Интегрированный электромеханический датчик

Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована в системах навигации летательных и подводных аппаратов. Технический результат, заключающийся в вибрационной устойчивости интегрированного электромеханического датчика при его установке в стандартизированные крейтовые системы, в частности, в крейты резервных систем управления 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, при этом 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.

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».

1. Интегрированный электромеханический датчик, состоящий 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, отличающийся тем, что рамка выполнена в виде цельнометаллического корпуса с ячеистой структурой, внутри ячейки расположены датчик угловой скорости и акселерометр, механически не связанные с печатной платой, при этом ячейки расположены максимально близко к фиксаторам.

2. Электромеханический датчик по п. 1, отличающийся тем, что ячейки в корпусе выполнены на одной поверхности рамки.

3. Электромеханический датчик по п. 1, отличающийся тем, что ячейки в корпусе выполнены по меньшей мере на трех взаимно перпендикулярных поверхностях рамки.

4. Электромеханический датчик по п. 1, отличающийся тем, что датчик угловой скорости и акселерометр установлены соосно по трем направлениям.

5. Электромеханический датчик по п. 1, отличающийся тем, что по двум направлениям датчик угловой скорости и акселерометр установлены соосно, а по третьему направлению - коллинеарно.

6. Электромеханический датчик по п. 1, отличающийся тем, что датчик угловой скорости и акселерометры расположены триадами, таким образом, что оси чувствительности двух датчиков угловой скорости и двух акселерометров лежат в одной плоскости.

РИСУНКИ