CC BY
453
УДК 531.383
АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИНДИКАТОРНЫХ ГИРОСКОПИЧЕСКИХ СТАБИЛИЗАТОРОВ
М.Н. Королёв, Д.М. Малютин
Рассмотрены основные характеристики чувствительных элементов, классифицированных по различным физическим принципам как отечественных, так и зарубежных производителей. Отмечены основные области их применения, перспективы развития, а также основные достоинства и недостатки чувствительных элементов. Приводятся характеристики датчиков угловой скорости, которые позволяют осуществить обоснованный выбор датчика в зависимости от решаемой задачи.
Ключевые слова: датчик угловой скорости чувствительный элемент, микромеханический гироскоп, лазерный гироскоп, волоконно-оптический гироскоп, твердотельный волновой гироскоп.
Введение. Гироскопический датчик угловой скорости (ДУС) измеряет частоту вращения тела. В простейшем случае, ДУС - это двухстепенной гироскоп. В настоящее время наиболее совершенными ДУС являются приборы, созданные на новых физических принципах (динамически настраиваемые гироскопы (ДНГ), волоконно-оптические гироскопы (ВОГ), лазерные гироскопы (ЛГ), микромеханические гироскопы (ММГ), твердотельные волновые гироскопы (ТВГ) и т.д.). Выходной характеристикой ДУС является напряжение или частота переменного тока, пропорциональные угловой скорости.
Основной показатель точности ДУС - погрешность измерения угловой скорости, причины которой могут быть различны - технологические, конструктивные, эксплуатационные, температурные и др.
Цель статьи заключается в сравнительном анализе зарубежных и отечественных разработок различных типов ДУС. Далее рассматриваются сравнительные характеристики ДУС, основанные на новых физических принципах.
Микромеханические гироскопы. ММГ относятся к вибрационному классу ДУС. В ММГ энергия вынужденных первичных колебаний инерционной массы на упругом подвесе (резонаторе) при появлении переносной угловой скорости преобразуется в энергию вторичных колебаний, которые содержат информацию об измеряемой угловой скорости. Это преобразование осуществляется вследствие воздействия на резонатор сил (или моментов) инерции Кориолиса при вращении резонатора с переносной угловой скоростью, вектор которой перпендикулярен вектору количества движения или момента количества движения (кинетического момента) соответственно для поступательных или вращательных первичных колебаний инерционной массы [1, 2].
В табл. 1 приведены различные модификации ММГ отечественных и зарубежных производителей, а на рис. 1 показаны непосредственно сами чувствительные элементы [12-23].
Таблица 1
Модификации ММГ различных производителей_
Производитель Модификация Габариты, мм; масса, г Напряжение питания, В Диапазон измерения угловой скорости, °/с Диапазон рабочих температур, 0С Характеристика точности Время готовности, с
Дрейф нуля, °/ч Плотность шума, 0/с/у[Гц
Sensor Technologies (Норвегия) STIM202 38,6x44,8x20; 55 4,5 ± 400 -40... +85 0,5 - 10
InvenSense (США) IMU-3000 4x4x0,9; 3,6 ± 2000 -40. +85 - 0,02 -
MPU-300 4x4x0,9; 3,46 ± 450 -40. +105 15 - -
Murata (Япония) SCR1100-D02 8,5x18,7x4,5; 5,25 ± 100 -40. +125 1 0,005 0,8
STMicroelectron-ics (Швейцария) L3GD20H 3x3x1; 3,6 ± 2000 -40. +85 - 0,011 -
Analog Devices (США) ADXRS645 32,32x32,38; 5,25 ± 2000 -55. +175 - 0,25 -
Silicon Sensing (Великобритания) CRS03 29x29x18,4; 5,25 ± 100 -40. +85 10 - 0,2
0HR200 6,3x5,5x2,7; 3,6 ± 1000 -40. +85 - 0,018 -
ОАО Концерн «ЦНИИ Электро- прибор» (Россия) ММГ-ЭП1 19,6x11,5x3,2; 5 ± 450 -55. +85 10 0,01 -
ММГ-ЭПТРОН 23,3x1,5x2; 5 ± 100 -40. +85 10 - 1,5-
ООО «Лаборатория микроприборов» (Россия) ММГК 59x48,5x33; 5,5 ± 100 -40. +85 10 - 0,7
Tronics microsystems (Франция) GYPR03300 19,6x11,5x3,7; 2 5,25 ± 838 -55. +100 0,8 - -
АО «Гироопти-ка» (Россия) 803МСУ-1 - - ± 150 -60. +85 - 0,1 -
Systron Donner (США) SDD3000-A01 78x83x25; 16 ± 100 -2. +85 0,5 - 1,5
ФНПЦ РПКБ (Россия) ММГ-1 35x35x30; 40 - ± 100 -40. +85 - - -
Патенты на различные технические изобретения в области разработок ММГ получены такими фирмами, как АО «Концерн ЦННИИ «Электроприбор» , ООО «Лаборатория микроприборов», ОАО АНПП «ТЕМП-АВИА», ОАО «ГИРООПТИКА», ООО «ЛМС» (все - Россия); «Draper Laboratory Inc», «InvenSense», «Systron Donner», «Kionix» (все - США); «Mu-rata» (Япония); «SensoNor» «Sensor Technologies» (все - Норвегия); Tronics microsystems (Франция); Silicon Sensing (Великобритания) и др.
