gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya / Gyroscopy and Navigation0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.2014.22.4.056-068gyroscopy-465Research ArticleСтатьиМетоды повышения стойкости микромеханических гироскопов к механическим воздействиямЕвстифеевМ. И.

Евстифеев Михаил Илларионович, доктор технических наук, начальник отдела. Действительный член общественного объединения «Академия навигации и управления движением».

ЕлисеевД. П.

Елисеев Даниил Павлович, аспирант. 

ЧелпановИ. Б.

Челпанов Игорь Борисович, доктор технических наук, профессор; ведущий научный сотрудник. Действительный член общественного объединения «Академия навигации и управления движением».

ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», Университет ИТМО (С.-Петербург).Russian FederationОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор».Russian FederationСанкт-Петербургский государственный политехнический университет; ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» (С. Петербург).Russian Federation2014030220262245668Copyright © Евстифеев М.И., Елисеев Д.П., Челпанов И.Б., 20262026Евстифеев М.И., Елисеев Д.П., Челпанов И.Б.Евстифеев М.И., Елисеев Д.П., Челпанов И.Б.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/465

Рассматриваются основные методы повышения стойкости микромеханических гироскопов (ММГ) к механическим воздействиям. На базе выявленных признаков, используемых как критерии стойкости, предложена многоаспектная классификационная схема, позволяющая систематизировать данные об их взаимосвязях с конструктивным исполнением приборов, в состав которых входят ММГ, и выявлять новые, перспективные принципы их построения.

The paper considers the methods improving the mechanical performance of MEMS gyros. A multiaspect classification is proposed for systematizing data on mechanical performance of various gyro designs, and new perspective design principles are revealed

