автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.14, диссертация на тему:Инновационные технологии создания миниатюрного пьезоэлектрического балочного вибрационного гироскопа

0034В8166

На правах рукописи УДК 621.313.1+537.226.86

ОБРАЗЦОВ Роман Михайлович

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ МИНИАТЮРНОГО ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО БАЛОЧНОГО ВИБРАЦИОННОГО ГИРОСКОПА

Специальность: 05.11.14- Технология приборостроения (технические науки)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2009

003468166

Работа выполнена на факультете Высоких технологий Южного федерального университета.

Научный руководитель -

Официальные оппоненты:

Ведущая организация -

доктор технических наук, профессор Панич Анатолий Евгеньевич.

доктор технических наук, профессор Бойченко Юрий Павлович;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Пальчун Борис Павлович.

ФГУП НИИ «Субмикрон».

Защита состоится « 23 » апреля 2009г. в 14 часов на заседании объединенного диссертационного Совета ДМ8-50.001.01 при Московской академии рынка труда и информационных технологий (ГОУ «МАРТИТ»)

по адресу: 121351, г. Москва, ул. Молодогвардейская, 46, корп. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской академии рынка труда и информационных технологий.

• Автореферат разослан 03 2009г.

Ученый секретарь /^км)

диссертационного совета, проф<7Л/О Пересов Ю.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время существует необходимость решать ряд задач связанных со стабилизацией курса различных объектов, с определением их местоположения в пространстве, а также получения информации об их угловых скоростях, углах поворота и производных величин от этих параметров. Постоянно возрастающие требования к точностным и эксплутационным характеристикам гироскопических приборов стимулировали исследователей многих стран мира не только к дальнейшим усовершенствованиям классических гироскопов с вращающимся ротором, но и к поискам принципиально новых идей, позволяющих решить проблему создания приборов для обнаружения вращения или угловой скорости объекта в пространстве, а также определения производных величин от этого параметра.

Типы, принципы построения и конструктивные исполнения гироскопов столь же разнообразны, как и области их применения.

Не являются исключением и пьезоэлектрические гироскопы, широко используемые в системах наведения, автомобильной промышленности, авиамоделировании, роботостроении, бытовой технике и игрушках. Гироскопы для таких применений должны обладать малыми массой и габаритами, низкими себестоимостью и энергопотреблением, а также достаточно высокой надёжностью.

Уникальное сочетание электрофизических параметров и упругих характеристик пьезокерамики позволяет прогнозировать создание в ближайшее время пьезогироскопов с повышенной точностью и чувствительностью. Исключительно большими возможностями для решения этих задач обладает метод конечных элементов, с использованием которого решаются практически все перспективные задачи пьезомеханики. К таким задачам, в частности, относится и проблема создания миниатюрного биморфного вибрационного пьезогироскопа. Интерес к этим устройствам обусловлен с одной стороны простотой конструктивно-технологического исполнения и малыми габаритами, с другой стороны возможностью получения наукоемкого изделия с заданными характеристиками и низкой себестоимостью.

Сейчас выпускают вибрационные гироскопы в основном фирмы в США и Японии, такие как «Analog Devices», «Silicon Sensing Systems», «Fujitsu», «Murata», «Nec», «Tokin». В России же в настоящее время производство таких гироскопов отсутствует, тогда как ожидается, что

рынок только автомобильных гироскопов достигнет порядка $4 млрд. в 2011 году, что отражает приблизительно 30%-ный совокупный средний темп роста между 2001 и 2011 годами.

Всё это определяет целесообразность и актуальность работы. Таким образом, возникает необходимость решения следующих задач:

1. Разработка математической конечно-элементной модели и выполнение математического моделирования методом конечных элементов конструкции чувствительного элемента пьезоэлектрического вибрационного гироскопа с учётом сокращения времени настройки и приложения внешней угловой скорости;

2. Развитие инновационных технологий производства пьезоэлектрических вибрационных гироскопов на основе анализа результатов моделирования чувствительного элемента при необходимости повышения качества изделий и снижения трудозатрат;

3. Разработка методики настройки пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного гироскопа применительно к его мелкосерийному производству;

4. Разработка физических и технологических принципов построения схемы возбуждения чувствительного элемента и обработки информационных сигналов гироскопа с целью обеспечения стабильной работы гироскопа в условиях перепада температур минус 40 °С - плюс 85 °С;

5. Разработка конструкторской и технологической документации для мелкосерийного производства пьезоэлектрических балочных вибрационных гироскопов.

Объектом исследования диссертационной работы является миниатюрный пьезоэлектрический балочный вибрационный гироскоп.

Предмет исследования: решение научно-методической задачи по развитию инновационных технологий создания миниатюрного пьезоэлектрического балочного вибрационного гироскопа.

Методы исследования. Для решения основных задач по теме диссертационной работы использовался аппарат программного конечно-элементного моделирования в применении к пьезоэлектрическим структурам; экспериментальные исследования базировались на положениях теории измерения, планирования эксперимента, а также применялись методы автоматизации конструирования и оптимизации

изделий пьезотехники. Полученные данные обрабатывались с использованием методов математической статистики.

Достоверность результатов подтверждается высокой степенью корреляции данных, полученных расчетным путем методом конечных элементов, с данными, полученными экспериментально при внедрении результатов работы в производство.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны основы инновационных технологий изготовления чувствительных элементов пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного гироскопа и методика организации технологической подготовки производства изделия в целом на базе математического конечно-элементного и натурного моделирования;

2. Разработан технологический процесс настройки чувствительного элемента гироскопа, обеспечивающий повышение качества изделий в приборостроительном производстве с 20 % до 95 % годных; 4

3. Разработана инновационная технология по корректировке параметров сечения биморфной балки на стадии распиловки поляризованной биморфной пластины для снижения трудоемкости изготовления изделия в целом в условиях мелкосерийного и серийного производства;

4. На основе натурного и конечно-элементного моделирования предложен конструктивный вариант подвесов, обеспечивающий повышение чувствительности гироскопа практически в полтора раза с 5 мВ/°/с до 7 мВ/% и требующий меньшей монтажной площади в два раза (3 мм2) по сравнению с известными г-образными подвесами;

5. Разработаны конкретные конечно-элементные модели нескольких вариантов чувствительных элементов пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного гироскопа с возможностью конструктивно-технологического исполнения для поверхностного монтажа, на основе чего выработаны предложения по созданию новых конструктивных исполнений и технологических решений для производства разработанного гироскопа;

6. На основе анализа и результатов натурного моделирования предложена электрическая схема возбуждения чувствительного элемента и обработки информационных сигналов гироскопа в условиях перепада температур минус 40 °С - плюс 85 °С. Создана конструкция интегрального исполнения электрической схемы возбуждения чувствительного элемента и обработки информационных сигналов гироскопа, обеспечивающая

снижение трудоемкости сборки электрической схемы в целом, повышения качества и надежности гироскопа.

Практическая значимость диссертационной работы. На основе полученных в процессе работы результатов реализованы следующие технические решения:

- снижены весовые показатели пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного гироскопа более чем в шесть раз, габаритные - в семь раз по сравнению с ранее разработанным в ОАО «НИИ «Элпа» ударопрочным балочным вибрационным гироскопом с использованием пьезокерамики БВГ-3 для специального применения при сохранении его основных функциональных возможностей. Решение этой задачи позволило создать миниатюрный гироскоп, отвечающий всем требованиям технологии монтажа электронных компонентов;

- использование автором инновационного подхода к изготовлению чувствительного элемента гироскопа повысило эффективность работы гироскопа - качество преобразования угловой скорости в электрическое напряжение за счет повышения механической добротности чувствительного элемента;

- повышена чувствительность гироскопа практически в полтора раза по сравнению с известными 2-образными подвесами с 5 мВ/°/с до 7 мВЛ/с за счёт применения разработанных упругих подвесов для чувствительного элемента;

- увеличен процент выхода годных изделий с 20 % до 95 % за счет применения разработанного алгоритма настройки чувствительного элемента.

Проведенные в работе натурное моделирование настройки гироскопа и комплекс расчетов позволили получить результаты, на основе которых разработана методика настройки пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного гироскопа применительно к его мелкосерийному производству.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены:

- в производство ОАО «НИИ «Элпа» при выполнении ряда опытно-конструкторских работ: «Разработка технологии изготовления пьезокерамических биморфных гироскопов, включая методы контроля и аттестации по параметрам», «Разработка интеллектуальных малогабаритного угломерного пьезоэлектрического сенсорного модуля, а

также модуля сенсорного акселерометрического (МСА) для автоматизированных систем наведения ориентации и телеметрии», «Разработка малогабаритного пьезоэлектрического гироскопа для малогабаритных инерциальных навигационных систем»;

- при разработках НКТБ «Пьезоприбор» в рамках опытно-конструкторской работы по созданию вибрационного трубчатого пьезогироскопа.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Математические конечно-элементные модели и результаты моделирования методом конечных элементов пьезоэлектрических балочных биморфных чувствительных элементов гироскопа;

2. Инновационные технологии создания миниатюрного пьезоэлектрического балочного вибрационного гироскопа, включающие следующие новые конструктивно-технологические решения:

- подвесы в виде прямоугольных плоских рамок с торсионами для

биморфной балки;

- способы настройки чувствительного элемента и параметров

гироскопа;

- электрическая схема возбуждения чувствительного элемента и

обработки информационных сигналов гироскопа;

3. Алгоритм настройки чувствительных элементов и методика настройки параметров пьезоэлектрических балочных биморфных вибрационных гироскопов;

4. Результаты исследований влияния технологических дефектов, возникающих при производстве пьезокерамических биморфных балок, на свойства чувствительного элемента и гироскопа в целом.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

1. VI международной научно-технической конференции «Инновационные процессы пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий». 22-26 сентября 2008г. г.Анапа;

2. Научно-технических советах и защитах ОКР, проводимых ОАО «НИИ «Элпа».

Публикации. Материалы, отражающие результаты исследований по теме работы, опубликованы в пяти статьях (три из них в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых изданий ВАК), в 3-х научно-технических отчетах по опытно-конструкторским работам в ОАО

«НИИ «Элпа», двух научных докладах в трудах Международных конференций и в двух патентных заявках на изобретение. Публикации выполнены в соавторстве с Паничем А.Е., Шахворостовым Д.Ю., Гриценко А.Л., Сафроновым А.Я., Климашиным В.М. Без соавторов опубликованы две работы.

Личный вклад автора. Все основные результаты диссертации получены лично автором. Автор непосредственно участвовал в планировании, выборе объектов и проведении диссертационного исследования, а также в ряде ОКР: «Разработка технологии изготовления пьезокерамических биморфных гироскопов, включая методы контроля и аттестации по параметрам», «Разработка малогабаритного пьезоэлектрического гироскопа для малогабаритных инерциальных навигационных систем», по программе союзного государства «Россия-Белоруссия» - Функциональная СВЧ электроника «Разработка интеллектуальных малогабаритного угломерного пьезоэлектрического сенсорного модуля, а также модуля сенсорного акселерометрического (MCА) для автоматизированных систем наведения ориентации и телеметрии».

Тема диссертационной работы определена из обзора научно-технической литературы по гироскопическим приборам и областям их применения. В обсуждении и интерпретации полученных результатов принимали участие: профессор Панич А.Е., Головнин A.B., Шахворостов Д.Ю., Митько В.Н. и Крамаров Ю.А.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения. Работа содержит 102 рисунка, 3 таблицы, список литературы из 98 наименований и 6 приложений. Полный объем диссертации составляет 174 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, ее научное и практическое значение, определяются объекты исследования, формулируются цели и задачи работы, обосновывается научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

Первая глава обзорного характера состоит из двух частей.

В первой части главы рассмотрены основные понятия и задачи гироскопии, а также области применения гироскопов. Обосновано, что

гироскоп с чувствительным элементом из пьезоэлектрического материала обладает рядом преимуществ по сравнению с чувствительными элементами из других активных материалов, не обладающих пьезоэффектом, что в конечном итоге улучшает потребительские свойства гироскопа в целом. Проанализировано современное состояние производства гироскопов и показана необходимость создания гироскопов, обладающих малыми массой и габаритами, низкими себестоимостью, энергопотреблением и достаточно высокой надёжностью. Обсуждаются вопросы разработки технологии мелкосерийного производства гироскопов.

Во второй части главы описаны основные принципы построения и функционирования гироскопов и их чувствительных элементов. Проведен подробный анализ конструкций и особенностей работы чувствительных элементов существующих гироскопов, в том числе с использованием пьезокерамики. Представлен обзор российских разработчиков и производителей гироскопической продукции с приведением основных технических характеристик. Обоснован выбор исследования, разработки и производства миниатюрного пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного гироскопа.

Вторая глава посвящена исследованию и разработке пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного гироскопа.

Пьезоэлементы заняли одно из ведущих мест по применению в различных датчиках и устройствах, в частности в гироскопах балочного вибрационного типа. Такие гироскопы характеризуются следующим набором значений параметров: минимальная/максимальная измеряемая угловая скорость 0.1/500 мВ/%; разрешающая способность 1% от текущей измеряемой угловой скорости; температурный -диапазон эксплуатации минус 40 °С - плюс 85 °С; малые дрейфы нулевого сигнала в интервале температур и во времени; небольшие габариты.

В первой части второй главы на основании анализа характеристик существующих пьезоматериалов и известных принципов построения чувствительных элементов подобных датчиков осуществлён выбор конкретного пьезоэлектрического материала и определены основные этапы разработки конструкции чувствительного элемента вибрационного гироскопа. Представлены наиболее важные характеристики пьезоматериала для чувствительного элемента гироскопа и показано, что в первую очередь к ним относится максимальное значение произведения механической добротности Qu и планарного коэффициента

электромеханической связи кр. Этот критерий обусловлен функционированием датчика в резонансном режиме. Такое сочетание способствует эффективной работе чувствительного элемента гироскопа на резонансной частоте и преобразованию электрической энергии в механическую и обратно, что и является главной причиной исполнения чувствительного элемента гироскопа полностью из пьезоактивного материала. Кроме того, устойчивость пьезокерамики к термической деполяризации позволяет подвергать чувствительный элемент локальным разогревай при настройке его параметров и монтаже упругих подвесов без нарушения доменной структуры. При этом температурная и временная стабильность параметров такого гироскопа позволяет расширить диапазон температур его использования, увеличить срок службы и существенно уменьшить схемотехнические корректировки параметров гироскопа.

Из перечня пьезоматериалов, производимых ОАО «НИИ «Элпа», по вышеперечисленным критериям выбран новый сегнетожёсткий пьезоматериал марки ЦТС-47. Использование этого пьезокерамического материала обусловлено также тем, что он разработан для плёночной технологии, адаптированной под массовое производство. Эта технология позволит в будущем изготавливать чувствительные элементы при дальнейшей миниатюризации гироскопов.

Анализ существующих чувствительных элементов гироскопов, проведённый в первой главе, выявил наиболее перспективную конструкцию — биморфная балка. Такие чувствительные элементы в виду простоты их изготовления, большой активности пьезокерамики и, как следствие, высокой чувствительности гироскопа делают привлекательным соотношение технические характеристики/себестоимость.

Известно, что для создания такого чувствительного элемента применяют биморфный элемент, представляющий собой стержень квадратного сечения из пьезоэлектрической керамики (рис.1), состоящий из двух встречно поляризованных частей 1, имеющий две параллельные поверхности 3 и 4, покрытые электродами. Одна из поверхностей, разделенная продольным пропилом 2 на две равные части 3, представляет собой пару измерительных электродов.

Противоположная поляризация пластин последовательного двухслойного элемента позволяет исключить его изгиб, вызываемый пироэффектом при изменении температуры, что является самым большим преимуществом перед параллельной двухслойной конструкцией (векторы поляризации пластин совпадают).

Таблица 1

Параметры сегнетожёсткого пьезоматериала марки ЦТС-47

Параметр пьезоматериала Обозначение Единица измерения Значение

Относительная диэлектрическая проницаемость в условиях постоянного давления — 1400

£\\1Е0 1460

Коэффициент диэлектрических потерь щд х10'2 0.5

Пьезомодуль -¿з. хЮ"12, Кл/Н 130

¿33 300

4 5 480

Упругая жесткость СЕ хЮ9, Н/м2 120

СЕ 12 70

СЕ 70

СЕ 100

СЕ 44 28

СЕ 32

Механическая добротность Ом — 850

Планарный коэффициент электромеханической связи кр — 0.58

Плотность р хЮ3, кг/м3 7.65

Относительное отклонение резонансной частоты 004 - 60+ +85 "С % 0.4

Температура Кюри ТК °С 250

Гибкие чувствительные элементы имеют относительно небольшие жесткость, механический и электрический импеданс. Меньшая жесткость дает биморфному чувствительному элементу более низкую резонансную частоту (минимальный импеданс). Пониженный механический импеданс позволяет такому элементу лучше воспринимать едва различимые механические воздействия. Невысокий электрический импеданс биморфного элемента даёт возможность лучше согласовать его с усилителями электрической схемы.

Рис. 1. Чувствительный элемент пьезоэлектрического биморфного вибрационного гироскопа

Для моделирования пьезоэлектрической биморфной балки в трёхмерной постановке использовался такой тип конечных элементов, который позволяет использовать связанные поля, то есть применить пьезоэлектрические свойства телу, состоящему из таких конечных элементов. Каждый такой конечный элемент в форме параллелепипеда имеет 20 узлов, то есть является квадратичным. В каждом узле четыре степени свободы: перемещение по трём координатам и электрическое напряжение. Структурные упругие возможности не запрещают большие деформации и напряжения. Доступным является и эффект Кориолиса, необходимый для исследований гироскопических эффектов. Все эти свойства использовались в модальном, гармоническом и переходном анализах.

Конечноэлементная модель биморфной балки разбита на 28 элементов по длине, 7 элементов по ширине и 6 элементов по толщине. Таким образом, в расчётах участвует 1148 конечных элементов, имеющих в общей сложности 5976 узлов (без учёта упругих подвесов). Каждый узел имеет четыре степени свободы, следовательно, для каждого узла решается уравнение с четырьмя неизвестными. Этот подсчёт трудоёмкости расчётов позволяет оценить помощь современных специализированных систем автоматизированного проектирования, учитывающих практически все особенности пьезоэлектрического приборостроения и позволяющих максимально эффективно использовать время и ресурсы при разработках.

