KY YEU HTTQ CO HOC VA KHI CU BAY CO DK pdf
Trang 1VE MOT SO DANG KET CAU HE TREO CON QUAY VI CƠ 'TS Nguyễn Văn Chúc, PGS TS Bùi Ngọc Hỏi, ThS Nguyễn Phú Thắng
Trung tâm KHKT - CNOS
Tám tắt: Bài báo trình bảy tổng quan về nguyên lý làm việc vd ede kết cấu hệ treo “hối lượng quán tỉnh của co quay vi cơ Bài bảo đã mô tả các vi cơ với ede hệ treo tiếp xúc và không nếp sác Trong bài báo cũng trình bày mội số đặc mô hình kết cấu con quay
“điểm về công nghệ và ột lu sử đụng để chếlạo con quay vi cơ
'Việc mini hoá các hệ thống dẫn đường đòi hỏi phải tạo ra các cảm biến con quay kích thước nhỏ Sự xuất hiện các thiết bị vi cơ điện từ đánh dấu sự thay đổi có tính cách mạng trong ‘cong nghệ quần tính Con quay vi cơ là một thiết bị cảm biến tốc độ của đối tượng chuyển động Các con quay vi cơ hiện nay về độ chính xác còn chưa đạt như các con quay cơ điện truyền thống, nhưng nó, hơn hẳn về các đặc tính khối lượng kích thước, vẻ giá thành và năng lượng tiêu thụ Độ trời các con quay vi cơ hiện nay nằm trong khoảng 10-1000 độ/h, còn phần cơ học của các cảm,
biến được tích hợp với phần điện tử và điều đó cho phép lắp ráp chúng trên một chíp có thể
tích nhỗ hơn I0em" và năng lượng tiêu thụ nhỏ hơn 1W Nhờ những ưu điểm: gọn nhẹ, giá thành hạ, đầu tư sản xuất không lớn so với các dụng cụ con quay cơ điện, con quay vi co ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống ổn định và dẫn đường của các ứng dụng quân sự cũng như nhiều ứng dung dân dụng khác Để bù sai số của các con quay vì cơ người ta thường dùng kỹ thuật hiệu chỉnh bằng tín hiệu bên ngoài [6-7]
Nguyên lý làm việc con quay
Con quay vi co được phát triển rộng dưới dang con quay rung động Một mô hình đơn giản của con quay rung động được thể hiện ở hình 1 Hệ thống này là một hệ thống dao động với 2 chế độ đao động vuông góc với nhau: dao dong của khối lượng quán tính theo hướng x
Trang 2er * Để hon đọng kh lợngqớn nh đc dạ động co hướng xi sốc ấn dys gt Soh và th cao ve và *= A,.sina,t @®)
ở đhy: A,là biên độ của đao động kh thích
+ Nếu hệ thống khi quay quanh trục z (hướng vuông góc với mặt phẳng trang giấy) với tốc độ góc (Q1, sẽ xuất hiện lực Côriôlf trên hướng y tác động lên khối lượng quán tính là: ° Fi =2miQ @ “Tt cóng thức (1) và 2) ta 06: „ =2mA,o,fcos a,L @) Phuong trình vi phân của chuyển động khối lượng quán tính theo hướng x là: »ÿ+e#+Áyy=2m,e/0sh(a +5} 4) chế độ xác lập ta có sự dịch chuyển theo hướng y được tính theo công thức sau [3]: re sin o.t+4—9]= 4, s04(0,1-0) @ với A, =k,Q ©
‘Trong đó: k- là hệ số phụ thuộc vào các tham số kết cấu
Vi vay, A, lệ với tốc độ góc © Nếu A, có thể đo được, ta có thể tính được tốc độ góc ẤQ Để nhận được A„„ đa số kết cấu của con quay vi co được thực hiện trên cơ sở các kết cấu cộng hưởng cơ học có kích thước rất nhỏ bằng tỉnh thể thạch anh hoặc silíc bởi vì các vật liệu này có thể tạo các bộ cộng hưởng có hệ số phẩm chất cao Bộ cộng hưởng cơ học thường có
bai bậc tự do: chuyển động thứ nhất - còn được gọi là dao động kích thích tạo ra v = v(); chuyển động thứ hai — còn gọi là dao động cảm biến có biên độ dao động tỉ lệ với tích
0.20)
Sơ đồ khối chức năng của con quay vi cơ cũng như các thiết bị vi cơ điện tit (MEMS) được biểu diễn ở hình 2
2
