Фильтр по тематике

Инерциальные датчики и модули на основе МЭМС

В статье представлен обзор гироскопических датчиков на основе МЭМС зеленоградской компании ООО «Лаборатория Микроприборов». Приведена история создания чувствительных элементов в МИЭТ, описаны исполнения датчиков, их основные характеристики и разрабатываемые на их основе продукты.
01.04.2014 707 0
Инерциальные датчики и модули на основе МЭМС

Инерциальные датчики на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС) уже довольно давно пользуются большой популярностью и используются во множестве как специальных устройств, так и для более широкого применения. Точностные характеристики микромеханических датчиков постоянно улучшаются. Всё чаще датчики угловой скорости (ДУС) на основе МЭМС находят применение там, где раньше использовались волоконно-оптические гироскопы, значительно превышающие микромеханические ДУС по массогабаритным характеристикам и стоимости. В качестве примеров можно привести гиростабилизированные оптические приборы, антенны, платформы, системы умерения качки скоростных судов, гиро-тахометры и системы ориентации малых спутников.

С конца 1990-х годов в Национальном исследовательском университете «МИЭТ» под руководством профессора С.П. Тимошенкова активно велись работы по созданию кремниевых чувствительных элементов (ЧЭ) гироскопов и акселеромет­ров (см. рис. 1) и систем на основе МЭМС.


Базируясь на научных изысканиях МИЭТ, зеленоградская компания «Лаборатория Микроприборов» начала разработку и производство инерциальных приборов. Первым продуктом стал одноосный микромеханический датчик угловой скорости (ДУС) серии ММГК (см. рис. 2) с ЧЭ, разработанным и изготовленным в МИЭТ. 


Этот ЧЭ имеет сложную структуру с распределённой инерциальной массой, что позволяет обеспечить большую виброустойчивость по сравнению с массовыми датчиками западных производителей. Используемая технология корпусирования ЧЭ позволила обеспечить высокую добротность, что в первую очередь отразилось на точностных характеристиках. Преимуществом ДУС ММГК является возможность настройки диапазона измерения под задачи заказчика и возможность поставки в нескольких типах корпуса. Информация выдается датчиком в аналоговом (напряжение) представлении. ММГК работает в индустриальном диапазоне температур, имеет выход датчика температуры и функцию Selftest для определения работоспособности микромеханической части и электроники. Основные характеристики ДУС ММГК представлены в таблице 1.


Полоса пропускания и влияние вибрации на ДУС ММГК с диапазоном измерения ±100°/с представлено на рисунках 3, 4, 5 и 6.





При синусоидальной вибрации амплитудой 10g c частотой 20...2000 Гц фиксировались следующие значения:

  • увеличение шума в 4 раза – с 0,02(°/с)/√Гц до 0,08(°/с)/√Гц;
  • смещение нуля на 0,05°/с;
  • шум, зависящий от вибрации – 0,008((°/с)/√Гц)/g;
  • нулевой сигнал, зависящий от вибрации – 0,005 (°/с)/g.
  • Зависимость выходного сигнала от линейного ускорения (в диапазоне 0…200g):
  • коэффициент зависимости выходного сигнала от ускорения по оси Х – Kax = 0,01 (°/с)/g;
  • коэффициент зависимости выходного сигнала от ускорения по оси Y – Kay = 0,08 (°/с)/g.

Плотное сотрудничество с МИЭТ и использование испытательной базы института (см. рис. 7) позволяет быстро изготавливать прототипы датчиков, настраивать и калибровать их. 


В то же время разработанные программы и методики калибровки позволяют автоматизировать процесс испытания серийных датчиков и инерциальных систем. Стандартная процедура калибровки для серий ТГ75 и ММГК занимает 7 ч, в результате чего определяются его шумовые характеристики, нестабильность дрейфа нулевого сигнала (см. рис. 8), масштабный коэффициент.


