Разработка и исследование датчиков угловой скорости с улучшенными метрологическими характеристиками для приборов контроля параметров движения и деформации объектов

• Автор: Маринушкин, Павел Сергеевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 121 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДУС
1.1. Общая характеристика инерциальных чувствительных элементов..
1.2. Пьезоэлектрические вибрационные гироскопы
1.3. Обзор методов анализа пьезоэлектрических вибрационных гироскопов
Выводы к первой главе
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПОЛОЖЕНИЙ
ПО РАСЧЁТУ ПАРАМЕТРОВ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ВИБРАЦИОННЫХ ГИРОСКОПОВ
2.1. Аналитическая модель пьезоэлектрического вибрационного гироскопа
2.2. Результаты аналитического моделирования
2.3. Исследование влияния температурных воздействий на характеристики пьезоэлектрического вибрационного гироскопа
2.4. Пьезоэлектрический вибрационный гироскоп
в интегральном исполнении
Выводы ко второй главе
ГЛАВА 3. КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНАЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВИБРАЦИОННОГО ГИРОСКОПА
3.1. Методика конечно-элементного моделирования пьезоэлектрического вибрационного гироскопа
3.2. Результаты численного моделирования
3.3. Исследование погрешностей пьезоэлектрического вибрационного гироскопа
Выводы к третьей главе
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДУС НА БАЗЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВИБРАЦИОННОГО ГИРОСКОПА
4.1. Экспериментальное измерение параметров пьезоэлектрических резонаторов вибрационных гироскопов
4.2. Методика экспериментального измерения основных метрологических характеристик пьезоэлектрического вибрационного гироскопа
Выводы к четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В последние годы активно развиваются научно-технические направления, связанные с созданием малогабаритных, надёжных и экономичных инерциальных приборов контроля параметров движения и деформации объектов. Актуальность работ в данных направлениях связана с необходимостью решения целого ряда задач для аэрокосмической, нефтегазовой и железнодорожной отраслей, автомобильной промышленности, медицины и робототехники, важность которых возрастает в условиях необходимости импортозамещения и развития отечественных средств измерительной техники. В качестве конкретных примеров таких разработок можно привести системы динамической стабилизации подвижных объектов, инерциальные средства контроля пространственной ориентации скважин и скважинных объектов, информационно-диагностические системы оценки состояния автомобильных дорог и рельсовых путей.
В указанных системах для определения угловых перемещений объекта и преобразования инерциальной информации из связанной с объектом в неподвижную систему координат используются датчики угловой скорости (ДУС). Развитию ДУС уделяется исключительно большое внимание, гак как их метрологические характеристики, в конечном счете, определяют качество создаваемых приборов. При этом к ДУС предъявляются требования по повышению точности измерений в условиях дестабилизирующих воздействий, повышению чувствительности, увеличению диапазона измеряемых величин при одновременном снижении энергопотребления и себестоимости производства, а также уменьшении массогабаритных показателей. Этим требованиям в значительной степени удовлетворяют ДУС на базе первичных пьезоэлектрических вибрационных преобразователей - гироскопов. Предполагаемыми областями применения таких ДУС являются интегрированные навигационные системы, а также системы стабилизации антенн станций
Нейтральный

Рисунок 2.4 - Схема деформации участка резонатора при чистом изгибе: а - резонатор до деформации; б - изогнутый резонатор
Относительная продольная деформация резонатора:
Є: = у (2.3)
Вычислим относительную продольную деформацию отрезка аЬ, отстоящего от нейтрального слоя на х:
е_ = “'Ь'-“Ь (2.4)

Длину отрезка аЬ (аЬ = вг) и длину отрезка а'Ь удаленного от нейтрального слоя на расстояние х, можно выразить через кривизну изогнутой оси резонатора 1/р и угол 9 (рисунок 2.5).
аЬ = рсів а'Ь' = {р~ х)сіВ
Подстановка (2.5) в (2.4) даст:
(р — х)сів — рсів _ рсів — хсів - /х!в _ х (2 6)
рвв рсів р