Khối Hệ dao động ‘Do va téch tin
ich thich [—* —eathoc | higu Ỹ se »-{ Hệ thống tao tin hiệu điều khiển
Hình 2 Sơ đổ khối chức năng con quay vi cơ
“Chất lượng của con quay vi co phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng yếu tố quan trọng nhất
là phẩm chất của bộ dao động cộng hưởng cơ học mà hệ treo đàn hồi là kết cấu quan trong
nhất,
Trang 3II Một số dạng kết cấu hệ treo con quay vì cơ
"Một trong các thành phần quan trọng trong kết cấu con quay vi cơ là hệ treo khối lượng
“quán tính Trong cơn quay vi cơ người ta sử dụng các hệ treo đàn hổi hệ treo nam châm điện và hệ treo tĩnh điện Hình 3 là sơ đồ phân loại các hệ treo khối lượng quán tính Hệ treo
"Đàn hồi Không tiếp xúc
[ —[ Khung các đăng ngoài | —[ Nam chăm điện
| Khung các dang trong \_+1 Tinh dien a [>] Dang am thoa —>| Vòng (vật cứng dạng sóng)
Hình 3 Sơ đổ phân loại các hệ treo của con quay vi cơ
Đối với con quay vi cơ, phổ biến nhất thường sử dụng các hệ treo đàn hồi khối lượng quán tính Các hệ treo này có các ưu điểm vẻ mật kỹ thuật như sau: tính hợp lý của công nghệ kết cấu, độ bến chịu va đập, tải và quá tải rung (dén 10'g), duy trì được khối lượng quán tính khi ngất nguồn nuôi độ khuếch tán năng lượng nhỏ trong vật liệu hệ treo cho phép tạo các bộ dao dong phẩm chất cao
“Trong các kết cấu của hê treo con quay vi cơ thực hiện các sơ đồ động học khác nhau: khung các đăng ngoài và trong, thanh treo với các phần tử dan hồi hình dáng£khác nhau, các hệ reo cổ điển dạng âm thoa, con quay vi ca vật cứng dạng sóng với hệ treo vòng đàn hồi 1 Hệ treo khung các đăng ngoài
Một trong các kết cấu đầu tiên của con quay vì cơ là kết cấu khung các đăng ngoài hai trục (hình 4)
Trang 4
Kết cấu bao gồm các khung trong và khung ngoài nối với nhau và nối với đế quay bằng
hồi Các khung trong và khung ngoài có các bậc tự do góc (Con quay kiểu quay-quay) Các cảm biến tinh gua he thống ác điện cc kích ch dao động gc của
oe "` ẽ
mặt phẳng khung treo, xuất hiện dao độ của khung ngoài
PO ie ag tea os ie oy gee vk tae de tne is es se
‘Cim,bign nay được đặt dưới khung Để tăng mô men động học trên khung trong ở phía trên và
phía đưới ta lắp các khối lượng quán tính Nhược điểm chính của sơ đồ kết cấu này là sự cần thiết phải sử dụng các thao tác lắp ráp để lắp các khối lượng quán tính Điều này làm phức tạp
hố rất nhiều qui trình cơng nghệ lắp ráp và chế tạo con quay vi cơ
Độ nhạy của cơn quay loại này khoảng 300 độ/gi [4]
3 Hệ treo khung các đăng trong
Các kết cấu với khung các đăng trong cho phép thực hiện các địch chuyển góc độc lập của các khối lượng quán tính theo hai bậc tự do Ngoài ra, hệ treo bố trí bên trong khung được nối với khối lượng quán tính và hệ treo bao ngoài Khung có thể được làm dưới dạng đĩa (hình 5), Sơ đồ con quay ở dạng đĩa thực hiện các dao động góc kích thích và cảm biến (Con quay kiểu quay-quay) có vòng ngoài được tro trên hệ treo đàn hổi Việc kích thích các dao động kích thích được thực hiện bằng động cơ "răng lược” xung quanh trục vuông góc với mặt phẳng
đĩa Khi có sự thay đổi tốc độ góc của để quay nằm trong mật phẳng đĩa, xuất hiện mô men lực Côriôlit gây ra dao động của đĩa quanh trục vuông góc Các dao động này được đo bằng các điện cực của cảm biến kiểu điện dung được đặt dưới đĩa
