RU2535248C1

RU2535248C1 - Micromechanical gyroscope

Info

Publication number: RU2535248C1
Application number: RU2013139117/28A
Authority: RU
Inventors: Яков Анатольевич Некрасов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2014-12-10

Abstract

FIELD: mechanics.

SUBSTANCE: invention relates to micromechanical gyroscopes (MMG) of vibration-type, in which temperature compensation is used to improve the accuracy. The device comprises a sensing element (SE) with the resonance suspension of the inertial mass, the electrodes located along two orthogonal axes around the inertial mass, the electronic unit comprising successively connected first capacity-to-voltage converter, the automatic gain control unit (AGC), the amplifier, and successively mounted second capacity-to-voltage converter, the demodulator having the first and second inputs and an output, the temperature correction unit, the first input of the unit of temperature correction is connected to the demodulator output, the second input of the unit of temperature correction is connected to the output of the AGC unit.

EFFECT: improving the accuracy of MMG through the fact that to compensate the influence of temperature changes on the MMG it is the SE temperature which is substantially measured This measurement is carried out indirectly by determining the quality factor Q, which has the monotonic dependence on the temperature.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области микромеханики, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа, в которых для повышения точности используется термокомпенсация.The invention relates to the field of micromechanics, in particular to micromechanical gyroscopes (MMG) of vibration type, in which thermal compensation is used to increase accuracy.

Рабочий диапазон температур современных ММГ превосходит, как правило, 100°C. При изменении температуры окружающей среды могут изменяться как нулевой сигнал ММГ, так и его крутизна или масштабный коэффициент. Одним из способов повышения точности ММГ является его термостабилизация. Один из вариантов термостабилизации микромеханического датчика (ММД) описан в работе [1], в которой для поддержания температуры используется система с датчиком температуры и нагревателем.The operating temperature range of modern MMG is, as a rule, superior to 100 ° C. When the ambient temperature changes, both the zero MMG signal and its steepness or scale factor can change. One way to improve the accuracy of MMG is its thermal stabilization. One of the options for thermal stabilization of a micromechanical sensor (MMD) is described in [1], in which a system with a temperature sensor and a heater is used to maintain temperature.

Недостатком такого решения является повышенное потребление мощности ММД.The disadvantage of this solution is the increased power consumption of MMD.

Другим решением является использование термокомпенсации, при которой используется датчик температуры и устройство коррекции сигнала ММД. Такое решение применяется в ряде ММГ, выпускаемых фирмой Analog Devices: например, в ММГ ADXRS150 (см. [2]) встроен датчик температуры, построенный по схеме РТАТ, описанной в работе [3].Another solution is the use of thermal compensation, which uses a temperature sensor and a signal correction device MMD. This solution is used in a number of MMGs manufactured by Analog Devices: for example, in the MMG ADXRS150 (see [2]), a temperature sensor is built in accordance with the RTAT scheme described in [3].

Вариант процедуры подбора коэффициентов термокомпенсации описан в работе [4].A variant of the procedure for selecting thermal compensation coefficients is described in [4].

Другой вариант термокомпенсации с цифровым датчиком температуры, встроенным в заказную интегральную схему для ММГ, описан в работе [5]. На фиг.1 описания термокомпенсация осуществляется в цифровом процессоре 140 в блоке 145, в который поступают сигналы от демодулятора 143 и температурного датчика 185.Another variant of thermal compensation with a digital temperature sensor integrated in a custom integrated circuit for MMG is described in [5]. In FIG. 1 of the description, thermal compensation is carried out in a digital processor 140 in block 145, to which signals from a demodulator 143 and a temperature sensor 185 are received.

Варианты термокомпенсации и термостабилизации вибрационного ММГ описаны в статье [6]. В этой же работе отмечается, что температурно-зависимыми являются такие параметры резонансного подвеса подвижной массы ММГ, как добротность Q и резонансная частота f_p.Variants of thermal compensation and thermal stabilization of vibrating MMG are described in the article [6]. In the same work, it is noted that the temperature-dependent parameters are the resonance suspension of the MMG moving mass, such as the Q factor and resonant frequency f _p .

