Hassas ivmeölçerlerin doğruluğunun araştırılması ve kalitelerinin iyileştirilmesi Izmailov Andrey Evgenievich. İvmeölçer tipi bdlu-0.5'in istatistiksel özelliklerinin laboratuvar çalışması teorik bilgi İvmeölçer özelliklerinin çalışması

Uçakların doğrusal ivmelerini ve birimlerinin dönen elemanlarının açısal ivmelerini ölçmek için tasarlanmış cihazlara denir. ivmeölçerler.

İvmeölçer sinyalleri, hızları ve konumları hesaplamak için ataletsel navigasyon sistemlerinde, uçuş ve motor kontrol sistemlerinde ve görsel alet göstergelerinde kullanılır. Manevra kabiliyeti olan bir uçaktaki bir pilotun, hava aracı kontrol edildiğinde meydana gelen aşırı yüklenmeleri kontrol edebilmesi için görsel hızlanma göstergeleri gereklidir.

İvmeölçerler, özellikle uygulama alanlarına, algılama elemanı süspansiyonlarının tipine, sinyal alma yöntemine, ölçülen ivme bileşenlerinin sayısına, çıkış sinyalinin tipine vb. göre çeşitli kriterlere göre sınıflandırılır.

İvmeölçerlerin ölçüm doğruluğu açısından gereksinimleri uygulama tarafından belirlenir. Bu nedenle, atalet sistemlerinde ivmeölçerlerin hataları %0,001'i geçmemelidir. Kontrol sistemlerinde kullanılan ivmeölçerlerde %0,001-1,0 arasında hata vardır. Görsel araç olarak kullanılan ivmeölçerlerin hataları %1-3'tür.

İvmeölçerin çalışma prensibi aşağıdaki gibidir.

Şekil.1 İvmeölçerin şeması.

1 - atalet kütlesi; 2 - yay; 3 - damper; 4 - ölçek; 5 – cihaz gövdesi; 6 - ivmeölçerin hassasiyet ekseni

Cihazın gövdesiyle ilişkili atalet kütlesi 1 5 yay 2 ile ve damper 3 , 6 eksen yönünde hareket edebilir duyarlılık ekseni denir. 4 ölçeğinde ölçülen, cihazın gövdesine göre kütle yer değiştirmesi , hassasiyet ekseni boyunca yönlendirilen ölçülen ivme ile orantılıdır.

İvmeölçerin hassas öğesi eylemsizlik kütlesidir.

atalet kütlesi için
ivmeölçer, aşağıdaki kuvvetler hareket eder:

- eylemsizlik kuvveti

nerede - cihazın gövdesine göre kütlenin yer değiştirmesi;

- uzayda sabit bir noktaya göre cihazın gövdesinin hareketi.

- Kütle hareketinin hızıyla orantılı ve damper tarafından oluşturulan kuvvet:

nerede
– sönümleme faktörü.

- yayın esnekliği tarafından oluşturulan konumsal kuvvet:

nerede esneklik katsayısıdır.

Bu kuvvetlerin toplamı sıfıra eşittir, yani.

nerede
- doğal frekans;

;

bağıl zayıflama katsayısıdır.

İvmeölçerlerin ana elemanları, atalet kütle süspansiyonları, kütle yer değiştirme sinyal sensörleri, geri besleme sinyallerinin girişini sağlayan tork (güç) cihazları, sinyal yükselticileri ve düzeltici cihazlardır (sönümleyiciler).

İvmeölçerin yalnızca ölçülmesi amaçlanan ivme bileşenine yanıt verebilmesi için, atalet kütlesinin aşağıdaki gereksinimleri karşılayan özel bir süspansiyona sahip olması gerekir: 1) süspansiyon eksenlerinde minimum sürtünme; 2) ölçüm eksenleri arasında çapraz bağlantıların olmaması; 3) atalet kütlesinin sapmaları ile ölçülen ivme arasında doğrusal bir ilişki sağlamak.

Basit desteklerdeki askılar, ivmeölçerin hassasiyetini azaltan önemli bir sürtünme yaratır. Sürtünmeyi azaltmak için, hassas eleman bir manivela üzerine monte edilir veya özgül ağırlığı hassas elemanın özgül ağırlığına eşit olan bir sıvının içine yerleştirilir (Şekil 2-4). Yaylar ve oluklu elastik membranlar üzerindeki süspansiyonlar sürtünmesizdir, ancak dezavantajları, kütle saptığında cihazın hassasiyet eksenine dik ivme bileşenlerine tepki vermeye başlamasıdır. Bu nedenle, bu tür süspansiyonlar, pratikte kütle sapmaları olmadığında, kuvvet telafili ivmeölçerlerde kullanılır.

Pirinç. 2. Tek bileşenli bir ivmeölçer şeması:

1 - atalet kütlesi; 2 - vücut; 3 - sıvı; 4 - kılavuz çubuk; 5 - amplifikatör; 6 – endüktif yer değiştirme sensörü;

7 - elektromanyetik sürücü

Şek. Şekil 2'de, atalet kütlesi 1 kılavuz 4 üzerinde asılıdır. Kılavuz kütlesi 1 üzerindeki sürtünmeyi azaltmak için, sıvı 3 içine yerleştirilmiş, kılavuz üzerindeki güçlü basıncı ortadan kaldıran nötr yüzdürme özelliğine sahiptir. Söz konusu şemadaki, atalet kütlesinin hareketiyle orantılı sinyaller, bir endüktif sensör 6 tarafından ölçülür. Amplifikatör 5'teki amplifikasyondan sonra, sinyal elektromanyetik (güç) sürücüsüne 7 beslenir. ivmeölçer bir voltaj düşüşüdür direnç üzerine güç sürücüsünün sarma devresine seri olarak dahil edilmiştir. Cihazdaki sönüm, atalet kütlesinin akışkan içindeki hareketi sırasındaki direnç nedeniyle elde edilir. Söz konusu türdeki ivmeölçerlerde, yüksek bir doğal frekans ve küçük bir ölü bölge elde etmek mümkündür (sıvıdaki atalet kütlesini tartarak sürtünme kuvvetlerini azaltarak elde edilir). İvmeölçer özelliklerinin sabitliğini korumak için, termostatlama ile elde edilen sıvının sıcaklığını sabit tutmak gerekir.

Pirinç. 3. Sarkaçlı şamandıralı ivmeölçer şeması:

1 - atalet kütlesi; 2 - sıvı; 3 - vücut; 4 – tork motoru;

5 - amplifikatör; 6 - sinyal sensörü

Şek. Şekil 3, bir sarkaçlı yüzer ivmeölçerin bir diyagramını göstermektedir. Şamandıra (atalet kütlesi), ağırlığı Q, kaldırma kuvveti F'ye yakın olacak şekilde tasarlanmıştır. Şamandıranın gerekli sarkacı, yer değiştirme merkezine göre ağırlık merkezinin L değeri ile yer değiştirmesiyle sağlanır. 4. Süspansiyon olan desteklerdeki düşük sürtünme, düşük basınçla sağlanır, çünkü şamandıra Q'nun ağırlığı, kaldırma kuvveti F ile pratik olarak dengelenir. Sönüm, kütlenin sıvı içinde hareket etmesiyle sağlanır. Cihazın özelliklerinin sabitliğini korumak için sıvının sıcaklığını düzenlemek gerekir. Şamandıralı ivmeölçerlerde silikon sıvılar kullanılır.

Atalet sistemlerinde kullanılan ivmeölçerlerle ölçülen ivmeler, uçuş hızının ve kat edilen mesafenin elde edilmesine hizmet eder. Hızı elde etmek için ivme bir kez entegre edilir ve yolu elde etmek için iki kez entegre edilir. Çıkış sinyalinin ivmeyle değil, ivmenin integralinin bir veya iki katıyla orantılı olduğu belirli bir ivmeölçer sınıfı vardır.

Şekil 4 Entegre ivmeölçer şeması

1-ataletsel şamandıra; 2 tahrikli motor; 3-hidrolik baypas kanalları; 4-kapasitif sensör; Silikon sıvısı ile doldurulmuş 5 silindirli; 6 röleli ısıtma sistemi; 7-termostat; 8-ısıtma elemanı; 9-dış silindir; 10-sıvı

Şamandıra tipi entegre ivmeölçer şeması, Şek. 4. Silindir şeklindeki bir şamandıra 1, sıvı 10 ile doldurulmuş silindirik bir bölmeye yerleştirilir, şamandıra malzemesinin yoğunluğu sıvının yoğunluğundan daha azdır. Kamera, motor 2 tarafından sabit bir hızda sürülür. Sıvının dönmesinden kaynaklanan merkezkaç kuvvetlerinin etkisi altında, şamandıra, hareket edebileceği simetri ekseni boyunca ayarlanır. İvmeölçerlerin Şekil 2'de gösterilen tasarımla entegre edilmesi. 4, 10 -5 g düzeyinde bir duyarlılığa ve %0.01'den fazla olmayan bir hataya sahiptir.

Elektromanyetik ve kriyojenik süspansiyonlar umut vericidir.

Yer değiştirmeleri elektrik sinyallerine dönüştürmek için ivmeölçerler potansiyometrik, endüktif, kapasitif, fotoelektrik ve dizi dönüştürücüler kullanır. Dönüştürücüler için temel gereksinimler şunlardır: 1) yüksek çözünürlük; 2) çıktının girdiye doğrusal bağımlılığı; 3) dönüştürücünün hassas elemana tepkisi yok. Bu gereksinimler potansiyometrik sensörler tarafından karşılanmaz, bu nedenle hassas cihazlarda kullanılmazlar.

İvmeölçerlerde geri besleme sinyallerinin girilmesi için tork (güç) cihazları olarak tork motorları (frenli modda çalışan elektrik motorları) ve elektromanyetik cihazlar kullanılır.

Gerekli frekans özelliklerine sahip ivmeölçerler elde etmek için geri besleme devrelerinde düzeltici filtreler ve özel sönümleyiciler kullanılmaktadır. Sıvı süspansiyonlu aletler, sönümleme için sıvının viskozitesini kullanır.

İvmeölçer hataları

İvmeölçerler, metodolojik ve araçsal hatalarla karakterize edilir.