Повышение стойкостиконструктивное исполнение приборовклассификационная схемаMEMS gyromechanical performanceclassificationReferencesПешехонов, В.Г. Современное состояние и перспективы развития гироскопических систем // Гироскопия и навигация. – 2011. – № 1. – С. 3-16.Пешехонов, В.Г. Современное состояние и перспективы развития гироскопических систем // Гироскопия и навигация. – 2011. – № 1. – С. 3-16.Пешехонов, В.Г. Отечественный микромеханический гироскоп RR-типа. Современное состояние и перспективы / В.Г. Пешехонов [и др.] // Информационное противодействие угрозам терроризма. – 2012. – № 19. – С. 108-114.Пешехонов, В.Г. Отечественный микромеханический гироскоп RR-типа. Современное состояние и перспективы / В.Г. Пешехонов [и др.] // Информационное противодействие угрозам терроризма. – 2012. – № 19. – С. 108-114.Биндер, Я.И. Мобильная инклинометрическая станция на основе микромеханических чувствительных элементов для съемки траекторий стволов группы скважин подземной выработки /Я.И. Биндер [и др.] // Гироскопия и навигация. – 2013. – № 1. – С. 95-106.Биндер, Я.И. Мобильная инклинометрическая станция на основе микромеханических чувствительных элементов для съемки траекторий стволов группы скважин подземной выработки /Я.И. Биндер [и др.] // Гироскопия и навигация. – 2013. – № 1. – С. 95-106.Пешехонов, В.Г. Микромеханические инерциальные преобразователи. Современное состояние и применение в военной технике /В.Г. Пешехонов, Л.П. Несенюк, Д.Г. Грязин // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2009. – № 3. – С. 28-32.Пешехонов, В.Г. Микромеханические инерциальные преобразователи. Современное состояние и применение в военной технике /В.Г. Пешехонов, Л.П. Несенюк, Д.Г. Грязин // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2009. – № 3. – С. 28-32.Коновалов, С.Ф. Инерциальный метод измерения перемещений строительных свай в процессе забивки /С.Ф. Коновалов, В.П. Подчезерцев // Гироскопия и навигация. – 2013. – № 4. – С. 14-23.Коновалов, С.Ф. Инерциальный метод измерения перемещений строительных свай в процессе забивки /С.Ф. Коновалов, В.П. Подчезерцев // Гироскопия и навигация. – 2013. – № 4. – С. 14-23.Боронахин, А.М. Исследование микромеханических чувствительных элементов в задачах диагностики рельсового пути / А.М. Боронахин [и др.] // Гироскопия и навигация. – 2012. – № 1. – С. 57-66.Боронахин, А.М. Исследование микромеханических чувствительных элементов в задачах диагностики рельсового пути / А.М. Боронахин [и др.] // Гироскопия и навигация. – 2012. – № 1. – С. 57-66.Богданов, М.Б. Результаты исследовательских испытаний инерциального измерительного блока АИСТ-350Т на стойкость к механическим воздействиям // Гироскопия и навигация. – 2013. – № 4. – С. 84-93.Богданов, М.Б. Результаты исследовательских испытаний инерциального измерительного блока АИСТ-350Т на стойкость к механическим воздействиям // Гироскопия и навигация. – 2013. – № 4. – С. 84-93.ADXRS646. High Stability, Low Noise Vibration Rejecting Yaw Rate Gyroscope / Data Sheet. Analog Devices. 2012. – 12 p.ADXRS646. High Stability, Low Noise Vibration Rejecting Yaw Rate Gyroscope / Data Sheet. Analog Devices. 2012. – 12 p.Лукьянов, Д.П. Современное состояние и перспективы развития твердотельных микрогироскопов на поверхностных акустических волнах / Д.П. Лукьянов [и др.] // Гироскопия и навигация. – 2011. – № 3. – С. 75-87.Лукьянов, Д.П. Современное состояние и перспективы развития твердотельных микрогироскопов на поверхностных акустических волнах / Д.П. Лукьянов [и др.] // Гироскопия и навигация. – 2011. – № 3. – С. 75-87.Weinberg, H. Gyro Mechanical Performance: The Most Important Parameter // Technical Article MS-2158. Analog Devices, Inc. – September 2011. – pp. 1-5.Weinberg, H. Gyro Mechanical Performance: The Most Important Parameter // Technical Article MS-2158. Analog Devices, Inc. – September 2011. – pp. 1-5.Nguyen, C. The Harsh Environment Robust Micromechanical Technology (HERMiT) Program: Success and Some Unfinished Business // Microwave Symposium Digest (MTT), 2012 IEEE MTT-S International, June 2012, pp. 1-3.Nguyen, C. The Harsh Environment Robust Micromechanical Technology (HERMiT) Program: Success and Some Unfinished Business // Microwave Symposium Digest (MTT), 2012 IEEE MTT-S International, June 2012, pp. 1-3.