Датчик угловой скорости

Авторы патента:

G01C19/00 - Гироскопы; поворотно-чувствительные устройства с колеблющимися массами; Поворотно-чувствительные устройства без движущихся масс

Владельцы патента RU 2723141:

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ГОСУДАРСТВЕННОЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО "РАДУГА" ИМЕНИ А.Я. БЕРЕЗНЯКА" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, более конкретно к поворотно-чувствительным устройствам с колеблющейся массой. Такие устройства используются в системах стабилизации и управления летательными аппаратами. Датчик угловых скоростей содержит колеблющуюся массу (маятник) и измерительный элемент, определяющий поворот маятника в плоскости, ортогональной плоскости действия сил, воздействующих на основание датчика. При этом дополнительно введены вторые аналогичные маятник и измерительный элемент, а также сумматор, инструментальный усилитель сигналов с двух измерительных элементов, операционный усилитель и дифференциальный усилитель. Оба маятника и оба измерительных элемента выполнены в едином технологическом цикле по технологии МЭМС. Маятники в корпусе датчика расположены так, что поворот второго маятника противоположен повороту маятника первого, при этом выходы обоих чувствительных элементов угловой скорости подключены к разнополярным входам инструментального усилителя и к однополярным входам сумматора, выход сумматора соединен со входом операционного усилителя с коэффициентом передачи С, а выход операционного усилителя и выход инструментального усилителя вычитаются на дополнительно введенном дифференциальном усилителе. Технический результат – повышение точности датчика угловой скорости. 1 ил.

Предлагаемое устройство относится к измерительной технике, более конкретно к поворотно-чувствительным устройствам с колеблющейся массой. Используются такие устройства в системах стабилизации и управления летательными аппаратами.

Наиболее близким предлагаемому устройству является датчик угловой скорости ДУС ММА. Этот датчик выполнен по технологии МЭМС (микро электронно-механические системы). Он содержит колеблющийся маятник, который поворачивается в плоскости, ортогональной плоскости действия сил отклоняющих его основание. Поворот маятника фиксируется емкостным датчиком. Датчик описан www.mp-lab.ru. Аналогичные датчики описаны в патентах №2234679, №2398189, №2209394 и многих других. МЭМС датчики имеют малые весогабаритные параметры, однако обладают гораздо большими уходами начального напряжения, вызванными изменением температуры окружающей среды и механическими внешними воздействиями.

Предлагаемое устройство направлено на устранение указанного недостатка. Цель его существенное снижение уходов начального напряжения.

Указанная цель в датчике угловых скоростей достигается за счет введения дополнительной колеблющейся массы, расположенной в датчике так, что воздействие сил отклоняющих его основание, поворачивает маятник против поворота маятника, образованного первой колеблющейся массой. Сигналы с датчиков поворота маятников при этом как вычитаются так и суммируются. Разностный сигнал в большей степени зависит от угловой скорости и в меньшей степени от дестабилизирующих внешних факторов. Суммарный сигнал наоборот, в большей степени зависит от дестабилизирующих факторов. Если маятники выполнить в одном технологическом цикле, то суммарный сигнал вообще не будет зависеть от угловой скорости и нести информацию только о погрешности датчика угловой скорости. Эту погрешность можно вычесть из разносного сигнала. Указанное выше реализуется введением в датчик вычитателя и сумматора сигналов о повороте обеих маятников.

Общими элементами прототипа и предложенного датчика является применение в качестве чувствительного элемента колеблющегося маятника выполненного по технологии МЭМС.

Отличительными признаками являются:

- введение дополнительного маятника

- введение сумматора и вычитателя сигналов о повороте маятников.

За счет отличительных признаков определяется погрешность датчика угловых скоростей, которая вызвана температурными воздействиями внешней среды. Эта погрешность может быть учтена при определении угловой скорости.

Работа устройства поясняется рисунком 1. На рисунке 1 представлена функциональная схема предложенного датчика. Позиции 1 и 2 - это колеблющиеся массы. 3 и 4 - элементы определяющие поворот колеблющихся масс. 5 - вычитатель, который реализуется инструментальным усилителем, 6 - сумматор, 7 - дифференциальный усилитель, 8 - операционный усилитель с коэффициентом передачи С.

При повороте основания датчика, на выходе элемента 3 потенциал ϕ₁ изменяется пропорционально угловой скорости Ω и также этот сигнал определяется уходом начального напряжения U₀.

ϕ₁=K₁⋅Ω+U₀₁

На выходе элемента 4 потенциал ϕ₂ определяется тем же уходом начального напряжения, но скорость основания датчика определяет этот потенциал с обратным знаком:

ϕ₂=-Ω⋅K₂+U₀₂

При этом на выходе сумматора сигнал определится выражением:

U_Σ=ϕ₁+ϕ₂=C(K₁-K₂)⋅Ω+CU_0l+CU₀₂,

а на выходе инструментального усилителя сигнал равен разности этих потенциалов:

U_r=ϕ₁-ϕ₂=(K₁+K₂)⋅Ω+U₀₁-U₀₂

На выходе дифференциального усилителя 7 сигнал определится выражением:

где С - коэффициент передачи сигнала U_Σ на выход датчика.

Из выражения 1 следует, что, если выполнить настройку датчика в соответствии с равенством: , то выходной сигнал датчика угловой скорости не будет зависеть от дрейфа начального напряжения. Тем самым показано, что такое устройство может обладать дрейфом начального уровня близким к «0». Для этого только понадобится измерение соотношения дрейфов напряжения начального уровня. Это соотношение при выполнении чувствительных элементов датчика в одном технологическом цикле является постоянным.