İvmeölçerlerin metodolojik hataları iki gruba ayrılabilir: 1) ivmeölçerlerin sadece aktif kuvvetlerden kaynaklanan ivmeleri ölçmesinden, bu cihazların yerçekimi kuvvetlerinin neden olduğu ivmelere tepki vermemesinden kaynaklanan hatalar; 2) hassasiyet ekseninin ölçülen ivmenin hareket yönü ile çakışmamasından kaynaklanan hatalar.

Bu nedenle, örneğin, hassasiyet ekseni ve ivme yönü 1° çakışmıyorsa, ivmenin büyüklüğünün ölçülmesindeki hata %0.02'dir. Bu hata kendi içinde küçüktür ve çok az ilgi çekicidir. Koordinat sisteminin araçsal ve gerçek eksenleri arasındaki uyumsuzluğu belirlediğinden, belirtilen yönler arasındaki açı daha önemlidir. Ek olarak, atalet navigasyon sistemlerinde, hassasiyet eksenlerinin ölçülen ivmelerin yönü ile uyumsuzluğu, ivmeölçerler arasında çapraz bağlantıların ortaya çıkmasına neden olur, bunun sonucunda ivmeölçer sadece "kendini" değil, aynı zamanda " yabancı" ivmeler.

İvmeölçerlerin aletsel hataları şu şekilde belirlenir: 1) hassasiyet eşiği (süspansiyonlardaki sürtünmeden dolayı) - bir çıkış sinyalinin göründüğü minimum giriş sinyali; 2) giriş ve çıkış sinyalleri arasındaki doğrusal ilişkinin ihlali; 3) elastik ve diğer elementlerin özelliklerinde histerezis; 4) ivmeölçer parametrelerinin ve özelliklerinin sıcaklığa bağımlılığı.

Enstrümantal hataları azaltmak için süspansiyonlardaki sürtünmeyi azaltmak, termostat elemanlarına ve ivmeölçerin hassasiyet özelliklerini iyileştirmek için önlemler alınır. Atalet sistemleri için en iyi ivmeölçer tasarımlarında aletsel hatalar %0,002'ye kadar çıkarılmaktadır.

Doğrusal hızlanma sensör bloğu BDLU - 0,5 normal koordinat sistemine göre doğrusal ivmeleri ölçmek ve yerleşik uçuş sistemine (BOC) ve diğer yerleşik sistemlere doğrusal ivmelerle orantılı bir elektrik sinyali vermek için tasarlanmıştır.

Yapısal olarak, BDLU tipi ivmeölçer ana ünitelerden oluşur:

– DLUV-42 tipi lineer ivme sensörü, tek eksenli bir ivmeölçer olup, hassasiyet ekseni boyunca hareket eden lineer ivmeyi ölçmek ve voltaj değeri ölçüm ekseni boyunca hareket eden lineer ivme ile orantılı olan bir elektrik sinyali vermek üzere tasarlanmıştır ve işareti, doğrusal hızlanma eyleminin yönüne karşılık gelir.

– MUBP-1-1 tipi güç kaynağı ünitesi;

– Geri besleme amplifikatörü tipi BU-44-2-11.

BDLU'nun görünümü Şekil 5'te gösterilmiştir.

Şekil 5 BDLU'nun Görünümü

Tek eksenli bir ivmeölçer şeması Şekil 6'da gösterilmektedir. (DLUV-42 tipi)

Pirinç. 6. Kuvvet geri beslemeli tek eksenli bir ivmeölçer şeması:

1 – sensör sargısı; 2 - uyarma sargısı; 3 – ivmeölçerin hassasiyet ekseni; 4 – kalıcı mıknatıs; 5 - geri yükleme sarma; 6 - AC amplifikatör; 7 – demodülatör; 8 - faz değiştiren zincir; 9 - DC yükseltici; 10 – uyarma devresi üreteci; 11 - çıkış direnci; 12 – ölçülen hızlanma sinyali.

İvmeölçer, algılama elemanına etki eden atalet kuvvetinin (ivmeyle orantılı olarak) manyetik bir alana yerleştirilmiş bir bobindeki akımın ürettiği elektromanyetik kuvvetle dengelendiği bir kuvvet geri besleme cihazıdır.

DLUV ivmeölçerin hassas elemanı, kalıcı bir mıknatıs olan sarkaç 4'tür.

Sensörün hassas ekseni boyunca yönlendirilen doğrusal ivmelerin etkisi altında, hassas elemanı (sarkaç) sıfır denge konumundan bu kuvvetin hareketine zıt yönde saptıran bir atalet momenti ortaya çıkar.

Sarkaçın eylemsizlik momenti:

nerede
sarkacın kütlesidir; - sarkacın dengesizlik kolu; efektif lineer ivmedir.

Aynı zamanda, sıfır konumuna göre herhangi bir sapma, üzerine monte edilen sensör bobininde, etki eden kuvvetin büyüklüğü ve dolayısıyla ivme ile orantılı olan 1 emf oluşturur. Sensörden gelen sinyal, genlik fazına duyarlı dedektör-amplifikatör BU-44-2-11'in (7, 8, 10) girişine beslenir, burada belirli bir polaritenin DC voltajına dönüştürülür ve beslenir DC amplifikatörü UPT-9, hassas elemanın elastik süspansiyonunda bulunan kurtarma bobininin 5 sargılarına.

Kurtarma bobininin (5) manyetik alanı, sensörün sarkaç duyarlı elemanı olan kalıcı mıknatısın (4) alanı ile etkileşime girer ve sarkacın atalet momentini dengeleyen ve onu sıfıra döndürme eğiliminde olan bir elektromanyetik kuvvet ortaya çıkar. konum.

Kurtarma bobininin sargılarından akan akımın ürettiği elektromanyetik tork,

nerede
- güç geri besleme devresinin transfer katsayısı;

bobinden geçen akımdır.

İvme ölçere kuvvet geri beslemesinin eklenmesi, elastik elemanın sertliğinden çok daha büyük olan ek sertliğe eşdeğerdir.

Amplifikatör 9'un kazancı yeterince büyükse, elektromanyetik geri yükleme kuvveti, ivme ile orantılı kuvveti dengeler ve algılama elemanı sıfır denge konumunu alacak ve eşitlik gerçekleşecektir:

veya
,

Dolayısıyla ilişki

Böylece, mevcut doğrusal hızlanma (aşırı yük) ile doğru orantılı olan kurtarma bobininin (5) devresinde bir akım akar.

Bobine seri olarak bir yük direnci bağlayarak
, mevcut doğrusal ivme ile orantılı çıkış voltajını elde ederiz:

. (1)

Tanıtım

Bölüm 1. Hassas ivmeölçerlerin niteliksel özelliklerinin analizi ve doğruluğu artırmanın yollarının incelenmesi.

1.1. Modern hassas ivmeölçerlerin analizi ve çalışma nesnesinin seçimi. on bir

1.2. İvmeölçerin tasarım ve montaj teknolojisi 18

1.3. İvmeölçerin doğruluğunu belirleyen ana parametreler ve bunların uygulanma düzeyi 24

1.4. Araştırma probleminin ifadesi. 31

Bölüm 2 İvmeölçerin doğruluğunun statik parametrelerini değerlendirmek için matematiksel bir modelin geliştirilmesi . 33

2.1. AK-6 ivmeölçerin sıfır sinyal modeli. 35

2.2. İvmeölçerlerin "sıfır" ve "temel" değerleri ve kararlılığı üzerindeki birincil tasarım ve teknolojik parametrelerin etki derecesinin değerlendirilmesi. 48

2.3. Bulgular 51

Bölüm 3. İvmeölçerin baskın hatalarını belirleyen fiziksel süreçlerin analizi ve hatayı azaltma yollarının geliştirilmesi. 53

3.1. Hassas elemanın ivmeölçer gövdesine sabitlenmesinin, cihazın hassasiyet ekseninin konumunun kararlılığına etkisinin araştırılması. 54

3.2. SE'nin parça ve birimlerinin çalışmalarının sıcaklık değişiklikleri ile analizi. 61

3.3. Sıfır sinyalinin kararsızlığının nedenlerinin ve ivmeölçerin tabanının üretim ve çalışma sırasında deneysel olarak incelenmesi. 67

3.5. Bulgular 77

Bölüm 4 Testleri sırasında ivmeölçerlerin kalite özelliklerini değerlendirmek için yöntem ve araçların geliştirilmesi . 79

4.1. İvmeölçerlerin kalibrasyonunun mevcut teknolojik sürecinin analizi. 80

4.2. Yüksek hassasiyetli atalet navigasyon sistemleri için bir blok ivmeölçer sistemini kalibre etmek için bir yöntemin geliştirilmesi. 83

4.3. İvmeölçerleri kalibre etmek için skaler yöntem. 85

4.3.1. İvmeölçer üçlüsünün ana hatalarına neden olan yapıcı ve teknolojik faktörlerin analizi ve bir hata modelinin geliştirilmesi. 85

4.3.2. İvmeölçer üçlüsünün bağlantı denklemlerinin türetilmesi. 89

4.4. İvmeölçer üçlüsünün parametrelerini tahmin etmenin doğruluğunu artırmanın yolları. 93

4.5. Sonuçlar. 97

Bölüm 5. Teknolojik ekipman gereksinimlerinin belirlenmesi ve önerilen kalibrasyon yöntemiyle parametrelerin belirlenmesinin yeterliliğinin deneysel olarak doğrulanması. 98

5.1. Kalibrasyon sürecini modellerken göz önünde bulundurulması gereken birincil faktörler. 98

5.2. Önerilen tekniğin modelleme algoritmasının açıklaması. 101

5.3. İvmeölçer üçlüsünün kalibrasyon sürecinin matematiksel modellemesi. 109

5.4. Matematiksel modelleme sonuçlarının analizi 111

5.5. Taban ve skaler kullanarak cihaz parametrelerinin belirlenmesinin doğruluğunun deneysel doğrulaması ve analizi

kalibrasyon yöntemleri. 137

5.6. Hatanın ikinci dereceden bileşeninin, çok çeşitli hızlanma değişimlerinde kontrol ölçümlerinin sonuçları üzerindeki etkisinin analizi. 141

5.7. Sonuçlar. 151

Çalışmanın ana sonuçları. 152

Bibliyografya.

işe giriş

Havacılık enstrümantasyonunun gelişimi, yüksek hız ve uçuş menziline sahip yeni uçak türlerinin (LA) yaratılmasıyla ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır ve uçuş kontrol süreçlerinin giderek daha yüksek düzeyde otomasyonunu gerektirir.