и к я м
Рис. 1. МЕМ8-гироскопы: а -$Т1М202; б -1Ми-3000; в -МРи-300;
г - 8СК1100-В02; д -Ь3СВ20И; е - ЛВХЯ8645; ж - СЯ803; з - ММГ-ЭП1; и - ММГ-ЭПТРОН; к - вУРЯ03300; л - 8ВВ3000-Л01;
м - ММГ-1
Анализ табл. 1 показывает, что разработки отечественных ММГ постепенно выходят на мировой уровень, несмотря на то, что начаты с значительным отставанием.
Среди литературы, посвященной ММГ, следует отметить книгу В. Я. Распопова [1], в которой представлено не только принцип работы микромеханических приборов, но и их основы проектирования, а также принцип выбора их динамических характеристик.
Среди достоинств ММГ следует отметить прежде всего малые мас-согабаритные характеристики; низкое энергопотребление; высокая автоматизация производства и низкие затраты, в т.ч. высокая технологичность; высокие надежность и стойкость к внешним воздействиям; малое время
32
готовности; низкая стоимость. Но при этом ММГ обладают следующими недостатками: низкая точность (по сравнению с другими типами гироскопов); чувствительность к линейным ускорениям (один из главных недостатков); обязательное использование резонансного режима работы; необходимость подключения дополнительных корректирующих устройств; низкая стабильность нуля; температурный гистерезис нуля; погрешности из-за вибраций; низкая стабильность систематического дрейфа.
Несмотря на перечисленные недостатки, ММГ широко применяются и в промышленности (измерительное оборудование, автомобильные системы стабилизации, системы стабилизации камер, геодезические системы, контроль рельсового пути, робототехника и др.). ММГ применяют также в качестве чувствительного элемента (ЧЭ) в индикаторных гиростабилиза-торах. Для авиационных и корабельных систем рассмотренные погрешности ММГ неприемлемы. Однако сегодняшний недостаток ММГ можно скомпенсировать, применяя интеграцию микрогироскопов с приёмниками глобальных спутниковых навигационных систем [2].
Динамически настраиваемые гироскопы. ДНГ - трехстепенной гироскоп с внутренним упругим кардановым подвесом. ДНГ имеет две входные оси, которые взаимно ортогональны и лежат в плоскости, перпендикулярной оси вращения гироскопа (рис. 2). Специфической особенностью ДНГ является возможность точной и стабильной компенсации угловой жесткости упругих элементов подвеса инерционным моментом кольца при отклонении ротора относительно оси приводного вала. Точная компенсация обеспечивается при выполнении так называемого условия динамической настройки [3].
Наружные торсионы
Датчики момента
Двигатель с валом
Внутренние торсионы
Датчики угла
Ротор
Рис. 2. ДНГ с внутренним кардановым подвесом
33
В табл. 2 приведены основные характеристики ДНГ различных производителей, а на рис. 3 некоторые модификации ДНГ [24 - 28].
Таблица 2
Сведения^ о ДН1 отечественных ii зарубежных производителей
Производитель Модификация Габариты, мм; масса, г Напряжение питания Диапазон измерения угловой скорости, о/с Диапазон рабочих температур, 0С Случайный дрейф, о/ч Дрейф, не зависящий от ускорения, о/ч Время готовности, с
МГ-4 46X42X42; 200 15 В, 360 Гц ±60 -60... +60 0,2 25 -
ГВК-б-1 54x53,4x44, 4; 270 18 В, 480 Гц - - 0,01 3 10 мин.