Сравнивая (см. фиг.5 и 6) процентные изменения Q и f_p при одном и том же диапазоне температур, можно увидеть, что изменения Q на два порядка выше, чем f_p. В этой статье также отмечается, что амплитуда первичных колебаний благодаря системе стабилизации изменяется незначительно (≈1%) во всем диапазоне температур (см. фиг.10, 11).Comparing (see FIGS. 5 and 6) the percentage changes in Q and f _p for the same temperature range, we can see that the changes in Q are two orders of magnitude higher than f _p . This article also notes that the amplitude of the primary oscillations due to the stabilization system varies slightly (≈1%) in the entire temperature range (see figure 10, 11).

Эта зависимость добротности Q от температуры Т отмечалась и в более ранних работах для других типов ММГ [7, 8].This dependence of the Q factor Q on temperature T was also noted in earlier works for other types of MMG [7, 8].

В работе [9] предложено определять температуру чувствительного элемента (ЧЭ) ММГ не с помощью внешнего датчика температуры, а за счет измерения температурного изменения f_p.In [9], it was proposed to determine the temperature of the MMG sensitive element (SE) not using an external temperature sensor, but by measuring the temperature change f _p .

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого ММГ является компенсационная система для ММГ, приведенная в работе [6].The closest analogue (prototype) of the proposed MMG is the compensation system for MMG, given in [6].

Эта система содержит ММГ, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), вход которого подключен к выходу ММГ, микропроцессор, к входу которого подключен выход АЦП, и термодатчик, выход которого подключен к микропроцессору. ММГ, при этом содержит систему возбуждения первичных колебаний на резонансной частоте подвеса инерционной массы (ИМ) и стабилизации амплитуды первичных колебаний, образованную последовательно включенными первым преобразователем емкость-напряжение, блок автоматического регулирования усиления (АРУ), усилитель. Эти последовательно включенные элементы соединены с электродами, расположенными по оси первичных колебаний. Кроме того, к электродам, расположенным по оси вторичных колебаний, подключен второй преобразователь емкость-напряжение, выход которого соединен с одним из входов демодулятора, а другой вход - с выходом первого преобразователя емкость-напряжение через фазовращатель.This system contains an MMG, an analog-to-digital converter (ADC), the input of which is connected to the MMG output, a microprocessor, the ADC output is connected to its input, and a thermal sensor whose output is connected to the microprocessor. MMG, at the same time, contains a system of excitation of primary oscillations at the resonant frequency of the suspension of inertial mass (IM) and stabilization of the amplitude of the primary oscillations, formed by the capacitance-voltage converter connected in series, the automatic gain control unit (AGC), and an amplifier. These series-connected elements are connected to electrodes located along the axis of the primary oscillations. In addition, a second capacitance-voltage converter is connected to the electrodes located on the secondary-oscillation axis, the output of which is connected to one of the inputs of the demodulator, and the other input is connected to the output of the first capacitance-voltage converter through a phase shifter.

Недостатком данного прототипа является то, что компенсация температуры осуществляется с погрешностью, обусловленной тем, что датчик расположен на некотором расстоянии от ЧЭ (см. фиг.19). Поэтому температура ЧЭ будет определяться им с погрешностью из-за наличия разности температур между ними. Эта разность может изменяться при изменении температуры окружающей среды, потребляемой системой мощности.The disadvantage of this prototype is that the temperature is compensated with an error due to the fact that the sensor is located at a certain distance from the SE (see Fig. 19). Therefore, the temperature of the SE will be determined by him with an error due to the presence of a temperature difference between them. This difference may vary with the ambient temperature consumed by the power system.

Задачей изобретения является снижение зависимости выходного сигнала от температуры.The objective of the invention is to reduce the dependence of the output signal on temperature.