Созданная математическая модель пьезоэлектрической биморфной балки с помощью программного конечно-элементного аппарата и проведённое моделирование колебательных процессов позволили получить набор зависимостей собственных резонансных частот от различных параметров балки. С помощью синтеза этих зависимостей получено выражение (1), являющееся частью алгоритма для расчёта

максимальной эффективности балочного пьезоэлектрического биморфного чувствительного элемента, с целью обеспечения максимальной чувствительности вибрационного гироскопа и повышения качества производства чувствительных элементов. Для этого интерполированы полученные зависимости: резонансных частот /,,/у и их разности от глубины разделительного пропила (ширина пропила

100 мкм, сечение биморфной балки 1 ммх1 мм, а длина 20 мм) при её изменении в интервале 0-450 мкм (рис. 2); зависимости резонансных частот /., /у от параметров сечения биморфной балки (ширина пропила 100 мкм, длина балки 20 мм). В конечном итоге получено выражение: , 2.12• 10_3 -с1г -1.209-¿ + 7.332-Л-928

Й =-«79-' (1)

где Ь - ширина биморфной балки, мкм; И - толщина биморфной пластины, мкм; с1- глубина пропила, мкм.

Рис. 2. Зависимости собственных резонансных частот/.,^ и разности частот Af от глубины основного пропила

Описанная выше задача не является тривиальной, поскольку помимо геометрических параметров биморфной балки и анизотропии поляризованного пьезоматериала, из которого она изготовлена, учтены и параметры разделительного пропила.

Использованный подход к созданию методики выбора максимально эффективных размеров балочного пьезоэлектрического биморфного чувствительного элемента универсален и может быть применим для

чувствительных элементов других габаритов, из различных пьезоматериалов, других типов соединения пластин и т.д.

Результаты математического конечно-элементного моделирования пьезоэлектрической биморфной балки в достаточной степени соответствуют экспериментальным данным.

Моделированием также определено влияние технологических дефектов чувствительного элемента на его характеристики. Так, например, отклонение ширины балки на Юмкм от заданной величины приводит к дополнительной разности собственных частот и /у порядка 80 Гц - 90 Гц. Перекос балки в подвесах или неодинаковые условия закрепления ножек подвесов приводят к возникновению дополнительных резонансов на амлитудно-частотной характеристике чувствительного элемента, что является причиной появления разности фаз и амплитуд сигналов с измерительных электродов при его возбуждении. К такому же результату приводит асимметрия резонаторов чувствительного элемента. Также установлено, что небольшой прогиб балки (до 40 мкм) как в направлении оси Ъ, так и в направлении оси У не влияет на разность её собственных резонансных частот А/, а изменяются только абсолютные значения частот /. и /у. По результатам моделирования определены допуски на вышеприведённые параметры чувствительного элемента.

Во второй части второй главы на основе моделирования создан алгоритм настройки чувствительного элемента вибрационного гироскопа (рис. 3) и подтверждена его работоспособность на практике. Для настройки параметров чувствительного элемента выбран способ удаления материала балки со стороны возбуждающего электрода лазерным лучом. В иллюстрации алгоритма настройки чувствительного элемента вибрационного пьезоэлектрического гироскопа использованы следующие обозначения: и0 ,я,„ и0 зад. - измеренное и заданное значение нулевого сигнала гироскопа, В; Аи0 - допустимое отклонение значение нулевого сигнала, В; (р1, (р2 - фазы сигналов с измерительных электродов, град.; А], А: - амплитуды сигналов с измерительных электродов, В; А<р=<рг<Рй АА-А2-А1.

Практическое применение алгоритма настройки показало высокую степень совпадения результатов с теоретически рассчитанными, о чём свидетельствуют результаты процесса балансировки, приведённые на диаграммах (рис.4). При выбранном способе настройки глубина

балансировочных пропилов задаётся не мощностью излучения в силу возможной деполяризации, а количеством проходов по одной области. Однако, настройку делает очень гибкой и точной комбинация изменения с высокой степенью дискретности (3 мкм) ширины и длины балансировочных пропилов.

Рис. 3. Схема алгоритма настройки чувствительного элемента вибрационного пьезоэлектрического гироскопа.

Полученные серии зависимостей разности фаз сигналов с двух измерительных электродов от параметров балансировочного пропила и его положения относительно продольной оси балки, позволили определить степень эффективности изменения каждого его параметра для регулировки

разности фаз сигналов с измерительных электродов чувствительного элемента пьезоэлектрического вибрационного гироскопа.

О 300 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Длина регулировочного пропила, мкм

- Практика (глубина 25мкм, ширина 80мкм) -Модель (гл)^ина 25мкм, ширина 80мкм)

—

0 100 200 300 400 500 600 Длина регулировочного пропила, мкм

—•—Практика (глубина 70мкм, ширина 210мхм) -V-Модель (глубина 70мкм, ширина 210мкм)

3 80

Е-

¿60

É40

0

1 20

—

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Длина регулировочного пропила, мкм

-Практика (глубина 70мкм, ширина 160мкм) - Модель (глубина 70мкм, ширина 160мкм)

—*-

А г

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

Длина регулировочного пропила, мкм

— Практика (глубина 120мкм, ширина ЮОмкм)

— Модель (глубина |20мкм, ширина ЮОмкм)

Рис. 4. Зависимости разностей фаз от параметров балансировочных пропилов, полученные моделированием и на практике

Описаны экспериментально полученные зависимости релаксации разности фаз сигналов с измерительных электродов чувствительного элемента после воздействия лазерным излучением.

В третьей части второй главы представлены разработанные автором упругие подвесы для балочного биморфного чувствительного элемента вибрационного гироскопа. Известно, что чувствительные элементы гироскопов балочного вибрационного типа в отличие от микромеханических или камертонных нуждаются в поддерживающих конструкциях, так называемых подвесах. Известные варианты подвесов обладают существенным недостатком. Их жёсткость вдоль оси отклика слишком велика, так как при колебаниях в этой плоскости происходит изгиб восьми элементов подвесов. Разработка новой конструкции подвесов позволила сократить количество контактирующих с балкой элементов подвесов, снизить жёсткости их вдоль оси отклика, и выбрать материал для максимально эффективного функционирования таких подвесов.

Предложенные упругие подвесы выполнены в виде двух плоских прямоугольных рамок 1 (рис.5), внутри которых сформировано по два

плоских торсиона 2, закреплённых на балочном чувствительном элементе 3 строго в нулевых плоскостях его колебаний. Такая конструкция подвесов максимально технологична в изготовлении, так как не требует операций по сгибанию, и вся она изготавливается в одной плоскости. Путём моделирования создана конечно-элементная модель таких подвесов в совокупности с биморфной балкой. Серия расчётов позволила получить зависимости амплитуд колебаний балочного чувствительного элемента с вышеописанными подвесами вдоль осей возбуждения и отклика от их параметров: а, а], В,С,Н и модуля упругости материала.

Критерием оценки эффективности подвесов выбраны амплитуды колебаний вдоль осей возбуждения и отклика. При этом амплитуда колебаний балки при электрическом её возбуждении вдоль оси отклика прямо пропорциональна её податливости при действии Кориолисовой силы и, как следствие, деформации балки. Эта механическая деформация вызывает появление электрического заряда на измерительных электродах чувствительного элемента за счёт прямого пьезоэффекта, что является показателем чувствительности гироскопа. Амплитуда же колебаний вдоль оси возбуждения прямо пропорциональна линейным скоростям единиц массы балки и, следовательно, силе Кориолиса.

С учётом оптимальных параметров разработанных подвесов математическим моделированием определена максимально возможная амплитуда колебаний балочного чувствительного элемента: вдоль оси

возбуждения—10.5 мкм, вдоль оси отклика — 5.0 мкм. Из полученных результатов следует, что предложенный автором упругий подвес обеспечивает большую чувствительность гироскопа. При этом конструкция, способ изготовления и монтажа разработанного подвеса на балочный чувствительный элемент значительно проще, а монтажная площадь, требуемая для закрепления таких подвесов, почти в три раза меньше, чем для известных аналогов.

В четвёртой части второй главы приведены результаты проектирования электрической схемы возбуждения и обработки (рис.6) для вибрационного гироскопа. Эта схема обеспечивает устойчивое возбуждение колебаний чувствительного элемента от образца к образцу, осуществляет автоматическую регулировку амплитуды колебаний при воздействии внешних факторов, имеет возможность изменения усиления выходного сигнала, уровня нулевого сигнала, амплитуды колебаний и позволяет детектировать угловую скорость по двум сигналам с измерительных электродов чувствительного элемента.

Рис. 6. Блок-схема электрической схемы возбуждения и обработки с

чувствительным элементом (ЧЭ)

Автогенератор в этой схеме выполнен на основе трансимпедансного усилителя. В этом схемном решении стабилизация выходного сигнала гироскопа происходит посредством учёта изменения коэффициента передачи чувствительного элемента при внешних воздействиях и

компенсируется изменением напряжения возбуждения балки в пределах глубины АРУ. Сигнал с полусумматора поступает на детектор, который вычисляет амплитуду этого сигнала. Далее в компараторе это значение сравнивается с заданным уровнем, после чего АРУ вырабатывает соответствующую поправку в величину возбуждающего напряжения посредством усилителя рассогласования. Таким образом, напряжение возбуждения балки варьируется, например, при изменении добротности или коэффициента электромеханического преобразования чувствительного элемента в зависимости от изменения температуры эксплуатации.

