RU2573615C1 - Micromechanical damper - Google Patents
Micromechanical damper Download PDFInfo
- Publication number
- RU2573615C1 RU2573615C1 RU2014146835/28A RU2014146835A RU2573615C1 RU 2573615 C1 RU2573615 C1 RU 2573615C1 RU 2014146835/28 A RU2014146835/28 A RU 2014146835/28A RU 2014146835 A RU2014146835 A RU 2014146835A RU 2573615 C1 RU2573615 C1 RU 2573615C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- damping
- external
- internal
- unit
- micromechanical
- Prior art date
Links
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Решение относится к измерительной технике.The solution relates to measurement technology.
Известен аналогичный микромеханический демпфер [1], содержащий демпфирующий узел, выполненный в виде сосредоточенной массы, соединенной с помощью упругих подвесов с демпфируемым узлом.A similar micromechanical damper [1] is known, containing a damping assembly made in the form of a concentrated mass connected by elastic suspensions to a damped assembly.
Недостатком известного устройства является невозможность установления механических параметров связи для получения оптимального коэффициентов демпфирования, поскольку заранее не известны перемещения демпфируемого и демпфируемого узлов.A disadvantage of the known device is the inability to establish mechanical coupling parameters to obtain optimal damping coefficients, since the movements of the damped and damped nodes are not known in advance.
В качестве прототипа выбран микромеханический демпфер, описанный в работе [2]. Роль демпфера в чувствительном элементе интегрального датчика ускорений выполняет сосредоточенный груз, соединенный с помощью упругих подвесов с демпфируемым узлом. Вынужденные колебания, сообщаемые демпфируемому узлу внешним воздействием, через подвесы передаются демпфирующему узлу. На осуществление колебательного процесса демпфирующего узла расходуется энергия, сообщаемая ему демпфируемым узлом. Таким образом, от демпфируемого узла отбирается часть энергии и его колебательный процесс затухает.As a prototype selected micromechanical damper described in [2]. The role of the damper in the sensitive element of the integrated acceleration sensor is performed by a concentrated load connected by elastic suspensions to a damped assembly. The forced vibrations reported to the damped assembly by external action are transmitted through the suspensions to the damped assembly. For the implementation of the oscillatory process of the damping node, the energy consumed is transmitted to it by the damped node. Thus, part of the energy is taken from the damped assembly and its oscillatory process decays.
Недостатком известного устройства является невозможность подгонки параметров демпфирующего узла для получения оптимального режима, поскольку на степень затухания влияют параметры как демпфируемого, так и демпфирующего узлов. Этот недостаток устраняется предлагаемым решением.A disadvantage of the known device is the inability to adjust the parameters of the damping node to obtain the optimal mode, since the degree of attenuation is affected by the parameters of both the damped and the damping nodes. This disadvantage is eliminated by the proposed solution.
Решаемая задача - совершенствование микромеханического демпфера.The task at hand is the improvement of the micromechanical damper.
Технический результат - получение оптимального режима работы микромеханического демпфера.EFFECT: obtaining an optimal operating mode of a micromechanical damper.
Этот технический результат достигается тем, что в микромеханический демпфере, содержащем демпфирующий узел, выполненный в виде сосредоточенной массы, соединенной с помощью упругих подвесов с демпфируемым узлом, с целью получения оптимального демпфирования выполняют следующее соотношение между параметрами:This technical result is achieved by the fact that in a micromechanical damper containing a damping assembly made in the form of a concentrated mass connected by elastic suspensions to a damping assembly, in order to obtain optimal damping, the following relationship between the parameters is fulfilled:
, ,
Кд1 - абсолютный коэффициент демпфирования внешнего узла (демпфируемого); Кд2 - абсолютный коэффициент демпфирования внутреннего узла внешнего узла (демпфирующего; m1 - масса внешнего узла; m2 - масса внутреннего узла; G1 - жесткость подвеса внешнего узла; G2 - жесткость подвеса внутреннего узла; χ - коэффициент механической связи между внешним и внутренним узлами.To d1 - the absolute damping coefficient of the external node (damped); K d2 is the absolute damping coefficient of the internal assembly of the external assembly (damping; m 1 is the mass of the external assembly; m 2 is the mass of the internal assembly; G 1 is the suspension stiffness of the external assembly; G 2 is the suspension stiffness of the internal assembly; χ is the mechanical coupling coefficient between the external and internal nodes.
