СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МИКРОМЕХАНИЧЕСКОГО АКСЕЛЕРОМЕТРА С ЕМКОСТНЫМ ДАТЧИКОМ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
- Авторы: Ватутин М.А.1, Шевкунов И.А.1
-
Учреждения:
- Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского
- Выпуск: № 2 (2025)
- Страницы: 80-90
- Раздел: ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
- URL: https://bakhtiniada.ru/2307-5538/article/view/296794
- DOI: https://doi.org/10.21685/2307-5538-2025-2-10
- ID: 296794
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Актуальность и цели. Современные акселерометры, основанные на микроэлектромеханических системах (МЕМС), имеют весьма невысокую стоимость, отличаются своей миниатюрностью и малым энергопотреблением. Высокую погрешность измерения можно определить как один из недостатков таких датчиков. Одной из причин этого является значительная чувствительность радиокомпонентов к изменению температуры окружающей среды. Целью работы является повышение метрологических характеристик акселерометра за счет повышения стабильности работы преобразовательной части, выполненной на D-триггере. Материалы и методы. Исследование показало, что акселерометр с емкостным датчиком перемещения, построенный на цифровой микросхеме D-триггера, не обладает высокими точностными параметрами, а также возникает сложность их определения. Предложенный буферный компаратор позволяет устранить эти недостатки. Произведена оценка точностных параметров элементов буферного компаратора. Разработана математическая модель акселерометра, позволяющая оценить стабильность параметров формирователя временного интервала. Произведена оценка стабильности преобразования во временной интервал для различных типовых элементов буферного компаратора. Осуществлена оценка влияния вспомогательных параметров радиоэлементов на стабильность работы буферного компаратора. Предложены схемотехнические решения для повышения стабильности работы акселерометра с емкостным датчиком перемещения. Результаты. Представленные схемотехнические предложения позволяют повысить стабильность преобразования акселерометром с емкостным датчиком перемещения. Также представленные результаты могут быть использованы для широкого круга измерительных приборов, в которых для измерения физической величины используются датчики перемещения емкостного типа. Выводы. Применение исследованных схемотехнических предложений позволяет повысить стабильность пороговых уровней преобразовательного D-триггера и тем самым осуществить более точное преобразование входного сигнала. Результаты могут использоваться при построении широкого круга измерительных приборов физических величин для применения в промышленных устройствах и в других областях науки и техники.
Об авторах
Михаил Алексеевич Ватутин
Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского
Автор, ответственный за переписку.
Email: vatutinm@inbox.ru
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры автономных систем управления
(Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Ждановская, 13)Игорь Александрович Шевкунов
Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского
Email: vka@mil.ru
кандидат технических наук, преподаватель кафедры автономных систем управления
(Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Ждановская, 13)Список литературы
- Ковалев И. В., Нургалеева Ю. А., Гриценко С. Н., Усачев А. В. К проблеме выбора структуры автоматизированной системы управления летательными аппаратами // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева. 2009. № 3. С. 105–110.
- Борисова А. Ю., Смаль А. В. Анализ разработок современных бесплатформенных инерциальных навигационных систем // Инженерный вестник МГТУ имени Н. Э. Баумана. 2017. № 5. С. 50–57.
- Трефилов П. М. Сравнительный анализ улучшения точностных характеристик инерциальных нави- гационных систем // XIII Всероссийское совещание по проблемам управления. ВСПУ-2019. М., 2019.
- Андреев С. В., Ильиных В. В., Ильиных О. А. [и др.]. Оценка влияния погрешностей инерциальных датчиков на точность бесплатформенной инерциальной навигационной системы // Вестник Кон- церна ВКО «Алмаз-Антей». 2018. № 2. С. 29–34.
- Дубовской В. Б., Кисленко К. В., Пшеняник В. Г. Методика повышения точности навигационного обеспечения космических аппаратов, оснащенных высокочувствительными акселерометрами // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2018. Т. 61, № 7. С. 590–595.
- Волков В. Л. Обоснование требований к параметрам микромеханического акселерометра // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Решетникова. 2011. № 2 (87).
- Лукьянов В. В., Медведев В. О., Медведева Ю. Д. Определение навигационных параметров наземного подвижного объекта с помощью микромеханических инерциальных датчиков // Современные наукоемкие технологии. 2017. № 11. С. 40–46. URL: https://top-technologies.ru/ru/article/ view?id=36842 (дата обращения: 14.09.2023).
- Прохорцов А. В., Минина О. В. Обзор высокоточных акселерометров российских производителей // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 10. С. 301–305.
- Ключников А. И. Оценка температурной погрешности микромеханического акселерометра // Ракетно-космическая техника. НПО автоматики имени академика Н. А. Семихатова : VII науч.-техн. конф. молодых специалистов (г. Екатеринбург, 8–10 апреля 2015). Екатеринбург, 2015. Ч. 1. С. 219–229.
- Ватутин М. А., Ключников А. И. Математическая модель погрешности компенсационного акселерометра // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2023. Т. 66, № 4. С. 276–284. doi: 10.17586/0021-3454-2023-66-4-276-284
- Скоробогатов В. В. Проблемы разработки широкодиапазонного кварцевого маятникового акселерометра с цифровой обратной связью и пути их решения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 10. С. 17–29.
- Буянкин М. П., Ватутин М. А., Ключников А. И. Адаптация маятникового акселерометра компенсационного типа к возмущающим факторам космического пространства // Вестник Российского но- вого университета. Сер.: Сложные системы: модели, анализ и управление. 2020. № 1. С. 55–59.
- Ватутин М. А., Ключников А. И., Козлов Д. М. Методика снижения погрешности автоколебательного акселерометра // Вестник Российского нового университета. Сер.: Сложные системы: модели, анализ и управление. 2022. № 4. С. 22–32.
- Ватутин М. А., Ключников А. И. Методика повышения стабильности работы нелинейного звена с запаздыванием для автоколебательного акселерометра // Труды МАИ. 2022. № 127. doi: 10.34759/ trd-2022-127-22
- Ватутин М. А., Ключников А. И., Петров Д. Г., Сударь Ю. М. Методика схемотехнического построения интегрирующего маятникового акселерометра // Труды МАИ. 2023. № 128. doi: 10.34759/trd- 2023-128-18
- Арбузов В. П. Измерительные цепи прямого преобразования для емкостных акселерометров и гироскопов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2019. Т. 62, № 11. С. 997–1004.
- Распопов В. Я. Микромеханические приборы : учеб. пособие. М. : Машиностроение, 2007. 400 с.
- Дворников А. В., Чеховский В. А., Прокопенко Н. Н. [и др.]. Быстродействующие широкополосные операционные усилители на базовом матричном кристалле // Известия вузов. Электроника. 2023. Т. 28, № 1. С. 96–111. doi: 10.24151/1561-5405-2023-28-1-96-111
- Бормонтов Е. Н., Сухотерин Е. В., Колесников Д. В., Невежин Е. В. Способы стабилизации основных характеристик источника опорного напряжения // Фундаментальные исследования. 2014. № 5, ч. 5. С. 934–938.
- Основы метрологии и электрические измерения / под ред. Е. М. Душина. Л. : Энергоатомиздат, Ленинградское отд., 1987. 480 с.
Дополнительные файлы