Схема возбуждения чувствительного элемента и обработки информационных сигналов изготовлена в интегральном исполнении совместно с ЗАО «ПКК Миландр». Размер кристалла 1.5 ммх1.5 ммх0.5 мм. Для универсальности в разработанную ИМС заложена возможность функционирования от двух уровней питающего напряжения: 5 В ± 0.5 В и 3 В ± 0.3 В. В результате электрическая схема возбуждения и обработки помимо ИМС подразумевает использование порядка 20 внешних пассивных компонентов. Первая причина этого — невозможность выполнить некоторые номиналы ёмкостей конденсаторов в интегральном исполнении по используемой технологии. Вторая — обеспечение гибкости настройки и использования данной специализированной микросхемы. Так, разработанную ИМС можно адаптировать под использование с чувствительным элементом, имеющим другие геометрические и электрофизические параметры. При этом резонансная частота чувствительного элемента, который может использоваться с этой микросхемой, должна находиться в интервале от 7 кГц до 50 кГц.

В третьей главе описана технология производства миниатюрного пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного гироскопа.

Новая технология создана с использованием современного оборудования и ориентирована на переход к мелкосерийному производству с минимальным внесением изменений. Она включает в себя все стадии производства (рис. 7) от спекания пьезокерамических пластин-заготовок в биморфную пластину до корпусирования гироскопа и его маркировки.

В первой части третьей главы описан процесс изготовления биморфной балки. Маршрут начинается со спекания биморфной пластины из двух пьезокерамических пластин-заготовок, каждая из которых

металлизирована только с одной стороны. Процесс спекания проводится при ступенчатом изменении температуры с максимумом в 760 °С при давлении 70 кг/см2. Такой способ соединения биморфной пластины позволяет повысить добротность получаемых из него балок по сравнению со склейкой, а также достигается лучшая стабильность характеристик чувствительного элемента в интервале температур и во времени. Спечённая биморфная пластина металлизируется с внешних сторон (кроме торцов) и подвергается поляризации (напряженность электрического поля 2.6 кВ/см; температура — 120 °С). Поляризованная биморфная пластина проходит искусственное старение в течение 24 часов при температуре 160 °С, после чего измеряются электрофизические параметры биморфной пластины, определяется степень её наполяризованности, наличие механических дефектов и повреждений, измеряется толщина изделия.

Рис. 7. Технологический маршрут изготовления гироскопа

Перед групповой распиловкой пьезокерамической поляризованной биморфной пластины с электродами (рис. 8а) производится расчёт шага реза, то есть ширины балки Ь (рис. 86). Величина последней для обеспечения максимальной чувствительности гироскопа должна обеспечить равенство частотДля этого в технологический процесс необходимо введение корректировки ширины сечения биморфной балки Ь с учётом толщины биморфной пластины И и глубины основного пропила с1 применением выражения (1).

Рис. 8. Поляризованная биморфная пластина с электродами для распиловки (а) и биморфная балка после распиловки биморфной пластины (б)

Операция групповой распиловки также подразумевает разделение электрода 2, расположенного на верхней поверхности балки, основным пропилом 1 определённой глубины и ширины. Эти операции резки осуществляются алмазным диском со специально подобранной зернистостью для резки керамики. Определённая на практике оптимальная скорость подачи при 30 тыс. об/мин шпинделя составляет 2 мм/с.

Во второй части третьей главы рассмотрена технология изготовления упругих подвесов чувствительного элемента путём химического прецизионного травления. Данный технологический процесс позволяет проводить обработку листового металла с минимальными элементами большими толщины листа в 1.2 раза. Точность воспроизведения размеров составляет 5 % от заданных.

Изготовленные таким образом подвесы прикрепляются к биморфной балке строго в узловые точки посредством пайки. Узлы колебаний на первых двух изгибных модах, определённые теоретически, находятся на расстоянии 0.2241 длины балки от её концов. В предлагаемом решении рамочные подвесы являются также токоподводами к балочному чувствительному элементу, соединяющимися на основании гироскопа с

токоведущими дорожками. Для этого рамки подвесов в местах, предназначенных для крепления к основанию гироскопа, после монтажа разрезают для электрической изоляции нижних торсионов от рамок.

В третьей части третьей главы подробно описан процесс балансировки балочного чувствительного элемента по разработанному автором алгоритму. Настройка фаз и амплитуд сигналов с измерительных электродов чувствительного элемента осуществляется с помощью лазерного луча удалением материала балки со стороны возбуждающего электрода над одним из измерительных электродов, в зависимости от того, какой знак имеет разность фаз по разработанному в настоящей работе алгоритму (рис. 3). На этой же стадии после измерения элеюрофизических параметров чувствительного элемента вычисляется разность резонансных частот, которая при необходимости может быть скорректирована удалением материала балки с помощью лазерного луча. Следует отметить, что результаты измерения электрофизических параметров чувствительного элемента корректны только при закрепленной на основании гироскопа балке в подвесах.

В четвёртой части третьей главы описана сборка гироскопа и алгоритм настройки масштабного коэффициента и нулевого сигнала гироскопа. Сборка заключается в монтаже электрических компонентов схемы, включая специализированную микросхему возбуждения и обработки, производимом по известной технологии поверхностного монтажа. Особенность алгоритма настройки параметров гироскопа заключается в том, что вначале регулируют масштабный коэффициент изменением коэффициента усиления оконечного усилителя, а затем подстраивают уровень нулевого сигнала варьированием опорного напряжения этого усилителя. Для настройки этих параметров вначале измеряют выходное напряжение гироскопа в отсутствии вращения — нулевой сигнал. Далее приводят гироскоп во вращение с известной угловой скоростью и также фиксируют его выходное напряжение. Масштабный коэффициент определяют как отношение разности значений нулевого сигнала и сигнала при вращении гироскопа к приложенной угловой скорости.

В схеме возбуждения и обработки предусмотрен один резистор для регулировки масштабного коэффициента, который стоит в цепи обратной связи масштабирующего усилителя. Регулировка же нулевого сигнала производится посредством предусмотренных в электрической схеме пары последовательно включённых резисторов равного номинала, соединяющих

между собой стабильное напряжение 4В и нулевой потенциал. Приходящее в точку соединения резисторов выходное напряжение с микросхемы является нулевым сигналом гироскопа, который регулируется указанной парой резисторов.

Настройка масштабного коэффициента и нулевого сигнала выполняется лазерной подстройкой толстоплёночных резисторов по разработанному в настоящей работе алгоритму. Его основу составляют зависимости (2), (3) и (4) при условии, что К0Ж¡:

где I - длина поперечного регулировочного реза на поверхности резистора, мкм; К0 - текущий масштабный коэффициент, мВ/°/с; К] -заданный масштабный коэффициент, мВ/°/с; и0 - текущий нулевой сигнал, В; Е - стабильное напряжение 4 В. Выражение (3) применяется для регулировки сопротивление резистора, соединённого с нулевым потенциалом, в случае, если 1!0 больше 2 В, а выражение (4) для регулировки сопротивления резистора, соединённого со стабильным напряжением 4 В, когда 1/о меньше чем 2 В.

Пятая часть третьей главы посвящена корпусированию и маркировке гироскопа. Корпусирование гироскопа происходит в сухом воздухе, а маркировка гироскопа производится лазерным лучом на его металлической крышке, что занимает минимум времени и соответствует всем требованиям к маркировке.

Четвертая глава посвящена методикам измерений, исследованию и измерению характеристик изготовленного гироскопа, а также представлению результатов испытаний. Разработанные методики позволили измерить время выхода на рабочий режим, дрейф нулевого сигнала, масштабный коэффициент и его нелинейность, полосу пропускания.

Проведённый перечень испытаний по ГОСТ РВ 20.39.414.1-97 группа ЗУ с некоторыми уточнениями позволил доказать работоспособность разработанного гироскопа как в интервале температур

(2)

и0

158-(2 ■£/„-£) Е-иа

(3)

(4)

минус 60 °С - плюс 85 °С, так и после синусоидальной вибрации в полосе частот от 10 Гц до 2000 Гц амплитудой Зg и одиночных ударов амплитудой 10g. Повышенное и пониженное давление, акустические шумы и повышенная влажность также не оказали негативного влияния на работоспособность разработанного гироскопа.

В заключении приведены основные результаты и выводы диссертационной работы.

Приложения содержат список основных публикаций автора по теме диссертации, таблицы, чертежи и поясняющие рисунки, тексты программ для ЭВМ по расчёту чувствительного элемента пьезогироскопа, а также документы, подтверждающие внедрение результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В ходе выполнения диссертационной работы решена научно-методическая задача по развитию инновационных технологий создания миниатюрного биморфного вибрационного гироскопа. При этом получены следующие основные результаты:

1. Разработаны конечно-элементные модели чувствительного элемента с упругими подвесами для пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного гироскопа. Полученные в результате математического моделирования методом конечных элементов зависимости дали возможность оценить влияние различных технологических факторов на параметры чувствительного элемента, что позволило определить допуски при его изготовлении.