Hình 5 Sơ đổ nguyên lý kết cấu con quay vi co khung các đăng trong
Bon phần tử đàn hồi của hệ treo được gắn từ một phía vào đĩa, còn từ phía kia gin vào tâm cứng Về phần mình, tâm cứng được lắp lên đế trên hai phần tử Nhóm các phần tử đàn tồi thứ nhất nối với đĩa và tâm thực hiện trục của các dao động góc kích thích Nhớm các phan tử đần hồi thứ hai nối với tâm và đế thực hiện trục của các dao động góc cảm biến
“Theo các kết quả nghiên cứu [3], độ ổn định tốc độ trôi của con quay vi cơ kiểu này khoảng 65 độ/giờ trong dải thông 50Hz, độ ổn định của hệ số tỉ lệ 0,3%, tần số riêng của các dao động kích thích là 1420Hz Con quay làm việc trong khoảng chân không có áp suất nhỏ hơn 0/01 mbar
.3 Các hệ treo dạng thanh
'Các sơ đồ với các hệ treo dạng thanh là loại ding nhiều nhất trong con quay vi cơ "Trong dạng này có các khung treo mà các phẩn từ đàn hồi (đạng thanh) của chúng nối các khổi lượng quán tính với đế Các phần từ đàn hồi của khung treo có thể có hình dạng đơn giản
như ở dạng các thanh thẳng hoặc tương đối phức tạp như ở dạng các thanh gấp khúc Các khối
lượng quán tính của các loại con quay vi cơ này thực hiện hoặc là các dao động kích thích và dao động cảm biến tịnh tién (con quay tịnh tiến-tịnh tiến) hoặc các dao động góc (con quay
quay-quay)
Trang 5
+ Kết cấu với các dao động tịnh tiến
Các con quay vi cơ với các đao động tịnh tiến của khối lượng quần tính có kết cấu thực
hiện đơn giản nhất
x Môhinh3D
Hình 6 Kết cấu các hệ treo dạng thanh chuyển động tỉnh tiến
Chúng bao gồm khối lượng quán tính nổi với đế nhờ một số thanh Một trong các sơ đồ sấy tế ki hình , Khi kích hich dao dng ich hich Hole én ng mn thẳng hệ Me tà khi có tốc độ góc của đế quay, trong mặt phẳng này khối lượng quán tính thực hiện các dao
động tịnh tiến theo hướng vuông góc Các dao động này được đo bằng các cảm biến điện dụng,
Hạn chế cơ bản của kết cấu này là sự cần thiết phải bố trí các điện cực ở dưới khối lượng quán tính Điều đó làm phức tạp hố cơng nghệ chế tạo
Kết cấu kiểu răng lược như hình 6 của Hãng Murata (Nhật Bản) với bộ cộng hưởng kiểu tinh tign ~ tinh tign (L-L), kích thích bằng tụ kiểu răng lược, cảm biến kiểu tụ điện Kết cấu này đảm bảo độ trôi 50 độigiờ [5]
+ Kếi cấu với các dao động góc
“Các con quay vì cơ với các dao động góc của khối lượng quán tính để đo một hình chiếu của tốc độ góc của đế quay thường được làm ở dang đĩa Khi đó, liên kết đàn hồi giữa đĩa và để quay được thực hiện ở dạng các thanh có hình dạng khác nhau Kết cấu của một loại con
quay như vậy được thể hiện ở hình 7
Mặt phẳng chuẩn
Hình 7, Kết cấu các hệ treo dạng thanh chuyển động quay
Kết cấu con quay có cấu tạo từ đĩa nối trong phần trung tâm với đế quay nhờ hai thanh có tiết diện vuông Đĩa có các răng để tạo thành phần rõ to của động cơ tĩnh điện "răng lược” và tạo ra các đao động góc kích thích sơ với trục vuông góc với mặt phẳng đĩa Các dao động góc kích thích được kích thích tương đổi so với trục vuông góc với mặt phẳng đĩa Khi cổ tốc độ góc của dé quay, xuất hiện các dao động góc cảm biến tương đối so với các trục nằm trong mật phẳng đĩa (các con quay kiểu quay-quay) Việc đo các biên độ các dao động cảm biến (Ú lệ với các thành phần tốc độ góc) được thực hiện bảng các cảm biến điện dung Các điện cực của các cảm biến này được bổ trí đưới đĩa