Евстифеев, М.И. Классификационные признаки конструкций микромеханических гироскопов // Гироскопия и навигация. – 2004. – № 3. – С. 30-37.Евстифеев, М.И. Классификационные признаки конструкций микромеханических гироскопов // Гироскопия и навигация. – 2004. – № 3. – С. 30-37.Евстифеев, М.И. Анализ компьютерных средств проектирования микромеханических гироскопов с позиций мехатроники // М.И. Евстифеев [и др.] /Мехатроника, автоматизация, управление. – 2004. – № 2. – С. 31-37.Евстифеев, М.И. Анализ компьютерных средств проектирования микромеханических гироскопов с позиций мехатроники // М.И. Евстифеев [и др.] /Мехатроника, автоматизация, управление. – 2004. – № 2. – С. 31-37.Евстифеев, М.И. Результаты испытаний микромеханических гироскопов при механических воздействиях / М.И. Евстифеев, Д.П. Елисеев, А.С. Ковалев, Д.В. Розенцвейн // Гироскопия и навигация. – 2011. – № 1. – С. 49-58.Евстифеев, М.И. Результаты испытаний микромеханических гироскопов при механических воздействиях / М.И. Евстифеев, Д.П. Елисеев, А.С. Ковалев, Д.В. Розенцвейн // Гироскопия и навигация. – 2011. – № 1. – С. 49-58.Евстифеев, М.И. Погрешности микромеханического гироскопа на вибрирующем основании // Гироскопия и навигация. – 2002. – № 2. – С. 19-25.Евстифеев, М.И. Погрешности микромеханического гироскопа на вибрирующем основании // Гироскопия и навигация. – 2002. – № 2. – С. 19-25.Некрасов, Я.А. Улучшение эксплуатационных характеристик отечественного микромеханического гироскопа RR-типа / Я.А.Некрасов [и др.] // Материалы XХI Санкт-Петербургской межд. конф. по интегрированным навигационным системам. – 2014. – С. 226-235.Некрасов, Я.А. Улучшение эксплуатационных характеристик отечественного микромеханического гироскопа RR-типа / Я.А.Некрасов [и др.] // Материалы XХI Санкт-Петербургской межд. конф. по интегрированным навигационным системам. – 2014. – С. 226-235.Евстифеев, М.И. Исследование электромеханической модели микромеханического гироскопа R-R типа с учетом вибраций основания / М.И. Евстифеев, А.С. Ковалев, Д.П. Елисеев // Гироскопия и навигация. – 2013. – № 3. – С. 24-32.Евстифеев, М.И. Исследование электромеханической модели микромеханического гироскопа R-R типа с учетом вибраций основания / М.И. Евстифеев, А.С. Ковалев, Д.П. Елисеев // Гироскопия и навигация. – 2013. – № 3. – С. 24-32.Лестев, А.М. О комбинационных резонансах в динамике микромеханических гироскопов /А.М.Лестев// Гироскопия и навигация. - 2014. - № 3. - С. 53-58.Лестев, А.М. О комбинационных резонансах в динамике микромеханических гироскопов /А.М.Лестев// Гироскопия и навигация. - 2014. - № 3. - С. 53-58.Acar C., Shkel A. MEMS Vibratory Gyroscopes. Structural Approaches to Improve Robustness / Springer Science. – 2009 – 262 p.Acar C., Shkel A. MEMS Vibratory Gyroscopes. Structural Approaches to Improve Robustness / Springer Science. – 2009 – 262 p.Евстифеев, М.И. Вопросы обеспечения стойкости микромеханических гироскопов при механических воздействиях / М.И. Евстифеев, И.Б. Челпанов // Гироскопия и навигация. – 2013. – № 1. – С.119-133.Евстифеев, М.И. Вопросы обеспечения стойкости микромеханических гироскопов при механических воздействиях / М.И. Евстифеев, И.Б. Челпанов // Гироскопия и навигация. – 2013. – № 1. – С.119-133.Barbour, N. Inertial MEMS System Applications /N. Barbour [et al.]// Advances in Navigation Sensors and Integration Technology. RTO LECTURE SERIES 232. – 2004. – pp.7-1–7-12.Barbour, N. Inertial MEMS System Applications /N. Barbour [et al.]// Advances in Navigation Sensors and Integration Technology. RTO LECTURE SERIES 232. – 2004. – pp.7-1–7-12.Патент 2447403 РФ, МПК G01С 19/56. Микромеханический гироскоп // Я.А. Некрасов; заявл. 07.12.2010; опубл. 10.04.2012; Бюл. № 10. – 10 с.Патент 2447403 РФ, МПК G01С 19/56. Микромеханический гироскоп // Я.А. Некрасов; заявл. 07.12.2010; опубл. 10.04.2012; Бюл. № 10. – 10 с.Udovenko, V.A. On the Formation of High Damping State and Optimization of Structure of IndustrialUdovenko, V.A. On the Formation of High Damping State and Optimization of Structure of IndustrialDamping Steels / V.A. Udovenko [et al.] // Solid State Phenomena. – 2008. – vol. 137. – pp.119-128.Damping Steels / V.A. Udovenko [et al.] // Solid State Phenomena. – 2008. – vol. 137. – pp.119-128.