rarefication must be maintained inside the device body, in particular, in
micromechanical gyroscopes where the mass and overall dimensions characteristics
are small and gaps amount to several micrometers. With consideration for the
small volume of device body and the developed inner surface of micromechanical
gyroscopes, the getter application seems to be necessary. It is recommended to
apply non-evaporable getters, in which mixtures of zirconium, titanium, rare-earth
metals and alloys based on them are used. Non-evaporable getters have high specific
sorption capacity and can be regenerated after saturation by means of heating. While
constructing gyroscopes, it is expedient to isolate getter from the vacuum volume of
device till the completion of pumping and degasing as well as to avoid using materials
that can emit hydrocarbons (adhesives, insulators, etc.).
Keywords
:
gas absorber, getter, vibrational gyroscope, friction in gases.
Остаточный газ вызывает дополнительное демпфирование колеба-
ний резонаторов вибрационных гироскопов (ВГ) и существенно влия-
ет на их характеристики. Газовое демпфирование, обусловленное на-
личием газа в корпусе ВГ, объясняется двумя причинами. Первая явля-
ется обычным газовым трением — молекулы остаточного газа соударя-
ются с колеблющимся резонатором, в результате чего возникает тор-
мозящая сила, вызывающая потерю энергии
ζ
газ
упругих колебаний.
Так, для волнового твердотельного гироскопа (ВТГ) эта зависимость
имеет вид [1]
ζ
газ
=
p
2
πV fhρ
,
(1)
где
p
— давление остаточного газа;
f
— частота колебаний резонатора;
V
— средняя тепловая скорость молекул газа;
h
— толщина стенки
резонатора;
ρ
— плотность материала резонатора.
Оценки по (1) показывают, что влияние газового трения на доброт-
ность резонатора незначительно. Например, для полусферического ре-
зонатора из кварцевого стекла, имеющего параметры
ρ
= 2
,
2
∙
10
3
кг/м
3
,
h
= 1
мм,
f
= 5
кГц,
V
= 500
м/с (средняя тепловая скорость молекул
азота при комнатной температуре) и
p
= 1
,
33
∙
10
−
3
Па (
10
−
5
мм рт. ст.),
получаем
ζ
газ
= 3
,
4
×
10
−
11
.
Вторая причина дополнительного демпфирования колебаний свя-
зана с истечением газа сквозь зазоры между резонатором и датчиками
ВГ. Этот процесс происходит с фазовым запаздыванием относительно
колебаний резонатора и сопровождается необратимым превращени-
ем энергии колебаний в теплоту. Степень влияния этого процесса на
характеристики резонатора зависит от конкретной конструкции гиро-
скопа и может быть рассчитана методом конечных элементов. В ка-
честве примера на рис. 1 приведены экспериментальные и расчетные
данные, демонстрирующие влияние газового демпфирования в ВТГ,
конструктивно аналогичном ВТГ Delco Electronics [2] с диаметром ре-
зонатора 60 мм,
h
= 2
мм и
f
= 3600
Гц. Зазор между резонатором и
наружными корпусами составлял 100 мкм. Результаты моделирования
ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Приборостроение”. 2013. № 2 91