Độ nhạy tính toán của con quay này là 5 độ/giờ trong dải thông 10 Hz [7]
Trang 6_ #, Kết cấu các hệ treo dạng âm thoa
“Kết cấu với các hệ treo dang âm thoa (Tuning Fork) cia các khổi lượng quán tính là kết cấu cổ điển của các con quay đao động, Đầu tiên việc thực hiện các sơ đồ dạng âm thoa ở kết
cấu vi cơ được thực hiện với việc sử dụng công nghệ thạch anh Việc lựa chọn công nghệ này
là do giá thành chế tạo không cao và thạch anh có các tính chất sau: độ ổn định cao và tổn thất trong đo mã sát nhỏ `
(Các cơn quay vi cơ thạch anh có kích thước tương đối lớn và giá thành cao hơn so với
các con quay vì cơ sỉ líc Do đó, sự phát triển tiếp theo của các sơ đồ dạng âm thoa được
nghiên cứu với vật liệu silfc `
Âm thoa kế là một ví dụ kinh điển của con quay dao động Một âm thoa kế như trong
ình 8 gồm có 2 răng được nối với một đế Khi hoạt động các răng cộng hưởng vi sai đối với
một biên độ cố định, và khi quay lực Coriôlit gây ra một lực vỉ sai hình sin trên từng răng, -vuông góc với dao động chính Lực này được phát hiện hoặc là sự uốn cong vi sai của các răng 4m thoa kế hay là dao động xoắn của chân đĩa Cơ cấu kích hoạt cho cấu trúc dao động cộng
hưởng chủ yếu là tĩnh điện, điện từ hay áp điện Để cảm nhận các dao động gây ra bởi lực Cai tonschếđacủm bến, các cm biến kiểu điện dụng áp bay dp den ch da sh
dụng Có thể sử dụng cảm biến bằng quang học nhưng quá đát để thực hiện
Hình 8 Nguyên lý làm việc của con quay dao động âm thoa kế
Nguyên lý làm việc của con quay dao động âm thoa kế được thể hiện trong hình 8 Khi có đồng xoay chiều đặt vào hai đầu, khung cộng hưởng sẽ dao động như một âm thoa kế trên mặt phẳng x-y do hiệu ứng Lorenz Nếu có một gia t6c quay © quanh trục z, do ảnh hưởng của lực Côriôlit, khung cộng hưởng sẽ dao động quanh trục x, với biên độ tỉ lệ với €2
Hạn chế của các kết cấu âm thoa là sự không liên hệ giữa các hệ treo đàn hồi của các khối lượng quán tính, vì vậy do sai s6 công nghệ dẫn đến có các tần số dao động riêng khác nhau Điều này làm phức tạp hoá việc hiệu chỉnh các dụng cụ
“Tốc độ trôi của con quay loại này vào khoảng 0,1 "s, dải thông 100 Hz, độ không tuyến tính của hệ số tỉ lệ 0,3%, khả năng chịu va đập đến 300g
Hiện nay, đã xuất hiện con quay vi co dang âm thoa có giá trị độ trôi khoảng 1 độ/giờ (eó bù trừ nhiệt độ) Phòng thi nghigm Draper có kế hoạch trong khoảng 5 năm nữa sẽ tạo ra các con quay vì cơ kiểu này đạt mức 0,1-0,01 độ/giờ [6]
5 Kết cấu với vòng đàn hồi
Trên hình 9 là cấu trúc của một con quay vòng dao động do các nhà nghiễn cứu tại hing General Motors va Trường Tổng hợp Michigan phát triển Thiết bị này gồm một vòng lò xo đỡ hình bán nguyệt, và các điện cực kích, cảm biến và cân bằng được bố trí xung quanh cấu trúc Kết cấu dùng các cảm biến kiểu điện dung
Trang 7
'Cấu trúc vòng dao động có một vài đặc tính quan trong so với các kiểu con quay dao động khác Thứ nhất, sự đối xứng của cấu trúc làm cho nó ít nhạy cảm với với các dao động nhiễu Chỉ khi vòng có mất cân bằng khối lượng hay độ cứng thì các dao động bên ngoài mới có thể gây ra phản ứng nhiễu Thứ hai, do hai chế độ treo giống nhau của cấu trúc “với các tản số cộng hưởng bằng nhau ban đầu” được sử dụng để cảm biến sự quay, độ nhạy của cảm biến
