RU2483278C2 - Инерциальный датчик угловой скорости с компенсацией отклонения - Google Patents
Инерциальный датчик угловой скорости с компенсацией отклонения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2483278C2 RU2483278C2 RU2011100808/28A RU2011100808A RU2483278C2 RU 2483278 C2 RU2483278 C2 RU 2483278C2 RU 2011100808/28 A RU2011100808/28 A RU 2011100808/28A RU 2011100808 A RU2011100808 A RU 2011100808A RU 2483278 C2 RU2483278 C2 RU 2483278C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- multiplexer
- demultiplexer
- angular velocity
- load circuit
- velocity sensor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/567—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode
- G01C19/5691—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode of essentially three-dimensional vibrators, e.g. wine glass-type vibrators
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для измерения угловой скорости. Инерциальный датчик содержит вибрирующий элемент (1) с расположенными друг против друга покрытыми металлом частями (2, 5), образующими конденсатор (6) переменной емкости, мультиплексор/демультиплексор, соединенный с конденсатором, и цепь нагрузки с низким импедансом, соединенную с мультиплексором/демультиплексором. Изобретение обеспечивает компенсацию отклонения, не зависящего от положения колебаний относительно корпуса прибора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к инерциальному датчику угловой скорости с компенсацией отклонения.
Уровень техники
Известно, что изотропный вибрационный гироскоп содержит осесимметричный резонатор с двумя степенями свободы.
Положение колебаний определяют при помощи двух электростатических датчиков, каждый из которых образован группой электродов, неподвижно соединенных с корпусом.
Команды, обеспечивающие управление колебаниями, подают при помощи двух электростатических приводов, каждый из которых образован группой электродов, неподвижно соединенных с корпусом.
Управление колебаниями состоит в компенсации затухания, устранении частотной анизотропии и при необходимости в изменении ориентации и/или частоты колебаний.
В режиме свободного гироскопа положение колебаний относительно корпуса частично определяется сообщаемой прибору угловой скоростью. В этом режиме работы отклонение, т.е. кажущееся вращение, которое возникает вследствие несовершенства прибора, зависит от положения колебаний относительно корпуса.
В основании, образованном двумя электродами, колебания можно характеризовать полярными координатами.
Полярный угол θ определен через π, т.е. отклонение гироскопа является периодической функцией θ с периодом π.
В этом случае отклонение гироскопа можно представить в виде ряда Фурье, образованного членами cos (2nθ) и sin (2nθ), где n - целое число.
Основной причиной среднего отклонения (постоянный член ряда Фурье) является совмещение точек отсчета датчиков и точек отсчета приводов.
В первом приближении использование одних и тех же электродов в качестве приводов и датчиков позволяет устранить среднее отклонение.
Для обеспечения эффективности способа необходимо, чтобы математическое выражение коэффициентов усиления датчиков и коэффициентов усиления приводов было подобным, чтобы дефекты изготовления датчиков естественным образом компенсировались приводами.
В известных устройствах измерение сигнала от датчика осуществляют путем соединения каждого электрода датчика с цепью нагрузки, имеющей высокий импеданс, т.е. входной импеданс этой цепи намного выше выходного импеданса соответствующего электрода датчика. В этом случае выдаваемый электродом датчика ток близок к нулю, а напряжение на контактах цепи нагрузки теоретически линейно зависит от изменения воздушного зазора. Однако паразитные импедансы, возникающие из-за дефектов изготовления, ухудшают линейность ответного сигнала датчика. Чтобы свести этот эффект к минимуму, как правило, сигналы от датчика направляют по очень дорогим и очень массивным экранированным каналам. Кроме того, обусловленные примесями изменения электрического поля в воздушном зазоре вызывают электрические потери, что приводит к различному гашению колебаний в зависимости от их ориентации и, следовательно, к отклонению, которое само по себе является функцией ориентации колебаний относительно корпуса.
Раскрытие изобретения.