На фиг. 1 приведена конструктивная схема демпфированной микромеханической системы и показано взаимодействие сил: инерции Fин, упругости Fупр и демпфирования Fдем. Посредством анизотропного травления выполнены: подвижная рамка 1, соединенная с корпусной пластиной упругими растяжками 2. В свою очередь внутри рамки выполнен подвижный узел в виде плоской пластины 3, соединенный с рамкой упругими растяжками 4. Рамка 1, например, может служить чувствительным элементом осевого акселерометра, а подвижный узел 3 предназначается для обеспечения оптимального демпфирования рамки. Система имеет две степени свободы: y1 - линейное перемещение рамки 1 относительно корпуса 5; y2 - линейное перемещение подвижного узла 3 относительно рамки 1.In FIG. 1 shows a structural diagram of a damped micromechanical system and shows the interaction of forces: inertia F in , elasticity F control and damping F dem . By means of anisotropic etching, the following are accomplished: a movable frame 1 connected to the body plate by elastic extensions 2. In turn, a movable unit in the form of a flat plate 3 connected to the frame by elastic extensions 4 is made inside the frame. Frame 1, for example, can serve as a sensitive element of an axial accelerometer, and the movable unit 3 is designed to provide optimal damping of the frame. The system has two degrees of freedom: y 1 - linear movement of the frame 1 relative to the housing 5; y 2 - linear movement of the movable node 3 relative to the frame 1.
Существо заявляемого устройства не является очевидностью. Для его доказательства, во-первых, необходимо показать, что система, состоящая из двух взаимосвязанных подвижных узлов, представляет собой колебательную систему второго порядка с параметрами, зависящими от характеристик внешнего и внутреннего подвижных узлов. Тем не менее, точное описание заявляемой системы в динамическом плане описывается передаточной функцией четвертого порядка:The essence of the claimed device is not obvious. To prove it, firstly, it is necessary to show that the system, consisting of two interconnected movable nodes, is a second-order oscillatory system with parameters that depend on the characteristics of the external and internal mobile nodes. However, the exact description of the claimed system in dynamic terms is described by the fourth-order transfer function:
где введены следующие обозначения:where the following notation is introduced:
Если в качестве рабочего подвижного узла используется внутренняя рамка, то в передаточной функции (1) коэффициенты знаменателя остаются без изменений. Коэффициенты же числителя будут иными, а именно:If the inner frame is used as the working movable unit, then the coefficients of the denominator remain unchanged in the transfer function (1). The coefficients of the numerator will be different, namely:
В (2) независимыми параметрами являются шесть величин: m1, G1, Kд1, m2, G2 и Kд2, причем первые три из них, относящиеся к демпфируемому узлу (внешнему), задаются из конструктивных соображений, а три остальные требуют определения в соответствии с условием достижения оптимальных демпфирующих свойств. В общем случае определение неизвестных величин эффективнее всего осуществлять с использованием ЭВМ по АЧХ, соответствующей передаточной функции четвертого порядка (1) при заданном показателе колебательности.In (2), six parameters are independent parameters: m 1 , G 1 , K d1 , m 2 , G 2, and K d2 , with the first three of them related to the damped node (external) being set for structural reasons, and the other three require determination in accordance with the condition of achieving optimal damping properties. In the general case, the determination of unknown quantities is most efficiently carried out using a computer according to the frequency response corresponding to the fourth-order transfer function (1) for a given oscillation index.
Воспользуемся понятием коэффициента связи, представляющим собой отношение сил упругости подвесов демпфируемого и демпфирующего узлов:We use the concept of the coupling coefficient, which is the ratio of the elastic forces of the suspensions of the damped and damping nodes:
Для статического состояния зависимость коэффициента связи от конструктивных параметров можно получить в виде:For a static state, the dependence of the coupling coefficient on the design parameters can be obtained in the form:
Используя (4) относительные коэффициенты демпфирования внешнего и внутреннего подвижных узлов, можно найти:Using (4) the relative damping coefficients of the external and internal moving nodes, you can find:
, ,
где G01=G1(1-1/χ)+G2; G02=G2(1-χG2/G1); Кд1 - абсолютный коэффициент демпфирования внешнего узла; Кд2 - абсолютный коэффициент демпфирования внутреннего узла.where G 01 = G 1 (1-1 / χ) + G 2 ; G 02 = G 2 (1-χG 2 / G 1); To d1 - the absolute damping coefficient of the external node; To d2 - the absolute damping coefficient of the internal node.
Для обеспечения равенства относительных коэффициентов демпфирования внешней и внутренней рамок, в том числе и при оптимальном режиме , необходимо конструктивно выполнить следующее условие:To ensure equality of the relative damping coefficients of the external and internal frames, including the optimal mode , it is necessary to constructively fulfill the following condition:
Формула (6) показывает преимущества двухмассового ЧЭ перед одномассовым с точки зрения их демпфирующих качеств, поскольку на значения абсолютных коэффициентов можно влиять варьированием величин масс и жесткостей, а также применением гистерезисных поглотителей энергии во внутренних подвесах или комбинацией того и другого.Formula (6) shows the advantages of a two-mass SE over a single-mass one in terms of their damping qualities, since the values of the absolute coefficients can be influenced by varying the masses and stiffnesses, as well as using hysteretic energy absorbers in internal suspensions or a combination of both.
Допуская характер гашения колебаний ЧЭ гистерезисным, при котором абсолютный коэффициент обратно пропорционален действующей частоте, т.е. Kг=Gη/(ωc+ω), можно утверждать, что снижение частоты синхронизма способствует повышению демпфирующих свойств. Из (6) видим, что на величину частоты можно в широких пределах влиять варьированием коэффициента связи и соответственно получать любое требуемое демпфирование.Assuming the nature of the damping of the vibrations of the SE hysteretic, in which the absolute coefficient is inversely proportional to the effective frequency, i.e. K r = Gη / (ω c + ω ), it can be argued that the decrease in frequency synchronism enhances damping properties. From (6) we see that the frequency can be influenced over a wide range by varying the coupling coefficient and, accordingly, to obtain any required damping.
Условие синхронизма ω1=ω2=ω при гармонических колебаниях подвижных узлов , можно получить в виде соотношения между конструктивными параметрами с учетом (6) при отсутствии демпфирования Kд1=Kд2=0The synchronism condition ω 1 = ω 2 = ω for harmonic vibrations of moving nodes , can be obtained in the form of a relationship between design parameters taking into account (6) in the absence of damping K d1 = K d2 = 0
Из (7) видим, что на величину частоты можно в широких пределах влиять варьированием коэффициента связи и соответственно получать любое требуемое демпфирование. Таким образом, можно утверждать, что снижение частоты синхронизма способствует повышению демпфирующих свойств.From (7) we see that the frequency can be influenced over a wide range by varying the coupling coefficient and, accordingly, any desired damping can be obtained. Thus, it can be argued that a decrease in the frequency of synchronism contributes to an increase in damping properties.
Источники информацииInformation sources
1. Северов Л.А. и др. Микромеханические гироскопы: конструкции, характеристики, технологии, пути развития. Известия ВУЗОВ. Приборостроение. 1998. Т. 41. №1-2, стр. 57…73.1. Severov L.A. et al. Micromechanical gyroscopes: designs, characteristics, technologies, development paths. University News. Instrument making. 1998. V. 41. No. 1-2, p. 57 ... 73.
2. Вавилов В.Д. Интегральные датчики. Изд-во НГТУ, 2003, 504 с.2. Vavilov V.D. Integrated Sensors. NSTU Publishing House, 2003, 504 pp.
