Компенсация влияния линейного ускорения на параметры рамочного микрооптоэлектромеханического преобразователя угловой скорости

Рассмотрена задача уменьшения влияния внешних дестабилизирующих факторов на микроэлектромеханические преобразователи угловой скорости. Показано, что для измерений малых угловых скоростей порядка единиц-десятков микрорадиан в секунду предпочтительнее использовать микрооптоэлектромеханические преобразователи, содержащие узлы оптического считывания. Исследовано влияние линейного ускорения на характеристики рамочного микрооптоэлектромеханического преобразователя угловой скорости с двумя каналами считывания оптических сигналов. Рассмотрено два метода компенсации погрешности при воздействии на рамочный микрооптоэлектромеханический преобразователь линейного ускорения. Методы компенсации реализуют управление коэффициентом усиления и силовую обратную связь. Экспериментально исследован узел считывания информации, основанный на оптическом туннельном эффекте и используемый для прецизионного измерения амплитуды колебаний чувствительного элемента, получена функция преобразования амплитуды колебаний чувствительного элемента в напряжение. Показана возможность формирования выходных сигналов преобразователя, пропорциональных угловой скорости и линейному ускорению. Для различных диапазонов угловых скоростей представлены зависимости изменения коэффициента усиления от напряжения смещения нуля, пропорционального действующему линейному ускорению. Предложена система компенсации силового воздействия дестабилизирующего линейного ускорения, состоящая из фильтра низких частот, пропорционально-интегрирующего регулятора и дополнительной пары электростатических приводов гребёнчатого типа. Дополнительные приводы расположены перпендикулярно приводам, возбуждающим первичные колебания. Оценена погрешность измерений угловой скорости при использовании двух методов компенсации. Предложенные технические решения позволяют повысить точность измерения угловой скорости микрооптоэлектромеханическими преобразователями, применяемыми в системах навигации и ориентации беспилотных летательных аппаратов различных типов.

1. Косцов Э. Г. Состояние и перспективы микро- и наноэлектромеханики // Автометрия. 2009. Т. 45. № 3. С. 3–52.

2. Измайлов Е. А. Современные тенденции развития технологий инерциальных чувствительных элементов и систем летательных аппаратов // Труды ФГУП «НПЦАП». Системы и приборы управления. 2010. № 1. С. 30–43.

3. Lu Qian Bo, Yi Nan Wang, Xiao Xu Wang, Yu an Yao, Xue Wen Wang, Wei Huang. Opto-Electronic Advances, 2021, vol. 4, no. 3, pp. 200045-1–200045-24. https://doi.org/10.29026/oea.2021.200045

4. Xia D., Huang L., Zhao L. Sensors, 2019, no. 19, 2798. https://doi.org/10.3390/s19122798

5. Вьюжанина Е. А., Криштоп В. В. Дисковые резонаторы для датчиков угловой скорости // Известия высших учебных заведений . Приборостроение. 2020. Т. 63. № 9. С. 823–829. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2020-63-9-823-829

6. Венедиктов В. Ю., Филатов Ю. В., Шалымов Е. В. Микрооптические гироскопы на основе пассивных кольцевых резонаторов // Квантовая электроника. 2016. Т. 46. № 5. С. 437–446.

7. Shen X., Zhao L., Xia D. Micromachines, 2019, vol. 10, no. 4, 264. https://doi.org/10.3390/mi10040264

8. Шарков И. А., Рупасов А. В., Стригалев В. Е., Волковский С. А. Влияние температурной нестабильности характеристик источника на показания волоконно-оптического гироскопа // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 6(88). С. 31–35.

9. Dell’Olio F., Tatoli T., Ciminelli C., Armenise M. N. Journal of the European Optical Society – Rapid publications, 2014, vol. 9, 14013. https://doi.org/10.2971/jeos.2014.14013

10. Бородина Е. В., Габбасов А. Ф., Парфенов А. Н., Фомин М. Р. Результаты исследований волоконно-оптического гироскопа // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. № 8. С. 46–52.

11. Yan Shubin, Min Zhao, Zheng Liu, Jie Li, Yingzhan Yan, Chenyang Xue, Jun Liu. All-Solid Integrated Optical Waveguide Gyro Based on Chip. Infrared and Laser Engineering, 2011, no. 40(5), рр. 921–925. (In Chinese)

12. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. 2-е изд., испр.: Пер. с англ. С. Н. Бреуса и др. / Под ред. Г. П. Мотулевич. М.: Наука, 1973. 719 с.

13. Бусурин В. И., Казарьян А. В., Штек С. Г., Жеглов М. А., Васецкий С. О., Чжи П. Л. Рамочный микрооптоэлектромеханический преобразователь угловой скорости на основе оптического туннельного эффекта // Измерительная техника. 2022. № 5. С. 50–55. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-5-50-55

14. Распопов В. Я. Микромеханические приборы. М.: Машиностроение, 2007. 400 с. References