ГВК-10 58,5x56x63; 460 18 В ±50 -60. +75 0,03 25 -
АО «Инерциаль-ные технологии» ГВК-1б 032x31,5; 85 18 В, 480 Гц ±200 -60. +75 0,1-1 50 -
(Россия) ГВК-17 039x32x33; 125 18 В, 480 Гц ±120 -60. +75 0,05-2 25 -
ГВК-18 54x45; 270 18 В, 480 Гц - -60. +75 0,01 3 8 мин.
гдн-1 27x38,8; 105 18 В, 480 Гц ±200 -60. +75 0,1-0,5 50 -
КИНД 05-081 27x35; 80 - ±150 -60. +60 0,08 45 -
Condor Pacific Industries (США) TG- 400 - - ±60 -40... +120 0,1 - -
TG- 108 - - ±120 -54. +100 0,5 40 -
Innalabs (Ирландия) INN-102 055x80; 700 15 В ±60 -40... +65 0,03 15 -
Ericco international limited (Япония) ER-Еб 035,4x78; 380 10 В, 205 Гц ±100 -20... +120 0,1 15 10 с
Northrop Grumman (США) G- 2000 07x15; 25 - ±200 -54. +100 0,02 - 3 с
NS-DTG1 022x22; 45 3,5 В, 8 кГц - -55. +85 0,05 100 -
North-Star (Китай) NS-DTG2 30x30; 130 12 В, 400 Гц ±200 -10. +100 0,3 20 10 с
NS-DTG3 055x82; 700 20 В, 500 Гц - -40. +65 0,024 - -
Патентообладателями в области ДНГ являются следующие предприятия: ОАО АНПП «ТЕМП-АВИА», ОАО «АПЗ», ОАО «АНПП», ОАО «РПЗ», ОАО «Пермская научно-производительская приборостроительная
34
компания», ФГУП НИИ Прикладной механики им. академика В. А. Кузнецова, Миасский электромеханический научно-исследовательский институт Научно-производственного объединения электромеханики, ФГУП «ЦНИИ «Электроприбор». Основные вопросы посвящены, прежде всего, повышению точности ДНГ, повышению стабильности в работе упругого подвеса ДНГ, определению параметров ДНГ, определению постоянной времени ДНГ, повышению стабильности настройки, снижению случайной составляющей дрейфа, снижению потерь энергии магнитной системы ДНГ и др.
ж з и
Рис. 3. Различные модификации ДНГ: а - МГ-4; б - ГВК-6-1;
в - ГВК-16; г - ГВК-17; д - ГВК-18 ; е - ГДН-1; ж - Тв400;
з - Тв-108; и - ЕЯ-Е6
Из литературы, посвященной ДНГ, следует отметить книгу Л. И. Брозгуля [6], где рассматривается механика ДНГ с вращающимся и невращающимся упругими подвесами ротора, а также книгу Д.С. Пельпора [7], в которой рассматриваются вопросы теории, конструктивные схемы ДНГ, методики испытаний и применения их.
ДНГ обладает следующими достоинствами: высокие точностные характеристики (по сравнению, например, с ММГ), технологичность конструкции, малое число функциональных элементов и, следовательно, большой ресурс и повышенную надежность (ресурс ДНГ составляет, порядка десятки тысяч часов), возможность функционирования в широком
35
диапазоне температур и перегрузок при малом времени готовности (от 3 с), малую потребляемую мощность, рациональное использование внутреннего объема (благодаря наличию внутреннего карданова подвеса), обеспечивающее малые габаритные размеры и массу ДНГ, большое расстояние между приводом и чувствительным элементом - ротором, а следовательно, малое влияние тепловыделения в приводе на точность ДНГ, относительно невысокая стоимость.
Среди недостатков ДНГ следует отметить меньшие ударостойкость и вибропрочность (по сравнению, например, с ЛГ или ВОГ), вариативность вида передаточной функции ДНГ на низких частотах при изменении условий функционирования, что затрудняет построение контуров стабилизации прибора, низкая помехозащищенность усилительно преобразующего тракта в контурах стабилизации в результате наличия в выходном сигнале ДНГ квадратурных составляющих [4].
ДНГ широко применяют в качестве ЧЭ в курсовертикалей и гиро-стабилизаторов различного назначения, в авиации, наземной спецтехнике, автомобилестроении, в добывающей промышленности (например, в инструментах для геологической разведки скважин), в инклинометрии и др.
Лазерные гироскопы. Лазерный гироскоп представляет собой оптический квантовый генератор с кольцевым резонатором. В данном приборе носителем информации об угловой скорости является один из параметров световой волны, бегущей по замкнутому контуру (рис. 4).