Claims (1)
Kд1 - абсолютный коэффициент демпфирования внешнего узла (демпфируемого); Kд2 - абсолютный коэффициент демпфирования внутреннего узла внешнего узла (демпфирующего); m1 - масса внешнего узла; m2 - масса внутреннего узла; G1 - жесткость подвеса внешнего узла; G2 - жесткость подвеса внутреннего узла; χ - коэффициент механической связи между внешним и внутренним узлами. A micromechanical damper containing a damping assembly made in the form of a concentrated mass connected by elastic suspensions to a damping assembly in order to obtain optimal damping, characterized in that the following relationship between the parameters is made in the device:
K d1 - the absolute damping coefficient of the external node (damped); K d2 - the absolute damping coefficient of the internal node of the external node (damping); m 1 is the mass of the external node; m 2 is the mass of the internal node; G 1 - the stiffness of the suspension of the external node; G 2 - the stiffness of the suspension of the internal node; χ is the coefficient of mechanical coupling between the external and internal nodes.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014146835/28A RU2573615C1 (en) | 2014-11-20 | 2014-11-20 | Micromechanical damper |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014146835/28A RU2573615C1 (en) | 2014-11-20 | 2014-11-20 | Micromechanical damper |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2573615C1 true RU2573615C1 (en) | 2016-01-20 |
Family
ID=55087249
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014146835/28A RU2573615C1 (en) | 2014-11-20 | 2014-11-20 | Micromechanical damper |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2573615C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU911170A1 (en) * | 1980-01-22 | 1982-03-07 | Varsanofev Vladimir D | Method of determination of mechanical object tensile suspension damping coefficient |
SU1742732A1 (en) * | 1989-09-12 | 1992-06-23 | Научно-производственное объединение измерительной техники | Measuring vibration converter |
SU1322818A1 (en) * | 1985-04-05 | 1995-12-10 | В.А. Волков | Method for selecting vibration damping coefficient of accelerometer inertia element with liquid damper |
EP2159579B1 (en) * | 2008-08-29 | 2010-12-29 | Honeywell International, Inc. | Systems and methods for vibration rectification error reduction in closed-loop accelerometer systems |
-
2014
- 2014-11-20 RU RU2014146835/28A patent/RU2573615C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU911170A1 (en) * | 1980-01-22 | 1982-03-07 | Varsanofev Vladimir D | Method of determination of mechanical object tensile suspension damping coefficient |
SU1322818A1 (en) * | 1985-04-05 | 1995-12-10 | В.А. Волков | Method for selecting vibration damping coefficient of accelerometer inertia element with liquid damper |
SU1742732A1 (en) * | 1989-09-12 | 1992-06-23 | Научно-производственное объединение измерительной техники | Measuring vibration converter |
EP2159579B1 (en) * | 2008-08-29 | 2010-12-29 | Honeywell International, Inc. | Systems and methods for vibration rectification error reduction in closed-loop accelerometer systems |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gatti et al. | Some diverse examples of exploiting the beneficial effects of geometric stiffness nonlinearity | |
Varanis et al. | On mechanical vibration analysis of a multi degree of freedom system based on arduino and MEMS accelerometers | |
Tso et al. | Design and experimental study of a hybrid vibration absorber for global vibration control | |
CN105698779A (en) | Designing method of quartz micromechanical gyroscope double-shaft damping device | |
Zhao et al. | Comparative study of different output metrics for a three weakly coupled resonator sensor | |
KR20130035427A (en) | Mems resonating accelerometer | |
RU2573615C1 (en) | Micromechanical damper | |
Hao et al. | Thermoelastic damping in flexural-mode ring gyroscopes | |
CN209857909U (en) | High-precision MEMS gyroscope | |
Pokhrel et al. | Analysis of displacement of vibrating of mass spring due to opposition force | |
CN105953781A (en) | Tuning-fork micromechanical gyroscope sensor applied to wireless sensor network | |
CN103398708B (en) | A kind of micromechanical gyro of sensitive mode | |
Ouyang et al. | A receptance-based method for predicting latent roots and critical points in friction-induced vibration problems of asymmetric systems | |
El-Sayed et al. | Modeling of nonlinearities in vibratory ring gyroscopes | |
Flores-Sanchez et al. | Attenuation of vibrations in a mechanical oscillator by implementing two types of vibration absorbers: Experimental results | |
Zhang et al. | Singularity analysis on the periodic response of a symmetrical MEMS gyroscope | |
Zhao et al. | A novel double-ended tuning fork quartz accelerometer | |
Park et al. | Response characteristics of a MEMS resonant accelerometer to external acoustic excitation | |
Liu et al. | Genetic algorithm based multidisciplinary design optimization of MEMS accelerometer | |
He et al. | The Design and Optimization of Inherent Frequency of Combined Triaxial High-g Accelerometer | |
RU2297008C1 (en) | Micro-mechanical direct transformation accelerometer | |
Zhang et al. | Stability analysis in state space for non-driven MEMS gyro | |
RU2403537C2 (en) | Electrostatic gyrotron | |
Kim | Lumped element modeling of operational structures by inverting the mobility models | |
Kreuzer et al. | Active Vibration Isolation Via Decomposition of Traveling Waves |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161121 |