được khuếch đại bởi hệ số chất lượng của cấu trúc, kết quả là độ nhạy cao hơn Thứ ba, vòng dao động ít nhạy cảm nhiệt độ do các chế độ dao động bị ảnh hưởng như nhau bởi nhiệt độ “Cuối cùng, có thé ding phương pháp điện từ để cân bằng cấu trúc Mọi chênh lệch tần số do mất cân bằng khối lượng hay độ cứng xây ra trong quá trình chế tạo có thể được bù trừ bằng cách sử dụng các điên cực cân bằng bố trí xung quanh cấu trúc
“Tốc độ trôi của con quay loại này không vượt quá 0.5 'Js, khả năng cho phép đến 0.01 J5, dai thong 30 Hz, độ không tuyến tính của hệ số tỉ lệ 0.2, tắn số dao động của vòng là 14.5 kHz Kích thước bao của thiết bị này vào khoảng 30x35x35mm Khi thiết bị được đảm bảo ổn định nhiệt, tốc độ trôi của con quay có thể đạt được mức én định 17 độigiờ [6]
6 Kết cấu với các hệ treo không tiếp xúc
Kết cấu các con quay vi cơ với các hệ treo không tiếp xúc của khối lượng quán tính được tạo trên cơ sở các vì động cơ và có röto quay tốc độ cao được treo trong trường điện từ hoặc
lực tĩnh điện ®
Nguyên lý dựa trên một đĩa quay treo trong không khí bằng từ trường hay tĩnh điện và
quay với một vận tốc rất cao do một động cơ tạo ra một mômen góc quay Tốc độ góc quay
lớn nhất của đĩa trong không khí vào khoảng 1040 vòng/phút Với các từ trường tĩnh điện bổ
xung, röto có thể được giữ cân bằng ngay cả khi cảm biến bị nghiêng hay xoay ngược lại Dự
đoán là con quay vi cơ quay có thể có độ trôi nhỏ hơn con quay cấu trúc dao động Tuy nhiên, do độ cứng mặt cắt ngang của hệ treo nhỏ nên các con quay kiểu này không thể sử dụng trên
các đối tượng có các tác động va đập đến 10-101 Tính năng của những thiết bị này cồn cắn được trình điễn qua các mẫu thực tế %
ft ediu cdc con quay vỉ cơ vật cứng
“Tát cả các con quay đã xem xét đều có khối lượng quán tính chuyển động liên kết với đế quay bằng hệ treo đàn hồi Việc có các bộ phân chuyển động là hạn chế đáng kế nếu xem xét từ quan điểm độ bến vững và tuổi thọ của các hệ thống này Vì vây đã có những nỗ lực của các nhà nghiên cứu theo hướng nghiên cứu ra các con quay vì cơ vật cứng tuyết đổi
Một rong những hướng có thể: sử dụng hiệu ứng sóng âm bé mắt
Việc nghiên cứu các con quay vi cơ vật cứng cũng đang đi theo hướng tạo ra các con quay quang học vi cơ Nguyên lý hoạt động của nó tương tư như các con quay sợi quang và
Trang 8" erage tae rar 15 năm, nhưng chưa đạt
quả Vấn để chính để tạo ra các thiết bị này là kích thước nhỏ và độ nhạy thấp của ắc cơn quay vi cơ
i vient >
TIL Một số đặc điểm công nghệ chế tạo con quay vi cơ
“Một trong các vấn đề đặc biệt cơ bản của con quay vi cơ là việc sử dụng các vật liệu và ‘cong aghé của điện tử vật cứng hiện đại Các cơ cấu cơ điện của con quay vỉ cơ được tạo thành ‘vat ligu phi kim loại (si líc tỉnh thé đơn, thạch anh nóng chảy, silíc cácbua ) bằng các
pháp kỹ thuật in ảnh li tô, ăn mòn đẳng hướng và dị hướng, hàn khuếch tàn Sự khác
Leơ bản so với thành phần bán dẫn cơ bản là: con quay vỉ cơ có kết cấu 3-D có bộ phận cơ
'chuyển động có tỉ lệ độ dày lớn và đòi hỏi một số yêu cầu đối với các thông số hình học và
tính chất đàn hồi
“Từ đầu những năm 80 để chế tạo các cảm biến con quay kích thước nhỏ và rễ tiền, công
