Din mecanică se știe că orientarea lor în spațiu, conform legii inerției, tinde să păstreze nu numai corpurile care se rotesc, ci și sistemele în care apar oscilații mecanice. La școală, de obicei, ni se spune despre pendulul lui Foucault, care, menținând orientarea planului oscilațiilor sale în spațiu, ne permite să vedem vizual rotația planetei noastre în jurul axei sale. Utilizarea giroscoapelor non-rotaționale, respectiv a vibrațiilor sau vibrațiilor sa dovedit a fi mult mai promițătoare în tranziția la giroscoape și accelerometre micromecanice. La urma urmei, cu ajutorul MCT, este mult mai ușor să faci componente care vibrează cu o frecvență mai mare decât rotoarele și rulmenții de susținere care se rotesc rapid pe axa lor.
Au fost propuse și investigate zeci de modele diferite de giroscoape micromecanice - accelerometre. și continuă procesul de îmbunătățire a acestora. Descriim aici doar principiile generale ale muncii lor. Toți folosesc fenomenul bine cunoscut al apariției forțelor Coriolis și accelerațiilor. Acest om de știință francez a arătat că un corp care se mișcă cu viteză într-un sistem de coordonate care se rotește cu o viteză unghiulară vectorică are o accelerație suplimentară egală cu produsul vectorial
și anume direcționate ortogonal către planul construit pe vectorii u. Ne amintim că vectorul de viteză unghiulară este egal cu mărimea vitezei unghiulare și este direcționat de-a lungul axei de rotație în direcția avansului vârfului șurubului drept.
În Fig. 4.6 este prezentată gravat în placa de masă inerțială de siliciu 1, unite printr-o pânze subțiri elastice (pandantive) 2, cu cristal de siliciu primar 3. Prin intermediul, de exemplu, variind periodic forțe electrostatice pot determina masa inerțială sa oscileze pe umerașe 1 2 în direcția axei. Axa care trece prin suspensie, numita axa principală a senzorului.
Fig. 4.6. Pentru explicarea principiului acțiunii giroscoapelor micromecanice-accelerometre: OXYZ - sistemul de coordonate al senzorului; OY - axa principală a giroscopului; v este vectorul vitezei oscilațiilor pendulului; Omega este vectorul de viteză unghiulară; a este accelerarea Coriolis
Dacă un obiect pe care senzorul începe să se rotească în jurul acestei axe centrale, inerția în sistem apar forța Coriolis care va da inerțial accelerația masei 1 Coriolis direcționată de-a lungul axei. Deoarece viteza de mișcare a masei inerțială 1 în timpul oscilației variază sinusoidal, apoi accelerare a lungul axei va varia, de asemenea, sinuos, la aceeași frecvență. Prin urmare, masa inerțială 1 începe să oscileze în direcția acestei axe, de asemenea. Amplitudinea oscilațiilor este proporțională cu amplitudinea vitezei unghiulare. Prin urmare, măsurarea acesteia, se poate calcula viteza de rotație a obiectului. Și apoi, folosind conceptul de „platformă inerțială virtuală“, putem calcula orientarea actuală a obiectului în raport cu originea sau orice alt sistem de coordonate fix.
Structura micromecanică prezentată în Fig. 4.6, este, de asemenea, potrivit pentru măsurarea simultană a accelerației liniare a unui obiect de-a lungul axei. Într-adevăr, accelerația liniară duce la o anumită deplasare a masei inerțiale 1 de-a lungul acestei axe în același mod ca și în construcția unui accelerometru capacitiv. prezentat în Fig. 4.2. Prin măsurarea acestei deplasări se poate determina și accelerația liniară.
Masa inertă 1 din structura micromecanică prezentată în Fig. 4.6, puteți forța să oscilați în direcția axei. Apoi rotirea obiectului în jurul axei principale a senzorului va duce la oscilații în direcția axei. Prin măsurarea amplitudinii lor, puteți determina viteza de rotație. Simultan, prin măsurarea deplasării punctului central al oscilațiilor în direcția axei, este posibil să se calculeze componenta de accelerație liniară direcționată de-a lungul acestei axe.
Giroscoape micromecanice-accelerometre. care lucrează cu aplicarea acestor principii, sunt deja fabricate industrial sub formă de mici circuite integrate. dezavantajul principal este scăzută direcția de stabilitate vremennaya a axei principale giroscop - ordinea de câteva grade pe oră. Prin urmare, producătorii indică faptul că stabilitatea lor nu mai este la fel ca în giroscoapele clasice. dar în / s. În același timp, aceste giroscoape de accelerometru au, de asemenea, avantaje foarte importante: un preț relativ scăzut; dimensiuni mici și greutate (6 x 6 mm, 0,5 g). Fiabilitatea lor ridicată este caracterizată de valori de probabilitate a defecțiunilor mai mici de 10-6. Durata de viață garantată este de 15 ani. Ei consumă energie neglijabil, au o rezistență ridicată la vibrații și șocuri (în sus!), Ceea ce este foarte important în sistemele dinamice de transport și. Și cu stabilitatea temporală ridicată nu este suficient, așa cum sa dovedit, este posibil să se lupte cu succes în ceea ce privește aplicațiile de pe Pământ și în apropierea Pământului, unde forța de gravitație întotdeauna acte îndreptate spre centrul Pământului. În zonele relativ liniștite sau la intervale de trafic, chiar și adânc sub pământ sau sub apă, puteți determina întotdeauna direcția accelerației gravitației terestre și în funcție de aceste date suficiente tocmai pentru a corecta automat orientarea direcției „platformei inerțială virtuale.“ Corecția sa poate fi efectuată și în conformitate cu datele sistemelor de navigație GPS discutate mai sus. Acest lucru se realizează în senzori inteligenți de navigație.
De exemplu, Draper Laboratorul american foloseste micromecanică giroscop-accelerometru cu un microprocesor în complexul său astroinertial (inerțială Stellar Compass - ISC), destinat pentru telescop vizare automat montat pe un satelit artificial al Pământului, la datele de stele, și pentru stabilizarea pe termen lung a situației acestor stele în câmpul vizual al telescopului .
Firma Robert Bosch GmbH a dezvoltat senzori bazați pe ele pentru a reacționa rapid la pericolul răsturnării sau răsucirii mașinii în jurul unei axe verticale, pentru a se stabiliza imediat automat în mod electronic. Există multe alte aplicații.
Trimiteți-le prietenilor: