русс | укр

Языки программирования

ПаскальСиАссемблерJavaMatlabPhpHtmlJavaScriptCSSC#DelphiТурбо Пролог

Компьютерные сетиСистемное программное обеспечениеИнформационные технологииПрограммирование

Все о программировании


Linux Unix Алгоритмические языки Аналоговые и гибридные вычислительные устройства Архитектура микроконтроллеров Введение в разработку распределенных информационных систем Введение в численные методы Дискретная математика Информационное обслуживание пользователей Информация и моделирование в управлении производством Компьютерная графика Математическое и компьютерное моделирование Моделирование Нейрокомпьютеры Проектирование программ диагностики компьютерных систем и сетей Проектирование системных программ Системы счисления Теория статистики Теория оптимизации Уроки AutoCAD 3D Уроки базы данных Access Уроки Orcad Цифровые автоматы Шпаргалки по компьютеру Шпаргалки по программированию Экспертные системы Элементы теории информации

Микромеханические гироскопы-акселерометры

<== предыдущая статья | следующая статья ==>

Из механики известно, что свою ориентацию в пространстве по закону инерции стремятся сохранять не только тела, которые вращаются, но и системы, в которых происходят механические колебания. Еще в школе нам обычно рассказывают о маятнике Фуко, который, сохраняя неизменной ориентацию плоскости своих колебаний в пространстве, позволяет нам наглядно увидеть вращение нашей планеты вокруг своей оси. Применение не ротационных, а именно колебательных или вибрационных гироскопов оказалось значительно перспективнее при переходе к микромеханическим гироскопам и акселерометрам. Ведь с помощью МСТ гораздо легче делать вибрирующие с большой частотой детали, чем быстро вращающиеся вокруг своей оси роторы и опорные микроподшипники для них.

Предложены и исследованы уже десятки разных конструкций микромеханических гироскопов-акселерометров, и процесс их дальнейшего совершенствования продолжается. Мы опишем здесь лишь общие принципы их работы. Все они используют известное явление возникновения сил и ускорений Кориолиса. Этот французский ученый показал, что на тело, движущееся со скоростью в системе координат, которая вращается с векторной угловой скоростью , действует дополнительное ускорение , равное векторному произведению

(4.2)

т.е. направленное ортогонально к плоскости, построенной на векторах и . Напомним, что вектор угловой скорости по модулю равен угловой скорости, а направлен вдоль оси вращения в сторону продвижения острия правого винта.

На рис. 4.6 показана вытравленная в пластине кремния инертная масса 1, соединенная тонкими упругими перемычками (подвесками) 2 с основным кристаллом кремния 3. С помощью, например, периодически меняющихся электростатических сил можно заставить инертную массу 1 колебаться на подвесках 2 в направлении оси . Ось , которая проходит через подвески, называют главной осью сенсора.


Рис. 4.6. К объяснению принципа действия микромеханических гироскопов-акселерометров: ОХYZ – система координат сенсора; ОY – главная ось гироскопа-акселерометра; v – вектор скорости колебаний маятника; Omega – вектор угловой скорости; a – ускорение Кориолиса

 

Если объект, на котором установлен сенсор, начнет вращаться вокруг этой главной оси, то в системе возникнут инерционные силы Кориолиса, которые придадут инертной массе 1 ускорение Кориолиса, направленное вдоль оси . Поскольку скорость движения инертной массы 1 в процессе колебаний меняется по синусоидальному закону, то и ускорение вдоль оси тоже будет меняться по синусоидальному закону с той же частотой. Поэтому инертная масса 1 начнет колебаться в направлении также и этой оси. Амплитуда колебаний пропорциональна амплитуде угловой скорости. Поэтому, измеряя ее, можно вычислить скорость вращения объекта. А дальше, используя концепцию "виртуальной инерциальной платформы", можно рассчитать текущую ориентацию объекта относительно исходной или любой другой фиксированной системы координат.