Совершенствование конструкции ЧЭ и схем обработки позволили ко второй половине 2013 года создать новый трёхосный гироскопический модуль ТГ-75С с диапазоном измерения 75°/с. Новый датчик (см. рис. 9), помимо трёх измерительных осей (для заказа доступны и одно-, и двухосевые исполнения), получил цифровой выход сигнала (RS-232), пыленепроницаемый влагозащищённый корпус, сертифицированный по IP65, и вписался практически в такие же габариты, как и ММГК. Была снижена фазовая задержка и увеличена полоса пропускания датчика.


ТГ-75С обеспечивает выдачу информации по 4 аналоговым каналам одновременно. Из них три канала предназначены для измерения угловых скоростей и один канал – для температуры внутри корпуса датчика. Параметры аналоговых каналов приведены в таблице 2.


Модуль ТГ-75С рассчитан на использование в системах стабилизации, ориентации, инерциальной навигации в судостроении, авиации и наземной технике и для своего класса приборов отличается привлекательной ценой.


В планах компании к лету 2014 года вывести на рынок инерциальный модуль (см. рис. 10), содержащий в себе гироскопы и акселерометры, разработанные и произведённые в МИЭТ и магнитометры. Помимо выходных данных самих датчиков, в инерциальном модуле будут реализованы алгоритмы гировертикали и гирокурсовертикали, представляющие на выходе данные об углах крена, тангажа и рысканья как для статических, так и для динамических объектов.

Совместно с МИЭТ ведётся инициативная работа над созданием бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС).

© СТА-ПРЕСС

Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!

01.04.2014 707 0
Комментарии
Рекомендуем
К 130-летию со дня рождения великого советского физика Игоря Евгеньевича Тамма. Часть 6. Возбуждение плазмонов с помощью света и поверхностный плазмонный резонанс

К 130-летию со дня рождения великого советского физика Игоря Евгеньевича Тамма. Часть 6. Возбуждение плазмонов с помощью света и поверхностный плазмонный резонанс

Продолжаем серию статей о научном наследии Игоря Тамма. Основная идея этой серии заключается в том, чтобы показать, как постепенно шаг за шагом развивались научные идеи, высказанные Игорем Таммом почти сто лет назад. В этой статье мы остановимся на истории открытия поверхностных плазмон-поляритонов (Surface Plasmon Polariton – SPP), а также эффекта поверхностного плазмонного резонанса (Surface Plasmon Resonance – SPR). Сегодня эти явления используются при разработке новейших сверхбыстрых электронно-оптических устройств и прецизионных ППР-сенсоров, позволяющих обнаруживать как органические, так и неорганические микропримеси в самых различных образцах.
24.09.2026 СЭ №7/2026 129 0
Интеграция ИИ в электронные системы для специальных задач. Новые способы дистанционного контроля с помощью РЭА

Интеграция ИИ в электронные системы для специальных задач. Новые способы дистанционного контроля с помощью РЭА

До широкого применения методов искусственного интеллекта для обработки слабых и зашумлённых сигналов использовались аналоговые и цифровые методы, включая усиление, фильтрацию, демодуляцию и аналого-цифровое преобразование. С развитием методов машинного обучения и генеративных моделей появились дополнительные возможности для восстановления и повышения разборчивости сигналов, содержащих полезную информацию. В статье рассмотрены два подхода к получению информации с использованием электронных средств: регистрация акустических вибраций и анализ отражённых радиосигналов различных частот в жилых помещениях. Также рассмотрены особенности соответствующих методов обработки сигналов и ограничения их применения.
23.09.2026 СЭ №7/2026 152 2

ООО «ИнСАТ»  ИНН 7734682230  erid = 2SDnjeFzYkB
ООО «ИнСАТ»  ИНН 7734682230  erid = 2SDnjeo8HfR
  Подписывайтесь на наш канал в Telegram и читайте новости раньше всех! Подписаться