Uçağın hareketinin mevcut parametreleri hakkında veri oluşumunu sağlayan birçok bilgi sistemi arasında atalet navigasyon sistemleri (INS) özel bir yere sahiptir. Özerk olmak, yani tamamen gürültü geçirmez, tüm uçak hareket kontrol sistemlerine gerekli bilgileri sağlarlar.

Şu anda yerleşik ekipmanlarda kullanım için mevcut uydu navigasyon sistemlerinin ek ve düzeltici araçlar olarak kabul edildiğine dikkat edilmelidir. Uydu navigasyonunun kullanımının sınırlandırılması, öncelikle sinyal alımının sabitliği, düşük bilgi güncelleme sıklığı, uçağın kütle merkezine göre açısal hareketinin belirlenmesindeki zorluklar vb. mevcut koordinatların belirlenmesi, YSA'nın bütünsel doğruluğunu geliştirmek için eylemsizliğe duyarlı elemanların kaymalarını düzeltmek için bu tür sistemlerin kullanımı için ön koşullar yaratır.

Son zamanlarda, fiziksel referans sisteminin matematiksel bir sistemle değiştirildiği kayışlı (kardansız) atalet navigasyon sistemlerinin (SINS) yaygınlaşması nedeniyle yerleşik bilgi işlem cihazlarının hızını ve güvenilirliğini önemli ölçüde artırmak mümkün olmuştur.

Tasarımın önemli bir basitleştirilmesini içeren, ağırlık ve boyut parametrelerinde azalmaya neden olan platform INS ile karşılaştırıldığında bir dizi avantaja sahip olmak, bir artış

PLATFORM ATALETSEL NAVİGASYON SİSTEMLERİ

PLATFORM OLMAYAN ATALETSEL NAVİGASYON SİSTEMLERİ

fiziksel 3-hedron

matematiksel 3-hedron

Sıfır istikrarsızlık ve

ivmeölçer tabanı

fırlatmak için fırlatmak

Başlangıçta Gyro drift kararsızlığı

Dinamik

jiroskop aralığı

o "bir o s

Blok ters Ch.E. 3 eksenden herhangi birinin etrafındaki herhangi bir açıya.

tesviye

Kalibrasyon Ch.E. her koşuda

"Hangi Gyrocompassing

Başlangıçta ivmeölçer sıfır ve taban kararsızlığı

SE tümcesinin eksenlerinin konumu, seçilen koordinat sisteminde değişmez

^Mb~

Dinamik

ivmeölçer aralığı

istikrarsızlık

Ölçek faktörü

ivmeölçer

Ünite hazır olma süresi F.E.

-sl 4 ^

C.E. bloğunun sert bağlanması nesne eksenlerine OI.A).

matematiksel jiroskop

sürüklenme kararsızlığı

lansmandan itibaren jiroskop

başlatmak

SE bloğunun eksenlerinin konumu, L.A.'nın eksenlerindeki değişikliğe göre değişir.

Ölçek kararsızlığı

jiroskop katsayısı

Termal stabilizasyon eksikliği

Enerji tüketimi

Kararsızlık sıcaklığı katsayı

Pirinç. 1.1.1. Modern atalet sistemleri tarafından SE gereksinimleri

navigasyon.

güvenilirlik, azaltılmış yaşam döngüsü, azaltılmış

enerji tüketimi, üretilen bilgi miktarındaki artış, SINS, birincil bilgi sensörlerinin parametreleri için gereksinimleri önemli ölçüde artırır. Jiroskoplar ve ivmeölçerler için platform INS ve SINS gereksinimleri arasındaki fark Şekil 2'de gösterilmektedir. 1.1.1.

Herhangi bir atalet navigasyon sisteminin doğruluğunu artırmak, doğrudan hassas sınıf ivmeölçerler oluşturma problemini çözmekle ilgilidir. Platform sistemlerini kayışlı sistemlerle değiştirme eğilimi, ivmeölçer doğruluk parametrelerinin gereksinimlerini keskin bir şekilde sıkılaştırdığı için görevi daha da karmaşık hale getiriyor. Her şeyden önce, bu, belirlenen geniş bir çalışma koşullarında sıfır sinyalinin ("sıfır"), ölçek faktörünün (MC) ve hassasiyet ekseninin ("taban") büyüklüğünü ve kararlılığını ifade eder. SINS her açıldığında ivmeölçeri kalibre etmenin imkansızlığı ile. İvmeölçer hatalarının nedenlerinin ve tasarım ve teknolojik parametrelerin "sıfır", "bazlar" ve ölçek faktörünün değerleri ve kararlılığı üzerindeki etkisinin daha derinlemesine bir analizi olmadan bu sorunun çözümü imkansızdır, İvmeölçerin hem tasarımını hem de teknolojisini geliştirmek için hangi teknik önerilerin geliştirilebileceği temelinde.

İvmeölçerlerin yukarıdaki kalite parametrelerinin belgelendirilmesi, üretiminin teknolojik sürecinin ayrılmaz bir parçasıdır. İvmeölçer parametrelerinin elde edilen tahminleri doğrudan sertifika hatasına dahil edildiğinden, ivmeölçerin doğruluğunun arttırılması, açık bir şekilde, ölçüm ekipmanının doğruluğu için gereksinimlerin sıkılaştırılmasını gerektirir. Şu anda seri üretimde kullanılan doğrulama (kalibrasyon) yöntemi, hatası tahmini parametrelerle orantılı olan ekipmanın kullanımına dayanmaktadır. Ek olarak, bu ekipmanın maliyeti (öncelikle hassas optik

bölme kafaları) çok yüksektir ve esas olarak otomasyonunun imkansızlığı nedeniyle sürecin kendisi çok zahmetlidir.

Yukarıdakilere uygun olarak, ivmeölçerin hatasını belirleyen faktörlerin incelenmesi ve doğruluğu artırmak için tasarım ve teknolojik öneriler temelinde geliştirilmesi ve daha verimli bir kalibrasyon tekniğinin oluşturulması acil bir durumdur. görev.

Bu yazıda, JSC "Moskova Elektromekanik ve Otomasyon Enstitüsü"nde geliştirilen AK-6 kuvars ivmeölçer parametrelerinin modern SINS gereksinimlerine getirilmesi konularını ele alıyoruz. cihazın ana parametreleri geliştirilir, bu ivmeölçerin tasarımının ve montajının teknolojik yönleri göz önünde bulundurulur. , tasarımın modernize edilmesi için hangi yolların önerildiğinin analizine dayanarak ve yeni bir modüler ivmeölçer kalibrasyon modeli göz önünde bulundurulur.

çalışmanın amacı ivmeölçerin doğruluğunda bir artış sağlayan yapıcı ve teknolojik çözümlerin geliştirilmesinin yanı sıra, ivmeölçerin kalibrasyonunda azalmaya tabi olarak cihazların parametrelerinin belirlenmesinde gerekli doğruluğu sağlayan yeni bir yöntemin oluşturulmasıdır. sürecin emek yoğunluğu ve daha ucuz ekipman kullanımı.

Araştırma hedefleri.

Çalışmanın amacına uygun olarak, aşağıdaki araştırma hedefleri formüle edilebilir:

gelişmiş SINS gereksinimlerini karşılamayan seri üretilen ivmeölçerlerin doğruluk parametrelerinin belirlenmesi;

ivmeölçerin baskın hatalarının oluşumunun fiziksel doğasının yapısal ve teknolojik nedenlerinin incelenmesi ve analizi;

ivmeölçerin tasarımı ve teknolojik parametreleri ile hataları arasındaki bağlantının resmileştirilmesi;

ivmeölçerin tasarım ve montaj teknolojisini geliştirmek için tasarım ve teknolojik önerilerin etkinliğinin geliştirilmesi ve deneysel olarak doğrulanması;

gerekli doğruluğu sağlayan, işlemin karmaşıklığını azaltan ve uygulanması için pahalı ekipman gerektirmeyen ivmeölçerleri kalibre etmek için bir yöntemin etkinliğinin geliştirilmesi ve onaylanması. Araştırma Yöntemleri.

Elde edilen sonuçlar, teorik mekaniğin ana hükümlerinin, elektrik devreleri teorisinin, üretim doğruluğu teorisinin, matematiksel analiz yöntemlerinin, doğrusal vektör uzayları teorisinin, yaklaşım ve doğrusallaştırma yöntemlerinin karmaşık uygulamasına dayanmaktadır. tam ölçekli ve matematiksel modelleme. Bilimsel yenilikçalışma şunlardan oluşur:

algılama elemanı plakasının konumunun kararsızlığı ve ivmeölçer muhafazasındaki algılama elemanının kendisinin kararsızlığı ile bağlantılı ivmeölçer hatasının fiziksel bir modelinin yapımı ve deneysel olarak doğrulanması;

tanımlayan bir matematiksel modelin geliştirilmesi : : ivmeölçerin tasarımında ve teknolojik parametrelerinde baskın hatalar;

ivmeölçerleri kalibre etmek için modüler bir yöntemin geliştirilmesi; Önerilen yönteme göre ivmeölçerleri kalibre etmek için özel ekipman gereksinimlerinin formülasyonu ve gerekçesi. pratik değer iş:

baskın hatalarının azaltılmasını sağlayarak, ivmeölçerlerin montajının tasarımını ve teknolojik sürecini iyileştirmek için teknik çözümlerin geliştirilmesi;

ivmeölçerin gerekli doğruluğunu sağlamak açısından elektronik devresinin parametrelerinin rasyonel değerlerini ve bu parametrelerin sapması için makul toleransları seçmek için ivmeölçer hatasının geliştirilmiş matematiksel modelinin uygulanması;

geliştirme ve deneysel doğrulama

ivmeölçerleri kalibre etmek için yeni bir yöntemin etkinliği,

için tahminlerin doğruluğunda önemli bir artış sağlayan

test ekipmanının doğruluğu için gereksinimlerde keskin bir düşüş;

geliştirilen teknik çözümlerin uygulanması

tasarım dokümantasyonu ve montaj süreci

ticari olarak temin edilebilen ivmeölçer AK-6.