2. На основе анализа результатов конечно-элементного моделирования усовершенствована технология производства за счет введения в технологический процесс дополнительных операций корректировки параметров сечения биморфной балки на стадии распиловки биморфной пластины и настройки параметров чувствительного элемента, что повысило качество производства и процент выхода годных изделий с 20 % до 95 %.

3. Разработан новый тип упругих подвесов, обладающий простотой монтажа, обеспечивающий повышение чувствительности гироскопа практически в полтора раза с 5 мВ/°/с до 7 мВ/°/с и требующий меньшей монтажной площади в два раза (3 мм2) по сравнению с известным типом подвесов.

4. Получен алгоритм балансировки чувствительного элемента по результатам конечно-элементного моделирования чувствительного элемента гироскопа, а посредством натурного моделирования, экспериментальных исследований и комплекса расчетов разработана методика настройки пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного гироскопа применительно к его мелкосерийному производству.

5. Разработана и изготовлена в интегральном исполнении электрическая схема возбуждения чувствительного элемента и обработки информационных сигналов, обеспечивающая стабильность параметров гироскопа в интервале температур минус 40 'С - плюс 85 °С.

6. Разработана методика измерения электрических параметров образцов интегральной микросхемы для пьезоэлектрического балочного вибрационного гироскопа в нормальных климатических условиях.

7. Разработана конструкторская и технологическая документация для мелкосерийного производства пьезоэлектрических балочных вибрационных гироскопов.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Образцов P.M., Юняев А.Р., Новиков A.B. К вопросу о выборе максимально эффективных размеров балочного пьезоэлектрического биморфного чувствительного элемента для малогабаритного вибрационного гироскопа. //Нано- и микросистемная техника. -2008. -№9.-С. 37-40.

2. Образцов P.M. Малогабаритный вибрационный гироскоп с балочным биморфным чувствительным элементом из пьезоэлектрической керамики. //Нано- и микросистемная техника. - 2008. - № 10. - С. 52-54.

3. Образцов P.M. Разработка и анализ упругих подвесов для чувствительного элемента малогабаритного пьезоэлектрического биморфного вибрационного гироскопа. //Нано- и микросистемная техника. -2009.-№2.-С. 39-43.

Публикации в других изданиях:

4. Образцов P.M., Гриценко А.Л., Шахворостов Д.Ю. и др.

Упругий подвес для пьезоэлектрического балочного биморфного

вибрационного датчика угловой скорости и способ его монтажа. Патентная заявка на изобретение № 2008107946 приоритет от 04.03.2008г.

5. Образцов P.M., Панин А.Е. Практическое применение результатов конечноэлементного моделирования настройки балочного пьезоэлектрического биморфного чувствительного элемента для малогабаритного вибрационного гироскопа. //Сборник трудов VI международной научно-технической конференции «Инновационные процессы пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий». 22-26 сентября 2008г. - Анапа. Ростов-на-Дону, 2008. Издательство Ростовского государственного педагогического университета. - С. 141-145.

6. Образцов P.M., Шахворостов Д.Ю. Некоторые особенности проектирования пьезокерамического балочного вибрационного гироскопа. //Сборник трудов VI международной научно-технической конференции «Инновационные процессы пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий». 22-26 сентября 2008г. - Анапа. Ростов-на-Дону, 2008. Издательство Ростовского государственного педагогического университета. - С. 131-140.

7. Образцов P.M., Гриценко A.JL, Шахворостов Д.Ю. Способ балансировки пьезоэлектрического балочного биморфного чувствительного элемента вибрационного датчика угловой скорости. Патентная заявка на изобретение № 2009106432 приоритет от 26.02.2009г.

Подписано в печать: 19.03.09 г. . .

Формат 60x84 1/16. Уч.-издл. ^¿ГТираж 70 экз. Заказ Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ. 124498, г. Москва, г. Зеленоград, проезд 4806, д.5, МИЭТ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Обзор научно-технической информации.

1.1. Области применения и основные типы гироскопов.

1.2. Вибрационные гироскопы. Состояние разработок и производства гироскопов. Обоснование выбора типа гироскопа для исследования и разработки.

1.2.1. Микромеханические гироскопы.

1.2.2. Диафрагменный вибрационный гироскоп.

1.2.3. Камертонные вибрационные гироскопы.

1.2.4. Балочные твердотельные вибрационные гироскопы.

1.2.5. Балочные пьезоэлектрические вибрационные гироскопы.

1.2.6. Состояние разработок и производства гироскопов.

1.2.7. Обоснование выбора типа гироскопа для исследования и разработки.

Глава 2. Исследование и разработка миниатюрного пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного гироскопа.

2.1. Выбор пьезоэлектрического материала и разработка конструкции чувствительного элемента вибрационного гироскопа.

2.2. Разработка алгоритма настройки чувствительного элемента вибрационного гироскопа.

2.3. Исследование и разработка упругих подвесов для балочного биморфного чувствительного элемента вибрационного гироскопа.

2.4. Разработка электрической схемы возбуждения чувствительного элемента и обработки информационных сигналов гироскопа.

Глава 3. Разработка технологии изготовления миниатюрного пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного гироскопа.

3.1. Технология изготовления пьезокерамических биморфных балок.

3.2. Технология изготовления и монтажа упругих подвесов на биморфную балку. Сборка чувствительного элемента.

3.3. Балансировка чувствительного элемента балочного вибрационного гироскопа.

3.4. Разработка принципов настройки параметров балочного вибрационного гироскопа.

3.5. Корпусирование и маркировка балочного вибрационного гироскопа.

Глава 4. Исследование и измерение характеристик миниатюрного пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного гироскопа

Актуальность работы. В настоящее время существует необходимость решать ряд задач связанных со стабилизацией курса различных объектов, с определением их местоположения в пространстве, а также получения информации об их угловых скоростях, углах поворота и производных величин от этих параметров. Постоянно возрастающие требования к точностным и эксплутациопным характеристикам гироскопических приборов стимулировали исследователей многих стран мира не только к дальнейшим усовершенствованиям классических гироскопов с вращающимся ротором, по и к поискам принципиально новых идей, позволяющих решить проблему создания приборов для обнаружения вращения или угловой скорости объекта в пространстве, а также определения производных величии от этого параметра.

Типы, принципы построения и конструктивные исполнения гироскопов столь же разнообразны, как и области их применения.

Не являются исключением и пьезоэлектрические гироскопы, широко используемые в системах наведения, автомобильной промышленности, авиамоделировании, роботостроении, бытовой технике и игрушках. Гироскопы для таких применений должны обладать малыми массой и габаритами, низкими себестоимостью и энергопотреблением, а также достаточно высокой надёжностью.

Уникальное сочетание электрофизических параметров и упругих характеристик пьезокерамики позволяет прогнозировать создание в ближайшее время пьсзогироскопов с повышенной точностью и чувствительностью. Исключительно большими возможностями для решения этих задач обладает метод конечных элементов, с использованием которого решаются практически все перспективные задачи пьезомеханикп. К таким задачам, в частности, относится и проблема создания миниатюрного биморфпого вибрационного пьезогироскопа. Интерес к этим устройствам обусловлен с одной стороны простотой конструктивно-технологического исполнения и малыми габаритами, с другой стороны возможностью получения наукоемкого изделия с заданными характеристиками и низкой себестоимостью.

Сейчас выпускают вибрационные гироскопы в основном фирмы в США и Японии, такие как «Analog Devices», «Silicon Sensing Systems», «Fujitsu», «Murata», «Nec», «Tokin». В России же в настоящее время производство таких гироскопов отсутствует, тогда как ожидается, что рынок только автомобильных гироскопов достигнет порядка $4 млрд. в 2011 году, что отражает приблизительно 30%-пый совокупный средний темп роста между 2001 и 2011 годами.

Всё это определяет целесообразность и актуальность работы. Таким образом, возникает необходимость решения следующих задач:

1. Разработка математической конечно-элементной модели и выполнение математического моделирования методом конечных элементов конструкции чувствительного элемента пьезоэлектрического вибрационного гироскопа с учётом сокращения времени настройки и приложения внешней угловой скорости;

2. Развитие инновационных технологий производства пьезоэлектрических вибрационных гироскопов па основе анализа результатов моделирования чувствительного элемента при необходимости повышения качества изделий и снижения трудозатрат;

3. Разработка методики настройки пьезоэлектрического балочного биморфпого вибрационного гироскопа применительно к его мелкосерийному производству;

4. Разработка физических и технологических принципов построения схемы возбуждения чувствительного элемента и обработки информационных сигналов гироскопа с целыо обеспечения стабильной работы гироскопа в условиях перепада температур минус 40 °С - плюс 85 °С;

5. Разработка конструкторской и технологической документации для мелкосерийного производства пьезоэлектрических балочных вибрационных гироскопов.

Объектом исследования диссертационной работы является миниатюрный пьезоэлектрический балочный вибрационный гироскоп.

Предмет исследования: решение научно-методической задачи по развитию инновационных технологий создания миниатюрного пьезоэлектрического балочного вибрационного гироскопа.