Микромеханическая структура, показанная на рис. 4.6, пригодна также и для одновременного измерения линейного ускорения объекта вдоль оси . Действительно, линейное ускорение приводит к некоторому смещению инерционной массы 1 вдоль этой оси точно так же, как в конструкции емкостного акселерометра, показанного на рис. 4.2. Измеряя это смещение, можно определить и линейное ускорение.

Инертную массу 1 в микромеханической структуре, показанной на рис. 4.6, можно принудить колебаться в направлении оси . Тогда вращение объекта вокруг главной оси сенсора приведет к возникновению колебаний в направлении оси . Измеряя их амплитуду, можно определить скорость вращения. Одновременно, измеряя смещение центральной точки колебаний в направлении оси , можно вычислить компоненту линейного ускорения, направленную вдоль этой оси.

Микромеханические гироскопы-акселерометры, работающие с применением указанных принципов, выпускаются уже промышленно в виде небольших интегральных схем. Их главным недостатком является низкая временнaя стабильность направления главной оси гироскопа – порядка нескольких угловых градусов в час. Поэтому производители указывают их стабильность уже не в /ч, как это принято для классических гироскопов, а в /с. В то же время эти гироскопы-акселерометры имеют и очень важные преимущества: сравнительно низкую цену; малые габариты и массу (6 x 6 мм, 0,5 г). Их высокая надежность характеризуется значениями вероятности отказа меньше, чем 10–6, гарантированный срок службы – 15 лет. Они потребляют ничтожную энергию, имеют высокую стойкость против вибраций и ударов (до !), что очень важно на транспорте и в динамичных системах. А с недостаточно высокой временнoй стабильностью, как оказалось, можно успешно бороться в условиях применений на Земле и вблизи Земли, где всегда действует сила тяготения, направленная к центру Земли. На относительно спокойных участках или интервалах движения, даже глубоко под землей или под водой, всегда можно определить направление ускорения земного тяготения и по этим данным довольно точно автоматически откорректировать направление ориентации "виртуальной инерциальной платформы". Ее коррекцию можно выполнить также и по данным систем навигации GPS, о которых речь шла выше. Так делается в интеллектуальных навигационных сенсорах.

Например, американская Draper Laboratory использует микромеханический гироскоп-акселерометр с микропроцессором в своем астроинерциальном комплексе (Inertial Stellar Compass – ISC), предназначенном для автоматической наводки телескопа, установленного на искусственном спутнике Земли, на нужные звезды и для длительной стабилизации положения этих звёзд в поле зрения телескопа.

Фирма Robert Bosch Gmb разработала на их основе сенсоры для быстрой реакции на опасность опрокидывания или закручивания автомобиля вокруг вертикальной оси с целью его немедленной автоматической электронной стабилизации. Имеется много и других применений.

Просмотров: 1008

<== предыдущая статья | следующая статья ==>

Это будем вам полезно:

Компактные бортовые радиолокаторы

Спектрофотометрия в обратно рассеянном свете

Хемометрия.

Измеритель энергии/мощности лазерного излучения

Методы и средства измерений неэлектрических величин. Введение

Другие попытки создания спектрофотометрического глюкометра

Полярографы

Тактильные чувствительные элементы

Тепловизоры

Частотный метод

Измерители влажности воздуха и газов (гигрометры)

Чувствительные элементы деформационных средств измерений давления

Вернуться в оглавление:Методы и средства измерений неэлектрических величин




Карта сайта Карта сайта укр


Уроки php mysql Программирование

Онлайн система счисления Калькулятор онлайн обычный Инженерный калькулятор онлайн Замена русских букв на английские для вебмастеров Замена русских букв на английские

Аппаратное и программное обеспечение Графика и компьютерная сфера Интегрированная геоинформационная система Интернет Компьютер Комплектующие компьютера Лекции Методы и средства измерений неэлектрических величин Обслуживание компьютерных и периферийных устройств Операционные системы Параллельное программирование Проектирование электронных средств Периферийные устройства Полезные ресурсы для программистов Программы для программистов Статьи для программистов Cтруктура и организация данных


 


Полезен материал? Поделись:

Не нашли то, что искали? Google вам в помощь!

 
 

© life-prog.ru При использовании материалов прямая ссылка на сайт обязательна.