Рис. 4. Принцип действия гироскопа
Вопросы технологии производства ЛГ (начиная с 70-х годов), современное состояние в области развития не только отечественных, но и зарубежных гироскопов подробно представлены в статье [5].
Далее рассмотрены сравнительные данные некоторых модификаций ЛГ (табл. 3) и представлен их вид (рис. 5) [27, 29-33].
36
Таблица 3
Сравнительные данные некоторых типов ЛГ__
Производитель Модификация Габариты, см; масса, кг Мощность, Вт Диапазон измерения угловой скорости, °/с Стабильность сдвига нуля, °/ч Случайный дрейф, "/ч Рабочий диапазон температур, 0С Масштабный коэффициент (МК), ' Чимп Стабильность МК
НПК «Электрооптика» (Россия) ГЛ-1 0 20,6x10; 4 24 В, 0,6 А ±360 0,07 0,003 -40... +70 1,3 10 -5
ГЛ-2 15,4x11,6x9; 2 30 В, 0,6 А ±500 0,01 0,005 -40. +70 2,24 10 -6
НИИ «Полюс» (Россия) МТ-401М Э 0 18x14; 5,5 68 ±600 0,5-1 - -55. +65 3,33 -
МТ- 300 16,4x11; 3,7 30 ±1000 0,2-2 - -55. +65 4,5 -
ОАО МИЭА (Россия) ЛГ-2 14,5x13x4,7; 1,8 - - 0,1 0,1 - 2,2 10 -5
ОАО «ТЕМП-АВИА» ЛГ-2 1,5 кг 10 ±200 0,4 0,02 -40. +60 - 7 10-5
ОАО «РПЗ» (Россия) ГЛ-1 0 20,6x10,5; 4 кг - ±90 0,05 - - - 5 10-5
ЛЧЭ 0 17,6x16,6; - ±400 0,1 - - - 5 10-5
Honeywell (США) GG- 1342 15,7x14,7x5; 1,9 - ±800 0,007 0,003 - 2 5 10-5
GG- 1320 0 8x4,5; 0,454 1,6 ±500 0,002 0,0018 -54. +85 4 110 -5
GG- 1308 0,2 - ±1000 1 0,1 - 9 1,5 10-4
Northrop Grumman (США) LG- 2728 14x17,7x5; 1,5 - ±400 0,005 0,003 - 1,8 5 • 10 -6
LG- 2717 14x11x6,54 - ±800 0,02 0,015 - 3 5 10-5
ZLG - - ±400 0,003 0,0015 - 0,75 2 10-7
Основные вопросы, связанные с ЛГ посвящены увеличению точности, надежности, а также другим конструктивным характеристикам ЛГ. Патентообладателями являются ПАО «Тамбовский завод «Электроприбор», ОАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания», ОАО «Серпуховский завод «Металлист», ОАО «НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха», АО «МИЭА» и др.
ж з и
Рис. 5. Различные модификации ЛГ: а - ГЛ-1 (производитель - НПК «Электрооптика,»; б - ГЛ-2; в - МТ-401 МЭ; г - МТ-300; д - ЛГ-2; е - ГДН-1; ж - ГЛ-1 (производитель - ОАО «РПЗ»); з - ЛЧЭ;
и - Ов-1342
У ЛГ имеется ряд преимуществ по сравнению с другими типами гироскопов: так как у ЛГ отсутствуют вращающиеся механические элементы и подшипники, то это существенно уменьшает дрейф гироскопа, а также приводит к его упрощению и удешевлению. К достоинствам следует отнести также малое время готовности, низкую чувствительность к перегрузкам, удобный выходной управляющий сигнал. При этом у ЛГ имеются следующие недостатки, а именно: наличие зоны нечувствительности (пути уменьшения приводят к оснащению ЛГ комплексом вспомогательных систем), трудность калибровки, высокие массогабаритные характеристики, высокая стоимость. Но при этом ЛГ широко применяются, прежде всего, в системах навигации, на борту летательных аппаратов, для систем управления движением различных объектов и др.
Волоконно-оптические гироскопы. Принцип действия ВОГ основан на эффекте, открытом Саньяком в 1913 г. при исследовании свойств многозеркального кольцевого оптического резонатора, называемого также пассивным интерферометром Саньяка (рис. 6).
В табл. 4 приведены основные характеристики ВОГ отечественных и зарубежных производителей, а на рис. 7 показаны рассмотренные модификации [34 - 36].
