Принцип работы кольцевого резонатора (МЭМС-гироскоп) основан на инерционных свойствах стоячей волны, возбуждаемой в таком резонаторе. Другими словами волна, созданная колебаниями резонатора, стремится сохранить неизменным свою ориентацию в пространстве (при вращении вокруг измерительной оси датчика). При подвешивании резонатора в упругом подвесе можно измерить угол отклонения волны относительно основания подвеса и вычислить величину угловой скорости вращения датчика.
Для возбуждения колебаний в резонаторе применяется система проводников, расположенных на резонаторе. Пара противоположных проводников при пропускании через них тока (или при приложении к ним электрического напряжения) воздействует на резонатор, сжимая его. Переменное воздействие на резонансной частоте кольца позволяет сформировать колебания резонатора с максимально возможной для данной конструкции амплитудой.
Амплитуда и частота
Вторая пара проводников деформируясь при колебаниях МЭМС-гироскопа, позволяет измерить амплитуду колебаний и ориентацию волны в резонаторе. Амплитуда и частота колебаний резонатора контролируются с помощью прецизионной электронной схемы с контуром обратной связи. Частота колебаний подстраивается непрерывно так, чтобы совпадать с резонансной частотой кольца. Для этого применяется генератор с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ).
Амплитуда колебаний резонатора поддерживается на постоянном уровне с помощью контура ПИД-регулятора. Резонансная частота кольца (более 10кГц) подобрана таким образом, чтобы эффективно защищать колебания резонатора от возмущений внешними механическими воздействующими факторами (например вибрацией), что позволяет повысить стойкость датчика.
Наши МЭМС-гироскопы в ТГ-100
При вращении основания резонатора вокруг измерительной оси силы Кориолиса воздействует на кольцо, вызывая поворот картины колебаний (волны) на угол, пропорциональный величине угловой скорости вращения. В датчиках серии ТГ-100 электроника компенсирует этот поворот картины колебаний резонатора для улучшения чувствительности и повышения стабильности параметров.
МЭМС-гироскоп у датчиков угловой скорости ТГ-100 имеет дополнительное отличие – больший диаметр кольцевого резонатора, магнитоэлектрическая система съема возбуждения колебаний резонатора и индукционная система съема колебаний. Это позволяет увеличить соотношения сигнал/шум (уменьшить величину ARW) и улучшить стабильность смещения нуля ценой увеличения габаритных размеров.
Для возбуждения колебаний резонатора в ДУС серии ТГ используются пьезоэлектрический эффект или магнитоэлектрическая система съема возбуждения колебаний резонатора и индукционная система съема колебаний.
