RU2234679C2 - Микромеханический датчик угловой скорости - Google Patents
Микромеханический датчик угловой скорости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2234679C2 RU2234679C2 RU2003107857/28A RU2003107857A RU2234679C2 RU 2234679 C2 RU2234679 C2 RU 2234679C2 RU 2003107857/28 A RU2003107857/28 A RU 2003107857/28A RU 2003107857 A RU2003107857 A RU 2003107857A RU 2234679 C2 RU2234679 C2 RU 2234679C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- masses
- beams
- angular velocity
- central platform
- base
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Изобретение может применяться в интегральных гироскопах, использующих вибрирующие массы. Датчик содержит основание 1, четыре подвижные массы 1, 6, 9 и 10, Г-образные балки для подвеса подвижных масс и центральную площадку 7, к которой крепятся балки. Каждая подвижная масса подвешена на двух балках, а центральная площадка 7 жестко соединена с основанием. Все колебания системы совершаются только в одной плоскости. Техническим результатом является повышение добротности колебательной системы прибора и повышение за счет этого точности, а также упрощение настройки прибора. 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в интегральных гироскопах, использующих вибрирующие массы.
Известен вибрационный гироскоп, построенный на основе камертона [1]. Недостатком такого устройства является то, что необходимо точно обеспечить расположение узла волны колебаний в опоре вибратора. Другим недостатком является сложность обеспечения резонанса настройки, вследствие разнородности возбуждающих и сигнальных колебаний.
Известен также вибрационный гироскоп [2], включающий: вибратор, содержащий четыре массы, имеющие по меньшей мере две параллельные плоские поверхности, первые балки для подвеса каждой массы с одного ее конца, главные плоскости которых выполнены перпендикулярно и линейно к плоским поверхностям масс, площадку связи для соединения всех первых балок и вторые балки, прикрепленные определенными фиксированными концами для подвеса первых балок к площадке связи, при этом первые балки расположены Х-образно относительно площадки связи, а центр тяжести всех масс расположен на площадке связи.
Недостатком известного устройства является то, что в известном датчике все три элемента соединяются посредством внешних рамок, что приводит к появлению в площадке связи механических напряжений и деформаций при воздействии изменяющихся внешних факторов, что, в свою очередь, снижает добротность колебательной системы прибора и уменьшает его точность. Другим недостатком данного устройства является то, что движение подвижных масс осуществляется в разных плоскостях, это усложняет настройку прибора.
Задачами, на решение которых направлено настоящее изобретение, является повышение добротности колебательной системы прибора и повышение за счет этого точности, а также упрощение настройки прибора.
Эти задачи решаются за счет того, что в микромеханическом датчике угловой скорости, содержащем основание, четыре подвижные массы, имеющие две параллельные плоские поверхности, балки для подвеса подвижных масс и центральную площадку, к которой присоединены балки, согласно изобретению, балки имеют Г-образную форму и каждая подвижная масса подвешена на двух балках, а центральная площадка жестко соединена с основанием.
Совмещение принудительных и измерительных колебаний в одной плоскости упрощает резонансную настройку прибора и уменьшает влияние перекрестных связей, таким образом, повышается точность прибора. Центральное крепление чувствительного элемента приводит к отсутствию деформаций в точке крепления, а следовательно, к уменьшению потерь энергии возбуждения, повышению добротности и точности прибора в целом.
На фиг.1 показан вид на датчик сверху, на фиг.2 - сечение по линии А-А фиг.1.
Микромеханический датчик угловой скорости содержит четыре подвижные массы 1, 6, 9 и 10, восемь Г-образных балок, каждая из которых состоит из двух элементов 2 и 3, центральную площадку 7, зазоры 5 и 8 между подвижными массами, опору 4 и неподвижное основание 11. Неподвижное основание 11 отделено от подвижных масс 1, 6, 9 и 10 и центральной площадки 7 зазором (фиг.2). В центре площадки 7 расположена опора 4, с помощью которой площадка 7 жестко крепится к неподвижному основанию 11. На периферии квадратной центральной площадки 7 симметрично расположены четыре подвижные массы 1, 6, 9 и 10, по одной с каждой из сторон квадрата площадки 7, причем подвижные массы 1, 6, 9 и 10 отделены от площадки 7 зазорами и соединяются с ней Г-образными балками, при этом каждая масса имеет свою пару балок, каждая из которых состоит из двух упругих элементов 2 и 3, соединенных друг с другом под прямым углом. Все упругие элементы 2 и 3 выполнены так, чтобы иметь большую жесткость в направлении, перпендикулярном плоскости датчика (ось z), и малую жесткость в направлении осей х или у соответствующих подвижных масс. Поэтому подвижные массы имеют возможность свободно перемещаться только в плоскости датчика. Все четыре подвижные массы 1, 6, 9 и 10 являются одинаковыми и представляют собой усеченные треугольники со ступенчатыми сторонами (ступенчатость сторон обусловлена особенностью процесса их получения, т.к. именно такие стороны получаются в процессе анизотропного травления кремния). Друг от друга подвижные массы 1, 6, 9 и 10 отделены ступенчатыми зазорами, из которых на фиг.1 обозначены два: зазор 5 между подвижными массами 1 и 6 и зазор 8 между массами 6 и 9, остальные зазоры аналогичны обозначенным. Все подвижные массы выполнены за одно целое с опорой 4, центральной площадкой 7, упругими элементами 2 и 3 Г-образных балок из пластины монокристаллического кремния, ориентированной в кристаллографической плоскости [100] или [110]. Электроды для возбуждения колебаний и съема информации (на чертежах не показаны) могут наноситься вакуумным напылением, при этом толщина металлической пленки составит 1-2 мкм. Возбуждение резонансных колебаний подвижных масс, измерение отклика на действие кориолисовых сил и возможная силовая компенсация в заявленном изобретении возможны любым известным способом: магнитоэлектрическим или электростатическим.
