Нелинейные эффекты в динамике микромеханических гироскопов

• Автор: Воробьев, Владимир Алексеевич
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Глава 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ МИКРОМЕХАНИЧЕСКОГО ВИБРАЦИОННОГО ГИРОСКОПА С УГЛОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ ПО ДВУМ КООРДИНАТАМ
1.1. Конструктивные схемы микромеханических гироскопов
1.2. Уравнения движения микромеханического гироскопа
1.3. Нелинейные эффекты в динамике микромеханического
гироскопа Я-Я типа
1.4. Исследование устойчивости стационарных колебаний нелинейной системы
Выводы к главе
Глава 2. ДИНАМИКА КОЛЬЦЕВОГО ВИБРАЦИОННОГО
ГИРОСКОПА
2.1. Конструкция микромеханического кольцевого вибрационного гироскопа
2.2. Уравнения движения кольцевого гироскопа
2.3. Влияние нелинейной упругости материала кольца на динамику вибрационного гироскопа
2.4. Исследование устойчивости стационарных колебаний нелинейной системы
Выводы к главе
Глава 3. ВЛИЯНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ И ВЯЗКОГО ТРЕНИЯ НА ДИНАМИКУ ОБОЛОЧКИ
ВРАЩЕНИЯ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ
ЗЛ. Динамика оболочки вращения произвольной
формы при отсутствии диссипации
3.2. Динамика оболочки вращения произвольной
формы при наличии диссипативных сил
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
Актуальность проблемы. В последние годы одним из наиболее интенсивно и динамично развивающихся направлений является микросистемная техника. Устройства, входящие в этот обширный класс, изначально создавались для применения в военной технике, но в последние годы нашли широкое применение и изделиях гражданского назначения. Одним из направлений микросистемной техники является создание миниатюрных гироскопических приборов, к которым относятся микромеханические и волновые твердотельные гироскопы.
Микромеханические и волновые твердотельные гироскопы относятся к области средних и низких точностей (скорость ухода 1СГ3 -10'2 У час для волновых твердотельных гироскопов и КГ1 -1 °/час для микромеханических гироскопов) [45]. Поэтому гироскопы данных типов предназначены, прежде всего, для применения в тех устройствах, где интервалы автономной работы гироскопа достаточно малы, т.е. коррекция производится достаточно часто и непрерывно. Угловые скорости, измеряемые ММГ и ВТГ также достаточно невелики (0,1-350 У сек). Однако в последнее время в печати все больше появляются сообщения о достижении скоростей ухода порядка 1(Г4 У час для ММГ и 1СГ2 °1час для ВТГ [43] и измеряемых угловых скоростей достигающих 1000Усек [45].
Тем не менее, несмотря на меньшую в сравнении с прочими гироскопами точность и измеряемую угловую скорость, микромеханические и волновые твердотельные гироскопы обладают целым рядом уникальных достоинств, что делает их незаменимыми для многих применений.
Основными достоинствами ММГ являются:
• сверхмалая масса (доли граммов) и габариты (единицы миллиметров);
• низкая себестоимость;
[55]. Он состоит из кольца, восьми полукруглых поддерживающих торсионов, приводных и чувствительных электродов.
Рис. 2.1. Внешний вид вибрационного кольцевого гироскопа [55].
Чувствительный элемент гироскопа, а также поддерживающие торсионы изготовлены из поликристаллического кремния методом глубокого сухого травления 100 микронной кремниевой подложки, которая затем соединяется со стеклянным основанием. Данный метод изготовления характерен для микромеханических устройств, т.к. обеспечивает достаточно высокую точность изготовления, технологичность и дает возможность получить устройство с субмикронными размерами. К достоинствам данного метода также можно отнести высокую добротность получаемой структуры и высокую температурную стабильность, за счет изготовления из единого кристалла.
Приведем основные параметры кольцевого гироскопа, рассмотренного в
данной главе:
• добротность материала
• диаметр кольца, мм
• ширина кольца и пружин, мкм
• высота кольца, мкм
• зазор между электродами и кольцом, мкм