микрогироскоп на поверхностных акустических волнах

Формула изобретения

Микрогироскоп на поверхностных акустических волнах, содержащий два автогенератора, каждый из которых включает усилитель, а также линию задержки на поверхностных акустических волнах, состоящую из двух встречно-штыревых преобразователей, нанесенных на поверхность пьезоэлектрической подложки, отличающийся тем, что усилители включены последовательно, при этом вход первого усилителя и выход второго усилителя подключены к первому встречно-штыревому преобразователю линии задержки, а выход первого усилителя и вход второго усилителя подключены ко второму встречно-штыревому преобразователю линии задержки, при этом каждый из автогенераторов подключен к импульсному коммутатору, а выходы автогенераторов подключены ко входам реверсивного счетчика, выход которого подключен ко входу регистратора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение может быть использовано для измерения величины угловой скорости подвижного объекта с помощью гироскопического эффекта.

Из работы [Распопов В.Я. Микромеханические приборы: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. Тул. гос. университет. Московский гос. технологический ун-т им.К.Э.Циолковского. - Тула: Гриф и К, 2004. - 476 с., ил.] известен микрогироскоп с использованием двух инерционных масс (ИМ), крепящихся к основанию с помощью упругих подвесов, обеспечивающих им необходимые степени свободы. Для возбуждения колебаний ИМ и съема сигнала используются гребенчатые структуры.

Недостатком такого устройства является наличие элементов подвеса инерционных масс. Это обстоятельство ограничивает виброустойчивость и ударопрочность микромеханического гироскопа, с одной стороны, и требует использования сложных микротехнологий, с другой.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к данному изобретению является микрогироскоп на поверхностных акустических волнах [Sang Woo Lee, Jae Wook Rhim, Sin Wook Park and Sang Sik Yang. A micro rate gyroscope based on the SAW gyroscopic effect. J. Micromech. Microeng. 17 (2007) 2272-2279], содержащий два автогенератора, каждый из которых состоит из усилителя, охваченного цепью положительной обратной связи через линию задержки (ЛЗ) на поверхностных акустических волнах, состоящую из двух встречно-штыревых преобразователей (ВШП), нанесенных на поверхность пьезоэлектрической подложки (фиг.1). Встречное включение усилителей позволяет получить в линиях задержки пару встречно бегущих ПАВ.

При отсутствии угловой скорости вокруг оси Y ( =0) автогенераторы работают на собственных частотах f ₀₁ и f₀₂ (фиг.1), разнос которых определяется неизбежными погрешностями изготовления ЛЗ. Если основание вращается ( 0), то фазовые скорости ПАВ в линиях задержки приобретают противоположные по знаку приращения ± V, которые, в свою очередь, вызывают смещение собственных частот генераторов на величину ± f. Гармонические колебания двух генераторов на частотах f₁=f₀₁+ f и f₂=f₀₂- f поступают на смеситель, где выделяется сигнал на разностной f₁-f₂=f₀₁-f₀₂+2 f и суммарной f₁+f₂=f₀₁ +f₀₂ частотах.

Установленный на выходе смесителя полосовой фильтр подавляет суммарный сигнал (который при необходимости может быть использован для температурной стабилизации) и на выход микрогироскопа поступает сигнал разностной частоты, пропорциональный угловой скорости .

Недостатком этого устройства является недостаточное уменьшение влияния дестабилизирующих факторов выходного сигнала микрогироскопа и, как следствие, зависимость информативного сигнала разностной частоты от температуры. Она тем существенней, чем больше начальный разнос f₀ собственных частот двух ЛЗ f₁ и f₂. Среди причин, вызывающих начальные изменения разностной частоты, следует выделить, прежде всего, температурные эффекты, которые определяются разогревом линий задержки на ПАВ и собственным температурным дрейфом элементов схемы.

