Методы компенсации квадратурной помехи в микромеханическом гироскопе RR-типа

• Автор: Беляева, Татьяна Александровна
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Особенности работы микромеханического гироскопа НКтипа с учетом квадратурной помехи

1.1 Общие сведения о разрабатываемом ММГ ЯЯгипа

1.2 Математическая модель ММГ ЯЯтипа при наличии квадратурной помехи

1.3 Порог чувствительности ММГ

1.4 Обзор существующих методов компенсации квадратурной помехи

2 Исследование свойств квадратурной помехи

2.1 Оценка величины квадратурной помехи

2.2 Влияние квадратурной помехи на масштабный коэффициент

2.3 Влияние квадратурной помехи на динамический диапазон

2.4 Исследование влияния контуров управления ММГ на основные параметры квадратурной помехи
2.4.1 Влияние на квадратурную помеху контура первичных колебаний
2.4.2 Влияние температуры нафева ЧЭ на характеристики квадратурной помехи
2.4.3 Влияние расстройки частоты на свойства квадратурной помехи
2.3 Компенсационный метод измерения квадратурной помехи
3 Методы компенсации квадратурной помехи
3.1 Анализ Iшнтй работы синхронною детектора, обусловленных квадратурной помехой
3.2 Компенсация квадратурной помехи в канале обработки выходного сигнала
3.3 Компенсация квадратурной помехи в канале управления
3.3.1 Принцип построения системы компенсации квадратурной помехи в канале управления ЧЭ
3.3.2 Формирование компенсирующих моментов для различных типов электродных структур
3.3.3 Выбор постоянной времени контура компенсации квадратурной помехи
3.4 Анализ влияния контура подавления квадратурной помехи в канале управления ЧЭ на собственную резонансную частоту вторичных колебаний
4 Экспериментальные исследования ММГ с контуром компенсации квадратурной помехи в канале управления ЧЭ
4.1 Контрольнопроверочная аппаратура для проведения
4.2 Экспериментальная проверка работоспособности контура компенсации квадратурной помехи
4.3 Исследование характеристик выходного сигнала ММГ
Заключение
Список используемых источников


Предложен новый метод определения коэффициента перекрестной жесткости, характеризующего квадратурную помеху, отличительной особенностью которого является инвариантность к расстройке резонансных частот подвеса. Предложены методы компенсации квадратурной помехи для ММГ ЯЛ-типа, отличающиеся наличием в цепи обратной связи канала вторичных колебаний корректирующего звена на несущей частоте. Получена математическая модель ММГ ЛЛ-типа, позволяющая учитывать ограничения на амплитуду вторичных колебаний и влияние момента, компенсирующего квадратурную помеху, на резонансные свойства подвеса по оси вторичных колебании. Разработанный инвариантный к частотной расстройке метод определения коэффициента перекрестной жесткости позволил упростить процедуру измерения квадратурной помехи. Разработаны структурные схемы и схемные решения, позволяющие реализовать предложенные методы компенсации помехи в системе управления ММГ. Разработанные системы компенсации квадратурной помехи позволили снизить требования к уровню квадратурной помехи в ЧЭ, тем самым повысив выход годных ЧЭ. На основе уточненной математической модели выработаны рекомендации по выбору резонансных частот подвесов, учитывающие способ подавления квадратурной помехи. Экспериментально показана возможность реализации ММГ разомкнутого типа с добротностью контура вторичных колебаний более 0. В настоящее время разработкой ММГ различных типов занимается ряд фирм: AnalogDevices, BEI Technologies, Inc Honeywell, Kionixlnc, Matsushita Electric Industrial Co. Ltd, Motorola Automotive, Murata, Robert Bosch GmbH, SensoNor ASA, Silicon Sensing Systems Ltd, STMicroelectronics, Thales. Некоторые из них освоили серийный выпуск уже несколько лег назад, другие стараются завоевать этот рынок за счет выпуска изделий но более низкой цене или создания высокоточных гироскопов. Наибольшей популярностью среди разрабатываемых сегодня ММГ пользуются гироскопы вибрационного типа, позволяющие создавать на их основе конструктивно простые, надежные и недорогие датчики []. Конструкция ММГ, разрабатываемого в ЦНИИ “Электроприбор”, выполнена по схеме осцилляторного вибрационного гироскопа RR-типа (rotary-rotary) (рис. Принцип действия ММГ основан на преобразовании энергии вынужденных (первичных) колебаний подвижной массы (ПМ), выполненной в виде диска на упругом подвесе, при появлении переносной угловой скорости в энергию вторичных колебаний, которые содержат информацию об измеряемой угловой скорости [5]. ММГ представляет собой микроэлектромеханическую систему, состоящую из механической части и электронных систем управления. Рис. Механическая часть представляет собой кремниевый модуль (КМ), образованный сваренными между собой двумя пластинами из монокристаллического кремния толщиной 0,4 мм. На одной из пластин сформирован диск, подвешенный на упругом подвесе (рис. Рис. Рис. Диаметр диска 3 мм, толщина мкм, номинальный зазор между основанием и диском 2 мкм. КМ помещается в вакуумируемый керамический корпус с целью исключения демпфирования воздухом колебаний диска, вместе с которым образует вакуумный кремниевый модуль (ВКМ). При изготовлении КМ используется технология КИИ (кремний на изоляторе) []. Одна из этих пластин является основанием, а другая -крышкой (рис. На крышке на тонком слое диоксида кремния нанесены Рис. Конструкция ВКМ электроды. Обе пластины свариваются по слоям металлизации, нанесенным по периметру основания и крышки. Использование технологии КИИ приводит к тому, что между электродами существуют паразитные связи через емкости электрод-подложка. Эквивалентная электрическая схема разработанного микромеханического узла, учитывающая паразитные связи, приведена на рис. Рис. Конденсаторами переменной емкости на этой схеме представлены емкостные датчики чувствительного элемента (ЧЭ). Утолщенной линией выделена проводящая ПМ, которая является общим электродом всех конденсаторов. Так же на схеме показаны паразитные емкости, возникающие между элементами конструкции и проводящим кремнием основания и крышки, и связями между паразитными емкостями через проводящий кремний.