Целью настоящего исследования является создание нового модифицированного помехозащищенного микроакустомеха-нического гироскопа. Данная разработка позволяет преобразовывать в электрические сигналы угловые скорости вращения несущего основания одновременно относительно двух осей его вращения. Кроме того, повышается уровень полезного сигнала по сравнению с уровнем шумовых помех. Этим объясняется расширение функциональных возможностей нового модифицированного микроакустомеханического гироскопа по сравнению с имеющимися аналогами. Подробно описано, каким образом работает модифицированный гироскоп. Сущность его конструкции и функционирования поясняется графическими материалами. Предлагаемое техническое решение защищено патентом Российской Федерации на изобретение. Описанный гироскоп может быть применен в системах навигации, ориентации и управления различными подвижными объектами в авиации, ракетно-космической технике, робототехнике и т. п.
микромеханический гироскоп, акустические волны, поверхностные акустические волны.
В настоящее время в системах навигации, ориентации и управления различными подвижными объектами успешно используются микроакустомеханические гироскопы. Их применение позволяет оптимизировать массовые и геометрические характеристики указанных систем, повысить надежность, увеличить ресурс эксплуатации, снизить стоимость производства [1–5].
Известные микромеханические гироскопы [6–9] обладают существенным недостатком, сдерживающим их практическое применение. Данные устройства обеспечивают регистрацию угловой скорости вращения несущего основания относительно одного направления его вращения, а для регистрации угловых скоростей относительно двух направлений вращения несущего основания необходимо дополнительно установить второй аналогичный гироскоп. Это приводит к усложнению конструкции и увеличению ее стоимости. К существенным недостаткам гироскопов [6–9] можно также отнести низкий уровень полезного сигнала по сравнению с уровнем шумовых помех. Этим обусловлена необходимость применения регистрирующей аппаратуры с высокой чувствительностью, что также увеличивает стоимость устройства.
В [10, 11] предложен новый микроакустомеханический гироскоп, расчетно-теоретическое обоснование которого представлено в [12].
Данный гироскоп состоит из следующих частей:
— несущее основание;
— регулярная структура инерционных масс (РСИМ), размещенных в шахматном порядке;
— активные пьезоэлектрические преобразователи (АПП);
— измерительные встречно-штыревые преобразователи (ИВШП) суммарного поля поверхностной акустической волны (ПАВ) от РСИМ, состоящего из дифракционных и сигнальных полей ПАВ от сил Кориолиса.
1. Матвеев, В. А. Гироскоп — это просто / В. А. Матвеев. — Москва : Изд-во МГТУ им. Н.Э Баумана, 2012. — 191 с.
2. Лукьянов, Д. П. Современное состояние и перспективы развития твердотельных микрогироскопов на по-верхностных акустических волнах / Д. П. Лукьянов, Ю. В. Филатов, С. Ю. Шевченко // Гироскопия и навигация. — 2011. — № 3 (74). — С. 75–87.
3. Евстифеев, М. И. Основные этапы разработки отечественных микромеханических гироскопов / М. И. Евстифеев // Известия вузов. Приборостроение. — 2011. — Т. 54, № 6. — С. 75–80.
4. Математическое моделирование гироскопа на ПАВ / В. А. Калинин [и др.] // Электроника: наука, техноло-гия, бизнес. Спецвыпуск. — 2008. — С. 47–51.
5. Varadan, V. K. Microsensors, microelectromechanical systems (MEMS), and electronics for smart structures and systems / V. K. Varadan, V. V. Varadan // Smart Materials and Structures. — 2009. — № 9. — P. 953–972.
6. Пьезоэлектрический гироскоп : патент 2387951 Рос. Федерация : H03H9/25 ; G01C19/56 / В. А. Калинин [и др.]. — №2009109735/28 ; заявл. 17.03.09 ; опубл. 27.04.10, Бюл. № 12. — 9 с.
7. Гироскоп на поверхностных акустических волнах : патент 2390727 Рос. Федерация : G01P9/04 ; G01C19/56 / В. А. Калинин [и др.]. — № 2009109734/28 ; заявл. 17.03.09 ; опубл. 27.05.10, Бюл. № 15. — 8 с.
8. Apparatus and method for detecting a rotation : patent 7895892 В2 US [Электронный ресурс] / R. Aigner. — Режим доступа: http://www.uspto.gov (дата обращения 08.11.16).
9. Micro-Electromechanical Gyroscope : patent 6984332 В2 US [Электронный ресурс] / V. K. Varadan [et al.]. — Режим доступа: http://www.uspto.gov (дата обращения 08.11.16).
10. Микроакустомеханический гироскоп : патент 2543706 Рос. Федерация : G01C19/56 ; H03H9/25 / Ю. В. Вахтин [и др.]. — № 2013143420/28 ; заявл. 25.09.13 ; опубл. 10.03.15, Бюл. № 7. — 8 с.
11. Мирошниченко, И. П. Модифицированный микромеханический гироскоп / И. П. Мирошниченко, В. А. Погорелов, В. П. Сизов // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. — 2015. — Т. 15, № 2. — С. 73–77.
12. Мирошниченко, И. П. Метод скаляризации в задачах распространения поверхностных упругих волн во вращающемся трансверсально-изотропном полупространстве / И. П. Мирошниченко, В. А. Погорелов, В. П. Сизов // Вестник Дон. гос. техн. ун-та.— 2015. — Т. 15, № 3. — С. 7–18.
13. Модифицированный микроакустомеханический гироскоп : патент 2582483 Рос. Федерация : G01C19/56 / И. П. Мирошниченко [и др.]. — № 2015104242/28 ; заявл. 09.02.15 ; опубл. 27.04.16, Бюл. № 12. — 14 с.