Берштам, Я.Н. Исследование сплавов с высоким внутренним демпфированием в конструкции микромеханического гироскопа / Я.Н. Берштам, М.И. Евстифеев, Д.П. Елисеев // Материалы XXIX конференции памяти Н.Н. Острякова. – 2014. – С. 65-72.Берштам, Я.Н. Исследование сплавов с высоким внутренним демпфированием в конструкции микромеханического гироскопа / Я.Н. Берштам, М.И. Евстифеев, Д.П. Елисеев // Материалы XXIX конференции памяти Н.Н. Острякова. – 2014. – С. 65-72.Lestev M.A. The influence of nonlinear factors on dynamics and accuracy of micromechanical gyroscopes // Proceedings of 14th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. – 2007. – pp.24-25.Lestev M.A. The influence of nonlinear factors on dynamics and accuracy of micromechanical gyroscopes // Proceedings of 14th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. – 2007. – pp.24-25.Евстифеев, М.И. Упругие подвесы инерционных тел в точном приборостроении // Гироскопия и навигация. – 2007. – № 2. – С. 63-76.Евстифеев, М.И. Упругие подвесы инерционных тел в точном приборостроении // Гироскопия и навигация. – 2007. – № 2. – С. 63-76.Евстифеев, М.И. Анализ прочности упругих подвесов микромеханических гироскопов / М.И. Евстифеев, Д.В. Розенцвейн, И.Б. Челпанов // Гироскопия и навигация. – 2009. – № 3. – С. 22-34.Евстифеев, М.И. Анализ прочности упругих подвесов микромеханических гироскопов / М.И. Евстифеев, Д.В. Розенцвейн, И.Б. Челпанов // Гироскопия и навигация. – 2009. – № 3. – С. 22-34.Sang Won Yoon. Vibration Isolation and Shock Protection for MEMS // University of Michigan Ph.D. Dissertation. – 2009. – 208 p.Sang Won Yoon. Vibration Isolation and Shock Protection for MEMS // University of Michigan Ph.D. Dissertation. – 2009. – 208 p.Евстифеев, М.И. Анализ контактных взаимодействий в микромеханических гироскопах / М.И. Евстифеев, Д.В. Розенцвейн // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2010. – № 4. – С. 46-50.Евстифеев, М.И. Анализ контактных взаимодействий в микромеханических гироскопах / М.И. Евстифеев, Д.В. Розенцвейн // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2010. – № 4. – С. 46-50.Евстифеев, М.И. Использование многомассовых систем для повышения вибростойкости микромеханических гироскопов / М.И. Евстифеев, Д.В. Розенцвейн // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2009. – № 1. – С.40-44.Евстифеев, М.И. Использование многомассовых систем для повышения вибростойкости микромеханических гироскопов / М.И. Евстифеев, Д.В. Розенцвейн // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2009. – № 1. – С.40-44.ADXRS150. Single Chip Yaw Rate Gyro with Signal Conditioning / Data Sheet. Analog Devices. 2010. – 12 p.ADXRS150. Single Chip Yaw Rate Gyro with Signal Conditioning / Data Sheet. Analog Devices. 2010. – 12 p.Lapadatu, D. SAR500 – A High-Precision High-Stability Butterfly Gyroscope with North Seeking Capability / D. Lapadatu [et al.] // Proceedings of IEEE/ION PLANS 2010. – pp. 6-13.Lapadatu, D. SAR500 – A High-Precision High-Stability Butterfly Gyroscope with North Seeking Capability / D. Lapadatu [et al.] // Proceedings of IEEE/ION PLANS 2010. – pp. 6-13.U.S. Patent 6443008. Decoupled Multi-Disk Gyroscope/ Funk K. et al; Robert Bosch GmbX. - Sep.3, 2002. - 11 p.U.S. Patent 6443008. Decoupled Multi-Disk Gyroscope/ Funk K. et al; Robert Bosch GmbX. - Sep.3, 2002. - 11 p.U.S. Patent 8266961. Inertial Sensors with Reduced Sensitivity to Quadrature Errors and Micromachining Inaccuracies / Kuang J., Geen J.; Analog Devices. - Sep.18, 2012. - 17 p.U.S. Patent 8266961. Inertial Sensors with Reduced Sensitivity to Quadrature Errors and Micromachining Inaccuracies / Kuang J., Geen J.; Analog Devices. - Sep.18, 2012. - 17 p.U.S. Patent 5635640. Micromachined Device with Rotationally Vibrated Masses / Geen J.; Analog Devices. - Jun.3, 1997. - 8 p.U.S. Patent 5635640. Micromachined Device with Rotationally Vibrated Masses / Geen J.; Analog Devices. - Jun.3, 1997. - 8 p.Geen, J. Progress in Integrated Gyroscopes // IEEE A&E Systems magazine – November, 2004. – pp. 12-17.Geen, J. Progress in Integrated Gyroscopes // IEEE A&E Systems magazine – November, 2004. – pp. 12-17.Singh, T. Analysis of acceleration sensitivity in MEMS tuning fork gyroscope / T. Singh [et al.] // Proceedings of Transducers’11, Beijing, China, June 5-9, 2011. – рр. 2006-2009.Singh, T. Analysis of acceleration sensitivity in MEMS tuning fork gyroscope / T. Singh [et al.] // Proceedings of Transducers’11, Beijing, China, June 5-9, 2011. – рр. 2006-2009.Sang Won Yoon. Analysis and wafer-level design of a high-order silicon vibration isolator for resonating MEMS devices /Sang Won Yoon [et al.] // J. Micromech. Microeng. 