Задача изобретения заключается в сведении к минимуму части отклонения, не зависящей от положения колебаний относительно корпуса прибора.
Поставленная задача решена в инерциальном датчике угловой скорости, содержащем вибрирующий элемент с находящимися друг против друга покрытыми металлом частями, образующими конденсатор переменной емкости, связанный через мультиплексор/демультиплексор со схемой управления. Схема управления выполнена с возможностью работы как в режиме привода, так и в режиме обнаружения и имеет низкий импеданс в этих двух режимах.
Мультиплексорная система позволяет поочередно использовать электроды в качестве приводов (режим привода) и датчиков (режим обнаружения). Комбинация мультиплексора/демультиплексора со схемой управления с низким импедансом как в режиме привода, так и в режиме обнаружения обеспечивает компенсацию отклонения, которая автоматически устраняет член отклонения, не зависящий от положения колебаний относительно корпуса прибора.
Другие особенности и преимущества изобретения будут более понятны из дальнейшего описания варианта его осуществления со ссылками на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематично показан чувствительный элемент в виде полусферического вибрирующего резонатора в соответствии с настоящим изобретением, вид в разрезе;
на фиг.2 - схема системы обработки данных, связанной с указанным чувствительным элементом.
Показанный на фиг.1 вибрирующий чувствительный элемент содержит купол 1 из кремнийсодержащего материала, опирающийся на стержень 4, закрепленный на основании 3. Внутренняя поверхность купола 1, а также его кромка и стержень 4 покрыты слоем 2 металла. На основании 3 установлены электроды 5. Каждый электрод 5 образует вместе с находящейся напротив покрытой металлом кромкой купола 1 конденсатор 6 переменной емкости, который работает поочередно в режиме привода и в режиме обнаружения при помощи схемы обработки данных, обозначенной общей позицией 16. Схема 16 содержит мультиплексор/демультиплексор 7, связанный со схемой 8 управления, образуя цепь нагрузки. Схема 8 управления содержит первую и вторую ветви 9.1 и 9.2, соединяющие мультиплексор/демультиплексор 7 с блоком 10 обработки. Блок 10 обработки содержит другой вывод, соединенный с покрытой металлом кромкой купола 1. Блок 10 обработки выполнен с возможностью подачи напряжения смещения на один из выводов конденсатора, при этом другой вывод замкнут накоротко. Блок 10 обработки измеряет ток короткого замыкания электродов.
Первая ветвь 9.1 содержит резистор 11, последовательно соединенный с мультиплексором/демультиплексором 7 и с блоком 10 обработки. Параллельно резистору 11 подключен усилитель 12 так, что его инвертирующий вход соединен с мультиплексором/демультиплексором 7, прямой вход заземлен, а выход соединен с блоком 10 обработки.
Вторая ветвь 9.2 содержит резисторы 13 и 14, последовательно соединенные с мультиплексором/демультиплексором 7 и с блоком 10 обработки. Параллельно резистору 13 подключен усилитель 15 так, что его инвертирующий вход подсоединен между резисторами 13 и 14 для соединения с блоком 10 обработки через резистор 14, прямой вход заземлен, а выход соединен с мультиплексором/демультиплексором 7.
Электроды 5 разделены на две группы, каждая из которых соединена через каналы 17.1, 17.2 с мультиплексором/демультиплексором 7.
Согласно изобретению, схема 8 управления, т.е. каждая из ветвей 9.1, 9.2, является схемой с низким импедансом, т.е. имеет более низкий импеданс по сравнению с выходным импедансом конденсатора. В частности, схема удовлетворяет отношению
R/G<<1/(Cω0),
где R - сопротивление резистора 11, 13 (в зависимости от рассматриваемой ветви),
G - коэффициент усиления усилителя 12, 15 (в зависимости от рассматриваемой ветви),
С - емкость переменного конденсатора 6,
ω0 - круговая частота колебаний на резонансной частоте чувствительного. элемента.
Усилители 12 и 15 усиливают напряжение и, следовательно, имеют низкое сопротивление.
Таким образом, обнаружение осуществляют для двух каналов 17.1, 17.2, используя одну и ту же цепь, т.е. ветвь 9.1 схемы 8 управления, а приведение в действие (или «привод», как указано на фиг.2) реализуют для двух каналов 17.1 и 17.2, используя одну и ту же цепь, т.е. ветвь 9.2 схемы 8 управления.
Разумеется, изобретение не ограничивается представленным вариантом осуществления, специалист может предусматривать его версии, не выходя за рамки изобретения, определенные формулой изобретения.
В частности, несмотря на то, что изобретение описано в отношении инерциального датчика угловой скорости, содержащим вибрирующий купол, изобретение можно применять также для любого датчика угловой скорости, содержащего установленные напротив друг друга электроды для получения переменного конденсатора, поочередно выполняющего роль привода и датчика.
Несмотря на приведенные два примера, цепи нагрузки, изобретение можно применять также для любого устройства, использующего цепь нагрузки с низким импедансом, т.е. в котором входной импеданс намного ниже выходного импеданса переменного конденсатора.
Покрытая металлом кромка купола может быть непрерывной или прерывистой, образуя электроды, отделенные друг от друга по кромке (проводящий слой в виде паутины, начинающейся от полюса купола).
Claims (2)
1. Инерциальный датчик угловой скорости, содержащий вибрирующий элемент (1) с расположенными друг против друга покрытыми металлом частями (2, 5), образующими конденсатор (6) переменной емкости, мультиплексор/демультиплексор (7), соединенный с указанным конденсатором (6) переменной емкости, и цепь нагрузки, соединенную с указанным мультиплексором/демультиплексором, при этом цепь нагрузки представляет собой цепь нагрузки с низким импедансом.
2. Инерциальный датчик по п.1, в котором цепь нагрузки имеет усилитель с коэффициентом усиления G и сопротивление резистора R, так чтобы R/G<<1/(Cω0), где С - емкость указанного конденсатора, а ω0 - круговая частота колебаний на резонансной частоте вибрирующего элемента (1) датчика.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR0803302 | 2008-06-13 | ||
FR0803302A FR2932563B1 (fr) | 2008-06-13 | 2008-06-13 | Capteur de rotation inertiel a derive compensee. |
PCT/FR2009/000700 WO2009150332A2 (fr) | 2008-06-13 | 2009-06-12 | Capteur de rotation inertiel a derive compensee |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011100808A RU2011100808A (ru) | 2012-07-20 |
RU2483278C2 true RU2483278C2 (ru) | 2013-05-27 |
Family
ID=40352293
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011100808/28A RU2483278C2 (ru) | 2008-06-13 | 2009-06-12 | Инерциальный датчик угловой скорости с компенсацией отклонения |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8210041B2 (ru) |
EP (1) | EP2288871B1 (ru) |
CN (1) | CN102057250B (ru) |
FR (1) | FR2932563B1 (ru) |
RU (1) | RU2483278C2 (ru) |
WO (1) | WO2009150332A2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2546987C1 (ru) * | 2013-12-24 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ установки кольцевого зазора при сборке волнового твердотельного гироскопа |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2936049B1 (fr) * | 2008-09-16 | 2010-09-17 | Sagem Defense Securite | Resonateur a metallisation partielle pour detecteur de parametre angulaire. |