nghệ thạch anh được sử dụng Công nghệ này được lựa chọn là vì giá thành chế tạo thấp và
thạch anh có các tỉnh chất sau: các đặc tinh ổn định và tồn thất trong do ma sát nhỏ Các con
rr On i Oe ees vet cack bi
sili,
Vao cuối những năm 80, khả năng dùng công nghệ sỉ líc đã được chứng minh và ngày càng được phát triển Công nghệ sĩ íc không ngimg được hoàn thiên và đáp ứng được các yêu
cấu khi thiết kế con quay vi cơ Việc lựa chọn công nghệ si lic khong chỉ do khả nâng phát
triển của công nghiệp vi điện tử mà còn do sĩ líc có các tính chất đặc biệt như là một vật liệu
kết cấu, SỈ líc có độ cứng tương đối cao (lệ giữa mô đun đàn hồi và khối lượng riêng), chỉ số này cao gấp 2 lần so với các hợp kim thép Nhờ có tổn thất trong nhỏ của sịlíc trong con quay
vi eơ, mà hệ số phẩm chất bộ dao động có thể đạt được 50000-80000 Si lic là vật liệu rẻ tiền và có thể kiếm được Trong một số kết cấu, có sử dụng sỉ líc cácbua có các đặc tính vật lý và
sử dụng tốt nhất và cho phép tăng vùng nhiệt độ sử dụng của con quay vi co
Một đặc điểm cơ bản của con quay vi cơ là sự tích hợp các thành phần cơ khí và các thành phần điện được chế tạo đồng thời và sử dụng các qui trình công nghệ giống nhau Phần
cơ khí được chế tạo cùng với các thành phần điện tử kích thích, các cảm biến và biến đổi tin
hiệu, các thành phản tạo phẩn hồi và tạo ra các cụm cơ điện hoàn chỉnh
Một đặc điểm nữa là các phương pháp gia công theo nhóm Công nghệ vi điện tử sit dụng đấc trưng là chu kỳ ngắn khí chế tạo theo nhóm, các thông số lặp lại cao từ mẫu này đến
mẫu khác vì vậy nó đảm bảo sản xuất hàng loạt và cho phép đồng thời tạo ra hàng nghìn các
cảm biến từ một phôi si lic, Vi vay, ma giá thành thấp và nhận được nhiều sản phẩm để thử
nghiệm
Một đặc điểm nữa của con quay vi cơ là sự mi ni hoá thành phần cảm biến, điều đó làm
giảm các đặc tính vẻ khối lượng, kích thước Sự mi ni hod của con quay vi co dẫn đến: do khối
lượng và kích thước nhỏ các khối lượng dao động có tần số đao động riẻng lớn (hàng đơn vị
kHz) Khi đó, biên độ dao động của khối lượng lại rất nhỏ và chỉ khoảng vài phần um Để tăng biên độ dao động khi chế tạo con quay vì cơ, người ta sử dụng các vật liệu có tồn thất trong
:nhỏ như là thạch anh và sỉ líc Tuy nhiên hệ thống cộng hưởng có hệ số phẩm chất cao được
đặc trưng bởi thời gian kéo dài chủa quá trình chuyển tiết vậy mà không cho phép sử dụng
‘con quay vi cơ trong các vật có chuyển động nhanh Để mở rộng dải thong, cần phải nghiên
cứu các hệ thống phản hồi tác động nhanh chuyên dụng
Giá trị tấn số dao động riêng lớn và khối lượng phản chuyển động nhỏ làm tăng tính
chịu va đập của kết cấu Điều đó cho phép sử dụng con quay vi co khi có quá tải lớn đến hàng
chục và thậm chí hàng trăn ngìn g
Ngưỡng độ nhạy của con quay vỉ cơ do khối lượng phần chuyển động nhỏ nên vẻ nguyên lý là không cao Tuy nhiên các nghiên cứu của cơ học ứng dụng đã chứng minh rằng
cổ nhiều cách để ngưỡng độ nhạy con quay vỉ cơ đạt được 10` độ/h
tr:
Trang 9Khi mini hod con quay vi cơ, lệ giữa bề mặt với thể tích các thành phần chuyển động lớn hơn nhiều trong lĩnh vực vĩ cơ Vì vay các ảnh hưởng bề mặt có thể trở thành các nhân
chủ đạo để xác định các đặc tính của con quay vi cơ Các kích thước nhỏ và siêu nhỏ có