21 (2011). – pp. 1-12.Sang Won Yoon. Analysis and wafer-level design of a high-order silicon vibration isolator for resonating MEMS devices /Sang Won Yoon [et al.] // J. Micromech. Microeng. 21 (2011). – pp. 1-12.Habibi S. Gun Hard Inertial Measurement Unit based on MEMS capacitive accelerometer and rate sensor / S. Habibi [et al.] // Proceedings of IEEE/ION PLANS 2008, May 6 - 8, 2008. – pp. 232-237.Habibi S. Gun Hard Inertial Measurement Unit based on MEMS capacitive accelerometer and rate sensor / S. Habibi [et al.] // Proceedings of IEEE/ION PLANS 2008, May 6 - 8, 2008. – pp. 232-237.Dean, R.N. Characterization of the Performance of a MEMS Gyroscope in Acoustically Harsh Environments / R. N. Dean [et al.] // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2011. – vol. 58, №7. –pp. 2591-2596.Dean, R.N. Characterization of the Performance of a MEMS Gyroscope in Acoustically Harsh Environments / R. N. Dean [et al.] // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2011. – vol. 58, №7. –pp. 2591-2596.Челпанов, И.Б. Акустические испытания микромеханических гироскопов / И.Б. Челпанов, М.И. Евстифеев, А.В. Кочетков // Интернет-журнал «Науковедение». 2013. – № 5 (18) [Электронный ресурс]. – М., 2013. – Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/106tvn513.pdf, свободный – Загл. с экрана.Челпанов, И.Б. Акустические испытания микромеханических гироскопов / И.Б. Челпанов, М.И. Евстифеев, А.В. Кочетков // Интернет-журнал «Науковедение». 2013. – № 5 (18) [Электронный ресурс]. – М., 2013. – Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/106tvn513.pdf, свободный – Загл. с экрана.Dean, R.N. Microfibrous metallic cloth for acoustic isolation of a MEMS gyroscope / R. N. Dean [et al.] // Proceeding of SPIE 7979, Industrial and Commercial Applications of Smart Structures Technologies. – 2011. – URL: http://dx.doi.org/10.1117/12.880624.Dean, R.N. Microfibrous metallic cloth for acoustic isolation of a MEMS gyroscope / R. N. Dean [et al.] // Proceeding of SPIE 7979, Industrial and Commercial Applications of Smart Structures Technologies. – 2011. – URL: http://dx.doi.org/10.1117/12.880624.Патент 2486469 РФ, МПК G01С 19/5656. Способ подавления ложного сигнала в измерителе угловой скорости с микромеханическими гироскопами // Я.А. Некрасов; заявл. 31.01.2012; опубл. 27.06.2013; Бюл. № 18. – 12 с.Патент 2486469 РФ, МПК G01С 19/5656. Способ подавления ложного сигнала в измерителе угловой скорости с микромеханическими гироскопами // Я.А. Некрасов; заявл. 31.01.2012; опубл. 27.06.2013; Бюл. № 18. – 12 с.Патент 2486468 РФ, МПК G01С 19/56. Измеритель угловой скорости // Я.А. Некрасов; заявл. 31.01.2012; опубл. 27.06.2013. Бюл. № 18. – 13 с.Патент 2486468 РФ, МПК G01С 19/56. Измеритель угловой скорости // Я.А. Некрасов; заявл. 31.01.2012; опубл. 27.06.2013. Бюл. № 18. – 13 с.Люкшонков, Р.Г. Дифференциальный емкостной датчик перемещений с дополнительной информацией о зазоре / Р.Г. Люкшонков, Н.В. Моисеев // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. - 2011. - № 4. - С. 67-72.Люкшонков, Р.Г. Дифференциальный емкостной датчик перемещений с дополнительной информацией о зазоре / Р.Г. Люкшонков, Н.В. Моисеев // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. - 2011. - № 4. - С. 67-72.Патент 2471149 РФ, МПК G01С 19/56. Микромеханический гироскоп компенсационного типа// Я.А. Некрасов, Н.В. Моисеев, Р.Г. Люкшонков; заявл. 07.12.2010; опубл. 20.06.2012; Бюл. №.17. – 10 с.Патент 2471149 РФ, МПК G01С 19/56. Микромеханический гироскоп компенсационного типа// Я.А. Некрасов, Н.В. Моисеев, Р.Г. Люкшонков; заявл. 07.12.2010; опубл. 20.06.2012; Бюл. №.17. – 10 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.