FR2952426B1 (fr) * | 2009-11-12 | 2012-10-05 | Sagem Defense Securite | Resonateur a couche metallisee partielle |
FR2958030B1 (fr) * | 2010-03-23 | 2012-04-20 | Sagem Defense Securite | Procede et dispositif de mesure angulaire avec compensation de non linearites |
US8631702B2 (en) * | 2010-05-30 | 2014-01-21 | Honeywell International Inc. | Hemitoroidal resonator gyroscope |
FR2991044B1 (fr) * | 2012-05-24 | 2014-05-09 | Sagem Defense Securite | Centrale inertielle a gyroscopes vibrants montes sur un carrousel et procede de mesure angulaire |
US20170038208A1 (en) * | 2012-06-15 | 2017-02-09 | Suzhou Wenzhixin Micro System Technology co., Ltd. | Silicon Micromachined Hemispherical Resonance Gyroscope and Processing Method Thereof |
US10132632B2 (en) | 2012-06-15 | 2018-11-20 | Suzhou Wenzhixin Micro System Technology Co., Ltd | Hemispherical resonance micromechanical gyroscope and processing method thereof |
FR3114146B1 (fr) * | 2020-09-17 | 2022-08-12 | Safran Electronics & Defense | capteur vibrant avec unité d’hybridation |
WO2024077035A1 (en) | 2022-10-04 | 2024-04-11 | Enertia Microsystems Inc. | Vibratory gyroscopes with resonator attachments |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2011168C1 (ru) * | 1992-02-17 | 1994-04-15 | Челябинский государственный технический университет | Устройство стабилизации амплитуды колебаний полусферического резонатора |
US5817940A (en) * | 1996-03-14 | 1998-10-06 | Aisin Seiki Kabishiki Kaisha | Angular rate detector |
US6467346B1 (en) * | 2000-06-14 | 2002-10-22 | Hughes Electronics Corporation | Coriolis sensor interface |
US20030006783A1 (en) * | 2001-07-02 | 2003-01-09 | Min Dong-Ki | Apparatus and method for measuring change in capacitance |
US7093488B2 (en) * | 2003-12-11 | 2006-08-22 | Sagem Sa | Vibrating resonator inertial rotation sensor |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3656354A (en) * | 1969-10-06 | 1972-04-18 | Gen Motors Corp | Bell gyro and improved means for operating same |
US4951508A (en) * | 1983-10-31 | 1990-08-28 | General Motors Corporation | Vibratory rotation sensor |
US4752949A (en) * | 1984-12-05 | 1988-06-21 | Jay Steinbeck | Corded/cordless telephone |
DE4406197C2 (de) * | 1994-02-25 | 1996-10-24 | Daimler Benz Aerospace Airbus | Anschlußelement zur variablen Verlegung und zum Schutz von Leitungen |
JP3453724B2 (ja) * | 1994-06-03 | 2003-10-06 | アイシン精機株式会社 | 角速度検出装置 |
GB2318184B (en) * | 1996-10-08 | 2000-07-05 | British Aerospace | A rate sensor |
US5763780A (en) * | 1997-02-18 | 1998-06-09 | Litton Systems, Inc. | Vibratory rotation sensor with multiplex electronics |
US5892152A (en) * | 1997-07-29 | 1999-04-06 | Litton Systems, Inc. | Multiple vibratory rotation sensors with multiplexed electronics |
US6065340A (en) * | 1998-07-29 | 2000-05-23 | Litton Systems Inc. | Vibratory rotation sensor with novel electrode placements |
US6189382B1 (en) * | 1999-11-05 | 2001-02-20 | Litton Systems, Inc. | Vibratory sensor with self-calibration and low noise digital conversion |
FR2851041B1 (fr) * | 2003-02-06 | 2005-03-18 | Sagem | Procede de mise en oeuvre d'un resonateur sous l'effet de forces electrostatiques |