İşin onaylanması. Bu bölümde sunulan malzemeler

tez çalışması, aşağıdaki konferanslarda bildirildi:

Tüm Rusya Bilimsel ve Teknik Konferansı "Yeni Malzemeler ve Teknolojiler" NMT - 2000, "Yeni Malzemeler ve Teknolojiler" NMT - 2002, Uluslararası Gençlik Bilimsel Konferansı "XXVII Gagarin Okumaları" 2001 "XXVIII Gagarin Okumaları" 2002, "XXIX Gagarin Okumaları" 2003 . , Uluslararası Sempozyum "Havacılık Enstrümantasyon Teknolojileri" 2002.

Yayınlar. Tez çalışmasının sonuçları, 2000/01'de MIEA tarafından yayınlanan 8 basılı eser ve teknik raporda yayınlandı.

Tezin yapısı ve kapsamı: Tez giriş, beş bölüm, sonuç ve 111 başlıktan oluşan bir bibliyografyadan oluşmaktadır. Materyal, 70 şekil, grafik ve 35 tablo ile gösterilen 153 sayfada sunulmaktadır. Tezin içeriği.Çalışma beş bölümden oluşmaktadır.

İçinde yönetilen işin alaka düzeyi ve pratik değeri kısaca ele alınır. Çalışmanın amacı, araştırma görevleri ve yöntemleri, bilimsel yenilik, bu çalışmanın onaylanması ve uygulanmasının sonuçları formüle edilmiştir. Tezin yapısı ve ana bölümlerin bir özeti verilmiştir.

V ilk bölüm Bir dizi ivmeölçerin tasarımlarının, çalışma prensiplerinin ve özelliklerinin bir incelemesi verilir, ivmeölçerin doğruluğunu belirleyen ana parametreler belirlenir ve AK-6 kuvars ivmeölçer tasarımı ayrıntılı olarak ele alınır.

İçinde ikinci bölüm ivmeölçerin sıfır sinyalinin matematiksel bir modeli oluşturuldu, temelde tasarım parametrelerinin ve teknolojik unsurların ivmeölçerlerin "sıfır" ve "tabanının" büyüklüğü ve kararlılığı üzerindeki etkisinin derecesi hakkında bir değerlendirme yapıldı.

V üçüncü bölüm deneysel ve teorik çalışmalara dayanarak, "taban" ve sıfırın doğruluğunu ve kararlılığını artırmak için hassas elemanın tasarımı ve AK-6 durumunda sabitlenmesi için bir analiz yapıldı ve gereksinimler formüle edildi. geniş bir sıcaklık aralığında ivmeölçerin sinyali. Cihazın önerilen tasarımı ve montaj teknolojisi üretime geçmiştir.

V beşinci bölümİvmeölçerleri test etmek için ekipman gereksinimlerinin formüle edildiği matematiksel modelleme ve ayrıca önerilen yöntemle belirlenen parametrelerin yeterliliğinin deneysel olarak doğrulanması gerçekleştirildi.

V hapis cezasıçalışmanın ana sonuçları ve bununla ilgili sonuçlar sunulmaktadır.

İvmeölçerin tasarım ve montaj teknolojisi

Akselerometre AK-6 - 20 mikron kalınlığında iki burulma çubuğuna uygulanan hassas elemanın elastik süspansiyonlu kompanzasyon tipi sarkaç.

AK-6 ivmeölçerinin çalışma prensibi, temel dinamiğin yasası ile belirlenir; buna göre, ivmeölçerin monte edildiği bir nesne hareket ettiğinde, ivme a ile hassasiyet ekseni yönünde bir atalet momenti Mi referans kütlenin süspansiyon eksenine göre meydana gelir ve sensör hükümleri (DP) tarafından ölçülen açısal sapmasına D yol açar. DP'den gelen sinyal, geri besleme amplifikatörü (FB) aracılığıyla kuvvet sensörünün (DS) sargısına beslenir. DS, kütle süspansiyon eksenine göre bir M momenti geliştirerek, Mi atalet momentini dengeler. Bu durumda, RH yük direncindeki çıkış gerilimi U, ölçülen ivme a ile orantılıdır.

Yapısal olarak, AK-6 ivmeölçer aşağıdaki ana parçalardan oluşur, Şek. 1.2.1.:

1. Referans kütlenin sabitlenmesini sağlayan, DP ve DS gerçekleştiren hassas bir eleman.

2. DP sinyalini, aynı zamanda ivmeölçerin çıkış sinyali olan bir DS kontrol sinyaline dönüştüren bir geri besleme yükselticisi.

3. İvmeölçerin iç boşluğundaki gerçek sıcaklıkla orantılı bir elektrik sinyali üreten termal sensör.

4. Yukarıdaki düğümleri içeren hermetik muhafaza. Ara montaj birimlerinin tahsisi ile birlikte düşünülen kuvars ivmeölçerin yapısal diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 1.2.2. hassas eleman.

Yer değiştirme sensörünün şekillendirilmiş plakaları ve kuvvet sensörünün mıknatısları (31) ile iki muhafazadan (19 ve 32), plakalar boyunca SE muhafazaları arasına sabitlemek için kullanılan bir dış halkadan oluşan bir kuvars plakadan (34) oluşur, burulma çubukları ile plakaların DP püskürtüldüğü sarkaç ile bağlanır ve bobinler (28) DS sisteminin mahfazalarının mıknatısları ve ayrıca bağlantı halkası ile sabitlenir.

Bir kuvars levha üretmenin teknolojik süreci orijinaldir ve bir sarkaç ve burulma çubuklarının oluşumu ve yüzeylerinin frekansı, düzlüğü ve paralelliği için katı gereksinimlerin sağlanması için bir dizi işlem içerir.

Daha sonra kimyasal aşındırma yardımı ile koruyucu maskeler kullanılarak iki geçişte ilk olarak pesinden plakalar ve ardından belirli bir burulma çubuğu kalınlığı verilir. Plaka tamamen oluşturulduktan sonra, kapasitif bir DP'nin plakaları ve DS devresinin iletkenleri, üzerinde 0.1 um kalınlığındaki altının termal vakum biriktirme yöntemiyle oluşturulur. Gerekli yapışmayı sağlamak için benzer şekilde oluşturulmuş bir krom alt tabaka üzerine altın püskürtülür.

Kuvvet sensörünün sargılı bobini olan çerçeve, epoksi bazlı yapıştırıcı ile plakanın diline yapıştırılır ve bobin uçları, termo sıkıştırma kaynağı ile püskürtülen iletkenlere bağlanır.

Hassas elemanın kaynağı, üst ve alt SE yuvalarının plakaya göre karşılıklı olarak merkezlenmesini sağlayan özel bir cihazda gerçekleştirilir. Cihaz, kasaların sıkıştırma kuvvetini sağlayan ayarlanabilir bir kelepçeye sahipken, sıkıştırma kuvvetinin uygulama noktası plakaların "basınç merkezine", yani. plakaların oluşturduğu üçgenin ağırlık merkezinde. Bu işlemler, plakayı sadece plakalar üzerine sabitlemek ve plakanın sarkacı ile SE yuvaları arasında eşit bir boşluk sağlamak için gerçekleştirilir.

SE muhafazaları, özel bir algoritmaya göre gerçekleştirilen lazer nokta kaynağı kullanılarak aynı malzemeden sert bir halka ile bağlanır.

İvmeölçerlerin "sıfır" ve "temel" değerleri ve kararlılığı üzerindeki birincil tasarım ve teknolojik parametrelerin etki derecesinin değerlendirilmesi.

Elde edilen denklem (2.32) göz önüne alındığında, ivmeölçerin duyarlılık ekseninin tabandan sapmasına eşdeğer olan a = 0 koşulu altında kütlenin konumunun statik hatasının, ile belirlendiği görülebilir. konum sensörünün yanı sıra diferansiyel ve entegre amplifikatörlerin üretimindeki teknolojik hatalar ve burulma çubuklarının elastik özelliklerine bağlı değildir kütle süspansiyonu ve konum sensörünün elektrostatik kuvvetleri. İfade (2.32.), gerçek bir ivmeölçerde metodolojik hatayı tamamen ortadan kaldırmanın imkansız olduğu gerçeğini doğrular.

Denklemin (2.35.) analizi, biri elektronik devrelerin yürütülmesindeki hatalarla, ikincisi ise ivmeölçerin elektromekanik bölümünün nispi hatalarıyla belirlenen sıfır sinyalinin bağımsız bileşenlerinin olduğunu açıkça göstermektedir - bozucu kuvvetlerin her birinin sıfır konumlarındaki fark ve konum sensörünün bilgi sinyalinin sıfır konumu. Bununla birlikte, hataların doğasından bağımsız olarak, burulma çubuklarının geometrik parametrelerinin rasyonel bir seçimi ve kt = ke koşulunun yerine getirilmesini sağlayan konum sensörünün uyarma voltajı ile etkileri önemli ölçüde azaltılabilir. İvmeölçer için diğer temel gereksinimleri dikkate almadığından, genel olarak kt - 0 ve ke - 0 koşulunun yanlış olduğuna dikkat edilmelidir. Bu özellikle, burulma çubuklarının mekanik mukavemeti ve konum sensörünün bilgi sinyalinin karakteristiğinin izin verilen minimum dikliği için geçerlidir. Bu nedenle, tüm koşullar kümesi, kt-min ve ke-min ile kt = ke gibi görünmelidir, yani. optimizasyon sorunu var. (2.35.)'de yer alan kalan nominal parametrelerin seçimi de çözümünde bir optimizasyon problemidir ve (2.15. hariç) elde edilen bağıntılar gerekli, ancak açıkça yeterli olmayan bir matematiksel model kümesidir. Bununla birlikte, seçilen nominal parametrelerle, bu oranlar, bu parametreler için toleransların rasyonel dağılımı sorununu çözmeyi mümkün kılar.