Датчик угловых скоростей, содержащий колеблющуюся массу (маятник) и измерительный элемент, определяющий поворот маятника в плоскости, ортогональной плоскости действия сил, воздействующих на основание датчика, отличающийся тем, что дополнительно введены вторые аналогичные маятник и измерительный элемент, а также сумматор, инструментальный усилитель сигналов с двух измерительных элементов, операционный усилитель и дифференциальный усилитель, причем оба маятника и оба измерительных элемента выполнены в едином технологическом цикле по технологии МЭМС, а маятники в корпусе датчика расположены так, что поворот второго маятника противоположен повороту маятника первого, при этом выходы обоих чувствительных элементов угловой скорости подключены к разнополярным входам инструментального усилителя и к однополярным входам сумматора, выход сумматора соединен со входом операционного усилителя с коэффициентом передачи С, определяемым из условия: , где U₀₁,U₀₂ - отклонения напряжения чувствительных элементов угловой скорости от начальных значений (дрейф «0»), а выход операционного усилителя и выход инструментального усилителя вычитаются на дополнительно введенном дифференциальном усилителе.

Изобретение относится к области телеизмерений, в частности к способу передачи и приема данных от рабочих органов вращающихся узлов и механизмов. Технический результат -предложенный способ позволяет повысить помехозащищенность передаваемых данных.

Гироскоп // 2719327

Группа изобретений относится к области измерений угловой скорости вращения. Гироскоп содержит резонансную конструкцию и множество преобразователей, предназначенных для возбуждения колебательной моды в резонансной конструкции и обнаружения колебаний резонансной конструкции, причем по меньшей мере один из множества преобразователей содержит пьезоэлектрический монокристалл.

Система измерения трёхмерного линейного и углового ускорения и перемещения объекта в пространстве с использованием волоконных брэгговских решеток // 2716867

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность изобретения заключается в том, что система измерения трёхмерного линейного и углового ускорения и перемещения объекта в пространстве с использованием волоконных брэгговских решеток содержит блок формирования широкополосного сигнала светового потока, оптоволоконный световод, оптический циркулятор, цифровое вычислительное устройство, при этом датчик измерения содержит герметичный корпус, внутри корпуса посредством оптоволоконного световода закреплен мерный грузик, на каждом измерительном участке между корпусом и мерным грузиком оптоволоконный световод содержит в себе волоконную брэгговскую решетку, на последнем измерительном участке оптоволоконный световод закреплен на виброизолирующей площадке, которая в свою очередь закреплена на корпусе на расстоянии от мерного грузика.

Способ компенсации синфазной помехи в микромеханическом гироскопе // 2714955

Изобретение относится к области микромеханики, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа. Сущность изобретения заключается в том, что предварительно экспериментально определяют зависимость амплитуды компенсирующего напряжения на синфазных электродах от выходного сигнала встроенного датчика температуры при изменении температуры окружающей среды, затем реализуют эту зависимость с помощью введения блока преобразования напряжения, формируют напряжение на синфазных электродах путем модуляции выходного сигнала блока преобразования напряжения опорным сигналом демодулятора.

Микромеханический гироскоп // 2714870

Изобретение относится к области точного приборостроения, в частности к вибрационным микромеханическим гироскопам (ММГ), измеряющим угловую скорость. Сущность изобретения заключается в том, что в ММГ со встроенным датчиком температуры, квадратурными электродами и управляемыми источниками напряжения, выходы которых соединены с квадратурными электродами, устройством преобразования сигнала, выход которого соединен с входами управляемых источников напряжения, при этом выход встроенного датчика температуры соединен с входом устройства преобразования сигнала, устройство преобразования сигнала реализует функциональную зависимость напряжения на квадратурных электродах, компенсирующего квадратурную помеху, от выходного сигнала встроенного датчика температуры.

Способ ускоренного приведения в состояние готовности гироскопа, ротор которого связан с валом двигателя сферическим шарикоподшипником // 2712783

Изобретение относится к способам построения измерительных систем и систем управления гироскопов, предназначенных для управления реактивными снарядами на начальных участках их траекторий.

Стационарный преобразователь энергии морских волн // 2712774

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования энергии морских волн в электроэнергию. Сущность изобретения заключается в том, что стационарный преобразователь энергии морских волн преобразует энергию угловых перемещений плавающего тела на профиле волны, а также кинетическую энергию подъема и опускания плавающего тела при прохождении волны.

Оптический смеситель излучения четырехчастотного лазерного гироскопа зеемановского типа // 2709428

Изобретение относится к области высокоточной лазерной гироскопии, а именно к детектированию сигналов четырехчастотного лазерного гироскопа зеемановского типа. Оптический смеситель служит для формирования сигнала четырехчастотного лазерного гироскопа зеемановского типа и имеет функцию компенсации магнитной составляющей ошибки измерений с учетом различия магнитной чувствительности волн различных поляризаций.

Способ повышения добротности оптического контура кольцевого моноблочного лазерного гироскопа // 2709014

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано при создании навигационных систем, в частности в бесплатформенных инерциальных навигационных системах.

Твердотельный волновой гироскоп // 2708907

Изобретение относится к метрологии, в частности, к твердотельным волновым гироскопам. Твердотельный волновой гироскоп содержит резонатор в виде осесимметричного тонкостенного элемента, способного к вибрации, один электрод резонатора, множество электродов датчиков, электродов управления, электронный блок управления, содержащий устройства вычисления угла, стабилизации амплитуды колебаний, подавления квадратурных колебаний и соединенный с электродами резонатора, электродами датчиков, электродами управления.