Поставленная задача решается тем, что в ММГ, содержащем чувствительный элемент с резонансным подвесом инерционной массы, электроды, расположенные по двум ортогональным осям вокруг инерционной массы, электронный блок, включающий в себя последовательно соединенные первый преобразователь емкость-напряжение, блок АРУ, усилитель, и последовательно включенные второй преобразователь емкость-напряжение, демодулятор, имеющий первый и второй входы и выход, блок температурной коррекции, первый вход блока температурной коррекции соединен с выходом демодулятора, второй вход блока температурной коррекции соединен с выходом блока АРУ.The problem is solved in that in an MMG containing a sensitive element with a resonant suspension of inertial mass, electrodes located along two orthogonal axes around the inertial mass, an electronic unit that includes a first capacitance-voltage converter, an AGC block, an amplifier, and series the second capacitance-voltage converter is turned on, a demodulator having first and second inputs and an output, a temperature correction unit, a first input of a temperature correction unit is connected to an output demodulator house, the second input of the temperature correction block is connected to the output of the AGC block.

Кроме того, поставленная задача решается тем, что выход блока АРУ соединен со входом блока температурной коррекции через фазовращатель, при этом блок температурной коррекции выполнен с амплитудным детектором на входе, подключаемом к блоку АРУ.In addition, the task is solved in that the output of the AGC block is connected to the input of the temperature correction block through a phase shifter, while the temperature correction block is made with an amplitude detector at the input connected to the AGC block.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве достигается повышение точности за счет того, что для компенсации влияния изменений температуры на ММГ измеряется по существу температура именно ЧЭ, а не температура в месте установки датчика температуры. Это измерение производится косвенным методом путем определения добротности Q, которая зависит от температуры Т. Как показывает проведенный теоретический анализ и экспериментальная проверка, выполненная на ЧЭ для ММГ различного типа, зависимость Q(T) носит монотонный характер.Compared with the prototype, the proposed device achieves an increase in accuracy due to the fact that, in order to compensate for the effect of temperature changes on MMG, the actual temperature is measured precisely at the SE, and not at the temperature at the place of installation of the temperature sensor. This measurement is carried out by an indirect method by determining the Q factor Q, which depends on the temperature T. As shown by the theoretical analysis and experimental verification performed on the SE for MMG of various types, the Q (T) dependence is monotonic.

По сравнению с аналогом [9], в котором самокомпенсация влияния температуры осуществлена за счет измерения изменений резонансной частоты (f_p) подвеса ИМ, в предложенном устройстве может быть достигнута более высокая точность за счет большего относительного изменения температурно-зависимого параметра (изменения Q на два порядка выше, чем f_p).Compared with the analogue [9], in which the temperature is self-compensated by measuring changes in the resonance frequency (f _p ) of the MI suspension, higher accuracy can be achieved in the proposed device due to a larger relative change in the temperature-dependent parameter (Q changes by two order higher than f _p ).

Заявляемое устройство поясняется чертежами.The inventive device is illustrated by drawings.

На фиг.1 показана блок-схема предложенного устройства.Figure 1 shows a block diagram of the proposed device.

На фиг.1 приняты следующие обозначения:In figure 1, the following notation:

1 - инерционная масса,1 - inertial mass

2, 3 - электроды, расположенные по оси первичных колебаний,2, 3 - electrodes located along the axis of the primary oscillations,

4, 5 - электроды, расположенные по оси вторичных колебаний,4, 5 - electrodes located along the axis of the secondary vibrations,

6, 7 - соответственно первый и второй преобразователи емкость-напряжение,6, 7 - respectively, the first and second capacitance-voltage converters,

8 - блок АРУ,8 - block AGC,

9 - первый усилитель,9 - the first amplifier

10 - демодулятор (ДМ),10 - demodulator (DM),

11 - блок температурной коррекции (ТК),11 - block temperature correction (TC),

12 - электронный блок, включающий устройства 6-11,12 is an electronic unit including devices 6-11,

V_E - сигнал управления,V _E - control signal

U_apy - выходной сигнал блока АРУ.U _apy - output signal of the AGC block.

На фиг.2 приведен вариант выполнения предложенного устройства.Figure 2 shows an embodiment of the proposed device.

