Vestnik of Don State Technical University Vestnik of Don State Technical University Вестник Донского государственного технического университета 1992-5980 13629 10.12737/22159 Машиностроение и машиноведение MACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCE Машиностроение и машиноведение Modified microacoustomechanical noise-immune gyroscope Модифицированный помехозащищенный микроакустомеханический гироскоп Мирошниченко Игорь Павлович Miroshnichenko Igor Павлович Ipmir@rambler.ru Сизов Валерий Павлович Sizov Valeriy Павлович Ipmir2011@yandex.ru 14 10 2016 14 10 2016 16 4 72 78 https://naukaru.ru/en/nauka/article/13629/view

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.

The work objective is to develop a new modified microacous-tomechanical noise-immune gyroscope. It allows converting the angular rotation velocities of the support base into electrical signals on two axes of rotation simultaneously. In addition, the valid signal level is increased compared to the noise interference level. This explains the expandability of the new modified microacous-tomechanical gyroscope compared to the existing analogues. The operating principle of the modified gyro is specified in detail. The concept of its design and performance is explained in drawings. The proposed technical solution is protected by the Russian Feder-ation patent for the invention. The proposed gyroscope can be used in the navigation, positioning and control systems of various mobile objects in aviation, rocket and space technology, robotics, etc.

 микромеханический гироскоп акустические волны поверхностные акустические волны. micromechanical gyroscope acoustic waves surface acoustic waves.

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.

Матвеев, В. А. Гироскоп - это просто / В. А. Матвеев. - Москва : Изд-во МГТУ им. Н.Э Баумана, 2012. - 191 с. Matveev, V. А. Giroskop - eto prosto. [Gyroscope is a simple matter.] Moscow: Bauman MSTU Publ. House, 2012, 191 p. (in Russian). 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. Lukyanov, D.P., et al. Sovremennoe sostoyanie i perspektivy razvitiya tverdotel´nykh mikrogiroskopov na pov-erkhnostnykh akusticheskikh volnakh. [State of the art and prospects for the development of SAW-based solid-state gyros.] Gyroscopy and Navigation, 2011, no. 3 (74), pp. 75-87 (in Russian). Евстифеев, М. И. Основные этапы разработки отечественных микромеханических гироскопов / М. И. Евстифеев // Известия вузов. Приборостроение. - 2011. - Т. 54, № 6. - С. 75-80. Evstifeev, M.I. Osnovnye etapy razrabotki otechestvennykh mikromekhanicheskikh giroskopov . [Main develop-ment stages of domestic micromechanical gyroscopes.] Journal of Instrument Engineering, 2011, vol. 54, no. 6, pp. 75-80 (in Russian). Математическое моделирование гироскопа на ПАВ / В. А. Калинин [и др.] // Электроника: наука, техноло-гия, бизнес. Спецвыпуск. - 2008. - С. 47-51. Kalinin, V.A., et al. Matematicheskoe modelirovanie giroskopa na PAV [Mathematical modeling of SAW-based gyro.] Electronics: Science, Technology, Business. Spec. Iss., 2008, pp. 47-51 (in Russian). 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. Varadan, V. K., Varadan, V.V. Microsensors, microelectromechanical systems (MEMS), and electronics for smart structures and systems. Smart Materials and Structures, 2009, no. 9, pp. 953-972. 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. Kalinin, V.A., et al. P´yezoelektricheskiy giroskop: patent 2387951 Ros. Federatsiya: H03H9/25; G01C19/56. [Pi-ezoelectric gyroscope.] Patent RF, no. 2387951, 2009 (in Russian). 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. Kalinin, V.A., et al. Giroskop na poverkhnostnykh akusticheskikh volnakh: patent 2390727 Ros. Federatsiya: G01P9/04; G01C19/56. [SAW-based gyro.] Patent RF, no. 2390727, 2010 (in Russian). 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). Aigner, R. Apparatus and method for detecting a rotation: patent 7895892 В2 US. Available at: http://www.uspto.gov (accessed: 08.11.16). 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). Varadan, V. K., et al. Micro-Electromechanical Gyroscope: patent 6984332 В2 US. Available at: http://www.uspto.gov (accessed: 08.11.16). 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. Vakhtin, Y.V., et al. Mikroakustomekhanicheskiy giroskop : patent 2543706 Ros. Federatsiya: G01C19/56; H03H9/25. [Micro-acoustomechanical gyroscope.] Patent RF, no. 2543706, 2015 (in Russian). 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. Miroshnichenko, I.P., Pogorelov, V.A., Sizov, V.P. Modifitsirovannyy mikromekhanicheskiy giroskop. [Modified micromechanical gyroscope.] Vestnik of DSTU, 2015, vol. 15, no. 2, pp. 73-77 (in Russian). 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. Miroshnichenko, I.P., Pogorelov, V.A., Sizov, V.P. Metod skalyarizatsii v zadachakh rasprostraneniya poverkh-nostnykh uprugikh voln vo vrashchayushchemsya transversal´no-izotropnom poluprostranstve. [Scalarization method in problems of elastic surface-wave propagation in rotating transversely isotropic half-space.] Vestnik of DSTU, 2015, vol. 15, no. 3, pp. 7-18 (in Russian). 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. Miroshnichenko, I.P., et al. Modifitsirovannyy mikroakustomekhanicheskiy giroskop: patent 2582483 Ros. Federatsiya: G01C19/56. [Modified micro-acoustomechanical gyroscope.] Patent RF, no. 2582483, 2016 (in Russian).