СОДЕРЖАНИЕ

1 СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.......................................................................4

2 ВЕДЕНИЕ...................................................................................................5

3 МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ГИРОСКОП RR-ТИПА

3.1 КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ...................................7

3.2 УРАВНЕНИЯ ДИНАМИКИ.............................................................12

3.3 ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РОТОРА…………..............15

3.4 РЕЖИМЫ РАБОТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ

НА ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ……………………..……….…18

4 МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ. ВАРИАЦИЯ АЛЛАНА………….........21

5 ОПИСАНИЕ АППАРАТУРЫ……………………………………….....26

6 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ……………………………........27

7 РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ И ИСПОЛЬЗУЕМОЕ

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ…………………………….….29

8 АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК………………….......31

9 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ……………………………………...…32

10 ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................35

11 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………..36

1 Список сокращений

АЧХ - амплитудная частотная характеристика

ДМ - датчик момента

ДПК – двигатель первичных колебаний

ДУПК – датчик угла первичных колебаний

ДУВК – датчик угла вторичных колебаний

ИМ - инерционная масса

ММА – микромеханические акселерометры

ММГ – микромеханический гироскоп

МЭМС – микроэлектромеханические системы

ПЕН - преобразователь “емкость-напряжение”

ПП - первичный преобразователь

СКО – среднеквадратическое отклонение

СУПК - система управления первичными колебаниями

СУВК - систему управления вторичными колебаниями

УП – упругий подвес

ФВС – формирователь выходного сигнала

ФЧХ - фазовая частотная характеристика

ARW - angle random walk (случайное блуждание по углу)

2 Введение

Актуальность темы. Освоение технологии изготовления 3D механических структур с использованием оборудования, применяемого в микроэлектронике, открыло путь к созданию сверхминиатюрных электромеханических систем. Это новое направление в области приборостроения получило название МЭМС технологии. Наиболее сложными МЭМС устройствами являются микромеханические гироскопы (ММГ), появившиеся на рынке сравнительно недавно.

Работы по созданию ММГ начались с 1990-х г. в ряде ведущих лабораторий и институтов зарубежных стран. В настоящее время несколько крупных зарубежных фирм серийно выпускают ММГ низкого класса точности, например, Analog Devices, Silicon Sensing, Honeywell, Bosch, Systron Donner, Murata и др.

В зарубежных странах ММГ используются в автомобильной промышленности, робототехнике, системах стабилизации различных объектов от беспилотных летательных аппаратов до видеокамер.

Повышение точности ММГ позволит использовать их в новых областях гражданской и военной техники, в частности, для обеспечения навигации и управления малыми подвижными объектами. Примерами таких объектов являются беспилотные летательные аппараты или “интеллектуальные снаряды”. Фирма BAE System считает, что инерциальный модуль на основе инерциальных микромеханических датчиков будет служить основой для перспективных комплексов навигации и управления подвижными объектами. В США разработка высокоточных ММГ (точность до 1 ⁰/ч) финансируется агентством по перспективным разработкам оборонного ведомства DARPA.

В России разработка ММГ находится на этапе изготовления и исследования опытных образцов. Однако важность этого направления приборостроения подтверждается списком критических технологий, утвержденным президентом России 21.05.2006 (п.п.11 и 23).

В настоящее время отечественные производители миниатюрных интегрированных систем используют зарубежную элементную базу (например, система STA30 разработки НТЦ “РИССА”).

Производство отечественных ММГ позволит заместить импортируемую технику и снизить зависимость разработчиков от зарубежных поставщиков.

ММГ является микроэлектромеханической системой (МЭМС), объединяющей функциональные части с различными принципами физического действия: электромеханическую (чувствительный элемент) и электронную части. Интеграция функциональных частей может происходить по-разному – в зависимости от технологии изготовления датчиков все части могут изготавливаться в едином техпроцессе или каждая по отдельности, с использованием разных техпроцессов, и объединяться позже.

Микросистемы имеют существенные преимущества по сравнению с обычными системами на макроуровне. Во-первых, в них возможно усиление с пониженным уровнем внешней интерференции, коррекция смещения нуля, самодиагностики и автокалибровки. Во-вторых, предусмотрена совместимость с системными шинами для интегрирования в другие системы автоматической обработки сигналов. К наиболее важным характеристикам МЭМС также относятся:

• незначительные затраты материалов и малое потребление электрической энергии;

• высокая эксплуатационная эффективность;

• малая стоимость при серийном выпуске;

• высокая надежность;

• возможность обеспечения локально распределенных интеллектуальных свойств.

Существенное снижение массогабаритных, стоимостных и энергетических характеристик открыло новые пути использования микросенсоров (микромеханических гироскопов – ММГ и микроакселерометров – ММА) в гражданских и военных областях, где ранее применение их макропредшественников было невозможно из-за массога­баритных ограничений или сдерживалось по экономическим соображениям. Наиболее привлекательным для разработчиков является потенциальный ры­нок коммерческого гражданского использования датчиков, который на поряд­ки превышает объемы возможного рынка военной техники.