На фиг.2 приняты следующие обозначения:In figure 2, the following notation:

6 - первый преобразователь емкость-напряжение,6 - the first Converter capacitance-voltage,

8 - блок АРУ,8 - block AGC,

11 - блок температурной коррекции,11 - block temperature correction,

13 - второй усилитель,13 is a second amplifier,

14 - устройство умножения,14 is a multiplication device,

15 - блок управления амплитудой первичных колебаний,15 - control unit of the amplitude of the primary oscillations,

16 - АЦП,16 - ADC,

17 - резонансное звено,17 - resonant link

18 - фазовращатель,18 - phase shifter,

19 - третий усилитель, работающий в ключевом режиме,19 - the third amplifier operating in key mode,

АМП - сигнал управления амплитудой первичных колебаний.AMP - a signal controlling the amplitude of the primary oscillations.

На фиг.3 приведена экспериментально полученная зависимость амплитуды сигнала управления от температуры.Figure 3 shows the experimentally obtained dependence of the amplitude of the control signal on temperature.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Инерционная масса 1 в ЧЭ подвешена с помощью торсионов к опоре (на фиг.1 не показаны) и находится между электродами 2, 3, расположенными по оси первичных колебаний, и электродами 4, 5, расположенными по оси вторичных колебаний. С электродами 2, 3, расположенными по оси первичных колебаний, соединен вход первого преобразователя емкость-напряжение 6, с электродами 4, 5, расположенными по оси вторичных колебаний, соединен вход второго преобразователя емкость-напряжение 7.The inertial mass 1 in the CE is suspended using a torsion bar to the support (not shown in FIG. 1) and is located between the electrodes 2, 3 located along the axis of the primary oscillations and the electrodes 4, 5 located along the axis of the secondary vibrations. The input of the first capacitance-voltage converter 6 is connected to the electrodes 2, 3 located along the axis of the primary oscillations, and the input of the second capacitance-voltage converter 7 is connected to the electrodes 4, 5 located along the axis of the secondary oscillations.

Отметим, что количество электродов, расположенных по оси первичных колебаний, может быть больше, и они имеют, как правило, гребенчатую структуру; преобразователь 6 может выполняться как устройство с дифференциальным входом. Однако эти варианты выполнения не влияют на существо предложенного решения.Note that the number of electrodes located along the axis of the primary oscillations can be larger, and they usually have a comb structure; Converter 6 can be performed as a device with a differential input. However, these options do not affect the essence of the proposed solution.

Выход преобразователя 6 соединен со входом блока АРУ 8, выход которого через усилитель 9 соединен с электродом 2.The output of the converter 6 is connected to the input of the AGC block 8, the output of which through the amplifier 9 is connected to the electrode 2.

Демодулятор 10 входами соединен с выходами преобразователей 6, 7.The demodulator 10 inputs connected to the outputs of the converters 6, 7.

Входы блока температурной коррекции 11 соединены с выходом блока АРУ 8 и выходом демодулятора 10.The inputs of the temperature correction block 11 are connected to the output of the AGC block 8 and the output of the demodulator 10.

Элементы 6-11 представляют собой электронные узлы, которые, как правило, выполняются в современных ММГ совместно, в виде заказной интегральной схемы (ИС). Эта электронная часть ММГ показана на фиг.1 как электронный блок 12.Elements 6-11 are electronic nodes, which, as a rule, are performed in modern MMG together, in the form of a custom integrated circuit (IC). This electronic part MMG shown in figure 1 as an electronic unit 12.