Задачей, решаемой изобретением, является разработка микрогироскопа на ПАВ, в котором уменьшена температурная зависимость выходного сигнала. Для решения поставленной задачи предлагаемый микрогироскоп, так же как и известный, содержит два автогенератора, каждый из которых состоит из усилителя, охваченного цепью положительной обратной связи через линию задержки на поверхностных акустических волнах, состоящую из двух встречно-штыревых преобразователей, нанесенных на поверхность пьезоэлектрической подложки. Но в отличие от известного, в предлагаемом устройстве оба автогенератора имеют общую линию задержки, а оба усилителя включены последовательно, при этом вход первого усилителя и выход второго усилителя подключены к первому встречно-штыревому преобразователю линии задержки, а выход первого усилителя и вход второго усилителя подключены ко второму встречно-штыревому преобразователю линии задержки, при этом каждый из автогенераторов подключен к импульсному коммутатору, а выходы автогенераторов подключены ко входам реверсивного счетчика, выход которого подключен ко входу регистратора.

Достигаемый технический результат - увеличение точности микрогироскопа за счет уменьшения зависимости выходного сигнала от температуры. Это происходит за счет использования каждым из двух автогенераторов общей линии задержки, что обеспечивает равенство их частот, и поочередного включения автогенераторов на входы введенного реверсивного счетчика с помощью введенного коммутатора. В этом случае исключается влияние разностной частоты автогенераторов на выходной сигнал, как это было в известном устройстве, которая имеет существенную зависимость от температурных воздействий.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 - устройство, реализующее микрогироскоп-прототип;

на фиг.2 - схема предлагаемого микрогироскопа;

на фиг.3 - временная диаграмма работы коммутатора и автогенераторов.

Предлагаемый микрогироскоп состоит из двух ВШП 1 и 2, расположенных на пьезоэлектрической подложке 3, двух усилителей 4 и 5, коммутатора 6, реверсивного счетчика 7 и регистратора 8.

При воздействии угловой скорости вокруг оси у фазовые скорости ПАВ в линии задержки, распространяющиеся в противоположных направлениях (фиг.2), приобретают противоположные по знаку приращения ± V, которые, в свою очередь, вызывают смещение собственных частот автогенераторов на величину ± f.

В начальный момент времени коммутатор 6 включает первый автогенератор (фиг.3), состоящий из усилителя 4 и линии задержки (ЛЗ), которая состоит из двух ВШП 1 и 2, расположенных на пьезоэлектрической подложке 3 (фиг.2), после чего колебания автогенератора поступают на первый вход реверсивного счетчика 7, где фиксируется количество импульсов за первый полупериод измерений. Затем коммутатор 6 отключает первый автогенератор и одновременно включает второй автогенератор (фиг.3), состоящий из ЛЗ, входящей в состав первого автогенератора, и усилителя 4 (фиг.2). Выходной сигнал второго автогенератора поступает на второй вход реверсивного счетчика 7, где фиксируется количество импульсов за второй полупериод измерений. На выходе реверсивного счетчика 7 формируется разность числа накопленных импульсов за каждый полупериод измерений, которая пропорциональна измеряемой угловой скорости и фиксируется регистратором 8.

При отсутствии угловой скорости частоты двух автогенераторов, образованных двумя усилителями 4 и 5 и общей ЛЗ, являющейся частотозадающим элементом двух автогенераторов и состоящей из двух ВШП 1 и 2, расположенных на пьезоэлектрической подложке 3, равны (f ₁=f₂=f₀), а выходной сигнал микрогироскопа равен нулю. При наличии угловой скорости, частоты двух автогенераторов приобретают дифференциальные сдвиги f, равные по величине и противоположные по знаку:

f₁=f₀+ f, f₂=f₀- f.

В результате этого на выходе реверсивного счетчика 7 формируется сигнал разностной частоты f₁ -f₂=2 f, пропорциональный измеряемому параметру.

Отсутствие в сигнале разностной частоты начального разноса частот двух автогенераторов приводит к значительному повышению линейности выходной характеристики и практически нулевой температурной чувствительности предлагаемого микрогироскопа.

Техническим результатом является уменьшение зависимости выходного сигнала предлагаемого микрогироскопа от температуры, повышение точности и линейности его выходной характеристики путем настройки автогенераторов с помощью варикапа на одинаковые частоты и поочередного их включения на вход введенного вычитающего устройства.