Фото приемник
Рис. 6. Принципиальная схема ВОГ
Из литературы, посвященной ВОГ следует отметить книгу А.Г. Шереметьева, в которой рассматриваются принцип действия, конструкция и характеристики ВОГ. Также оцениваются схемные варианты, точность, элементная база прибора, его эксплуатационно-технические параметры и выходные характеристики, возможности использования в системах управления и навигации [9]. Основные сведения о принципах работы ВОГ, а также вопросы распространения света в волокне и элементы интегральной оптики изложены в книге Ю.В. Филатова [10].
Мировыми лидерами в области разработки и производства высокоточных ВОГ, а также инерциальных измерительных модулей на их основе являются компании Northrop Grumman, Honeywell (США), IXblue (Франция) и ряд других. В нашей стране в этой области работают компании: ООО НПК «Оптолинк», АО «Пермская НППК», АО «НИИ ПМ» (филиал ЦЭНКИ), АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», ЗАО «Физоптика». Основные вопросы, связанные с исследованием различных конструктивных особенностей ВОГ, посвящены способам получения масштабного коэффициента ВОГ, способам расширения диапазона угловых скоростей ВОГ с закрытыми контурами обратной связи, способам устранения зоны нечувствительности в ВОГ и др.
ВОГ обладает рядом преимуществ по сравнению с другими типами гироскопов: как и у ЛГ, отсутствие подвижных частей в ВОГ приводит к увеличению точностных характеристик, малые массогабаритные характеристики, низкие энергетические характеристики; широкий диапазон измеряемых параметров, малое время готовности к работе, переменная чувствительность, зависящая от длины намотки волоконного датчика. При этом недостатками ВОГ считаются: ограниченный диапазон рабочих температур, нелинейность углового сигнала при малой угловой скорости (влияние синхронизма); дрейф выходного сигнала из-за газовых потоков в лазере, изменение длины оптического пути под действием теплового расширения, давления и механических деформаций, высокая стоимость.
Таблица 4
ВОГразличных производителей___
Производитель Модификация Габариты, мм; масса, кг Мощность, Вт Диапазон измерения угловой скорости, °/с Спектральная плотность мощности шума Случайный дрейф, °/ч Рабочий диапазон температур, 0С Полоса пропускания, Гц Погрешность МК
ОИУС 200 070x28; 0,22 5 ±500 0,02 0,6 -40... +60 до 400 0,1%
ООО НПК ОИУС -500 0 150x40; 0,8 6 ±100 0,005 0,6 -40... +60 100 0,5%
«Опто- линк» ОИУС -501 0 100x30; 0,35 6 ±250 0,009 0,1 -40... +60 до 200 0,05%
(Россия) ОИУС -1000 0 150x40; 1 6 ±90 0,001 0,01 -30. +50 100 0,01%
ОИУС -2000 0 250x40; 1,7 6 ±30 0,0005 0,005 -30. +50 50 0,008 %
ВГ091 А 24,4x51,6; 0,03 1 ±300 0,04 3 -40. +70 до 1000 0,1 %
ВГ103 63x63x21; 1 ±330 0,02 2 -40. до 0,1%
ЗАО ПТ 0,06 1 +70 1000
«Физоптика» ВГ071 60x35x27; 1 ±590 0,03 3 -55. до 0,1%
(Россия) 0,045 1 +70 1000
ВГ910 0 80x20; 0,110 1 ±280 0,015 2 -40. +75 до 1000 0,1 %
ВГ035 0 130x30; 0,250 1 ±120 0,01 0,3 -40. +70 до 1000 0,1%
Emcore EMP-1 81,2x81,2x
Corporation (США) x20,3; 0,045 5 В - 0,015 1 - - -
ВОГ с замкнутым контуром обратной связи наиболее широко применяют в качестве чувствительных элементов перспективных прецизионных приборов и систем навигации, ориентации и управления движением подвижных объектов, а также широко применяются в качестве ЧЭ индикаторных гироскопических стабилизаторов.
Твердотельные волновые гироскопы. ТВГ являются перспективными датчиками, принцип работы которых основан на инерционном свойстве стоячей волны.
Разработкой и производством ТВГ занимаются Innalabs (Ирландия), Delco Electronics (Индия), General Motors Corp. ( США), Marconi (Италия), Badin-Crouzet (Франция). В России производством ТВГ занимаются такие предприятия, как АО «Раменское приборостроительное конструкторское бюро» (РПКБ), ПАО «АНПП «Темп-Авиа», АО «НПК «КБМ» г. Коломна,
ОАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания» (ОАО «ПНППК»), АО «Завод «Фиолент», Закрытое акционерное общество «Научно-производственное предприятие «Медикон» (ЗАО «НПП «Медикон»), ОАО «ИЭМЗ» Купол, кафедра «Приборы управления» (Тульский государственный университет).
