ТРЕХОСНЫЙ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЙ БЛОК ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
THREE-AXIS MICROMECHANICAL BLOCK OF SENSITIVE ELEMENTS

Изобретение относится к области авиационно-космического приборостроения и может быть использовано в пилотажных системах управления при измерении угловых скоростей и линейных ускорений [1-5].
Известны трехосные блоки чувствительных элементов, предназначенные для измерения угловых скоростей и линейных ускорений, в которых в качестве корпуса, обеспечивающего ортогональную установку измерительных осей одноосных микромеханических чувствительных элементов, используется шестигранный куб [1].
Основными недостатками такой конструкции являются: повышенные шумовые составляющие в выходном сигнале, вызванные наличием соединительных кабелей, и необходимость установки дополнительного кожуха для защиты радиоэлементов от внешних воздействий.
Известен трехосный микромеханический блок чувствительных элементов, содержащий корпус в виде шестигранного куба с базовыми поверхностями на боковых гранях, обеспечивающими ортогональность установки измерительных осей микромеханических гироскопов и акселерометров, и электронные блоки в виде печатных плат с размещенными на них радиоэлементами и микромеханическими датчиками, установленными на базовых поверхностях радиоэлементами вовнутрь корпуса [2].
Основным недостатком такой конструкции является необходимость введения внешних кабелей для электрического соединения субблоков. Это приводит к появлению дополнительных шумов в полезном сигнале блока, вызванных наличием кабельных соединений, к снижению точности измерений, а также к усложнению конструкции.
Прототипом изобретения является трехосный микромеханический измеритель параметров движения, содержащий корпус в виде шестигранного куба с базовыми поверхностями на боковых гранях и электронные субблоки в виде печатных плат с крышками, с размещенными на печатных платах радиоэлементами и микромеханическими чувствительными элементами, установленными на базовых поверхностях радиоэлементами вовнутрь корпуса, при этом печатные платы имеют выступающие части, на которых установлены соединительные микроразъемы, внутренний контур боковых граней шестигранного куба повторяет форму внешнего контура печатных плат субблоков, а внешние границы боковых поверхностей шестигранного куба равноудалены от линий пересечения ортогональных базовых плоскостей на длину выступающей части платы [5].
Основными недостатками рассмотренной конструкции является недостаточная защищенность от внешних электромагнитных полей из-за наличия воздушных зазоров между крышками субблоков и корпусом субблока, приводящая к снижению точности измерений, а также, сложность конструкции крышек субблоков и корпуса блока.
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений и усовершенствование конструкции измерителя.
Указанный технический результат достигается тем, что в трехосном микромеханическом блоке чувствительных элементов, содержащем корпус в виде шестигранного куба с базовыми поверхностями на боковых гранях и электронные субблоки в виде печатных плат с крышками, с размещенными на печатных платах радиоэлементами и микромеханическими чувствительными элементами, установленными на базовых поверхностях радиоэлементами вовнутрь корпуса, печатные платы имеют выступающие части, на которых установлены соединительные микроразъемы, внутренний контур боковых граней шестигранного куба повторяет форму внешнего контура печатных плат субблоков, а внешние границы базовых поверхностей шестигранного куба равноудалены от линий пересечения ортогональных базовых плоскостей на длину выступающей части платы, печатные платы выполнены в виде восьмиугольников, в которых симметрично расположенные выступающие части плат образуют соответствующие по своим размерам противоположные стороны восьмиугольника, крышки субблока равномерно выступают за контуры плат по всему периметру, и на каждой боковой грани шестигранного куба выполнена площадка, ширина которой, повторяющая внешний контур крышки, равна величине выступающей за печатную плату части крышки.
Сущность изобретения поясняется чертежами фиг. 1-5.
На фиг. 1 показана конструкция корпуса трехосного блока чувствительных элементов, где 1 - корпус; 2 - базовые поверхности для установки электронных субблоков.
На фиг. 2 показан электронный субблок чувствительных элементов трехосного микромеханического блока, где 3 - печатная плата с электронными компонентами, микромеханическим гироскопом 4, микромеханическим акселерометром 5 и микроразъемом 6; 7 - крышка, к которой крепится печатная плата 3 с радиоэлементами.
На фиг. 3 показана схема формирования базовых поверхностей корпуса и установки на них печатных плат субблоков.
На фиг. 4 показана схема сборки электронных субблоков в корпусе.
На фиг. 5 показан трехосный микромеханический блок в сборе 8 со снятым субблоком 9.
Техническая реализация заявленной конструкции осуществляется следующим образом.
Корпус 1 (фиг. 1) трехосного микромеханического блока чувствительных элементов выполнен в виде шестигранного куба с базовыми поверхностями 2, обеспечивающими ортогональность измерительных осей микромеханических гироскопов. Базовые поверхности корпуса являются частью базовых плоскостей (фиг. 3). Внешние границы базовых поверхностей равноудалены от линии пересечения базовых плоскостей на расстояние L, равное длине выступающей части печатной платы, что обеспечивает неразрывность граней кубического корпуса и соединение микроразъемов электронных субблоков при сборке блока чувствительных элементов.
Печатная плата 3 выполнена восьмиугольной формы так, что длина ее выступающей части равна L (фиг. 2). На плате с одной ее стороны установлены радиоэлементы, микромеханический гироскоп 4, микромеханический акселерометр 5 и микроразъемы 6.
a
Печатная плата с электронными компонентами закреплена на крышке 7 (фиг. 2). При этом крышка выступает за края платы по всему контуру равномерно на величину .
a
Внутренний контур боковых граней корпуса 1 (фиг. 1) повторяет форму внешнего контура печатных плат, а на каждой боковой грани шестигранного куба выполнена площадка, повторяющая внешний контур крышки. Ширина площадки b корпуса 1 равна величине , выступающей за печатную плату части крышки (фиг. 1, 2).
При установке электронных субблоков на базовые поверхности 2 корпуса 1 (фиг. 1, 3) электронными компонентами вовнутрь корпуса (фиг. 5) микроразъемы соседних субблоков, установленные на выступающих частях плат 3, входят друг в друга, обеспечивая электрическое соединение субблоков без внешних навесных кабелей (фиг. 4). Крышки 7 своими выступающими над платой частями перекроют воздушный зазор по контуру корпуса, тем самым экранируя внешние электромагнитные воздействия на электронные компоненты.
На фотографии (фиг. 5) показана конструкция трехосного блока чувствительных элементов 8 со снятым субблоком 9, изготовленного и испытанного в АО «МИЭА».
Использование изобретения позволило снизить влияние электромагнитных помех на электронные компоненты, тем самым повысив точность измерений микромеханическим блоком, и одновременно упростить конструкцию платы и прибора в целом.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Трехосный датчик ускорений и угловых скоростей, ЗАО «Фргуссофт компании» / http://components.argussoft.ru
2. Collins ANS-3000, Attitude Heading Reference System / www.rockwellcollins.com
3. Галкин В.И. Перспективные гироскопы летательных аппаратов, LAP LAMBERT Academic Publishing, Deutschland, ISBN: 978-3-659-47948-9, 2013, 146 c.
4. Распопов В.Я. Микромеханические приборы: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. Тул. гос. университет, Московский гос. технологический ун-т им. К.Э. Циолковского. - Тула: Гриф и К, 2004. - 476 с.
5. Патент №2377576. Трехосный микромеханический измеритель параметров движения / Абутидзе З.С., Кузнецов А.Г., Галкин В.И., Калик А.А. - БИ №36, 2009.