Двухосевой твердотельный микрогироскоп на поверхностных акустических волнах*

Статья посвящена разработке двухосевого твердотельного микрогироскопа (ТМГ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Предлагаемый гироскоп относится к классу недорогих чувствительных элементов, обладающих высокой устойчивостью к действию перегрузок на длительном интервале времени. Данное преимущество делает приоритетным использование ТМГ на ПАВ в системах навигации и управления объектами, функционирующими в условиях действия перегрузок, достигающих 65 000 g. На сегодняшний день известен целый ряд принципов построения ТМГ на ПАВ: ТМГ на стоячих ПАВ и ТМГ на бегущих ПАВ. В статье исследуется первый тип гироскопов. Общим недостатком существующих ТМГ на стоячих ПАВ является возможность их использования для измерения угловой скорости только относительно одной оси. В связи с этим в статье предложена оригинальная схема двухосевого ТМГ на стоячих ПАВ. Ее применение потребовало исследования влияния вращения основания на параметры упругих волн, распространяющихся в конструкции из слоя на подложке и построения моделей падающих и отраженных волн. Приведены результаты численного моделирования, показывающие влияние вращения основания на комплексные коэффициенты отражения объемных волн от слоя на подложке, фазовую скорость и частоту, а также амплитуду колебаний частиц, участвующих в переносе ПАВ, и форму эллиптической траектории движения частиц. Дан сравнительный анализ ТМГ на ПАВ с существующими микромеханическими гироскопами и рассмотрены основные технологические процессы производства ТМГ на ПАВ.

1. Пешехонов В. Г. Проблемы и перспективы современной гироскопии // Изв. ВУЗ. Приборостроение. 2000. Т. 43, № 1—2. С. 49—55.

2. Волынцев А. А., Дудко Л. А., Казаков Б. А., Козлов В. В. и др. Опыт создания высокоточных поплавковых гироприборов, применяемых в системах угловой ориентации и стабилизации космических аппаратов и станций // Гироскопия и навигация. 2004. № 1 (44). С. 45—57.

3. Доронин В. П., Мезенцев А. П., Новиков Л. З., Решетников В. И. и др. Гироскопические чувствительные элементы для систем управления ориентацией и стабилизации орбитальных космических аппаратов // VIII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб.: ЦНИИ "Электроприбор". 2001. С. 17—29.

4. Barbour N., Anderson R., Connelly J., Hanson D., Kourepenis A., Sitomer J., Ward P. Inertial MEMS System Applications // RTO lecture series 232. 2004. Preprints.

5. Coskren D., Easterly T., PolutchkoR. Low-Cost GPS/INS Guidance for Navy Munitions Launches, GPS World, Vol 16, Issue 9, September 2005.

6. Гришин Ю. Пути совершенствования артиллерийского вооружения основных боевых кораблей ВМС США // Зарубежное военное обозрение. 2011. № 4. С. 78—83.

7. Русинов В. Артиллерийские боеприпасы повышенной точности: история, состояние, развитие // Зарубежное военное обозрение. 2012. № 6. С. 48—53.

8. Русинов В. Артиллерийские боеприпасы повышенной точности: история, состояние, развитие // Зарубежное военное обозрение. 2012. № 7. С. 44—50.

9. Ильин С. Управляемое авиационное оружие малого калибра // Зарубежное военное обозрение. 2012. № 12. С. 59—64.

10. Калиничев Б. Основные направления развития за рубежом реактивных систем залпового огня // Зарубежное военное обозрение. 2015. № 11. С. 51—59.

11. Распопов В. Я. Микромеханические приборы. Тула: Изд. Тул. гос. университета, 2002. 389 с.

12. Лукьянов Д. П., Филатов Ю. В., Шевченко С. В., Шевелько М. М. и др. Современное состояние и перспективы развития твердотельных микрогироскопов на поверхностных акустических волнах // Гироскопия и навигация. 2011. № 3(74). С. 75—87.

13. Kurosawa M., Fukuda Y., Takasaki M., Higuchi T. A surface-acoustic-wave gyro sensor // Sensors Actuators, vol. A66, no. 1, pp. 33—39, 1998.

14. Патент № 2543706, Россия, 2015. Микроакустомеханический гироскоп / Вахтин Ю. В., Мирошниченко И. П., Сизов В. П., Погорелов В. А.

15. Patent № 6516665 B1, US, 2003. Micro-electro-mechanical gyroscope / V. K. Varadan, P. B. Xavier, W. D. Suh, J. S. Kollakompil et al.

16. Новацкий В. Теория упругости. М.: Мир, 1975. 872 с.

17. Сизов В. П., Погорелов В. А., Вахтин Ю. В. Влияние вращения на параметры упругих волн, распространяющихся в подложке твердотельного гироскопа на акустических волнах // Гироскопия и навигация. 2015. № 4(91). С. 77—90.

18. Шутилов В. А. Основы физики ультразвука. Л.: Издательство Ленинградского университета, 1980. 280 с.

19. Wang W., Oh H., Lee K., Yoon S., Yang S. Enhanced Sensitivity of Novel Surface Acoustic Wave Microelectromechanical System-Interdigital Transducer Gyroscope // JJAP. 2009. № 48.

20. Лукьянов Д. П., Распопов В. Я., Филатов Ю. В. Прикладная теория гироскопов. СПб.: ГНЦ РФ ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор", 2015. 316 с.