Блоки 6, 8, 9 совместно с резонансным подвесом ИМ 1 образуют систему возбуждения первичных колебаний, в которой за счет блока АРУ 8 амплитуда этих колебаний сохраняется постоянной. Даже при изменении температуры (Т) окружающей среды на 100-120°C, при которой добротность резонансного подвеса Q изменялась более чем в два раза (как описано в работе [6] см. фиг.6), изменения амплитуды не превышали 1% (фиг.10, 11 данной работы). При сохранении амплитуды первичных колебаний практически постоянной, амплитуда сигнала на выходе преобразователя 6 также постоянна, а сигнал на выходе блока АРУ 8 изменяется обратно пропорционально добротности подвеса Q^-1.Blocks 6, 8, 9 together with the resonant suspension IM 1 form a system of excitation of primary oscillations, in which due to the AGC block 8 the amplitude of these oscillations is kept constant. Even when the ambient temperature (T) changes by 100-120 ° C, at which the quality factor of the resonant suspension Q is more than doubled (as described in [6], see FIG. 6), the amplitude changes did not exceed 1% ( figure 10, 11 of this work). While maintaining the amplitude of the primary oscillations almost constant, the amplitude of the signal at the output of the converter 6 is also constant, and the signal at the output of the AGC block 8 changes inversely with the Q factor of the suspension Q ^-1 .

Поскольку зависимость Q(T) изменяется монотонно, зависимость Q^-1(T) также будет монотонной, что позволяет по величине Q^-1 однозначно определить Т. Таким образом сигнал на выходе блока АРУ 8 оказывается зависимым от величины Т.Since the dependence Q (T) varies monotonously, the dependence Q ^-1 (T) will also be monotonic, which allows us to unambiguously determine T. From the value of Q ^-1 , the signal at the output of the AGC block 8 is dependent on the value of T.

Это позволяет вызванные изменениями температуры изменение смещения нуля и крутизны сигнала на выходе демодулятора 10 корректировать не сигналом от датчика температуры, как это имеет место в прототипе, а сигналом с выхода блока АРУ 8.This allows you to adjust the change in the zero offset and the slope of the signal at the output of the demodulator 10 to correct not the signal from the temperature sensor, as is the case in the prototype, but the signal from the output of the AGC block 8.

Вариант предложенного устройства с типичным цифровым каналом первичных колебаний приведен на фиг.2анного описания. Пример цифрового канала описан в работе [5] (фиг.2а описания к данной заявке), в которой описаны состав электронных узлов, входящих в заказную ИС, и их работа.A variant of the proposed device with a typical digital channel of primary oscillations is shown in Fig.2 of this description. An example of a digital channel is described in [5] (FIG. 2a of the description of this application), which describes the composition of electronic components included in a custom IC, and their operation.

На фиг.2 выход преобразователя 6 соединен со входом АЦП 16, блок АРУ 8 образован усилителем 13, устройством умножения 14 и блоком управления амплитудой первичных колебаний 15. Эти блоки соединены следующим образом: входы устройства умножения 14 соединены с выходами элементов 13, 15, к одному из входов элемента 15 поступает сигнал, пропорциональный задаваемой амплитуде первичных колебаний, второй вход блока 15 и вход блока 13 соединены с выходом АЦП 16.In Fig.2, the output of the converter 6 is connected to the input of the ADC 16, the AGC block 8 is formed by an amplifier 13, a multiplication device 14, and an amplitude control unit of the primary oscillations 15. These blocks are connected as follows: the inputs of the multiplication device 14 are connected to the outputs of the elements 13, 15, one of the inputs of the element 15 receives a signal proportional to the specified amplitude of the primary oscillations, the second input of block 15 and the input of block 13 are connected to the output of the ADC 16.

Выход элемента 14 через фазовращатель 18 и устройство 19 соединен с электродами ЧЭ, которые могут рассматриваться в качестве входа резонансного звена 17 с передаточной функцией вида (k/(T₁p²+T₁Q^-1p+1), где k - коэффициент передачи этого звена, а его резонансная частота равна (2πT₁)^-1. Один вход блока температурной коррекции 11 соединен со входом демодулятора 10, а другой вход соединен с выходом блока автоматического регулирования усиления (АРУ) 8 через фазовращатель 18.The output of element 14 through the phase shifter 18 and the device 19 is connected to the electrodes of the SE, which can be considered as the input of the resonance link 17 with a transfer function of the form (k / (T ₁ p ² + T ₁ Q ^-1 p + 1), where k is the coefficient transmission of this link, and its resonant frequency is (2πT ₁ ) ^-1 . One input of the temperature correction block 11 is connected to the input of the demodulator 10, and the other input is connected to the output of the automatic gain control (AGC) 8 through the phase shifter 18.

В устройстве на фиг.2 элементы 13-15, 19 реализованы как цифровые и выполняют в совокупности ту же функцию, как и элементы 8, 9 на фиг.1, т.е. они обеспечивают возникновение и стабилизацию первичных колебаний в ММГ. Отметим, что в устройстве на фиг.1 функции фазовращателя могут выполнять либо блок АРУ 8, либо первый усилитель 9, без изменения существа работы устройства. В первом случае второй усилитель 13, входящий в блок АРУ 8, а во втором - первый усилитель 9 должны иметь на резонансной частоте сдвиг фазы, равный 90°.In the device of FIG. 2, elements 13-15, 19 are implemented as digital and collectively perform the same function as elements 8, 9 in FIG. 1, i.e. they provide the occurrence and stabilization of primary oscillations in MMG. Note that in the device of FIG. 1, the functions of the phase shifter can be performed by either the AGC block 8 or the first amplifier 9, without changing the essence of the operation of the device. In the first case, the second amplifier 13 included in the AGC block 8, and in the second, the first amplifier 9 must have a phase shift of 90 ° at the resonant frequency.

Сигнал на выходе элемента 15 пропорционален амплитудам сигналов на выходе элементов 18 и 19. Коэффициенты пропорциональности между этими величинами сохраняются постоянными в процессе работы, если фазовращатель имеет постоянный коэффициент передачи в области изменения резонансной частоты резонатора. Такие фазовращатели известны, они могут быть построены по схеме, реализующей передаточную функцию видаThe signal at the output of element 15 is proportional to the amplitudes of the signals at the output of elements 18 and 19. The proportionality coefficients between these values are kept constant during operation if the phase shifter has a constant transmission coefficient in the region of variation of the resonant frequency of the resonator. Such phase shifters are known, they can be constructed according to a scheme that implements a transfer function of the form

(1-τр)/(1+τр) или е^-τр.(1-тр) / (1 + тр) or е ^-тр .

В этом случае вход блока температурной коррекции 11 может быть соединен с одним из выходов, обозначенных на фиг.2 буквами А, Б, В. В случае подключения к выходам Б и В входа блока температурной коррекции 11 последний должен быть выполнен с амплитудным детектором на подключаемом к этим выходам входе.In this case, the input of the temperature correction block 11 can be connected to one of the outputs indicated in FIG. 2 by the letters A, B, C. In the case of connecting to the outputs B and C the input of the temperature correction block 11, the latter must be performed with an amplitude detector on the connected to these outputs entrance.

При изменении температуры резонансная частота резонатора может изменяться. Если фазовращатель 18 выполнен по схеме интегратора или дифференциатора, то в этом случае коэффициент пропорциональности между сигналом на выходе блока АРУ (выход А) и амплитудой на выходе фазовращателя 18 может изменяться, что приводит к погрешности определения добротности Q и, соответственно, к погрешности термокомпенсации.As the temperature changes, the resonant frequency of the resonator may change. If the phase shifter 18 is made according to the integrator or differentiator circuit, then in this case the proportionality coefficient between the signal at the output of the AGC block (output A) and the amplitude at the output of the phase shifter 18 can vary, which leads to an error in determining the quality factor Q and, accordingly, to an error in thermal compensation.

Эти погрешности могут быть исключены, если блок температурной коррекции 11 соединить с выходом фазовращателя 18, поскольку амплитуда выходного сигнала этого элемента будет пропорционально величине Q^-1. При этом в блоке температурной коррекции 11 осуществляется преобразование сигналов как функции от амплитудного значения сигнала с выхода элемента 18. Это возможно, если блок температурной коррекции 11 выполнен с амплитудным детектором на входе, реализованном программным путем или в виде отдельного устройства.These errors can be eliminated if the temperature correction block 11 is connected to the output of the phase shifter 18, since the amplitude of the output signal of this element will be proportional to the value of Q ^-1 . At the same time, in the temperature correction block 11, signals are converted as a function of the amplitude value of the signal from the output of element 18. This is possible if the temperature correction block 11 is made with an amplitude detector at the input, implemented in software or as a separate device.