Рис. 7. Различные модификации ВОГ: а - ОИУС-200;
б - ОИУС-500; в - ОИУС-501; г - ОИУС-1000; д - ОИУС-2000; е - ВГ 091А; ж - ВГ103; з - ВГ 071; и - ВГ 910; к - ВГ 035; л-ЕМР-1
Технические характеристик ТВГ, а также их внешний вид приведены в табл. 5 и на рис. 8 [23,25,37].
Учитывая технологию производства и точностные параметры ТВГ, а также большое время наработки на отказ, представляется перспективным организация производства ТВГ [11].
Используемый в настоящее время конструктив ТВГ, технология его изготовления, система настройки и управления позволяют решить все эти задачи. По сравнению с другими видами гироскопов ТВГ имеет ряд преимуществ: высокий рабочий ресурс, способность переносить большие пе-
41
регрузки, относительно небольшие массогабаритные характеристики (по сравнению, например, с ЛГ), низкую энергоемкость, сохранение инерци-альной информации при кратковременном отключении электропитания, малое время готовности стойкость к ионизирующему излучению с высокой энергией.
Таблица 5
Импортные и отечественные ТВГ __
Производитель Модификация Габариты, мм; масса, кг Диапазон измерения угловой скорости, °/с Нелинейность, % Спектральная плотность мощности шума Случайный уход, °/ч Рабочий диапазон температур, 0С Устойчивость к ударам, ед.; мс Наработка на отказ, ч
Innalabs (Ирландия) ет- СУО- Шх00Б 68x107 х 10; 1,2 ±160 1500 0,01 0,22 -40. 85 800; 0,6 500x x103
ет- СУО- ШхООЛ 029.4x2 5; ±110 1500 0.01 0,22 -40. 85 800; 0,6 500x x103
РПКБ (Россия) ТВГ-3 065x74; 0,35 - - - 0,01 - - 20000
ВТГ-ИГ 065x92; 0,35 - - - 0,05. 0,5 - - -
НПП «Медикон» (Россия) ТВГ 030x32; 0,16 ±300 - - 0,1 - - -
а б в
Рис. 8. ТВГ фирмы 1ппа1а№ и «НПП «Медикон»: а - Ы-СУС-ШхООВ;
б - С1-СУС-М2х00В; в - ТВГ-3
Сравнительные характеристики различных типов ДУС. В качестве заключения, в табл. 6 приведены различные характеристики всех рассмотренных выше ДУС, которые позволяют осуществить обоснованный выбор датчика в зависимости от решаемой задачи, в том числе в качестве ЧЭ индикаторных гироскопических стабилизаторов.
42
Таблица 6
Сравнительные характеристики различных типов ДУС
Показатели ММГ ДНГ ЛГ ВОГ ТВГ
Время готовности, с 0,2.10 3.600 1.10 0,02.1 1.10
Плотность шума, °/л/ч 0,005.0,25 - - 0.001.0,4 0,1
Случайный дрейф, °/ч; 0,5.15 0,02.0,5 0,0015.0,1 ''/ч 0,005.3 0,05.0,5
Диапазон измерения угловой скорости, °/с 100.2000 60.200 90.1000 30.500 110.300
Рабочий диапазон температур, 0С -54.125 -54.120 -54.85 -40.75 -40. 85
Габариты, масса Низкие Средние Высокие Средние Средние
Как отмечалось выше, МЕМЗ-гироскопы обладают низкой точностью по сравнению с ВОГ и ДНГ и требуют специализированного оборудования. ВОГ обладают высокой точностью, но организация их производства требует специализированного высокоточного оборудования. Следовательно, организация производства МЕМЗ-гироскопов, ВОГ и ДНГ при отсутствии соответствующей базы специализированного оборудования нецелесообразна. ТВГ является перспективным ЧЭ, т.к. имеет минимальное число деталей и технологичен в производстве.
Список литературы
1. Распопов В.Я. Микромеханические приборы: учеб. пособие. М.: Машиностроение, 2007. 400 с.
2. Расчет надежности упругих элементов микромеханических гироскопов: учебное пособие / В.М. Муслимов, Ю.А. Ротц, С. А. Астафьев, А.В. Амвросьева. СПб.: НИУ ИТМО, 2012. 127 с.