Hassasiyet teorisine dayalı bir ürünün doğruluğunu analiz etme açısından toleransların rasyonel dağılımı sorununu göz önüne alarak, birincil parametrelerin Ueblxo ve A0 üzerindeki etkisinin işlevlerini belirlemeye geçelim. Bu durumda, bazı durumlarda tasarım parametrelerinin nominal değerlerden sapmasını birincil parametreler olarak ele alacağız. Bu durumda sapmanın nominal değeri olarak sıfır alırız. Karmaşık fonksiyonların türevlenmesi kuralına dayanarak ve türev noktasında ilişkilerin geçerli olduğunu dikkate alarak: birincil parametrelerin D0 değeri üzerindeki etkisinin işlevleri için aşağıdaki ifadeleri elde ederiz:

Yapılan analize dayanarak, aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir: - ivmeölçerin ana hatalarından birinin oluşumu - sıfır sinyali montaj aşamasında meydana gelir ve ana işlevin birincil parametrelerinin teknolojik yayılmasından kaynaklanır. ivmeölçer elemanları; - hassasiyet ekseninin ilk yer değiştirmesiyle ilişkili ivmeölçerin metodolojik hatası, işlemsel yükselteçlerin kusurunun bir sonucu olan bilgi yükseltme yolunun hataları tarafından belirlenir ve bu nedenle tamamen hariç tutulamaz; - belirtilen metodolojik hata, kütle süspansiyon burulma çubuklarının güç özelliklerinin parametrelerine ve konum sensörünün elektrostatik etkisine bağlı değildir; - ivmeölçerin sıfır sinyali, biri elektronik devrenin hatası, ikincisi elektromekanik parçanın montajının hatası olan iki bağımsız bileşen içerir; gerçekleştirilen analiz, teknolojik hataların elektrostatik kuvvetin parametreleri üzerinde bilgi sinyalinden önemli ölçüde daha büyük bir etkiye sahip olduğu sonucuna varmamızı sağlar; - fonksiyonel elemanların nominal parametrelerinin seçimi için bazı gereksinimler formüle edilir, oluşturulan matematiksel modele ivmeölçerin operasyonel parametrelerini tanımlayan fonksiyonel modellerin eklenmesiyle eksiksiz bir gereksinimler seti elde edilebilir; - oluşturulan matematiksel model, sıfır sinyalinin ve "tabanının" stabilitesini arttırmak için ivmeölçerin ana fonksiyonel elemanlarının birincil parametreleri için rasyonel tolerans seçimi problemlerinin çözülmesine izin verir.

SE'nin parça ve birimlerinin çalışmalarının sıcaklık değişiklikleri ile analizi.

Yapılan çalışmalara dayalı olarak AK-6'da baz hatası ve sıfır sinyalinin kararlılığını sağlamak için aşağıdaki öneriler formüle edilmiştir.

Kuvars plakanın SE yuvalarına göre olası yer değiştirmelerini dışlamak için, oturma düzlemleri boyunca plaka düzlemlerinin sürtünme kuvvetlerinin sıcaklık aralığının aşırı noktalarında plakanın dış halkasındaki gerilimlerin fazlalığı ile bağlantılıdır. muhafazaların tüm sıcaklık aralığında bağlantı halkası tarafından SE muhafazalarının garantili bir sıkıştırma kuvvetinin sağlanması gereklidir, bu da uygulanabilir: dikey yön, yani bir yay şeklinde yürütülmesi; - bağlantı halkasının ön gerilmesini sağlayan montaj işleminde bir değişiklik. . SE bağlantı halkası Bu amaçla, bağlantı halkasının tasarımı (Şekil 3.15.), azaltılmış sertlikte bir eleman (1), alt ve üst muhafazalar için bağlantı çapları (sırasıyla 4 ve 3) ve bir sabitleme elemanıyla (Şekil 3.15.) geliştirilmiştir. flanş) - 2. SE'nin son montaj kısmında da (Şekil 3.16.) montaj işlemi şu şekilde değiştirilmiştir: - bağlantı halkası (1) alt yuvaya (2) takılmıştır. lazer nokta kaynağı ile (3);

SE'nin son montajının şeması. - bu tertibat, bağlantı halkasının flanşına dayalı olarak özel bir cihaza (5) monte edilir; - ayrıca bobinli plaka ve üst kasa (4) takılı; - Kuvars levhanın levhalarının oluşturduğu üçgenin medyanlarının kesişme noktasında üst gövdeye bir sıkıştırma kuvveti (6) uygulanır, bu taban şeması sayesinde bağlantı halkasına aktarılır, bu da onun şeklini değiştirir. dikey yönde geometrik boyutlar; - üst gövde, nokta lazer kaynağı ile bağlantı halkasına göre sabitlenir.

SE muhafazalarının TCLE'si, montaj halkası ve alet muhafazası arasındaki farkla ilişkili olarak SE'nin ivmeölçer gövdesine göre olası hareketlerini dışlamak ve ayrıca SE'nin muhafazadan izolasyonunu sağlamak için , aşağıdakiler yoluyla uygulanabilen tasarım ve montaj teknolojisini değiştirmek gerekir: - montaj halkası ve yapışkan bağlantının ortadan kaldırılması; - SE'nin ivmeölçer gövdesine sabitlenerek sabitlenmesi. bir yalıtkan görevi gören iki seramik burç arasındaki bağlantı halkası flanşı; - tüm çalışma sıcaklığı aralığında flanş kelepçesinin stabilitesini sağlamak için bir yay kullanmak. Düşünülen tasarım için Şek. 3.17. montaj işlemi aşağıdaki gibi gerçekleştirilmelidir: - üzerine seramik bir burcun 3 yerleştirildiği ivmeölçer gövdesinin 7 üst kısmına bir düz yay 2 monte edilmiştir; - seramik burç 3, bağlantı halkasının 2 SE 1 flanşına monte edilir ve ikinci seramik burç 5 takılır; - kilitleme rondelasını takın ve bu düzeneği ortalayın; - kilitleme rondelasına kalibre edilmiş bir kuvvet uygulayın ve spot lazer kaynağı ile cihazın gövdesine göre sabitleyin 9. Şek. 3.18. ve tablo 3.7. geliştirilen tasarım ve teknolojik önerilere göre monte edilmiş bir grup cihazın (sıfır sinyallerin sıcaklığa bağımlılığı) testlerinin sonuçları verilmiştir. Verilen verilerden görülebileceği gibi, söz konusu parametre, eski teknoloji kullanılarak monte edilen benzer bir cihaz grubuyla karşılaştırıldığında hem sıcaklığa bağımlılık hem de sıcaklık histerezisi açısından daha kararlıdır (Tablo 1.3.2. ve Şekil 1.3.2.). ). Genel olarak, geliştirilen önerilerin uygulanması sonucunda ivmeölçer parametrelerinin (sıfır sinyal ve "taban" açısından) kararlılığı %20'den fazla artmıştır.

Yüksek hassasiyetli atalet navigasyon sistemleri için bir blok ivmeölçer sistemini kalibre etmek için bir yöntemin geliştirilmesi

Daha mükemmel bir kalibrasyon tekniği elde etmek için, içinde değeri ivmeölçerin yönüne bağlı olmayan bir skaler standart kullanılmaya çalışıldı. Böyle bir standart olarak, yerküre üzerindeki herhangi bir nokta için çok doğru bir şekilde bilinen ve koordinat sistemi seçimine bağlı olmayan yerçekimi ivme vektörünün kare modülünün kullanılması önerildi.

Vektör standardının skaler bir standartla değiştirilmesiyle bağlantılı olarak, tekniğin bir takım özellikleri vardır, bunların başlıcaları aşağıdaki gibidir. Bildiğiniz gibi, üç boyutlu uzayda bir vektörü belirlemek için, aynı düzlemde yer almayan 3 yöndeki izdüşümlerini ölçmek gerekir. Bu nedenle, tekniği kullanırken en az üç aletin aynı anda kalibre edilmesi gerekir. Bu durum, örneğin SINS için ivmeölçerleri kalibre ederken özellikle önemlidir, çünkü eksenlerinin nispi konumunu korurken bir sisteme sökmeden kurulabilen bir montajda bir kerede bir cihaz üçlüsünün kalibre edilmesine izin verir.

Tekniğin matematiksel açıklaması için, ivmeölçer üçlüsünün hata modelini belirlemek ve cihazların dikkate alınan hatalarını çıkış sinyalleri aracılığıyla ifade eden bir iletişim denklemleri sistemi oluşturmak gerekir.

Tek bir ivmeölçerin hata modelini derlerken, ideal durumda, hata olmadığında, çıkış sinyalinin tamamen yerçekimi ivmesi vektörünün G'nin hassasiyet ekseni yönündeki izdüşümünün değeri tarafından belirlendiğini varsayacağız. (4.1.1) ile benzer şekilde cihazın modeli: W = M (G e ) (4.3.1) (4.2.1)'deki skaler çarpımı g olarak ifade ederek ve olası hataları hesaba katarak, şunu elde ederiz: W = M ( 8o + g + 5, g + 52 g2 + 83 g3 + 54 g4 + 55 g5 + .. .) (4.3.2) burada 5j j. sıra hata faktörüdür. Denklem (4.3.2) parantezindeki her terim, girişe indirgenmiş karşılık gelen sıranın hatasıdır. Denklemin (4.2.2) her iki parçasını yerçekimi ivme vektörünün modülüne ve M ölçek faktörüne bölerek şunu elde ederiz: A \u003d Do + a + D, a + D2 a2 + D3 a3 + D4 a4 + D5 a5 + ... (4.3 .3) burada A ivmeölçerin boyutsuz biçimdeki çıkış sinyalidir; a, G'ye atıfta bulunulan ivmeölçer tarafından ölçülen ivmedir; Aj - j-inci derecenin boyutsuz hata katsayısı: Aj = 574) 1

Do katsayısının net bir fiziksel anlamı vardır - G ve 50 vektörlerinin birbirine dik olduğunu varsayarsak, G ve (G + 50) vektörleri arasındaki açıya eşittir. Bu nedenle, kalan A katsayılarını açısal ölçü ile temsil etmek uygundur.

Bu tekniği kullanırken, dikkate alınan hata katsayılarının sırası teorik olarak sınırsızdır, ancak çoğu uygulama için ikinci dereceden daha yüksek olmayan hataları hesaba katmak yeterlidir. Bu nedenle, üçlüye dahil edilen ivmeölçerlerin hata modelleri şu şekildedir: + Ä2г az2 Bir ivmeölçer üçlüsü tarafından ivme vektörünün ölçüm hataları, sistem tarafından tam olarak belirlenmemiştir (4.2.4). Hataların tam bir açıklaması için, her ivmeölçerin hassasiyet ekseninin gerçek oryantasyonu ile triadın nominal koordinat sisteminin karşılık gelen ekseni arasındaki olası uyumsuzluk nedeniyle ortaya çıkan hataları da hesaba katmak gerekir. 4.2.1. İvmeölçer üçlüsünün hata modelini bir ivme vektör ölçer olarak bir bütün olarak ele alalım.