Третий усилитель 19 может быть реализован как сигма-дельта модулятор, в котором выходной каскад представляет собой ключи, подключающие к электродам (электрод 2 на фиг.1) на определенные промежутки времени источники постоянного напряжения. Длительность этих промежутков времени определяется входным сигналом усилителя 19.The third amplifier 19 can be implemented as a sigma-delta modulator, in which the output stage is a key that connects to the electrodes (electrode 2 in figure 1) for certain periods of time DC voltage sources. The duration of these time periods is determined by the input signal of the amplifier 19.

Экспериментально полученная зависимость амплитуды сигнала управления от температуры при изменении температуры в обоих направлениях (нагрев, охлаждение и аппроксимация этой зависимости) представлена на фиг.3. Эта зависимость получена при исследовании ММГ, описание которого приведено в работе [10].The experimentally obtained dependence of the amplitude of the control signal on temperature when the temperature changes in both directions (heating, cooling and approximation of this dependence) is presented in Fig. 3. This dependence was obtained in the study of MMG, the description of which is given in [10].

При использовании полиноминальной функции второго порядка от сигнала управления при коррекции смещения нуля было достигнуто уменьшение смещения в шесть раз (по сравнению со смещением нуля без коррекции).When using the second-order polynomial function of the control signal during correction of the zero offset, a six-fold decrease in the offset was achieved (compared to a zero offset without correction).

Обобщенный вид блока температурной коррекции 11 приведен на фиг.1 работы [9]). Блок 11 может содержать звенья умножения и суммирования для реализации полиноминальной коррекции сигнала с выхода демодулятора 10 как по крутизне, так и по смещению нуля.A generalized view of the temperature correction block 11 is shown in figure 1 of [9]). Block 11 may contain multiplication and summing links for implementing polynomial correction of the signal from the output of the demodulator 10 both in terms of slope and zero offset.

Возможны и другие виды коррекции сигнала, например, с использованием разного вида функций для разных диапазонов температур.Other types of signal correction are possible, for example, using different types of functions for different temperature ranges.

Таким образом, уменьшение температурной зависимости выходного сигнала ММГ в предложенном устройстве достигается не за счет использования специального датчика температуры, а за счет выделения сигнала управления первичными колебаниями ИМ, который вследствие зависимости добротности резонансного подвеса от температуры позволяет фактически определять фактическую температуру ЧЭ ММГ.Thus, a decrease in the temperature dependence of the MMG output signal in the proposed device is achieved not by using a special temperature sensor, but by isolating the control signal of the primary MI oscillations, which, due to the dependence of the Q factor of the resonant suspension on temperature, allows actually determining the actual temperature of the MM MM.

Эффект повышения точности температурной компенсации ММГ в предложенном устройстве может проявиться в тех случаях, когда по условиям применения может иметь место значительная скорость изменения температуры окружающей среды. В этом случае разница между текущей температурой ЧЭ и внешним термодатчиком может быть значительной и соответственно компенсация по сигналу термодатчика неэффективна в отличие от термокомпенсации в предложенном устройстве.The effect of improving the accuracy of temperature compensation of MMG in the proposed device can occur in cases where, according to the conditions of use, a significant rate of change in ambient temperature can take place. In this case, the difference between the current temperature of the SE and the external temperature sensor can be significant and, accordingly, compensation by the signal of the temperature sensor is ineffective in contrast to thermal compensation in the proposed device.

Достигаемый технический эффект - повышение точности ММГ.Achievable technical effect - improving the accuracy of MMG.

Список литературыBibliography

1. Патент РФ №2244936.1. RF patent №2244936.

2. http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADXRS150.pdf.2. http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADXRS150.pdf.