Устройство работает следующим образом.
Подвижные массы 1 и 9 приводятся в принудительные колебания на резонансной частоте в противоположных направлениях с массами 6 и 10. При отсутствии внешней угловой скорости, перпендикулярной к плоскости подвижных масс, кориолисова сила не возникает, и массы перемещаются только по осям х и у. Зазоры 5 и 8 между подвижными массами не изменяются.
При действии внешней угловой скорости на каждую подвижную массу начинают действовать кориолисовы силы, поворачивающие подвижные массы в соответствии с направлением, например, показанным на фиг.1. При этом зазор 5 уменьшается, а зазор 8 увеличивается, это выявляется далее преобразователем перемещений.
Источники информации
1. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. М.: Энергоатомиздат, 1989, 270 с.
2. Патент США №5952572, опубликован 14.09.1999 г., МКИ G 01 P 9/00, НКИ 73/504.04 (прототип).
Claims (1)
- Микромеханический датчик угловой скорости, содержащий основание, четыре подвижные массы, имеющие две параллельные плоские поверхности, балки для подвеса подвижных масс и центральную площадку, к которой присоединены балки, отличающийся тем, что балки имеют Г-образную форму и каждая подвижная масса подвешена на двух балках, а центральная площадка жестко соединена с основанием.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003107857/28A RU2234679C2 (ru) | 2003-03-21 | 2003-03-21 | Микромеханический датчик угловой скорости |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003107857/28A RU2234679C2 (ru) | 2003-03-21 | 2003-03-21 | Микромеханический датчик угловой скорости |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003107857A RU2003107857A (ru) | 2003-08-20 |
RU2234679C2 true RU2234679C2 (ru) | 2004-08-20 |
Family
ID=33414162
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003107857/28A RU2234679C2 (ru) | 2003-03-21 | 2003-03-21 | Микромеханический датчик угловой скорости |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2234679C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2466354C1 (ru) * | 2011-06-20 | 2012-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Микросистемный гироскоп |
US10371521B2 (en) | 2016-05-26 | 2019-08-06 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for a four-mass vibrating MEMS structure |
US10696541B2 (en) | 2016-05-26 | 2020-06-30 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for bias suppression in a non-degenerate MEMS sensor |
-
2003
- 2003-03-21 RU RU2003107857/28A patent/RU2234679C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2466354C1 (ru) * | 2011-06-20 | 2012-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Микросистемный гироскоп |
US10371521B2 (en) | 2016-05-26 | 2019-08-06 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for a four-mass vibrating MEMS structure |
US10696541B2 (en) | 2016-05-26 | 2020-06-30 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for bias suppression in a non-degenerate MEMS sensor |
US11390517B2 (en) | 2016-05-26 | 2022-07-19 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for bias suppression in a non-degenerate MEMS sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7093486B2 (en) | Isolated resonator gyroscope with a drive and sense plate | |
EP1415127B1 (en) | Isolated resonator gyroscope | |
KR101178692B1 (ko) | 코리올리 자이로스코프 | |
US6367786B1 (en) | Micromachined double resonator | |
US5392650A (en) | Micromachined accelerometer gyroscope | |
CN105606083B (zh) | 一种外支撑四质量块mems谐振式陀螺仪 | |
JP2006053152A (ja) | 振動数検出を用いたマイクロジャイロメーター | |
JP2002022445A (ja) | 運動センサ | |
KR19980086521A (ko) | 단일결정 진동 비임 각속도 센서 | |
US6990863B2 (en) | Isolated resonator gyroscope with isolation trimming using a secondary element | |
Maenaka et al. | Novel solid micro-gyroscope | |
JP2000074673A (ja) | 複合運動センサ | |
RU2234679C2 (ru) | Микромеханический датчик угловой скорости | |
CN205449087U (zh) | 外支撑四质量块mems谐振式陀螺仪 | |
RU2379630C1 (ru) | Чувствительный элемент датчика угловой скорости | |
KR100493149B1 (ko) | 대칭형 z축 마이크로자이로스코프 및 그 제조방법 | |
RU2423668C1 (ru) | Чувствительный элемент микромеханического гироскопа | |
RU2222780C1 (ru) | Чувствительный элемент микромеханического гироскопа | |
Pinrod et al. | High-overtone bulk diffraction wave gyroscope | |
RU2301969C1 (ru) | Чувствительный элемент микромеханического гироскопа | |
RU2444703C1 (ru) | Вибрационный гироскоп | |
KR100319920B1 (ko) | 비대칭 내부 비틀림 짐벌을 가진 측면 구동 방식의 짐벌형 자이로스코프 | |
RU2659097C2 (ru) | Способ компенсации погрешности от углового ускорения основания для кориолисова вибрационного гироскопа с непрерывным съёмом навигационной информации | |
KR100258173B1 (ko) | 공진형 마이크로 자이로스코프 및 그 제조 방법과 이를 이용한 각속도 측정 방법 | |
RU2662456C2 (ru) | Способ непрерывного съёма навигационной информации с кориолисова вибрационного гироскопа |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050322 |