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!
