироузла, на котором с одной стороны в направлении оси ротора гиромотора установлена штанга с закрепленным на ее конце шарикоподшипнике, а на противоположном конце закреплена направляющая механического арретира, при этом шарикоподшипник штанги может перемещаться по направляющей бугеля, которая имеет П-образное сечение и средний радиус, равный длине штанги от центра подвеса гироузла до шарикоподшипника, при этом ось вращения бугеля находится в корпусе прибора и перпендикулярна оси подвеса внешней рамки. Технический результат состоит в увеличении угла обзора и угловых скоростей слежения с увеличением точности управления оптическими элементами с уменьшением массы и габаритов. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

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 источники напряжения выполнены управляемыми, при этом вход их управления соединен с выходом делителя. Технический результат - повышение точности ММГ. 1 ил.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов. Сущность изобретения заключается в том, что электроды на внутренней поверхности цилиндра двухстепенного поплавкового гироскопа устанавливают таким образом, что плоскость симметрии i-той пары электродов в каждой системе, проходящая через продольную ось корпуса, составляет с плоскостью, проходящей через ось вращения ротора гиромотора и продольную ось корпуса, угол, равный α=180⋅(2i+1)/m, где m - количество электродов в одной системе, i=0, 1, 2… - порядковый номер плоскости симметрии пары электродов. Технический результат – уменьшение времени готовности гироскопа, расширение диапазона функционирования гироскопа без потери точности. 3 ил.

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к высокоточным комплексным навигационным системам с использованием астроизмерений, и может найти применение в составе бортового оборудования авиационно-космических объектов. Технический результат - повышение точности астровизирования. Для этого осуществляют выбор звезды, доступной визированию в данной точке местоположения визирующего объекта в данный момент времени, вычисляют ее декартовые координаты в проекциях на оси сопровождающего трехгранника и углы наведения на нее телеблока, последующее визирование звезды с определением ее фактических координат, которые пересчитываются в ошибки корректируемой системы, при этом на этапе визирования звезды основание телеблока устанавливается в плоскости местного горизонта. Причем определенные в проекциях на оси сопровождающего трехгранника декартовы координаты звезды перепроектируются на оси базового приборного трехгранника перемножением вектора ее декартовых координат на транспонированную матрицу ориентации визирующего объекта, и по полученным декартовым координатам в проекциях на оси приборного трехгранника вычисляются углы наведения телеблока, которые используются в качестве целеуказания при визировании звезды. 5 ил.

Предложен способ для определения факта выхода гироскопа на установившийся режим работы, позволяющий его использовать для достоверных измерений, и устройство для реализации данного способа. Заявленный способ оптимизации времени включения Кориолисова гироскопа заключается в том, что система масс указанного гироскопа приводится в состояние возбуждающих колебаний параллельно первой оси (х), причем отклонение системы масс в результате действия Кориолисовой силы вдоль второй оси (y), заданной перпендикулярно первой оси (х), проверяют с использованием выходного сигнала Кориолисова гироскопа, содержащего определение амплитуды (А) возбуждающих колебаний Кориолисова гироскопа в заданный момент времени, и генеририруют нормированный выходной сигнал (S0) от Кориолисова гироскопа путем умножения определенного выходного сигнала (S) на отношение амплитуды (А0) возбуждающих колебаний Кориолисова гироскопа в установившемся состоянии к определенной амплитуде (А), на основании которого судят о выходе гироскопа на установившийся режим работы, и тем самым оптимизируют процесс использования гироскопа с момента его включения. Указанный способ реализуется при помощи соответствующего устройства, включающего в себя специальные электронные блоки. Данная группа изобретений позволяет более оптимально использовать Кориолисов гироскоп, начиная с момента его включения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройствам, осуществляющим арретирование ротора электродвигателя-маховика в магнитном подвесе и может быть использовано в космической технике. Устройство арретирования ротора электродвигателя-маховика в магнитном подвесе, содержит две конические опоры, по меньшей мере одна из которых подвижна с возможностью поворота вокруг своей оси при одновременном перемещении в осевом направлении, приводной двигатель арретирующего устройства, ротор которого установлен на подвижном элементе, кольцевой ограничитель радиальных и угловых перемещений вала ротора, который при контактном взаимодействии с валом вращающегося ротора в режиме снятого электропитания с электромагнитных опор и приводного двигателя арретирующего устройства перемещает подвижную опору в окружном и осевом направлениях до жесткого контакта вала подвижной опоры с валом ротора электродвигателя-маховика и валом второй опоры и последующего совместного вращения ротора и валов обеих опор. Каждая опора содержит двигатель вращения вала опоры, который при функционирующем магнитном подвесе и вращающемся роторе электродвигателя-маховика вращает вал опоры в направлении, совпадающем с направлением вращения ротора, так, что угловая скорость вращения вала опоры равна или близка к угловой скорости вращения вала ротора. Технический результат – повышение надежности и долговечности устройства арретирования. 6 ил.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к измерительной технике, и предназначено для измерения угловой скорости, например, в системах управления, навигации, стабилизации и наведения. Инерционные массы, на поверхности которых напылены токопроводящие дорожки, размещены на упругих элементах подвеса в зазоре между двумя постоянными магнитами. Датчики положения состоят из пар излучателей и фотоприемников или двухсегментных фотоприемников. Инерционные массы совершают автоколебания под действием знакопеременного сигнала, формируемого в цепи обратной связи, состоящей из триггеров Шмидта, амплитудных детекторов и сумматоров. Наличие входного воздействия приводит к смещению центра колебаний инерционных масс и возникновению временной модуляции выходного сигнала, получаемого после обработки на микроконтроллере. Технический результат заключается в большей помехозащищенности и измерении угловых скоростей с большей точностью и расширенным частотным диапазоном. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх