Патент на изобретение №2301970
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ГИРОСКОП ВИБРАЦИОННОГО ТИПА
(57) Реферат:
Изобретение относится к приборам, измеряющим угловую скорость, в частности, к микромеханическим гироскопам (ММГ). ММГ вибрационного типа содержит две пары электродов по оси вторичных колебаний, одна из которых является измерительной, другая – силовой, устройство возбуждения первичных колебаний, включенное между емкостными датчиками по оси первичных колебаний и электродами гребенчатого двигателя, последовательно соединенные усилитель и дифференцирующее звено, включенные между парами электродов по оси вторичных колебаний, последовательно соединенные фазовращательное звено, демодулятор и фильтр низкой частоты, при этом вход фазовращательного звена подключен к выходу емкостного датчика по оси первичных колебаний. Между выходом дифференцирующего звена и входом демодулятора введено устройство подавления квадратуры, второй вход которого подключен к выходу емкостного датчика по оси первичных колебаний. Техническим результатом является повышение чувствительности, линейности и точности. 2 ил.
(56) (продолжение): CLASS=”b560m”US 6370937 В2, 16.04.2002. US 5992233 А, 30.11.1999. US 6067858 A, 30.05.2000. US 5672949 A, 30.09.1997.
Предлагаемое устройство относится к приборам, измеряющим угловую скорость, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ).
Устройство, описанное в статье Woon-Tahk Sung, Jang Gyu Lee “H Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение чувствительности, линейности и точности ММГ. Решение указанной задачи достигается тем, что в микромеханический гироскоп вибрационного типа введены последовательно соединенные усилитель и дифференцирующее звено, включенные между парами электродов по оси вторичных колебаний, последовательно соединенные фазовращательное звено и демодулятор, при этом вход фазовращательного звена подключен к выходу емкостного датчика по оси первичных колебаний, отличающееся тем, что между выходом дифференцирующего звена и входом демодулятора введено устройство подавления квадратуры, второй вход которого подключен к выходу емкостного датчика по оси первичных колебаний. Кроме того, решение указанной задачи достигается тем, что устройство подавления квадратуры выполнено в виде последовательно соединенных первого умножителя, интегратора, второго умножителя, демодулятора, фильтра низкой частоты, сумматора и усилителя, первый вход сумматора соединен с выходом дифференцирующего звена, второй вход – с выходом второго умножителя, вторые входы умножителей подключены к выходу емкостного датчика по оси первичных колебаний. Основное преимущество предлагаемого изобретения обусловлено заявленной совокупностью признаков. Заявленное устройство поясняется чертежами. На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства. На фиг.1 приняты следующие обозначения: 1 – чувствительный элемент микромеханического гироскопа; 2 – измерительные электроды; 3 – силовые электроды; 5, 7 – емкостные датчики; 6 – фазовращатель; 8 – усилитель; 9 – дифференцирующее звено; 10 – устройство подавления квадратуры; 11 – демодулятор. 12 – фильтр низких частот; 13 – сумматор; 14 – усилитель; 15, 17 – второй и первый умножители соответственно. 16 – интегратор. На фиг.2 приведены графики сигналов в предложенном устройстве. На фиг.2 приняты следующие обозначения: А – изменение во времени сигнала на выходе элемента 16 при скачке на входе элемента 13 сигнала, с квадратурной помехой и полезной составляющей; Б – сигнал на выходе элемента 15. Чувствительный элемент 1 состоит из подвижного элемента 2, измерительных электродов по осям первичных и вторичных колебаний 3 и силовых электродов 4. К измерительным электродам 3 подключены емкостные датчики 5 и 7, преобразующие емкость в напряжение. К выходу емкостного датчика 7 по оси вторичных колебаний последовательно подключены усилитель 8 и дифференцирующее звено 9. Выход дифференцирующего звена соединен с силовыми электродами 4 ЧЭ 1 и с входом устройства подавления квадратуры 10, выход которого соединен с входом демодулятора 11. Второй вход устройства 10 соединен с входом фазовращателя 6 и выходом емкостного датчика 5 по первичной оси. Выход фазовращателя соединен со вторым входом демодулятора 11, выход которого соединен с входом ФНЧ 12. Устройство работает следующим образом. Под действием силы Кориолиса и сил, возникающих из-за не- жесткости торсионов, ротор начинает отклоняться. Сигнал, преобразованный в напряжение при помощи емкостного датчика 7, пропорциональный отклонениям ротора, через усилитель 8 поступает на дифференцирующее звено 9, обеспечивающее устойчивость замкнутой системы. Сигнал с выхода дифференцирующего звена 9 подается на силовые электроды 3. При глубокой обратной связи ротор будет находиться в неподвижном состоянии. Сигнал на выходе дифференцирующего звена 9 содержит полезную и квадратурную составляющие. Он поступает на устройство подавления квадратуры 10, где усиливается элементом 14 и поступает на вход первого умножителя 17. Поскольку на второй вход умножителя 17 поступает напряжение той же частоты, что и на первый вход, элемент 17 осуществляет фазочувствительное детектирование входного сигнала и выделяет сигнал, синфазный с сигналом, поступающим от усилителя 14, т.е. квадратурную помеху. Выделенный сигнал интегрируется элементом 16 и модулирует сигнал с выхода фазовращателя с помощью второго умножителя 15. Выходной сигнал второго умножителя 15 суммируется сумматором 13 с сигналом с выхода дифференцирующего звена 9. Поскольку квадратурная помеха и выходной сигнал второго умножителя 15 находятся в противофазе, происходит подавление квадратурной помехи. Выходной сигнал с устройства подавления квадратуры с уже скомпенсированной квадратурной помехой поступает на демодулятор 11, где перемножается с сигналом, сдвинутым фазовращателем 6 на 90° по отношению к напряжению на выходе емкостного датчика по оси первичных колебаний, т.е. с синфазным сигналом. Затем сигнал, содержащий только полезную составляющую, фильтруется на ФНЧ 12. Таким образом, на выходе получаем напряжение, содержащее только информацию об угловой скорости основания ММГ. Сигналы, приведенные на фиг.2, получены в результате моделирования предложенного устройства. Сигнал на выходе интегратора 16 изменяется до тех пор, пока сигнал с выхода элемента 15 не сравняется с квадратурной помехой на выходе дифференцирующего звена 9. До тех пор пока квадратурная помеха не скомпенсирована, полезная составляющая сигнала практически не выделяется.
Формула изобретения
Микромеханический гироскоп вибрационного типа, содержащий подвижный механический элемент, две пары электродов по оси вторичных колебаний, одна из которых является измерительной, другая – силовой, последовательно соединенные усилитель и дифференцирующее звено, включенные между парами электродов по оси вторичных колебаний, последовательно соединенные фазовращательное звено, демодулятор и фильтр низкой частоты, при этом вход фазовращательного звена подключен к выходу емкостного датчика по оси первичных колебаний, отличающийся тем, что между выходом дифференцирующего звена и входом демодулятора введено устройство подавления квадратуры, выполненное в виде последовательно соединенных первого умножителя, интегратора и второго умножителя, а также сумматора, первый вход которого соединен с выходом дифференцирующего звена, второй вход – с выходом второго умножителя, и усилителя, который усиливает выходной сигнал дифференцирующего звена и сигнал с выхода которого поступает на вход первого умножителя, вторые входы умножителей подключены к выходу емкостного датчика по оси первичных колебаний.
РИСУНКИ
Другие изменения, связанные с зарегистрированными изобретениями
Изменения:
Номер и год публикации бюллетеня: 18-2007
Извещение опубликовано: 27.04.2010 БИ: 12/2010
|
||||||||||||||||||||||||||
Controller Design of MEMS Gyroscope and Its Performance Test. 0-7803-8416-4/04/20$, 2004, IEEE,. ПЕШЕХОНОВ В.Г. и др. Результаты разработки микромеханического гироскопа. XII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. 23-25 мая 2005 г., Санкт-Петербург, с.268-274.