Методы исследования. Для решения основных задач по теме диссертационной работы использовался аппарат программного конечно-элементного моделирования в применении к пьезоэлектрическим структурам; экспериментальные исследования базировались на положениях теории измерения, планирования эксперимента, а также применялись методы автоматизации конструирования и оптимизации изделий пьезотехники. Полученные данные обрабатывались с использованием методов математической статистики.

Достоверность результатов подтверждается высокой степенью корреляции данных, полученных расчетным путем методом конечных элементов, с данными, полученными экспериментально при внедрении результатов работы в производство.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны основы ииновационпых технологий изготовления чувствительных элементов пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного гироскопа и методика организации технологической подготовки производства изделия в целом па базе математического конечно-элементного и натурного моделирования;

2. Разработан технологический процесс настройки чувствительного элемента гироскопа, обеспечивающий повышение качества изделий в приборостроительном производстве с 20 % до 95 % годных;

3. Разработана инновационная технология по корректировке параметров сечения биморфной балки на стадии распиловки поляризованной биморфной пластины для снижения трудоемкости изготовления изделия в целом в условиях мелкосерийного и серийного производства;

4. На основе натурного и конечно-элементного моделирования предложен конструктивный вариант подвесов, обеспечивающий повышение чувствительности гироскопа практически в полтора раза с 5 мВ/°/с до 7 мВ/7с и требующий меньшей монтажной площади в два раза (3 мм") по сравнению с известными Z-образпыми подвесами;

5. Разработаны конкретные конечно-элементные модели нескольких вариантов чувствительных элементов пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного гироскопа с возможностью конструктивно-технологического исполнения для поверхностного монтажа, на основе чего выработаны предложения по созданию новых конструктивных исполнений и технологических решений для производства разработанного гироскопа;

6. На основе анализа и результатов натурного моделирования предложена электрическая схема возбуждения чувствительного элемента и обработки информационных сигналов гироскопа в условиях перепада температур минус 40 °С - плюс 85 °С. Создана конструкция интегрального исполнения электрической схемы возбуждения чувствительного элемента и обработки информационных сигналов гироскопа, обеспечивающая снижение трудоемкости сборки электрической схемы в целом, повышения качества и надежности гироскопа.

Практическая значимость диссертационной работы. На основе полученных в процессе работы результатов реализованы следующие технические решения:

- снижены весовые показатели пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного гироскопа более чем в шесть раз, габаритные - в семь раз по сравнению с ранее разработанным в ОАО «НИИ «Элпа» ударопрочным балочным вибрационным гироскопом с использованием пьезокерамики БВГ-3 для специального применения при сохранении его основных функциональных возможностей. Решение этой задачи позволило создать миниатюрный гироскоп, отвечающий всем требованиям технологии монтажа электронных компонентов;

- использование автором инновационного подхода к изготовлению чувствительного элемента гироскопа повысило эффективность работы гироскопа -качество преобразования угловой скорости в электрическое напряжение за счет повышения механической добротности чувствительного элемента;

- повышена чувствительность гироскопа практически в полтора раза по сравнению с известными Z-образными подвесами с 5 мВ/7с до 7 мВ/°/с за счёт применения разработанных упругих подвесов для чувствительного элемента;

- увеличен процент выхода годных изделий с 20 % до 95 % за счет применения разработанного алгоритма настройки чувствительного элемента.

Проведенные в работе натурное моделирование настройки гироскопа и комплекс расчетов позволили получить результаты, на основе которых разработана методика настройки пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного гироскопа применительно к его мелкосерийному производству.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены:

- в производство ОАО «НИИ «Элпа» при выполнении ряда опытпо-конструкторскпх работ: «Разработка технологии изготовления пьезокерамических биморфных гироскопов, включая методы контроля и аттестации по параметрам», «Разработка интеллектуальных малогабаритного угломерного пьезоэлектрического сенсорного модуля, а также модуля сенсорного акселерометрического (МСА) для автоматизированных систем наведения ориентации и телеметрии», «Разработка малогабаритного пьезоэлектрического гироскопа для малогабаритных иперциальпых навигационных систем»;

- при разработках НКТБ «Пьезоприбор» в рамках опытно-конструкторской работы по созданию вибрационного трубчатого пьезогироскопа.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Математические конечно-элементные модели и результаты моделирования методом конечных элементов пьезоэлектрических балочных биморфных чувствительных элементов гироскопа;

2. Инновационные технологии создания миниатюрного пьезоэлектрического балочного вибрационного гироскопа, включающие следующие новые конструктивно-технологические решения:

- подвесы в виде прямоугольных плоских рамок с торсиопами для биморфной балки;

- способы настройки чувствительного элемента и параметров гироскопа;

- электрическая схема возбуждения чувствительного элемента и обработки информационных сигналов гироскопа;

3. Алгоритм настройки чувствительных элементов и методика настройки параметров пьезоэлектрических балочных биморфных вибрационных гироскопов;

4. Результаты исследований влияния технологических дефектов, возникающих при производстве пьезокерамичсских биморфных балок, па свойства чувствительного элемента и гироскопа в целом.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

1. VI международной научно-технической конференции «Инновационные процессы пьезоэлектрического приборостроения и панотехпологий». 22-26 сентября 2008г. г.Апапа;

2. Научно-технических советах и защитах ОКР, проводимых ОАО «НИИ «Элпа».

Публикации. Материалы, отражающие результаты исследований по теме работы, опубликованы в пяти статьях (три из них в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых изданий ВАК), в 3-х научно-технических отчетах по опытно-конструкторским работам в ОАО «НИИ «Элпа», двух научных докладах в трудах Международных конференций и в двух патентных заявках на изобретение. Публикации выполнены в соавторстве с Паничем А.Е., Шахворостовым Д.Ю., Гриценко A.JL, Сафроповым А.Я., Климашипым В.М. Без соавторов опубликованы две работы.

Личный вклад автора. Все основные результаты диссертации получены лично автором. Автор непосредственно участвовал в планировании, выборе объектов и проведении диссертационного исследования, а также в ряде ОКР: «Разработка технологии изготовления пьезокерамических биморфных гироскопов, включая методы контроля и аттестации по параметрам», «Разработка малогабаритного пьезоэлектрического гироскопа для малогабаритных инерциальпых навигационных систем», по программе союзного государства «Россия-Белоруссия» - Функциональная СВЧ электроника «Разработка интеллектуальных малогабаритного угломерного пьезоэлектрического сенсорного модуля, а также модуля сенсорного акселерометрического (МСА) для автоматизированных систем наведения ориентации и телеметрии».

В обсуждении и интерпретации получеппых результатов принимали участие: профессор Панич А.Е., Головнин А.В., Шахворостов Д.Ю., МитькоВ.Н. и Крамаров Ю.А.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения. Работа содержит 102 рисунка, 3 таблицы, список литературы из 98 наименовании и 6 приложений. Полный объем диссертации составляет 174 страницы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В настоящей диссертационной работе выполнен системный анализ различных типов гироскопов, создана классификация вариантов существующих конструктивных решений. Представлен список основных отечественных фирм-разработчиков и изготовителей гироскопической продукции. По результатам анализа сделан вывод о необходимости разработки и производства гироскопа с малой себестоимостью и высоким потребительским спросом.

В ходе выполнения диссертационной работы решена научная задача по развитию инновационных технологий создания миниатюрного биморфиого вибрационного гироскопа. При этом получены следующие основные результаты:

1. Созданы конечно-элементные модели чувствительного элемента с упругими подвесами для пьезоэлектрического балочного биморфиого вибрационного гироскопа с учётом особенностей пьезокерампческого материала. Полученные в результате моделирования зависимости дали возможность оцепить влияние различных технологических факторов па параметры чувствительного элемента, что позволило определить допуски при его изготовлении.

2. На основе анализа результатов МКЭ-моделированпя найдены аппроксимирующие зависимости геометрических параметров сечения биморфной балки и разделительного пропила. Усовершенствована технология производства за счет введения в технологический процесс дополнительных операций корректировки параметров сечения биморфной балки на стадии распиловки биморфной пластины и настройки параметров чувствительного элемента и гироскопа, что позволяет существенно поднять качество производства и повысить процент выхода годных изделий с 20 % до 95 %.

3. Разработан новый тип упругих подвесов обладающий простотой монтажа, обеспечивающий практически в два раза большую чувствительность гироскопа и требующий в два раза меньшей монтажной площади по сравнению с известными типами подвесов. По результатам конечно-элементного и натурного моделирования подана заявка на изобретение «Упругий подвес для пьезоэлектрического балочного биморфиого вибрационного датчика угловой скорости и способ его монтажа».

4. Получен алгоритм балансировки чувствительного элемента путем МКЭ-моделировапия чувствительного элемента гироскопа, а посредством натурного моделирования и проведения экспериментальных исследований создай алгоритм настройки параметров гироскопа. На способ настройки подана заявка на изобретение «Способ балансировки пьезоэлектрического балочного биморфиого чувствительного элемента вибрационного датчика угловой скорости».