3. Матвеев В. А., Подчезерцев В.П., Фатеев В.В. Гироскопические стабилизаторы на динамически настраиваемых вибрационных гироскопах: учеб. пособие по курсу «Теория гироскопов и гиростабилизаторов». М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 103 с.
4. Малютин Д.М. Система стабилизации полезной нагрузки на динамически настраиваемом гироскопе // Приборы и методы измерений». 2016. Т. 7. №1. С. 32 - 40.
5. 50 лет лазерному гироскопу / Лукьянов Д., Филатов Ю., Голяев Ю., Курятов В., Виноградов В., Шрайбер К.-У., Перлмуттер М. // Ч. 2. журнал «Фотоника». 2014. №2. 44.
6. Брозгуль Л.И. Динамически настраиваемые гироскопы : модели погрешностей для систем навигации. М.: Машиностроение, 1989. 232 с.
7. Пельпор Д.С., Матвеев В.А., Арсеньев В.Д. Динамически настраиваемые гироскопы. М.: Машиностроение, 1988.
8. Бычков С.И., Лукьянов Д.П., Бакаляр А.И. Лазерный гироскоп / под ред. проф. С.И. Бычкова. М.: Сов. радио», 1975. 424 с.
43
9. Шереметьев А.Г. Волоконно-оптический гироскоп. М.: Радио и связь, 1987. 152 с.
10. Филатов Ю.В. Волоконно-оптический гироскоп: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003. 52 с.
11. Волновые твердотельные гироскопы (аналитический обзор) / Волчихин И.А., Волчихин А.И., Малютин Д.М., Матвеев В.В., Распопов В.Я., Телухин С.В., Шведов А.П. // Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 9. Ч. 2. С. 59 - 78.
12. Техническая документация на STIM202 [Электронный ресурс] URL: https://www.sensonor.com/products/gyro-modules/stim202/ (дата обращения: 01.12.2018).
13. Техническая документация на IMU-3000, MPU-300 [Электронный ресурс] URL: https://www.invensense.com (дата обращения: 01.12.2018).
14. Техническая документация на SCR1100-D02 [Электронный ресурс] URL: https://www.murata.com (дата обращения: 01.12.2018).
15. Техническая документация на L3GD20H [Электронный ресурс] URL: https://www.st.com (дата обращения: 01.12.2018).
16. Техническая документация на ADXRS645 [Электронный ресурс] URL: https://www.analog.com/en/products/adxrs645.html (дата обращения: 01.12.2018).
17. Техническая документация на CRS03, CMR200 [Электронный ресурс]. URL: https://www.siliconsensing.com (дата обращения: 01.12.2018).
18. Техническая документация на ММГ-ЭП1, ММГ-ЭПТРОН [Электронный ресурс]. URL: http://www.elektropribor. spb.ru/katalog/ mikromekhanicheskie-chuvstvitelnye-elementy-i-moduli/ (дата обращения: 01.12.2018).
19. Техническая документация на ММГК [Электронный ресурс] URL: https://www.mp-lab.ru/kopiya-gkv-10-2 (дата обращения: 01.12.2018).
20. Техническая документация на GYPR03300 [Электронный ресурс] URL: https://www.tronicsgroup.com/IMG/pdf/mcd014-c datasheet dsg3300.pdf (дата обращения: 01.12.2018).
21. Техническая документация на 803МСУ-1 [Электронный ресурс] URL: http://gyro.ru/products/mikromehanicheskie-datchiki-parametro/ mikro mehan icheskie- datchiki-parametro/ (дата обращения: 01.12.2018).
22. Техническая документация на SDD3000-A01 [Электронный ресурс]. URL: http://www.systron.com/sites/default/files/966238 a sdd3000-a01
datasheet 0.pdf (дата обращения: 01.12.2018).
23. Техническая документация на ММГ-1, ГЛ-1, ЛЧЭ [Электронный ресурс]. URL: http://www.rpkb.ru (дата обращения: 01.12.2018).
24. Техническая документация на МГ-4, ГВК-6-1, ГВК-10, ГВК-16, ГВК-17, ГВК-18, ГДН-1, КИНД05-081 [Электронный ресурс]. URL: http://inertech.ru/ru/gyroscopes.html (дата обращения: 01.12.2018).
25. Техническая документация на INN-102, GI-CVG-N1x00A, GI-CVG-N1x00D [Электронный ресурс]. URL: http://www.innalabs.com (дата обращения: 01.12.2018).