fi fe da hôn m n9 th EU D hà ey
nữa IV Kết luận
“Theo cách thức thực hiện chuyển động trong sơ đổ con quay vì cơ có thể phân loại các sơ đồ theo toạ độ kích thích và toạ độ tín hiệu đầu ra: theo các chuyển động tịnh tiến (các con quay tịnh tiến - tịnh tiến) theo các chuyển động góc (các con quay quay - quay) và theo sự phối hợp của chuyển động tịnh tiến và chuyển dong géc (cdc con quay tinh tién-quay)
“Thành phần quan trọng trong kết cấu con quay vi cơ là hệ treo khối lượng quán tính "Trong con quay vi cơ người ta sử dụng các hệ treo đàn hồi hệ treo nam châm điện và hệ treo
tỉnh điện Trong kết cấu con quay vi ca, sử dụng các vật liệu có hệ số phẩm chất cao, có tốn thất trong do ma sát nhỏ như thạch anh và sỉ íc z
Da 56 các con quay vi cơ, việc đo và kích thích các dao động được thực hiện bằng các cảm biến tĩnh điện về vị trí và lực Trong một loạt kết cấu, sử dựng các cách kích thích và cảm biến tín hiệu bằng phương pháp điện từ
Hạn chế cơ bản của con quay vi cơ hiện nay là hạn chế về mật kết cấu khi so sánh với các con quay laze và con quay sợi quang Hạn chế này là do nguyên lý xây đựng kết cấu và có phần chuyển động dao dong Do đồ ngày nay việc hoàn thiên về nguyên lý kết cấu con quay vi cơ vẫn đang được các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu
“Trong bài báo cũng trình bày một số đặc điểm về công nghệ và vật liệu sử dụng để chế tao con quay vi eo
Bài báo này được hoàn thành với sự trợ giúp của Chương trình Quốc gia về Nghiên cứu Khoa hoc Tu nhién
TALLIEU THAM KHAO
[1] Nguyễn Văn Chúc, Lê Anh Tuấn, Nguyễn Phi Thing "Xu hướng phát triển và ứng ia cảm biễn quân tính ví cơ điện - con quay, gia tốc kế" Tuyền tập công trình
ơ điện tử lần thứ I, Hà nội Thắng 9, 2002
[2] Nguyễn Văn Chúc, Bùi Ngọc Hồi Lê Anh Tuấn “M hình động lực học và mổ phỏng con quay vi cơ bằng phần mẻm Marlab-Simulink” Tuyền tập công trình Hội nghị Khoa học toàn quốc về cơ học kỹ thuật, Hà nội, 12-13 Tháng 10, 2001
(3| Min Hang Bao “Micro Mechanical Transducers” Handbook of Sensors and Actuators, Elsevier 2000,
|4] K Tanaka, Y Mochida, M Sugimoto, K Moriya, T Hasegawa, K Atsuchi, and K Ohwada, “A micromachined vibrating gyroscope” Sensors Actuators A, vol 50, pp-
111-115, 1995,
[5] J Bemstein, S Cho, A T King A Kourepenis, P Maciel, and M Weinberg "4 ‘micromachined combdrive tuning fork rate gyroscope” IEEE Micro Electro Mechanical Systems Workshop (MEMS'93), Fort Lauderdale, FL, Feb 1993, pp 143- 148,
Trang 10to
“l6j Newid Yazdi, FervokhAyazi, Khalil Najafi "Micromachined Inertial Sensors”
‘of the IEEE, Vol 86, No 8, August 1998
m , *Cocmosmus' paxpabomox 25 M.Hi CGopumx noxnagos II naysno-rexxmecotl (paseumun MuxpoMexanuNecKix KoHpepesINH MOTOMEDX
“ ", C-Terep6ypr, 2000, C.54-71,
ON SUSPENSION STRUCTURES OF MICROMECHANICAL GYROSCOPES ‘Nguyen Van Chuc, Bui Ngoc Hoi, Nguyen Phu Thang
‘an introduction to their basic operating principle, reviering different types of suspension Abstract This paper presenta review of micromechanical gyroscopes by providing
structures, Based on description of suspension structures, important issues in their design ‘and operation depend on fabrication technology and materials are also discusted