5. Разработана электрическая схема возбуждения чувствительного элемента и обработки информационных сигналов, обеспечивающая стабильность параметров гироскопа в интервале температур минус 40 "С - плюс 85 °С и устойчивость к внешним воздействиям вибраций и линейных ускорений. Результаты её работы в составе гироскопа совместно с чувствительным элементом полностью отвечают требованиям к гироскопам низкого класса точности.

6. В настоящее время ведётся разработка недорогого цифрового миниатюрного пьезогироскопа на базе уже созданного в настоящей работе с характеристиками не хуже представленного гироскопа. Этот прибор будет оснащен встроенным датчиком температуры, показания которого в цифровом виде будут доступны пользователю. Также помимо цифрового предусмотрен и аналоговый выход сигнала гироскопа. В дальнейшем планируется усовершенствовать разработанный малогабаритный пьезогироскоп для применения его в технике специального назначения.

7. Запланирована разработка трёхкоординатного балочного вибрационного пьезогироскопа, а также намечена разработка гироскопических приборов на основе представленного в настоящей работе гироскопа, измеряющих угол поворота и угловое ускорение объектов.

1. Крылов А.Н., Общая теория гироскопов и некоторых технических их применений. Собр. трудов, т. 8, М. JI., 1950.

2. Меркин Д.Р., Гироскопические системы, М., 1956.

3. РойтепбергЯ.Н., Гироскопы, М., 1966.

4. Граммель Р., Гироскоп, его теория и применения, пер. с нем., т. 1-2, М., 1952.

5. Пельпор Д.С., Гироскопические приборы и автопилоты, М., 1964.

6. Гай Э. Наводящиеся снаряды с инерциальпой навигационной системой на микромеханических датчиках, интегрированной с GPS //Гироскопия и навигация. — 1998. -№3.- С. 72-81.

7. Мартыненко Ю.Г. Тенденции развития современной гироскопии //Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 11. С. 120-127.

8. Булгаков Б.В., Прикладная теория гироскопов, 2 изд., М., 1955.

9. Николаи Е.Л., Теория гироскопов, JI. М., 1948.

10. Ишлинский А.Ю., Механика гироскопических систем, М., 1963.

11. Кудревич Б.И., Теория гироскопических приборов, т. 1-2, Л., 1963-65.

12. Ривкии С.С., Теория гироскопических устройств, ч. 1-2, Л., 1962-64 (библ.).

13. АнцевГ.В. Богословский С.В., Захаревич А.П., Новиков В.В., Сапожников Г.А., Шубарев В.А. Гироскоп на поверхностных акустических волнах. Патентная заявка № 2006110105/28 приоритет от 29.03.2006.

14. Патент: US 6516665. 11.02.2003 ВА «Micro-electro-mechanical gyroscope». Авторы: Varadan, et al.

15. Современное состояние теории и практических разработок микромеханических гироскопов //Гироскопия и навигация. 1998. №3. С.82.

16. Распопов В .Я. Микромеханические приборы. Учебное пособие: Тул. гос. университет. Тула, 2002 г., 392 с.

17. Duwel A. et al. «Experimental Study of thcrmoelastic damping in MEMS gyros»// Sensor and Actuators, 103. 2003, pp.70-75.

18. Петерсен К.Э. Кремний как микромехаиический материал. //ТИИЭР. 1982. Т.70. №5. С. 5-49.

19. Kim J., Clio D., MullerR.S. Why is (111) silicon a better mechanical material for MEMS? //Proceedings of Transducers 2001: 11th International Conference on Solid State Sensors and Actuators, Munich, Germany, June 2001, pp. 662-665.

20. Патент: US 7040163 ВВ. 12.08.2003. «Изолированное планарпое гироскопическое устройство с внутренними средствами для измерения и возбуждения». Авторы: Shcheglov K.V.; Challoner A.D. (California Institute of technology).

21. Патент: US 6584840 BB. 18.10.2001. «Датчик угловой скорости». Авторы: Higuchi Yuji, Oya Nobuyuki, Ito Takashi (Denso Corp; Nippon Soken). JP 2000 2000118323 19.04.2000.

22. Патент: JP 2001 2001099358. 30.03.2001. «Датчик угловой скорости». Авторы: Tsugai Masahiro, Konno Nobuaki, Yoshikawa Eiji, Fujita Hiroyuki (Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha).

23. Патент: JP 2000 2000359835. 27.11.2000. «Датчик угловой скорости». Авторы: Higuchi Yuji, Ito Takashi (Denso Corp; Nippon Sokcn).

24. Патент: JP 2003 2003338507. 29.09.2003. «Устройство для определения угловой скорости». Авторы: Mochida, Yoichi (Murata Manufacturing Co., Ltd.).

25. Патент: JP 2001079496. 14.12.2001. «Гироскоп с вертикальной вибрацией масс». Авторы: Kim, Jon-O, Lee, Sang-Woo (Murata Manufacturing Co., Ltd.).

26. Патент: KR2001 1993 204568. 27.07.1993. «Датчик угловой скорости». Автор: Hasegawa Tomoyasu (Samsung Electronics Co., Ltd.).

27. Патент: JP 1997 314460. 29.10.1997. «Датчик угловой скорости вибрационного типа». Авторы: Fudjiyoshi Motohiro, others:03 (Toyota Central Res&Dev).

28. Патент: JP 1997 140370. 29.05.1997. «Датчик угловой скорости». Авторы: Nagao Masaru, Esashi Masaki (Toyota Motor Corp; Esashi Masaki).

29. Кучерков С.Т. Определение необходимой степени вакуумирования рабочей полости осциллятора микромеханического гироскопа. //Гироскопия и навигация. 2002. № 1.С. 52-56.

30. Hideki Tamura, Yoshiro Tomikawa, Takayuki Kikuchi Vibratory gyro-sensor using a flexural same-form doble-mode diaphragm disk resonator //IEEE Ultrasonics Symposium. — 1998. — стр. 31-34.

31. A. Satoh, Y. Tomikawa, К. Sakurai, К. Ohnishi Piezoelectric vibratory gyrosensor using a trident tuning-fork resonator, //Third Joint Meeting of the Acoustical Society of America and the Acoustical Society of Japan. — 1996. — pp. 293-296.

32. Патент JP 3028999 B2 7098228 A. 28.09.1993. «Вибрационный гироскоп». Автор: Sugitani Nobuyoshi (Toyota Motor).

33. Патент ЕР 1619472 A2. 15.07.2005. «Датчик угловой скорости». Авторы: Tanaka Hiroshi, Yachi Masanori, Ono Masaaki (Fujitsu Media Devices Limited).

34. Патент US 7002284 BB. 11.12.2003. «Гироскоп с топкоплёночпым микромеханическим резонатором для систем навигации». Авторы: Ouchi Satoshi, Nozoe Tochiyuki, Nomura Koji, Tajika Ilirofumi (Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.).

35. Патент JP 3419632 B2 10047970 A. 08.08.1996. «Датчик угловой скорости». Авторы: Yoshida Tomio, others:04 (Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.; Nihon Dempa Kogyo Co).

36. Патент US 6959584 BB. 08.07.2003. «Датчик угловой скорости». Авторы: Nozoe Toshiyuki, Uemura Takeshi, Tamura Masami (Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.).

37. Патент JP 3183339 B2 2000065579 A. 25.08.1988. «Перестраиваемый пьезоэлектрический датчик гироскопа, имеющий форму вилки». Авторы: Inoue Takeshi, Yamamoto Mitsuru (Nec Corp.).

38. Патент JP 1996 196367. 25.07.1996. «Устройство для измерения угловой скорости». Авторы: Sugitani Nobuyoshi, Tsiju Kimihisa, Nonomura Yutaka, Ookuwa Masayuki (Toyota Motor Corp.; Toyota Central Res&Dev).

39. Патент JP 3183339 B2 2000065579 A. 25.08.1998. «Перестраиваемый пьезоэлектрический датчик гироскопа, имеющий форму вилки». Авторы: Inoue Takeshi, Yamamoto Mitsuru (Nec Corp.).

40. Патент: JP 3441932 B2 1 1 108665 A. 30.09.1997. «Пьезоэлектрический вибратор». Автор: Nishimura Mishiaki (Kyocera Corp.).

41. Патент: JP 3736257 B2 2001221638 A. 07.02.2000. «Колебательное устройство и датчик угловой скорости». Авторы: Funasaka Tsukasa, Iwamoto Osamu (Seiko Epson Corp.).

42. Патент: US 6584844 BB. 25.07.2001. «Гироскопическое измерительное устройство с пьезоэлектрическим возбуждением». Автор: Deitia Jose (Sagem Sa) 73504/16 FR 2000 200009959. 28.07.2000.

43. Патент: US 6437490 ВА. 22.03.2000. «Вибрационный гироскоп» Авторы: Yanagisawa Tohru, Yamamoto Izumi, Fujii Naoki (Citizen Watch Co., Ltd.).

44. Патент: RU 96115217/28. 10.02.1998. «Вибрационный датчик угловой скорости». Виноградов А.Н., Голяев Ю.Д., Запотылько Н.Р., Красивский И.Н., Мельников А.В. (Товарищество с ограниченной ответственностью Фирма «Кварк»),

45. Сафронов А.Я., Никифоров В.Г., Шахворостов Д.Ю., Калифатиди А.К., Барыкип В.В. Малогабаритные пьезоэлектрические вибрационные гироскопы широкого применения. «Электропика НТБ». Москва. 2007.