3. http://en.wikipedia.org/wiki/Bandgap_voltage_reference.3.http: //en.wikipedia.org/wiki/Bandgap_voltage_reference.

4. http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN-1049.pdf.4. http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN-1049.pdf.

5. Международная заявка WO 2012/035439 A2.5. International application WO 2012/035439 A2.

6. Dunzhu Xia, Shilling Chen, Shourong Wang and Hongsheng Li. Microgyroscope Temperature Effects and Compensation-Control Methods // Sensors, 2009, №9, p.8349-8376.6. Dunzhu Xia, Shilling Chen, Shourong Wang and Hongsheng Li. Microgyroscope Temperature Effects and Compensation-Control Methods // Sensors, 2009, No. 9, p. 8349-8376.

7. Shcheglov К., Evans С., Gutierrez R., Tang Т.К. Temperature dependent characteristics of the JPL silicon MEMS gyroscope // Aerospace Conference Proceedings, 2000 IEEE, Volume: 11, 18-25 March 2000, p.403-411, vol.1.7. Shcheglov K., Evans S., Gutierrez R., Tang T.K. Temperature dependent characteristics of the JPL silicon MEMS gyroscope // Aerospace Conference Proceedings, 2000 IEEE, Volume: 11, 18-25 March 2000, p. 403-411, vol. 1.

8. Ferguson M.I., Keymeulen D., Peay C., Yee K. Effect of temperature on MEMS vibratory rate gyroscope // IEEE Aerospace Conference, Big Sky, Montana, 2005, p.1-6.8. Ferguson M.I., Keymeulen D., Peay C., Yee K. Effect of temperature on MEMS vibratory rate gyroscope // IEEE Aerospace Conference, Big Sky, Montana, 2005, p. 1-6.

9. I.P. Prikhodko et al. Compensation of drifts in high-Q MEMS gyroscopes using temperature self-sensing, Sens.Actuators A: Phys. (2013), http://dx.doi.org/10.1016/j.sna2012.12.024.9. I.P. Prikhodko et al. Compensation of drifts in high-Q MEMS gyroscopes using temperature self-sensing, Sens.Actuators A: Phys. (2013), http://dx.doi.org/10.1016/j.sna2012.12.024.

10. Пешехонов В.Г. и др. Результаты испытаний установочной партии микромеханических гироскопов RR-типа // Гироскопия и навигация, 2011, №1, с.37-48.10. Peshekhonov V.G. et al. Test results of an installation batch of RR-type micromechanical gyroscopes // Gyroscopy and Navigation, 2011, No. 1, pp. 37-48.

Claims

1. Микромеханический гироскоп, содержащий чувствительный элемент с резонансным подвесом инерционной массы, электроды, расположенные по двум ортогональным осям вокруг инерционной массы, электронный блок, включающий в себя последовательно включенные первый преобразователь емкость-напряжение, блок автоматического регулирования усиления (АРУ), усилитель, и последовательно включенные второй преобразователь емкость-напряжение, демодулятор, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго преобразователей емкость-напряжение, а выход - со входом блока температурной коррекции, отличающийся тем, что второй вход блока температурной коррекции соединен с выходом блока АРУ.1. A micromechanical gyroscope containing a sensing element with a resonant suspension of inertial mass, electrodes located along two orthogonal axes around the inertial mass, an electronic unit including a first capacitance-voltage converter, an automatic gain control unit (AGC), an amplifier, and series-connected second capacitance-voltage converter, a demodulator, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the first and second capacitance-voltage converters tension, and the output is with the input of the temperature correction block, characterized in that the second input of the temperature correction block is connected to the output of the AGC block.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выход блока АРУ соединен со входом блока температурной коррекции через фазовращатель, при этом блок температурной коррекции выполнен с амплитудным детектором на входе, подключаемым к блоку АРУ. 2. The device according to claim 1, characterized in that the output of the AGC block is connected to the input of the temperature correction block through a phase shifter, while the temperature correction block is made with an amplitude detector at the input connected to the AGC block.