26. Техническая документация на ER-E6 [Электронный ресурс]. URL: https://www.ericcointernational.com (дата обращения: 01.12.2018).
27. Техническая документация на G-2000 [Электронный ресурс]. URL: http://www.northropgrumman.com/Pages/default.aspx (дата обращения: 01.12.2018).
28. Техническая документация на NS-DTG1, NS-DTG2, NS-DTG3 [Электронный ресурс]. URL: http://de.north-star-tec.com/inertia-sensor/dynamically-tuned-gyro/high-temperature-resistance-dynamically-tuned.html (дата обращения: 01.12.2018).
29. Техническая документация на ГЛ-1, ГЛ-2 [Электронный ресурс]. URL: http://www.electrooptika.ru/index .php/produktsiya/bazovye-elementy (дата обращения: 01.12.2018).
30. Техническая документация на МТ-401МЭ, МТ-300 [Электронный ресурс]. URL: https://www.polyus.info/products-and-services/laser-gyros/ (дата обращения: 01.12.2018).
31. Техническая документация на ЛГ-2 [Электронный ресурс]. URL: http://aomiea.ru (дата обращения: 01.12.2018).
32. Техническая документация на ЛГ-2 [Электронный ресурс]. URL: http://www.temp-avia.ru/index.php/katalog-produktsii (дата обращения: 01.12.2018).
33. Техническая документация на GG-1342, GG-1320, GG-1308 [Электронный ресурс]. URL: https://www.honeywell.com (дата обращения: 01.12.2018).
34. Техническая документация на ОИУС-200, ОИУС-500, ОИУС-501, ОИУС-1000, ОИУС-2000 [Электронный ресурс]. URL: http://www.optolink.ru/ru/ (дата обращения: 01.12.2018).
35. Техническая документация на ВГ091А, ВГ130ПТ, ВГ071, ВГ910, ВГ035 [Электронный ресурс]. URL: https://www.fizoptika.ru (дата обращения: 01.12.2018).
36. Техническая документация на ЕМР-1 [Электронный ресурс]. URL: https://pdf1 .alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/555103/EMC0RE/ EMP-1.html (дата обращения: 01.12.2018).
37. Техническая документация на ТВГ [Электронный ресурс]. URL: http://www.medicon-miass.ru/giroscopia (дата обращения: 01.12.2018).
Королёв Михаил Николаевич, аспирант, mkorolyew @yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Малютин Дмитрий Михайлович, канд. техн. наук, профессор, Mal-yutindm@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF THE TECHNICAL CHARACTERISTICS OF SENSITIVE ELEMENTS OF INDICATOR GYROSCOPIC STABILIZERS
M.N. Korolev, D.M. Malyutin
The main characteristics of the sensitive elements classified according to various physical principles, both domestic and foreign manufacturers, are considered. The main areas of their application, development prospects, as well as the main advantages and disadvantages of the sensitive elements are Noted. The characteristics of the angular velocity sensors, which allow a reasonable choice of the sensor, depending on the problem.
Key words: angular velocity sensor sensing element, micro-mechanical gyroscope, laser gyroscope, fiber-optic gyroscope, wave solid-state gyroscope.
Korolev Mikhail Nikolaevich, postgraduate, mkorolyew @yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Malyutin Dmitriy Mikhailovich, candidate of technical sciences, professor, Mal-yutindm@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 531.383-11; 681.7
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ГИРОСКОПА
Е.В. Бородина, А.Ф. Габбасов, А.Н. Парфенов, М.Р. Фомин
Представлен обзор разработок в области волоконно-оптической гироскопии. Рассмотрены результаты испытаний макета датчика угловой скорости, созданного на базе волоконно-оптического гироскопа.
Ключевые слова: волоконно-оптический гироскоп, датчик угловой скорости, бесплатформенная инерциальная навигационная система.
Введение. Волоконно-оптический гироскоп (ВОГ), как и лазерный, относится к типу волновых оптических гироскопов, реализующих эффект Саньяка. В настоящее время ВОГ с замкнутым контуром обратной связи широко используется для построения прецизионных бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС), где они выполняют функции датчиков угловой скорости (ДУС). Исходя из требований к БИНС, предназначенным для использования в составе перспективных образцов вооружения и военной техники, ДУС должны обладать высокой точностью, широким диапазоном измеряемых угловых скоростей, устойчивостью к большим перегрузкам и возмущающим воздействиям (механическим, температурным, ионизирующему излучению, магнитному полю и др.), малой массой и габаритами.