46. Патент: US 005117148 А. 26.05.1992. «Vibrator». Авторы: Takeshi Nakamura, Katsumi Fujimoto, Jiro Inoue, all of Nagaokakyo, Japan (Murata Manufacturing Co., Ltd., Nagaokakyo, Japan).

47. Патент: US 005569969 A. 29.10.1996. «Vibrator and vibratory gyroscope using the same». Авторы: Tohru Kasanami, Takeshi Nakamura, Keiichi Okano, Yoshiko Morishita, all of Nagaokakyo, Japan (Murata Manufacturing Co., Ltd., Kyoto-fu, Japan).

48. Патент: US 0058501 19 A. 15.12.1998. «Vibration gyroscope». Авторы: Kazuhiro Ebara (Toyama), Katsumi Fujimoto (Toyama-ken), Hiroshi Nishiyama (Toyama), all of Japan (Murata Manufacturing Co. Ltd., Japan).

49. Патент: JP 3663525 B2 9304080 A. 14.05.1996. «Пьезоэлектрической вибратор для вибрационного гироскопа». Авторы: Shuda Koichi, Abe Hiroshi (Tokin Corp).

50. Патент: JP 3136545 B2 5045169A. 09.08.1991. «Пьезоэлектрический вибрационный гироскоп». Автор: Abe Hiroshi (Tokin Corp).

51. Патент: JP 3418245 B2 7294263A. 27.04.1994. «Пьезоэлектрический вибрационный гироскоп». Авторы: Takahashi Masahiko, others: 01 (Tokin Corp).

52. Патент: JP 3597277 B2 90149171. 26.06.1995. «Пьезоэлектрический вибрационный гироскоп». Автор: Ono Nagayuki (Tokin Corp).

53. Патент: JP 3530611 B2 8210859. 31.01.1995. «Вибратор для пьезоэлектрического вибрационного гироскопа и способ регулирования резонансной частоты». Авторы: Abe Hiroshi, others:01 (Tokin Corp).

54. Патент: US 005336960 A. 09.08.1994. «Gyroscope using circular rod type piezoelectric vibrator». Авторы: Hiroshi Shimizu, Tetsuo Yoshida, Chikara Mashiko, all of Sendai, Japan Tokia Corporation; Hiroshi Shimizu, both of Miyagi, Japan.

55. J.S. Yang, H.Y. Fang A new ceramic tube piezoelectric gyroscope //Sensors and Actuators. — 26 April 2003. — стр.42-49.

56. Патент: ЕР 1164354 A2. 15.06.2001. Вибратор для вибрационного гироскопа, вибрационный гироскоп с таким вибратором и электронное устройство для вибрационного гироскопа. Авторы: Ishitoko Nobuyuki, Koike Masato (Murata Manufacturing Co. Ltd.).

57. Патент: JP 3627643 В2 2001188011. 17.10.2000. Вибрационный гироскоп. Автор: Fujimoto Katsumi (Murata Manufacturing Co. Ltd.).

58. Патент: JP 3206519 B2 11125526. 21.10.1997. Вибрационный гироскоп. Автор: Ishitoko Nobuyuki (Murata Manufacturing Co. Ltd.).

59. Патент: US 6666090 BB. 25.06.2001. Вибрационный гироскоп и электронное устройство для вибрационного гироскопа. Авторы: Mori Akira, Kumada Akira, Ebara Kazuhiro (Murata Manufacturing Co. Ltd.).

60. Патент: US 6668263 BB. 14.06.2001. Вибратор для гироскопического датчика угловой скорости. Авторы: Ishitoko Nobuyuki, Koike Masato (Murata Manufacturing Co. Ltd.).

61. Патент: WO 2006057128 Al. 24.10.2005. Пьезоэлектрический вибратор и способ его изготовления, вибрационный гироскоп. Авторы: Sugibayashi Hideaki, Okano Keiichi, Fujimoto Katsumi (Murata Manufacturing Co. Ltd.).

62. Патент: JP 3664950 B2 15.06.2000 Датчик угловой скорости Авторы: Fujimoto Katsumi, Okano Keiichi, Murohashi Koichi (Murata Manufacturing Co. Ltd.; Texas Instruments Japan).

63. Патент: US 5635786 A. 03.06.1997. Вибрационный гироскоп. Авторы: Katsumi Fujimoto (Toyama-ken), Takeshi Nakamura (Uji), Kazuhiro Ebara (Toyama), Nobuyuki Ishitoko (Toyama-ken), all of Japan (Murata Manufacturing Co. Ltd.; Kyoto-fu, Japan).

64. Патент: JP 3531295 B2 8338730 A. 13.06.1995. Вибратор и пьезоэлектрическое вибрационное устройство для измерения угловой скорости. Авторы: Sango Yoshitaka, others: 02 (Nippon Kogaku Kk).

65. Патент: US 6590316 BB. 26.12.2001. Вибратор, впбрацпоппый гироскоп и электронное устройство с гироскопом. Авторы: Koike Masato, Fujimoto Katsumi, Ishitoko Nobuyuki (Murata Manufacturing Co. Ltd.).

66. Патент: JP 3439861 B2 8201066. 25.01.1995. Вибрационный гироскоп. Авторы: Onishi Kazumasa, others: 01 (Alps Electric Co. Ltd.; Tomikawa Yoshiro).

67. Патент: JP 3122925 B2 8166242. 12.12.1994. Пьезоэлектрический осциллятор для пьезоэлектрического вибрационного гироскопа. Автор: Abe Iliroshi (Tokin Corp.)

68. Патент: JP 3770425 B2 10239061 A. 24.02.1997. Колебательное устройство для пьезоэлектрического датчика угловой скорости. Автор: Muramatsu Kenichi (Nippon Kogaku Kk).

69. Материалы сайта http://\v\v\v.medicon-miass.ru/2084343348.

70. Материалы сайта http://www.polyus.msk.ru/RU/lgru.html.

71. Материалы сайта http://www.microsystems.ru/files/publ/202.htm.

72. Материалы сайта http://www.rpz.ru/products/.

73. Материалы сайта http://www.rpkb.ru/index.php?pageid=14.

74. Материалы сайта hltp://w\vw.gyro.ru/MicroDathiki.htm.

75. Материалы сайта http://www.ppk.perm.su/baz.asp?ID=3&gID=16&EL=2.

76. Материалы сайта http://www.ppk.perm.su/baz.asp?ID=3&gID=16&EL=9.

77. Материалы сайта http://www.elektropribor.spb.ru/ru/rprod2-l.html.

78. Материалы рекламного проспекта.

79. Материалы сайта http://www.elpapiezo.ru/.

80. Образцов P.M. Малогабаритный вибрационный гироскоп с балочным биморфным чувствительным элементом из пьезоэлектрической керамики. //Нано-и микросистемная техника. 2008. № 10. С. 52-54.

81. АРС International «Пьезоэлектрическая керамика: принципы и применение». / Пер. с англ. С. П. Жукова. Мп. ООО «ФУАинформ», 2003. - 112с. АРС. С. 22-23/

82. Мирошников П.В., Сегалла А.Г., Сафронов А.Я., Никифоров В.Г. Патентная заявка па изобретение №2007133386/03 от 06.09.2007г. «Пьезокерамический материал».

83. ОСТ 11 0444-87 «Материалы пьсзокерамическис».

84. Р. Джонсон «Механические фильтры в электронике». / Пер. с англ. В.П. Малугина, к.т.н. B.C. Самойлова, В.А. Старостина, М.Ю. Червенко под ред. д.т.н. А.Е. Знаменского. Москва «Мир», 1986.

85. Образцов P.M. Разработка и анализ упругих подвесов для чувствительного элемента малогабаритного пьезоэлектрического биморфиого вибрационного гироскопа. // Пано- п микросистемная техника. 2009. № 2. С. 39-43.

86. Кучерков С.Г. Использование интегрирующих свойств вибрационного микромехапического гироскопа с резонансной настройкой для построения датчика угловой скорости компенсационного типа. //Гироскопия и навигация. 2002. №2. С.12-18.

87. Образцов P.M. Малогабаритный вибрационный гироскоп с балочным биморфным чувствительным элементом из пьезоэлектрической керамики. //Нано-и микросистемная техника. 2008. № 10. С. 52-54.

88. Образцов P.M., Гриценко A.JL, Шахворостов Д.Ю. и др. Патентная заявка на изобретение №2008107946 приоритет от 04.03.2008г. Упругий подвес для пьезоэлектрического балочного биморфного вибрационного датчика угловой скорости и способ его монтажа.

89. Патент US 6694813 BB «Vibrating gyroscope and electronic unit using the same». Автор: Koike Masato (Murata Manufacturing Co., Ltd.).

90. Гриднев С.А. Диэлектрики с метастабилыюй электрической поляризацией. //Соросовский образовательный журнал (физика), №5, 1997. Стр. 105-111.

91. Образцов P.M., Гриценко A.JL, Шахворостов Д.Ю. Способ балансировки пьезоэлектрического балочного биморфного чувствительного элемента вибрационного датчика угловой скорости. Патентная заявка на изобретение № 2009106432 приоритет от 26.02.2009г.