JP4590853B2 (ja) * | 2003-10-17 | 2010-12-01 | パナソニック株式会社 | 回転率センサおよび多軸検出型回転率センサ |
-
2008
- 2008-06-13 FR FR0803302A patent/FR2932563B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2009
- 2009-06-12 RU RU2011100808/28A patent/RU2483278C2/ru active
- 2009-06-12 US US12/996,705 patent/US8210041B2/en active Active
- 2009-06-12 EP EP09761883A patent/EP2288871B1/fr active Active
- 2009-06-12 WO PCT/FR2009/000700 patent/WO2009150332A2/fr active Application Filing
- 2009-06-12 CN CN200980122573.9A patent/CN102057250B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2011168C1 (ru) * | 1992-02-17 | 1994-04-15 | Челябинский государственный технический университет | Устройство стабилизации амплитуды колебаний полусферического резонатора |
US5817940A (en) * | 1996-03-14 | 1998-10-06 | Aisin Seiki Kabishiki Kaisha | Angular rate detector |
US6467346B1 (en) * | 2000-06-14 | 2002-10-22 | Hughes Electronics Corporation | Coriolis sensor interface |
US20030006783A1 (en) * | 2001-07-02 | 2003-01-09 | Min Dong-Ki | Apparatus and method for measuring change in capacitance |
US7093488B2 (en) * | 2003-12-11 | 2006-08-22 | Sagem Sa | Vibrating resonator inertial rotation sensor |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2546987C1 (ru) * | 2013-12-24 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ установки кольцевого зазора при сборке волнового твердотельного гироскопа |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011100808A (ru) | 2012-07-20 |
FR2932563B1 (fr) | 2010-06-18 |
CN102057250B (zh) | 2013-08-21 |
US20110083508A1 (en) | 2011-04-14 |
WO2009150332A2 (fr) | 2009-12-17 |
EP2288871B1 (fr) | 2013-03-20 |
FR2932563A1 (fr) | 2009-12-18 |
CN102057250A (zh) | 2011-05-11 |
WO2009150332A3 (fr) | 2010-02-18 |
EP2288871A2 (fr) | 2011-03-02 |
US8210041B2 (en) | 2012-07-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2483278C2 (ru) | Инерциальный датчик угловой скорости с компенсацией отклонения | |
JP3694028B2 (ja) | 一体化共振マイクロビームセンサ及びトランジスタ発振器 | |
KR100223687B1 (ko) | 정전형 변환수단의 용량성분 저감회로 및 정전형 변환수단의 구동장치 및 검출장치 | |
KR100592985B1 (ko) | 진동형 각속도 센서 | |
US20100011857A1 (en) | Arrangement for measuring a rate of rotation using a vibration sensor | |
JP3606164B2 (ja) | 静電容量型外力検出装置 | |
JP5437368B2 (ja) | マイクロエレクトロメカニカル容量センサを有する測定装置 | |
CN109579810B (zh) | 物理量测量装置、电子设备和移动体 | |
US5388458A (en) | Quartz resonant gyroscope or quartz resonant tuning fork gyroscope | |
KR20210019369A (ko) | 진동 구조 자이로스코프의 잡음 성능 개선 | |
JP2015072277A (ja) | 磁気感度が低減されたmemsジャイロスコープ | |
EP1324052A2 (en) | Mechanical force sensor | |
JP3780673B2 (ja) | 角速度センサ | |
JP5187836B2 (ja) | センサ感度調整手段及びセンサの製造方法 | |
US6786094B2 (en) | Process of making an acceleration detecting element | |
JPH1164005A (ja) | 2軸同時測定用の圧電回転センサ及びその測定回路 | |
US7997135B2 (en) | Angular velocity sensor | |
JP5079541B2 (ja) | 物理量センサ | |
JPH08210860A (ja) | 角速度センサ | |
Marra et al. | Single resonator, time-switched, low offset drift z-axis FM MEMS accelerometer | |
JP3319015B2 (ja) | 半導体ヨーレイトセンサ | |
JP2003075481A (ja) | インピーダンス検出回路及び静電容量検出回路 | |
JP3425717B2 (ja) | 振動ジャイロ | |
KR100210334B1 (ko) | 진동 자이로스코프 및 진동-자이로스코프의 특성 조정 방법 | |
JPH06148231A (ja) | ヨーレートセンサの温度補償方法及び温度補償装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |