ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

Полезная модель относится к области приборостроения. Оно может быть использовано в системах навигации летательных аппаратов, подводных аппаратов.
Все известные системы датчиков, используемые для навигации, представляют собой группы датчиков акселерометров (АКС) и датчиков угловой скорости (УС), измеряющих данные в трех плоскостях, в трех ортогональных направлениях. Для этого их располагают на поверхностях куба или пирамиды (Ачильдеев В.М. Бесплатформенные инерциальные блоки на основе микромеханических датчиков угловой скорости и линейного ускорения. М.: Издательство МГУЛ. 2007 г., стр 222).
Аналогом является патент РФ на полезную модель № 73475 (G01C21/00, опубл. 20.05.2008). Устройство содержит микромеханический инерциальный измерительный блок, включающий микромеханические гироскопы и акселерометры, и блок управления, включающий плату вычислителя, источник вторичного электропитания, плату аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей, плату автономного контроля, первую и вторую платы интерфейсов, несущие рамки, крышки, корпус и рулевой привод. Корпус выполнен в виде несущего кронштейна, имеющего форму куба с базовыми плоскостями по его граням, на которых с помощью несущих рамок и крышек крепятся плата вычислителя, источник вторичного электропитания, плата аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей, плата автономного контроля, первая и вторая платы интерфейсов. Во внутренней полости, расположенной в центре несущего кронштейна, крепится микромеханический инерциальный измерительный блок. Микромеханические гироскопы и акселерометры выполнены в капсульном исполнении. Недостатком подобного устройства являетсянизкая вибростойкость, что не позволяет использовать его в составе крейтовых бортовых систем управления.
Наиболее близким техническим решением, взятым в качестве прототипа, является конструкция сменного блока (1IEEE Std 1101.2 - 1992, Стандарт на конструкционные параметры печатных плат с охлаждением за счёт теплопроводности, разработанный Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE)). В состав сменного блока входят: печатная плата 3U на 160 мм, рамка, фиксаторы, механизмы, облегчающие установку и извлечение сменного блока и, по меньшей мере, первичная и вторичная крышки. Радиоэлементы располагаются на поверхности печатной платы и могут находиться в тепловом контакте с рамкой или крышками. Крышки могут использоваться в сочетании с рамкой или вместо нее. Недостатком прототипа является его ограниченное использование для размещения радиоэлементов, чувствительных к вибрации, например (микроэлектромеханическая система интегрированного
электромеханического датчика (ИЭМД) акселерометров (ИЭМД-АКС) или ИЭМД угловой скорости. (ИЭМД-УС). В частности, при расположении радиоэлементов на поверхности печатной платы при частотах порядка 1 кГц показания датчиков требуют дополнительной обработки измеряемых данных с целью исключения ошибки, вызванной действием вибрации.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение вибрационной устойчивости интегрированного электромеханического датчика при его установке в стандартизированные крейтовые системы, в частности, в крейты резервных систем управления.
Технический результат достигается тем, что интегрированный электромеханический датчик состоит из печатной платы с радиоэлементами, рамки, по меньшей мере двух фиксаторов, механизма, облегчающего установку и извлечение интегрированного электромеханического датчика, по меньшей мере первичной и вторичной крышки, рамка выполнена в виде цельнометаллического корпуса с ячеистой структурой, внутри ячейки
расположены датчик угловой скорости и акселерометр, механически не связанные с печатной платой, а ячейки расположены максимально близко к фиксаторам.
Причем ячейки в корпусе выполнены на одной поверхности рамки.
Причем ячейки в корпусе выполнены по меньшей мере на трех взаимно перпендикулярных поверхностях рамки.
Причем датчик угловой скорости и акселерометр установлены соосно по трем направлениям.
Причем датчик угловой скорости и акселерометр установлены соосно по двум направлениям, а по третьему направлению - коллинеарно.
Причем датчик угловой скорости и акселерометры расположены триадами, таким образом, что оси чувствительности двух датчиков угловой скорости и двух акселерометров лежат в одной плоскости.
Достижения вышеуказанного технического результата.
Техническое решение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлен электромеханический датчик, первый конкретный пример исполнения;
на фиг. 2 представлен электромеханический датчик, второй конкретный пример исполнения;
на фиг. 3 представлен электромеханический датчик, третий конкретный пример исполнения;
1 - печатная плата;
2 - радиоэлемент;
3 - рамка (корпус);
4 - фиксатор;
5 - механизм, облегчающий установку и извлечение ИЭМД;
6 - первичная крышка;
7 - вторичная крышка;
8 - ячейка;
9 - ИЭМД-АУ;
10 - ИЭМД-АКС (акселерометр);
11 - ИЭМД-УС (датчик угловой скорости);
12 - ячейка триады;
13 - корпус триады.
ИЭМД содержит печатную плату 1 с радиоэлементами 2, рамку 3, фиксаторы 4, механизмы 5, облегчающие установку и извлечение ИЭМД, по меньшей мере, первичную 6 и вторичную 7 крышки, причем рамка 3 выполнена в виде цельнометаллического корпуса с ячеистой 8 структурой, внутри ячейки 8 рамки 3 расположены ИЭМД-АУ 9 механически не связанные с печатной платой 1, при этом ячейки 8 расположены максимально близко к фиксаторам 4.
В первом конкретном примере исполнения ИЭМД-АУ 9 (Фиг. 1): один ИЭМД-АКС 10 и один ИЭМД-УС И, измеряющих параметры в одном направлении, расположены соосно в одной ячейке 8, измеряет данные в одном направлении. Второй и третий ИЭМД-АУ 9 располагаются в соответствующих взаимно перпендикулярных ячейках 8, измеряющих данные по двум другим направлениям, при этом ячейки 8 выполнены на одной поверхности рамки 3. Измеренные данные поступают на печатную плату 1, где обрабатываются и передаются внешнему устройству (не показано). Т.к. ячейки с ИЭМД-АУ 9 находятся максимально близко к одному из фиксаторов 4, собственные частоты печатной платы 1, рамки 3 и крышек 6, 7 наименьшей мере воспринимаются ИЭМД-АУ 9, из которых ИЭМД-УС 11 являются наиболее чувствительными к вибрации. Ячеистая структура рамки 3 создает дополнительную жесткость конструкции и позволяет при необходимости разместить в одной из пар ИЭМД-АУ 9 ИЭМД-АКС 10 коллинеарно с ИЭМД-УС 11, при этом сохраняя положение ИЭМД-УС 11 максимально близкое к одному из фиксаторов 4.
Во втором конкретном примере исполнения каждый ИЭМД-АКС 10 и ИЭМД-УС 11 (Фиг. 2) расположен в отдельных ячейках 8 рамки 3 и образуют триады ИЭМД-АКС 10 и ИЭМД-УС 11. При этом ячейки 8 расположены, поменьшей мере, на трех взаимно перпендикулярных поверхностях рамки 3 и оси любой пары ИЭМД-АКС 10 или ИЭМД-УС 11 в триаде находятся на одной плоскости, а оси пар ИЭМД-АКС 10 и ИЭМД-УС 11, измеряющих параметры в одном направлении, находятся либо на одной, либо на коллинеарных плоскостях. Измеренные данные каждой триады по трем направлениям поступают на печатную плату 1, где они обрабатываются и передаются внешнему устройству (на Фиг. не показано). Ячеистая структура рамки 3 позволяет размещать ИЭМД-АКС 10 и ИЭМД-УС 11, измеряющие данные в одном направлении, коллинеарно друг другу. Расположение ИЭМД-АКС 10 и ИМД-УС 11 триадами позволяет формировать для каждой триады свою точку пересечения осей чувствительности и позволяет наиболее чувствительные к вибрации элементы ИМД-УС 11 разместить ближе к одному из фиксаторов 4, что уменьшает воздействие собственных частот элементов конструкции, аналогично первому примеру. Такое расположение ИЭМД-АКС 10 и ИЭМД-УС 11 увеличивает ремонтопригодность ИЭМД легко доступностью данных элементов при их замене.
В третьем конкретном примере исполнения ИЭМД-АКС 10 и ИЭМД-УС 11 (Фиг. З) также образуют триаду ИЭМД-АКС 10 и ИЭМД-УС 11. Каждая триада ИЭМД-АКС 10 или ИЭМД-УС 11 расположена в ячейках триады 12 по меньшей мере на трех взаимно перпендикулярных поверхностях корпусов триады 13, устанавливающихся в ячейках 8 рамки 3. Измеренные данные по трем направлениям с ИЭМД-АКС 10 и ИЭМД-УС 11 поступают на печатную плату 1, где они обрабатываются и передаются внешнему устройству (на Фиг. не показано). При этом оси любой пары ИЭМД-АКС 10 или ИЭМД-УС 11 в триаде находятся на одной плоскости, а оси пар ИЭМД-АКС 10 и ИЭМД-УС 11, измеряющих параметры в одном направлении, между триадами либо находятся на одной плоскости, либо коллинеарны. Расположение триады ИЭМД-АКС 10 и ИЭМД-УС 11 в корпусах триады 13 позволяет уменьшить воздействие собственных частот элементов конструкции аналогично первому примеру ИЭМД, позволяет
размещать триаду в произвольном месте максимально близком к фиксаторам 4, позволяет использовать триаду ИЭМД-АКС 10 и ИЭМД-УС 11 как отдельный радиоэлемент вне рамки 3 и увеличивает ремонтопригодность ИЭМД в целом.
В отличие от прототипа, выполнение рамки в виде цельнометаллического корпуса с ячеистой структурой и размещение ИЭМД-АКС и ИЭМД-УС внутри этих ячеек обеспечивает повышенную вибрационную устойчивость.
В отличие от прототипа, ИЭМД-АКС и ИЭМД-УС механически не связаны с печатной платой, показания датчиков не требуют дополнительной обработки измеряемых данных с целью исключения ошибки, вызванной действием вибрации при частотах порядка 1 кГц.
В отличие от прототипа, благодаря размещению ИЭМД-АКС и ИЭМД-УС максимально близко к фиксаторам, расположенных в ячейках, обеспечивается ударная устойчивость.
Техническое решение обеспечивает уменьшение восприимчивости вибрации ИЭМД-АКС и ИЭМД-УС более чем в два раза при установке ИЭМД в стандартный крейт.
В уровне техники не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемой полезной модели. Заявляемая полезная модель технически осуществима, промышленно реализуема, проведенные испытания подтверждают достижение технического результата - повышение вибрационной устойчивости ИЭМД при его установке в стандартизированные крейтовые системы, в частности, в крейты резервных систем управления, поэтому она соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».