Khrabrov, Sergey Vasilyeviç

-- [ Sayfa 1 ] --

el yazması olarak

UDC 531.781.2

Vavilov İvan Vladimiroviç

BİR MİKROSİSTEM İVME ÖLÇERİNİN GELİŞTİRİLMESİ

teknik bilimler adayı

Nijniy Novgorod - 2006

Çalışma, Nizhny Novgorod Devlet Teknik Üniversitesi Arzamas Şubesi Havacılık Aletleri ve Cihazları Bölümü'nde gerçekleştirildi.

Bilimsel danışman: Doktora, doçent. Pozdyaev V.I.

Resmi rakipler: Teknik Bilimler Doktoru, Profesör Raspopov V.Ya.

Teknik Bilimler Doktoru, Baş Araştırmacı

Federal Devlet Üniter Girişimi "NPP "Polyot" Keistovich A.V.

Lider kuruluş: OJSC "Arzamas Enstrüman Üretim Tesisi",

Arzamalar.

Savunma 11 Ekim 2006 tarihinde saat 15:00'te salonda yapılacaktır. 1258, Nizhny Novgorod Devlet Teknik Üniversitesi'ndeki Tez Konseyi D 212.165.12 toplantısında şu adreste: 603600, GSP-41, Nizhny Novgorod, st. Minina, 24

Tez, Nizhny Novgorod Devlet Teknik Üniversitesi kütüphanesinde bulunabilir.

Tez Kurulu Bilimsel Sekreteri

Teknik Bilimler Adayı, Doçent ______________ V.V. Petrov

İŞİN GENEL TANIMI

Entegre sensörlerin geliştirilmesindeki teşvik edici faktör, çeşitli kontrollü teknik sistemlerde artan bilgi ihtiyacıdır. Mikroelektromekanik sistemler (MEMS), özü aşağıdaki hükümler olarak gösterilebilen "sensörden sisteme" kavramına dayanmaktadır:

Tek bir teknolojik süreç içinde yürütülmeleri koşuluyla, birincil hassas eleman ile ikincil elektronik dönüştürücüyü birleştiren entegre doğrudan ölçüm sensörlerinin geliştirilmesi, araştırılması ve oluşturulması
Tek bir teknolojik süreç içinde yürütülmeleri koşuluyla, algılama elemanını kontrol etmek için bir birincil algılama elemanını, bir ikincil elektronik dönüştürücüyü ve bir geri besleme dönüştürücüsünü birleştiren entegre kompanzasyon sensörlerinin geliştirilmesi, araştırılması ve oluşturulması.
Örneğin, çok faktörlü ölçümlerin gerçekleştirilmesi, analogdan dijitale ve dijitalden analoga dönüşümlerin gerçekleştirilmesi, optimal koşullara adaptasyon, kontrol ve teşhis işlevlerinin performansı vb. gibi hesaplama yeteneklerine sahip entegre sensörlerin geliştirilmesi, araştırılması ve oluşturulması. tek bir teknolojik süreç içinde gerçekleştirilir
düşük güç tüketimine sahip ve ilk üç grubun özelliklerine sahip kablosuz entegre sensörlerin geliştirilmesi, araştırılması ve oluşturulması.

Mikrosistem sensörleri üzerindeki ilk sistemleştirme çalışmalarından biri, Petersen K.'nin IEEE No. 5, 1982'de yayınlanan “Bütünleşik yapılar için mekanik bir malzeme olarak silikon” makalesidir. Entegre sensörlerin geliştirme süresi otuz yıldan biraz fazladır. Bu süre zarfında geniş bir sensör yelpazesi geliştirilmiştir: entegre bir gerinim ölçerden bir telafi ivmeölçerine kadar. Mikrosistem navigasyon cihazları alanında en başarılı geliştirici şu anda Analog Devices (ABD). Ülkemizde mikrosistem sensörleri, Arzamas Research and Production Enterprise “TEMP-AVIA” (Ph.D. Bilinkin S.F.), Penza Research Institute of Physics (D.Sc. Mokrov E.A.), Zelenograd NIIET (D.T. Timoshenkov SP) tarafından geliştirilmektedir. ), Tula Devlet Teknik Üniversitesi (D.Sc. Raspopov V.Ya.), Moskova Yüksek Teknik Okulu (D.Sc. Konovalov SF), vb. Ancak bu dönemin son aşamalarında olduğu söylenemez. Özellikle zayıf bir bağlantı, doğrusal ve açısal ivmeölçerler gibi hareket parametreleri için entegre sensörlerin geliştirilmesidir. Şimdiye kadar %100 entegrasyona sahip ivmeölçer yoktur ve bilinen gelişmelerin gerçek doğruluğu, ölçülen aralığın %12'sini geçmemiştir. Entegrasyon, işlevsel birimlerin ve blokların tek bir yekpare "ayrıntıyı" temsil eden tek bir yapıda birleşimi olarak anlaşılır. İşlem döngüsüne bir negatif geri besleme devresi ekleyerek, entegre ivmeölçerlerin ölçüm doğruluğunu bir büyüklük sırasından daha fazla artırmak mümkündür, ancak bu, devrenin karmaşıklığından kaynaklanmaktadır.

İşin alaka düzeyi. 20. yüzyılın sonunda ve 21. yüzyılın başında bilgi teknolojilerinin dünyadaki gelişiminin karakteristik bir özelliği, mikromekanik sistem teknolojilerini içeren entegre olarak oluşturulmuş (karmaşık) teknolojilerin tahsisidir. Hem ülkemizde hem de yurtdışında, bir dizi izleme ve kontrol problemini yardımlarıyla etkin bir şekilde çözme olasılığı ile ilişkili olan entegre sensörlerin geliştirilmesine olan ilgide sürekli bir artış var. 30 Mart 2002'den bu yana, mikrosistem teknolojisi resmi olarak Rusya'da kritik bir teknoloji olarak ilan edildi. Rusya Devlet Başkanı tarafından onaylanan kritik teknolojiler listesinde, ifade şu şekilde tanımlanmaktadır: “Süperminyatür mekanizmalar, cihazlar, daha önce erişilemeyen ağırlık ve boyutlara sahip makineler, enerji göstergeleri ve fonksiyonel parametreler, entegre grup maliyet etkin süreçleri tarafından yaratılmıştır. mikro ve nanoteknoloji.” Ataletsel navigasyon sistemleri (INS), eğim ölçerler, başlıklar vb. gibi ölçüm sistemlerinin yetenekleri her zaman birincil dönüştürücülerin özellikleri ile belirlenmiştir. Mevcut entegre hızlanma sensörleri tasarımları, üretimin yüksek emek yoğunluğunun yanı sıra metrolojik özelliklerin geçici kararsızlığı ve düşük kaynak nedeniyle modern gereksinimleri karşılamamaktadır.

Bu çalışma, Arzamas Bilimsel ve Üretim İşletmesi “TEMP-AVIA” nın bilimsel araştırması konusuna ve Arzamas Politeknik Enstitüsü'nün (NSTU şubesi) “Geliştirme” sorununa ilişkin ana bilimsel çalışmalarının planına uygun olarak gerçekleştirildi. ve birincil bilginin entegre sensörlerinin araştırılması”.

Amaç. Tezin amacı, yeni bir mikrosistem ivme sensörü ve bileşenlerini araştırmak ve geliştirmek, ayrıca sensörün matematiksel modellerini ve statik, dinamik ve doğruluk özelliklerinin teorik olarak belirlenmesi için hesaplanan oranları oluşturmaktır.

Tez çalışmasının görevleri:

1. Yarı iletken malzemeler ve mikro işleme teknolojisi kullanılarak yeni bir mikrosistem ivmeölçer yapısının ve mekanik ve elektrik bileşenlerinin incelenmesi.

2. Mikrosistem ivmeölçerinin tüm özelliklerinin araştırılması ve geliştirilmesi aşamalarında analiz için sensörün matematiksel modellerinin geliştirilmesi: statik, genlik-frekans, faz-frekansı, geçici, bireysel düğümlerinin doğruluğu ve özellikleri.

3. Yeni mikrosistem ivme sensörlerinin statik ve dinamik özellikleriyle ilgili deneysel çalışmalar yürütmek, bunların sonuçları, entegre tasarımların geleneksel entegre olmayan tasarımlara göre doğruluğunu ve avantajlarını yargılamayı mümkün kılar.

4. Tezin deneysel ve teorik sonuçlarının karşılaştırılması.

Çalışmanın amacı.Çalışmanın amacı aşağıdaki cihazlardır:

Silikon sarkaç duyarlı elemanlar.
Kapasitif yer değiştirme transdüserleri bir elektrik sinyaline dönüştürülür.
Doğrusal ivmeölçerleri test etmek için cihazlar.
Entegre hızlanma sensörlerine gömülü mikro elektronik dönüştürücüler ve düzenekler.

Araştırma Yöntemleri. Belirlenen görevleri çözerken, ivmeölçer özelliklerinin matematiksel ve bilgisayar modelleme yöntemleri, tam ölçekli bir deney, teorik mekanik yöntemleri, esneklik teorisi ve otomatik kontrol kullanıldı.

Bilimsel yenilik İşŞöyleki:

1. Yapı incelendi ve analoglardan iki kat daha küçük bir ölçüm hatası olan yeni bir hassas eleman geliştirildi (RF patent No. 2231795) ve özelliklerin etkisinin iyileştirilmesiyle yeni bir mikrosistem ivmeölçerinin matematiksel bir modeli geliştirildi. hesaplanan verilerin deneysel verilerle çakışmasının bir sonucu olarak kurucu unsurların.

2. Orijinal bir kapasitif dönüştürücü geliştirildi (patentler: No. 2231796 ve No. 2272298). Mikromekanik SE'lerle ortak çalışma için tasarlanan mikroelektronik dönüştürücülerin hesaplamaları için teorik ilişkiler elde edildi ve bu, geliştiricilere yeni ve etkili bir tasarım aracı verdi.

3. Mikrosistem ivmeölçerlerinin devre tahtaları ve bitmiş ürünler üzerindeki statik ve dinamik özelliklerinin deneysel çalışmaları ve bilgisayar simülasyonu yapılmış ve teorik hükümlerin yeterliliğini doğrulayan teorik sonuçlarla karşılaştırılmıştır.

İşin pratik değeri:

1. Teorik çözümler, geliştirilmekte olan entegre ivme sensörlerinin parametrelerinin optimize edilmesinde, karakteristiklerin hesaplanmasında pratik kullanıma getirilmiş ve Rusya Federasyonu'nun patentleriyle korunan devrelerin ve yapıların geliştirilmesi için temel haline gelmiştir.

2. Sensörlerin en önemli özelliklerini belirlemek için öneriler ve hesaplanmış oranlar şeklinde teorik ve deneysel çalışmaların sonuçları, 0,5 g ila 50 g aralığında AT1105 ve AT1112 tiplerinin entegre ivme sensörlerini tasarlamak ve oluşturmak için kullanıldı.

3. Test ekipmanı kullanarak entegre ivme sensörlerinin statik özelliklerini ve hatalarını belirlemek için geliştirilen yöntemler, cihazların ana metrolojik parametrelerinin elde edilmesini mümkün kılar.

4. Tez çalışmasının sonuçları, ANPP "TEMP-AVIA" nın seri olarak üretilen ürünlerine ve Ulusal Devlet Teknik Üniversitesi'nin Havacılık Aletleri ve Cihazları Bölümü'ndeki Arzamas şubesinde 190300 ve 190300 ve 190900.

Sektörde uygulanması. Tez çalışmasında elde edilen sonuçlar, öneriler ve sonuçlar, ekte verilen belgelerle teyit edilen ANPP "TEMP-AVIA" (Arzamas) işletmesinde uygulanmıştır.

İşin onaylanması. Tez ve bireysel bölümleri aşağıdaki konferans ve toplantılarda tartışıldı ve olumlu bir değerlendirme aldı:

Bölgesel bilimsel ve teknik konferansta "Fiziksel büyüklükleri ölçme yöntemleri ve araçları", Nizhny Novgorod, 1997, 1998, 2002, 2003
Tüm Rusya bilimsel konferanslarında "Makine ve alet yapımında ileri teknolojiler". 2002, 2003, 2004
NSTU'nun Arzamas şubesinin Havacılık Aletleri ve Cihazları Dairesi'nin 1998, 2000, 2001, 2002, 2003 ve 2004'teki genişletilmiş toplantısında.

Yayınlar. Araştırmanın sonuçlarına dayanarak, 13 makale ve dört buluş patenti dahil olmak üzere 17 makale yayınlandı.

İş yoğunluğu. Tez bir giriş, dört bölüm, bir sonuç, bir ek, bir referans listesi, kabul edilen atamaların bir listesinden oluşur ve 153 sayfa daktiloyla yazılmış metin içerir: çizimler - 39 (çizimler, diyagramlar, grafikler), tablolar - 15, liste referanslar - 83 başlık.

SAVUNMA İÇİN

1. Termal gerilimlerin etkisinden kompanzasyonlu yeni bir sarkaç duyarlı elemanın yapısal devresi ve matematiksel modeli.

2. İvmeölçer testine sahip orijinal mikrosistem kapasitif yer değiştirme dönüştürücüsü, aynı maliyetle daha küçük boyutlar.

3. Araştırma ve geliştirme aşamalarında bile parametrelerini değerlendirmeyi mümkün kılan bir mikrosistem ivmeölçerinin matematiksel modeli.

4. Doğrudan ölçüm ivmeölçerlerinin elektrostatik geri beslemeli bir kompanzasyon ivmeölçerininkine eşdeğer bir doğruluk elde etmesine izin veren, minimum ölçüm hataları kriterine göre bir mikrosistem ivmeölçerinin optimal parametrelerini seçme oranları.

5. Mikrosistem ivmeölçerlerinin statik ve dinamik özelliklerinin deneysel çalışmaları için tesislerin blok diyagramları ve deneysel çalışmaların sonuçları.

6. Teorik hesaplamalar için ilişkiler: elastik süspansiyonların rijitliği, gaz-dinamik sönümlemenin mutlak katsayıları, boyuna stabilite için elastik süspansiyonlar ve elektrik devre elemanları.

girişte seçilen konunun alaka düzeyi doğrulanır ve birincil bilgilerin entegre sensörlerinin mevcut durumunun analizine dayanarak, araştırmanın amacı ve hedefleri formüle edilir.

İlk bölüm Doktora tezi, özelliklerinin karşılaştırmalı bir analizinin yapıldığı mikrosistem ivmeölçerlerinin mevcut durumunun gözden geçirilmesine ayrılmıştır. Maksimum doğruluk elde edilmesi açısından hem yerli hem de yabancı çözümler düşünülmekte ve tasarımların olumlu ve olumsuz yönleri tespit edilmektedir. Analiz sonucunda lokal geri beslemeli mikrosistem ivmeölçer tercih edilmiştir.

İkinci bölüm soderhayatları bir mikromekanik algılama elemanının ve bir elektrik devresinin yapımı için teorik gerekçe. Sarkaç hareketli birimin serbestlik derecesi sayısı, çeşitli yönlerde elastik süspansiyonların rijitliğinin analizine dayanarak tahmin edilir. Analizden, sarkacın y eksenine göre açısal hareketinin (Şekil 1) ve x ve y eksenlerine göre doğrusal hareketin, katılıkları sonsuz büyük olduğu için mevcut olmadığı sonucuna varılır. Açısal sertliği x ve z eksenlerine göre karşılaştırarak, z eksenine göre açısal sertliğin x eksenine göre açısal sertliği bir faktör aştığı sonucuna varabiliriz. Sayısal olarak, bu, karşılaştırılan eksenler boyunca eşit kuvvetlerin etki ettiğini varsayarak, z eksenine göre sonsuz küçük açısal yer değiştirmeyi ihmal etmemize izin veren en az beş büyüklük sırasıdır.

Süspansiyonun z ekseninin pozitif ve negatif yönleri boyunca eksenel sertlikleri genellikle aynı değildir. Pozitif yönde süspansiyon gerilimde, negatif yönde ise sıkıştırmada çalışır. Bu durumda, negatif yönde büyük yüklerle, uzunlamasına stabilite için süspansiyonu kontrol etmek gerekir. Burada, genişlik ve kalınlıkta eğriliğe sahip süspansiyonlar için, minimum süspansiyon bölümündeki kısa bir bölümün sıkıştırmaya maruz kaldığı ve özelliklerini esneklik sınırları içinde tutarken süspansiyonun her zaman stabil olduğu belirtilmelidir.

Bu nedenle, entegre ivmeölçerin SE sarkaçının dikkate alınan tasarımı, tanıtılan varsayımlar altında, iki serbestlik derecesine sahiptir: x eksenine göre açısal yer değiştirme ve y ekseni boyunca doğrusal yer değiştirme. Buna göre, mikromekanik hareketli tertibat, dördüncü dereceden bir transfer fonksiyonuna sahiptir. Dinamiklerin analizi için ikinci türden Lagrange denklemi kullanıldığında, hareketli düğümün transfer fonksiyonu şu şekilde tanımlandı:

, (1)

burada transfer fonksiyonu katsayıları, hareketli düğümün parametreleri cinsinden ifade edilir:

(2)

sarkacın z ekseni etrafındaki atalet momenti nerede; m sarkacın kütlesidir; Kd ve Kdu - eksenel ve açısal mutlak sönümleme katsayıları; G ve Gu - elastik süspansiyonun eksenel ve açısal sertliği; lö - ağırlık merkezinden sarkacın dönüş eksenine olan mesafe.

Duyarlı elemanın statik karakteristiğinin dikliği, şu durumda (2) dikkate alınarak (1)'den belirlenir:

(3)

Sarkaç hareketlerini işlemek için özel bir elektrik dönüştürücü geliştirilmiştir. Aşağıdaki gereksinimler, dönüştürücünün geliştirilmesi için ilk ön koşullar olarak benimsenmiştir: 1 - tüm ölçüm aralığı boyunca statik özelliğin doğrusallığının sağlanması; 2 - dönüştürücüde, dönüştürücünün ölçüm elektrotları arasındaki boşluğu dolduran ortamın dielektrik sabitinin etkisi tamamen dışlanmalıdır; 3 - Dişli oranlarında dirençlerin değerleri oran şeklinde yer almalıdır; 4 - parametreleri değiştirirken minimum sıcaklık hatası; 5 - kapasitif köprüyü besleyen jeneratörün taşıyıcı frekansından çıkış sinyalinin yeterli filtrelenmesi; 6 - kapasitif köprünün hareketli ve sabit elektrotları arasındaki gerilimin hariç tutulması; 7 - dinamik olarak, yer değiştirme dönüştürücüsü, düşük geçiş filtresini hesaba katmadan, ataletsiz bir bağlantı olmalıdır; 8 - statik özelliğin dikliğinin ve dönüştürücünün sıfır sinyalinin besleme jeneratörünün frekansından bağımsızlığı ve güç kaynaklarının kararsızlığından kaynaklanan hataları en aza indirgeme.

Şekil 1'de gösterilen şema, en eksiksiz formüle edilmiş gereksinimleri karşılamaktadır. 2, bir. Devrede statik ve dinamik doğruluk açısından gerekli özellikleri elde etmek için belirli bir düğüm için çeşitli çözümler çalışılmış ve optimal olanlar seçilmiştir. Şema, yapısında şunları içerir: C1 - C2 ölçüm kapasitelerinin diferansiyel devresi; Kl1-Kl4 referans voltajlarını değiştirmek için cihaz; OU1 üzerinde yükseltici, senkron (demodülatör) dedektörü (Kl5 ve Kl8); Schmidt tetikleyici tipinin mantıksal bir elemanı üzerinde saat frekansı üreteci (Şekil 2, b); OU2'de referans voltaj kaynakları ve bir alçak geçiren filtre (LPF). Elektrik devresi aşağıdaki transfer fonksiyonu ile tanımlanır:

(4)

nerede - dönüştürücünün statik özelliğinin diklik katsayısı;

Filtre zaman sabiti;

Bir mikrosistem ivmeölçerinin tam transfer fonksiyonu, mekanik ve elektrikli parçaların transfer fonksiyonlarının ürününden oluşur:

(5)

Transfer fonksiyonu katsayıları, hareketli düğümün parametreleri aracılığıyla bulunur: .

