Проектирование механических резонаторов с учетом влияния рабочих параметров на их добротность
Авторы: Н.Г. Шарма, Сундарараджан Т., Г.С. Сингх
Важнейшим функциональным элементом любого высокоэффективного датчика резонансного типа является механический резонатор, мерой эффективности которого служит коэффициент добротности. В работе рассматриваются различные механизмы демпфирования в резонаторах гироскопов, в том числе термоупругое демпфирование (ТУД), рассеяние энергии колебаний в опоре резонатора, поверхностное рассеяние энергии, внутреннее трение в материале резонатора, демпфирование под воздействием среды и демпфирование, вызванное рассеянием энергии в электронике системы съема. Уменьшить демпфирование можно разными способами, в частности путем проектирования резона- торов различных конструкций, размеров и из различных материалов с учетом зависимости эксплуатационных характеристик от показателя добротности. Коэффициент добротности кольцевых микрорезонаторов может достигать сотен тысяч. Полусферические макрорезонаторы подходят для сверхвысоких значений добротности. Эксплуатация датчика при высоких температурах нежелательна из-за ТУД, а при отрицательных – ограничивается внутренним трением в материале. Увеличение рассеяния на несколько порядков наблюдается при нанесении тонкослойного металлического покрытия, что также обусловлено ТУД и внутренним трением в материале покрытия. Чтобы рассеяние энергии колебаний в опоре было минимальным, резонатор должен быть изготовлен с очень высокой точностью, поскольку данный тип демпфирования крайне чувствителен к малейшим дефектам производства. Чувствительность добротности к рабочему давлению различается в зависимости от конфигурации резонатора. Представленный в статье анализ поможет разработать полноценную стратегию проектирования, реализации и эксплуатации датчика, которая позволит добиться высоких эксплуатационных показателей. В статье определен также круг вопросов, требующих дальнейшего исследования с целью разработки серийных компактных кориолисовых вибрационных гироскопов (КВГ) со сверхвысокой добротностью.
Ключевые слова: механические резонаторы, добротность, термоупругое демпфирование, рассеяние энергии колебаний в опоре резонатора, поверхностное рассеяние, внутреннее трение, демпфирование под воздействием среды, рассеяние энергии в электронике системы съема.
| ОБ АВТОРАХ |
Шарма Н. Гириш. Научный сотрудник, Индийская организации космических исследований, подразделение инерциальных систем (г. Тируванантапурам, Керала, Индия). ORCID 0000-0001-8177-6895. Сундарараджан Т. Научный сотрудник, Космический центр им. Викрама Сарабхаи (г. Тируванантапурам, Керала, Индия).
Сингх Гаутам Сачин. Старший преподаватель, Индийский технологический институт (г. Гувахати, Индия). |
Для цитирования:
Шарма Н.Г., Сундарараджан Т., Сингх Г.С. Проектирование механических резонаторов с учетом влияния рабочих параметров на их добротность // Гироскопия и навигация. Том 29. №2 (113), 2021. С. 3-34. DOI 10.17285/0869-7035.0060
Английская версия статьи в журнале Gyroscopy and Navigation
Sharma, G.N., Sundararajan, T. & Gautam, S.S. Design to Operational Parameters Dependency on Quality Factor of Sensor Mechanical Resonators. Gyroscopy Navig. 12, 119–137 (2021). https://doi.org/10.1134/S207510872102005X
 |
|
