RU2630542C1 - Интегральный микромеханический гироскоп - Google Patents

Интегральный микромеханический гироскоп Download PDF

Info

Publication number
RU2630542C1
RU2630542C1 RU2016124405A RU2016124405A RU2630542C1 RU 2630542 C1 RU2630542 C1 RU 2630542C1 RU 2016124405 A RU2016124405 A RU 2016124405A RU 2016124405 A RU2016124405 A RU 2016124405A RU 2630542 C1 RU2630542 C1 RU 2630542C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fixed
frame
elastic
dielectric base
anchors
Prior art date
Application number
RU2016124405A
Other languages
English (en)
Inventor
Тамара Георгиевна Нестеренко
Алексей Николаевич Коледа
Евгений Сергеевич Барбин
Сергей Евгеньевич Вторушин
Владимир Анатольевич Колчужин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2016124405A priority Critical patent/RU2630542C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2630542C1 publication Critical patent/RU2630542C1/ru

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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к гироскопическим приборам, а именно к датчикам угловой скорости, основанным на Кориолисовых силах, и может быть использовано для измерения угловой скорости. Интегральный микромеханический гироскоп, выполненный из полупроводникового материала, содержит рамку, закрепленную на диэлектрическом основании в неподвижных анкерах через упругие перемычки (4). На рамке выполнены гребенчатые структуры вибропривода. Первое промежуточное тело (7) закреплено на упругих перемычках (9) внутри рамки. Первое инерционное тело (11) расположено на упругих перемычках (12) внутри первого промежуточного тела (7) и связано с неподвижными анкерами (13) через упругие перемычки (14). На первом инерционном теле (1) выполнены подвижные части сенсорных электродов (15), неподвижные части которых закреплены на диэлектрическом основании. Анкеры, неподвижные части вибропривода, неподвижные части сенсорных электродов зафиксированы на диэлектрическом основании. Внутри рамки дополнительно расположено второе промежуточное тело (8), которое связано с рамкой через упругие перемычки (10). Второе инерционное тело (16) расположено внутри второго промежуточного тела (8) и связано с ним через упругие перемычки (17), а также связано с неподвижными анкерами (18) через упругие перемычки (19). Под вторым инерционным телом (16) расположен неподвижный планарный электрод, закрепленный на диэлектрическом основании. Данное изобретение позволяет проводить измерения двух составляющих угловой скорости. 1 ил.

Description

Изобретение относится к гироскопическим приборам, а именно к датчикам угловой скорости, основанным на Кориолисовых силах, и может быть использовано для измерения угловой скорости.
Известен интегральный микромеханический гироскоп [CN 103398708 В, МПК G01C 19/5733, опубл. 21.10.2015], содержащий рамку, закрепленную на подложке при помощи упругих перемычек, с расположенными на ней гребенчатыми структурами вибропривода. Два промежуточных тела, расположенные внутри рамки на упругих перемычках, предназначенных для развязки первичных и вторичных колебаний. Внутри каждого промежуточного тела расположено инерционное тело, подвешенное на упругих перемычках. На каждом инерционном теле присутствуют сенсорные электроды для детектирования полезного сигнала. Колебания инерционных тел, представляющих собой полезный сигнал, возникают вследствие действия сил Кориолиса на промежуточные тела при наличии угловой скорости. Конструкция гироскопа имеет две степени свободы, что позволяет измерять одну составляющую угловой скорости.
Известен интегральный микромеханический гироскоп [ЕР 1309834 В1, МПК G01C 19/56, опубл. 14.05.2003], содержащий гребенчатый привод, соединенный с промежуточным телом через упругие перемычки таким образом, что он может совершать только первичные колебания. Сенсорные электроды соединены с промежуточным телом упругими перемычками таким образом, что могут совершать только вторичные колебания. Движение сенсорных электродов возникает при колебаниях промежуточного тела в двух плоскостях вследствие действия на него силы Кориолиса при вращении основания. Гироскоп способен измерять одну составляющую угловой скорости, так как конструкция гироскопа обладает двумя степенями свободы.
Наиболее близким аналогом является интегральный микромеханический гироскоп [US 6691571 В2, МПК G01C 19/5747, опубл. 02.10.2003], выполненный из полупроводникового материала и содержащий закрепленную на диэлектрическом основании при помощи упругих перемычек рамку, с расположенными на ней гребенчатыми структурами вибропривода, промежуточное тело, закрепленное на упругих перемычках внутри рамки, и инерционное тело, которое расположено на упругих перемычках внутри промежуточного тела, а также закреплено через упругие перемычки в неподвижных анкерах. Для детектирования полезного сигнала используются сенсорные электроды, подвижные части которых расположены на инерционном теле, а неподвижные зафиксированы на диэлектрическом основании. Упругий подвес гироскопа имеет такую конструкцию, что рамка может совершать только первичные колебания, а инерционное тело только вторичные. Обеспечение двух степеней свободы конструкции позволяет гироскопу измерять только одну составляющую угловой скорости.
Недостатком данных гироскопов является невозможность измерения двух составляющих угловой скорости.
Задача предлагаемого изобретения - обеспечение измерения двух составляющих угловой скорости.
Предложенный интегральный микромеханический гироскоп, так же как в прототипе, выполнен из полупроводникового материала и содержит рамку, закрепленную в неподвижных анкерах через упругие перемычки (4). На рамке выполнены гребенчатые структуры вибропривода. Первое промежуточное тело (7) закреплено на упругих перемычках (9) внутри рамки, а первое инерционное тело (11) расположено на упругих перемычках (12) внутри первого промежуточного тела (7) и связано с неподвижными анкерами (13) через упругие перемычки (14). На первом инерционном теле (11) выполнены подвижные части сенсорных электродов (15), неподвижные части которых закреплены на диэлектрическом основании. Анкеры, неподвижные части вибропривода, неподвижные части сенсорных электродов зафиксированы на диэлектрическом основании.
Согласно изобретению внутри рамки дополнительно расположено второе промежуточное тело (8), которое связано с рамкой через упругие перемычки (10). Второе инерционное тело (16) расположено внутри второго промежуточного тела (8) и связано с ним через упругие перемычки (17), а также связано с неподвижными анкерами (18) через упругие перемычки (19). Под вторым инерционным телом (16) расположен неподвижный планарный электрод, закрепленный на диэлектрическом основании.
Рамка, инерционные и промежуточные тела, а также упругие перемычки и подвижные части гребенчатых структур расположены с зазором относительно диэлектрического основания и выполнены из полупроводникового материала.
Предложенный вариант конструкции интегрального микромеханического гироскопа, который содержит дополнительно второе промежуточное тело и второе инерционное тело позволяет устройству измерять две составляющие угловой скорости.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема интегрального микромеханического гироскопа.
Интегральный микромеханический гироскоп, выполненный из полупроводникового материала, содержит рамку 1, закрепленную на диэлектрическом основании 2 в неподвижных анкерах 3 через упругие перемычки 4. На рамке 1 расположены подвижные части гребенчатых структур 5 и 6 вибропривода. Неподвижные части вибропривода закреплены на диэлектрическом основании 2. Внутри рамки расположены первое 7 и второе 8 промежуточные тела. Первое промежуточное тело 7 связано с рамкой 1 через упругие перемычки 9. Второе промежуточное тело 8 связано с рамкой 1 через упругие перемычки 10. Первое инерционное тело 11 расположено внутри первого промежуточного тела 7 и связано с ним через упругие перемычки 12, а также связано с неподвижными анкерами 13 через упругие перемычки 14. На первом инерционном теле 11 выполнены подвижные части сенсорных электродов 15, неподвижные части которых закреплены на диэлектрическом основании 2. Второе инерционное тело 16 расположено внутри второго промежуточного тела 8 и связано с ним через упругие перемычки 17, также связано с неподвижными анкерами 18 через упругие перемычки 19. Под вторым инерционным телом 16 расположен неподвижный планарный электрод 20.
Неподвижные анкеры 3, 13 и 18, неподвижные части 5 и 6 вибропривода, неподвижные части сенсорных электродов 15 и планарный электрод 20 зафиксированы на диэлектрическом основании 2.
Устройство работает следующим образом.
Рамка 1 вместе с промежуточными телами 7 и 8 совершают первичные колебания, вектор мгновенной скорости которых направлен вдоль оси Y. Первичные колебания возбуждаются электростатическими силами, действующими со стороны вибропривода 5 и 6. При наличии угловой скорости Ωz вектор мгновенной скорости промежуточного тела 7 не совпадает с направлением оси Y, а имеет проекцию на ось X вследствие действия на него силы Кориолиса. Вследствие большой жесткости упругих перемычек 12 в направлении оси X инерционное тело 11 совершает колебания, вектор мгновенной скорости которых направлен вдоль оси X и равен по величине проекции мгновенной скорости промежуточного тела 7 на ось X. При этом амплитуда перемещений инерционного тела 11 пропорциональна угловой скорости Ωz. Вследствие малой жесткости упругих перемычек 12 и большой жесткости упругих перемычек 14 в направлении оси Y инерционное тело 11 не участвует в первичном движении. Для регистрации перемещений инерционного тела 11 предусмотрены сенсорные электроды 15.
При наличии угловой скорости Ωx вектор мгновенной скорости промежуточного тела 8 не совпадает с направлением оси Y, а имеет проекцию на ось Z вследствие действия на него силы Кориолиса. Вследствие большой жесткости упругих перемычек 17 в направлении оси Z инерционное тело 16 совершает колебания, вектор мгновенной скорости которых направлен вдоль оси Z и равен по величине проекции мгновенной скорости промежуточного тела 8 на ось Z. При этом амплитуда перемещений инерционного тела 16 пропорциональна угловой скорости Ωx. Вследствие малой жесткости упругих перемычек 17 и большой жесткости упругих перемычек 19 в направлении оси Y инерционное тело 16 не участвует в первичном движении. Для регистрации перемещений инерционного тела 16 предусмотрен планарный электрод 20, подвижной частью сенсорной емкости является само инерционное тело 16.
Наличие в конструкции двух инерционных тел 11 и 16 позволяет устройству измерять две составляющие угловой скорости Ωz и Ωx.

Claims (1)

  1. Интегральный микромеханический гироскоп, выполненный из полупроводникового материала, содержит рамку, закрепленную на диэлектрическом основании в неподвижных анкерах через упругие перемычки (4), на рамке выполнены гребенчатые структуры вибропривода, первое промежуточное тело (7) закреплено на упругих перемычках (9) внутри рамки, а первое инерционное тело (11) расположено на упругих перемычках (12) внутри первого промежуточного тела (7) и связано с неподвижными анкерами (13) через упругие перемычки (14), на первом инерционном теле (11) выполнены подвижные части сенсорных электродов (15), неподвижные части которых закреплены на диэлектрическом основании, при этом анкеры, неподвижные части вибропривода, неподвижные части сенсорных электродов зафиксированы на диэлектрическом основании, отличающийся тем, что внутри рамки дополнительно расположено второе промежуточное тело (8), которое связано с рамкой через упругие перемычки (10), второе инерционное тело (16) расположено внутри второго промежуточного тела (8) и связано с ним через упругие перемычки (17), а также связано с неподвижными анкерами (18) через упругие перемычки (19), под вторым инерционным телом (16) расположен неподвижный планарный электрод, закрепленный на диэлектрическом основании.
RU2016124405A 2016-06-20 2016-06-20 Интегральный микромеханический гироскоп RU2630542C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016124405A RU2630542C1 (ru) 2016-06-20 2016-06-20 Интегральный микромеханический гироскоп

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016124405A RU2630542C1 (ru) 2016-06-20 2016-06-20 Интегральный микромеханический гироскоп

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2630542C1 true RU2630542C1 (ru) 2017-09-11

Family

ID=59893941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016124405A RU2630542C1 (ru) 2016-06-20 2016-06-20 Интегральный микромеханический гироскоп

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2630542C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005031257A2 (en) * 2003-09-25 2005-04-07 Kionix, Inc. Z-axis angular rate sensor
RU2266521C1 (ru) * 2004-06-07 2005-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Таганрогский государственный радиотехнический университет" (ТРТУ) Интегральный микромеханический гироскоп
US7513155B2 (en) * 2005-12-05 2009-04-07 Hitachi, Ltd. Inertial sensor
RU2351896C1 (ru) * 2007-11-22 2009-04-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ЮФУ) Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр
RU2503924C1 (ru) * 2012-05-30 2014-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Интегральный микромеханический гироскоп

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005031257A2 (en) * 2003-09-25 2005-04-07 Kionix, Inc. Z-axis angular rate sensor
RU2266521C1 (ru) * 2004-06-07 2005-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Таганрогский государственный радиотехнический университет" (ТРТУ) Интегральный микромеханический гироскоп
US7513155B2 (en) * 2005-12-05 2009-04-07 Hitachi, Ltd. Inertial sensor
RU2351896C1 (ru) * 2007-11-22 2009-04-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ЮФУ) Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр
RU2503924C1 (ru) * 2012-05-30 2014-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Интегральный микромеханический гироскоп

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI126071B (en) Improved gyroscope structure and gyroscope
US11390517B2 (en) Systems and methods for bias suppression in a non-degenerate MEMS sensor
KR20130094203A (ko) 운동을 감지하기 위한 마이크로 자이로스코프
ATE432458T1 (de) Mikrobearbeiteter gyrometrischer sensor zur differenzmessung der bewegung von vibrierenden massen
FI126070B (en) Improved ring gyroscope structure and gyroscope
CN113137959B (zh) 一种微机械音叉陀螺
Aktakka et al. On-chip characterization of scale-factor of a MEMS gyroscope via a micro calibration platform
KR101645940B1 (ko) 링 스프링을 가지는 3축 마이크로 자이로스코프
RU2630542C1 (ru) Интегральный микромеханический гироскоп
RU2543686C1 (ru) Микромеханический акселерометр
TWI592633B (zh) 抗干擾的陀螺儀
FI126557B (en) Improved gyroscope structure and gyroscope
CN110998232B (zh) 单轴和双轴的转速传感器
RU145145U1 (ru) Микроэлектромеханический гироскоп
RU2353903C1 (ru) Интегральный микромеханический гироскоп
RU152970U1 (ru) Микроэлектромеханический гироскоп
Ash et al. Micromechanical inertial sensor development at Draper Laboratory with recent test results
KR101306877B1 (ko) 내부감지전극을 갖는 튜닝포크형 자이로스코프
RU81799U1 (ru) Микромеханический гироскоп-акселерометр
RU197326U1 (ru) Чувствительный элемент микромеханического гироскопа двухосевого
RU2684427C1 (ru) Чувствительный элемент микроэлектромеханического датчика угловой скорости
RU2251077C1 (ru) Интегральный микромеханический гироскоп
RU2490592C1 (ru) Микрогироскоп профессора вавилова
RU2398189C1 (ru) Интегральный микромеханический гироскоп
RU30972U1 (ru) Микромеханический гироскоп

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200621