Yerel birlik geri beslemeli bir mikrosistem ivmeölçerinin statik karakteristiğinin eğim katsayısı, transfer fonksiyonundan (5) aşağıdaki biçimde elde edilir:

Alternatif bir devre olarak, güç elektrostatik testine ve darbe genişlik modülasyonuna (PWM) sahip devreler geliştirilmiş ve incelenmiştir. Karşılaştırmadan sonra, Şek. 4'e göre şema tercih edildi. 2.

Çalışmada, taşıyıcı plakanın içten ve dıştan sabitlendiği SE'ler incelenmiştir. Vücuttan iletilen temas gerilmelerinin daha az etkilenmesi açısından tek noktadan iç sabitlemenin tercih edildiği çalışmalardan tespit edilmiştir.

Mikromekanik ivmeölçerlerin bir özelliği, bu cihazların hassas elemanlarının, aşağıdakileri belirleyen silikon teknolojisine dayalı malzemelerden ağırlıklı olarak üretilmesidir: ivmeölçerin küçük boyutları ve ağırlığı, grup üretim teknolojisini kullanma olasılığı ve sonuç olarak, düşük üretim maliyeti üretim, operasyonda yüksek güvenilirlik.

Mikromekanik ivmeölçerin ölçüm hatasına neden olan ana sebeplerden biri ortam sıcaklığındaki değişikliktir. Ortam sıcaklığı değişimi nedeniyle ek sıfır ofseti:

nerede k T - ivmeölçerlerin sıfırlarının kaymalarının termal kayması; ?T - test sırasında sıcaklık değişimi, T-sıcaklık değişim oranı; t test zamanıdır.

Ölçüm doğruluğunun sadece sistematik hata ile değil, aynı zamanda ölçüm gürültüsünün spektral bileşimi ile de sınırlı olduğu bilinmektedir. Örneğin MEMS sensörlerinin ölçümlerinde, ölçüm gürültüsünü renklendiren kırpışma gürültüsü vardır.

Titreme gürültüsü (aşırı gürültü) - spektral yoğunluğu sabit olan beyaz gürültünün aksine, güç spektral yoğunluğunun frekansa ters orantılı bağımlılığı ile karakterize edilen anormal dalgalanmalar. Titreşim gürültüsü, elektron tüp katotlarının termal emisyonunda "titreme etkisi" olarak adlandırılan yavaş bir kaotik değişiklik olarak keşfedildi. Daha sonra, birçok fizikokimyasal, biyolojik ve hatta sosyal sistemde aynı özelliklere sahip dalgalanmalar keşfedildi. Halihazırda, "titreşim gürültüsü" terimi, daha az uygun ancak daha yeterli olan "1/f gürültü" terimi ile birlikte "makro dalgalanmalar" terimi, karmaşık sistemlerdeki anormal dalgalanmaları belirtmek için kullanılmaktadır. Titreşim gürültüsünün bir varyasyonu, yarı iletkenlerde gözlemlenen darbeli (patlayıcı) gürültüdür - seviye değişiklikleri arasında rastgele dağıtılmış zaman aralıkları ile sinyal seviyesindeki adım değişiklikleri. Güç spektral yoğunluğu azalan frekansla artar, ortalama alarak doğruluğu artırma yeteneğini sınırlar ve hatanın rastgele bileşeninin sıfıra indirilmesine izin vermez. Ek olarak, dijital sensörlerde, beyaz gürültüye renk veren saat üretecinin frekansı ile her zaman parazit vardır.

Jiroskoplar gibi ivmeölçerler, sapma ve ofset sapmalarından, yanlış hizalama hatalarından, sıcaklık ve ivme sapmalarından, doğrusal olmama (VRE hatası olarak adlandırılır) ve hassasiyet sapmalarından muzdariptir. İvmeölçerlerin karşılaştırmalı analizleri için en önemli özellikleri kayma ve kaymalar, denge kararsızlığı ve gürültüdür. Duyarlılık kayması, VRE ve diğer parametreler de dikkate alınabilir.

Çift entegrasyon ivmesinin yokluğunda ivmeölçerin herhangi bir yer değiştirmesi, entegrasyon süresiyle orantılı bir hız hatasına ve zamanla kuadratik olarak artan hesaplanan konumda bir hataya neden olur. Kontrolsüz bir sıfır kaydırma, ivme vektörünün gerçek yönüne göre kaymasına neden olur ve bu sadece doğrusal ivme sensörleri için değil, aynı zamanda ivmeölçerin toplam çıkışından çıkarılması gereken yerçekimi ivmesi için de geçerlidir. Ataletsel navigasyon sistemlerinde, ivmeölçer ofsetinin kayması, hız ve konumun hesaplanmasındaki hataya önemli bir katkı sağlar. Yönlendirmeyi ölçerken, en önemlileri boyuna ve enine yönlerdeki eğim hesaplamalarındaki açısal hatalardır.

Sensör önyargı kararsızlığı, ortalama değerler olarak belirli bir zaman aralığında hesaplanan önyargının rastgele bir varyasyonudur. Bu parametre, sabit bir sensör için Allan yöntemi kullanılarak hesaplanır. Ortalama alma süresi arttıkça çıkış gürültüsü azalır ve eğim minimum noktaya ulaşır ve ardından tekrar artar. Allan eğrisindeki minimum nokta, ivmeölçer spesifikasyonlarında mg veya µg olarak verilen yer değiştirme kararsızlığıdır. Bu parametrenin değeri ne kadar düşükse hız, konum ve oryantasyonun hesaplanmasındaki hata o kadar küçük olur. Çoğu spesifikasyonda ivmeölçer sapması kararsızlığı, üreticiler tarafından laboratuvar koşullarında (20°C'de ve mekanik stres olmadan) elde edilen en iyi performans olarak tanımlanır. Gerçek koşullarda ofset kararlılığı, dış faktörler - sıcaklık, şok, titreşim, yaşlanma - telafi edildikten sonra kalan ofset hatasının maksimum kaymasıdır.

Yukarıda belirtildiği gibi, MEMS iki türe ayrılır: sensörler ve aktüatörler. En çok kullanılan sensör türlerinden biri, sırasıyla ivmeölçerlere (hızlanma sensörleri) ve jiroskoplara (dönme sensörleri) ayrılan hareket sensörleridir. Günümüzde bu cihazların kullanımı çok geniştir: telefonlar, iletişim cihazları, oyun konsolları, kameralar ve dizüstü bilgisayarlar giderek bu tür sensörlerle donatılmaktadır. Cep telefonlarında ve video set üstü kutularda, kullanıcı hareketlerine duyarlılık esas olarak eğlence amaçlı kullanılmaktadır. Ancak taşınabilir bilgisayarlarda ivmeölçerler çok yararlı bir işlev görürler: Darbe nedeniyle sabit sürücünün hasar görebileceği anı yakalar ve disk kafalarını park ederler. Fotoğrafçılıkta, hareket sensörlerinin kullanımı daha az alakalı değildir - esasında dürüst görüntü sabitleme sistemleri çalışır.

Otomobil üreticileri (kitlesel endüstrilerden bu tür bir cihazı ilk test edenler), örneğin hava yastıkları ve kilitlenme önleyici fren sistemlerinde, hareket sensörlerini on yıllardır aktif olarak kullanıyorlar. Bu nedenle, ilgili yongalar uzun süredir geliştirildi, bir dizi büyük ve nispeten küçük şirket tarafından üretildi ve fiyatların uzun ve güvenilir bir şekilde minimuma indirildiği miktarlarda üretildi. Tipik bir MEMS ivmeölçer bugün parça başına birkaç dolara mal oluyor.

İvme varlığında ağırlık ivmeölçerin sabit kısmına göre yer değiştirir. Ağırlığa takılan kapasitör plakası, sabit kısımdaki plakaya göre yer değiştirir. Kapasitans, sabit bir şarjla değişir, voltaj değişir - bu değişiklik ölçülebilir ve ağırlığın yer değiştirmesi hesaplanabilir. Kütle ve süspansiyon parametrelerini bilerek, istenen ivmeyi bulmak kolaydır. Uygulamada, MEMS ivmeölçerler, bileşenleri - ağırlık, süspansiyon, kasa ve kapasitör plakalarını birbirinden ayırmak o kadar kolay olmayacak şekilde tasarlanmıştır. Aslında, MEMS'in zarafeti, çoğu durumda birkaç öğeyi tek bir ayrıntıda birleştirmenin mümkün (veya daha doğrusu basitçe gerekli) olması gerçeğinde yatmaktadır.

Mimari açısından, bir MEMS cihazı, birbiriyle etkileşime giren birkaç mekanik bileşenden ve bu bileşenlerden alınan verileri işleyen bir mikroişlemciden oluşur.

MEMS üretim teknolojileri ile ilgili olarak, burada birkaç ana yaklaşım kullanılmaktadır. Bunlar, hacimsel mikro işleme, yüzey mikro işleme, LIGA teknolojisi (Litographie, Galvanoformung ve Abformung) - litografi, elektrokaplama, kalıplama) ve derin reaktif iyon aşındırmadır. Hacimsel işleme, MEMS üretmenin en uygun maliyetli yolu olarak kabul edilir. Özü, malzemenin gereksiz kısımlarının silikon gofretten kimyasal aşındırma ile çıkarılması ve bunun sonucunda gofret üzerinde sadece gerekli mekanizmaların kalması gerçeğinde yatmaktadır. Derin reaktif iyon aşındırma, kimyasal aşındırma yerine mekanizmalar oluşturmak için plazma aşındırma kullanılması dışında, toplu mikro işleme sürecini neredeyse tamamen tekrarlar. Bu iki işlemin tam tersi, gerekli mekanizmaların sırayla ince filmler uygulanarak bir silikon gofret üzerinde "yetiştirildiği" yüzey mikro işleme işlemidir. Son olarak, LIGA teknolojisi, X-ışını litografi yöntemlerini kullanır ve yüksekliği genişlikten çok daha büyük olan mekanizmalar oluşturmanıza olanak tanır.

Mühür