CZ20003337A3 - Gyroskop - Google Patents

Gyroskop Download PDF

Info

Publication number
CZ20003337A3
CZ20003337A3 CZ20003337A CZ20003337A CZ20003337A3 CZ 20003337 A3 CZ20003337 A3 CZ 20003337A3 CZ 20003337 A CZ20003337 A CZ 20003337A CZ 20003337 A CZ20003337 A CZ 20003337A CZ 20003337 A3 CZ20003337 A3 CZ 20003337A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
axis
sensing
mode
resonator
plane
Prior art date
Application number
CZ20003337A
Other languages
English (en)
Inventor
Christopher Fell
Colin Henry John Fox
Original Assignee
Bae Systems Plc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bae Systems Plc filed Critical Bae Systems Plc
Publication of CZ20003337A3 publication Critical patent/CZ20003337A3/cs

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/567Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode
    • G01C19/5677Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode of essentially two-dimensional vibrators, e.g. ring-shaped vibrators

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Description

Gyroskop
Oblast techniky
I*
Vynález se týká gyroskopu, schopného snímat rychlost na alespoň dvou osách a s výhodou na třech osách.
Dosavadní stav techniky
Vibrační konstrukce gyroskopů může být vyráběna s využitím celé řady různých konstrukcí jako rezonančních prvků. Tyto konstrukce zahrnují trámce, ladicí vidlice, válce, polokulové skořepiny a prstence. Úspěšné komerční využívání je závislé na optimalizaci provozu zařízení při minimálních nákladech. Kromě toho je účelem některých uplatnění snížení velikosti zařízení.
Některé známé vibrační konstrukce gyroskopů jsou vhodné pro výrobu s využitím moderních způsobů mikroskopického obrábění. Mohou být zkonstruovány z práškového křemíku, z polysilikonu nebo z elektricky tvářeného kovu. Tyto výrobní postupy zajišťují možnost výroby miniaturních gyroskopů při vysokém objemu a při snížených nákladech.
U mnoha uplatnění gyroskopických ústrojí je vyžadována rychlostní citlivost kolem tří os. Známé vibrační konstrukce gyroskopů zajišťují jednoosou rychlostní citlivost, takže je nutno používat tří zařízení, která musejí být vyrovnána podél • to *·· • totototo to «toto ·« · ««· · · tototo to to to toto « • to to to to · · • toto «toto·*· ·· to ««to «to toto ··· kolmých os. Vibrační konstrukce gyroskopú, zahrnující rezonátor, který je schopen snímat kolem tří os současně, by proto byla velice účelná. Jediné zařízení by tak mohlo nahradit tří známé jednoosé jednotky se zcela zřejmými výhodami z hlediska nákladů. Rovněž způsob montáže a vyrovnávání tří jednoosých gyroskopú nebude nutno využívat.
Podstata vynálezu
Existuje proto potřeba vyvinout zdokonalený gyroskop, který by mohl snímat rychlost na alespoň dvou osách.
V souladu s prvním aspektem předmětu tohoto vynálezu byl proto vyvinut gyroskop pro snímání rychlosti na alespoň dvou osách, který obsahuje v podstatě rovinný vibrační rezonátor, mající v podstatě prstencovitou nebo obručovitou konstrukci s vnitřním a vnějším obvodem probíhajícím kolem společné osy, hnací prostředky vidu nosné frekvence pro uvedení rezonátoru do vibrací ve vidu nosné frekvence v rovině cos ηιθ, kde ni je celé číslo o velikosti 2 nebo více, nosné prostředky pro pružné nesení rezonátoru a pro umožnění vibrování rezonátoru v odezvě na hnací prostředky vidu nosné frekvence vzhledem k nosným prostředkům, snímací prostředky vidu nosné frekvence pro snímání pohybu rezonátoru v rovině, snímací prostředky odezvového vidu osy X pro snímání pohybu rezonátoru odezvového vidu mimo rovinu cos ηθ v závislosti na otáčení gyroskopú kolem osy X, kde n má hodnotu o velikosti ni + 1 nebo ηχ - 1, a snímací prostředky odezvového vidu osy X pro snímání pohybu rezonátoru odezvového vidu mimo rovinu sin ηθ v závislosti na otáčení gyroskopú kolem osy Y, kde n má hodnotu o velikosti ηχ + 1 nebo ni - 1, která je stejná jako pro odezvový vid osy X.
• · • fc · • ·fcfc · • • fc · * fc • fc ·· • « • «· fc
I • fc • • • • fc · • • • • fc
fc
• fc fcfcfc • fc • fc • ·
Gyroskop podle tohoto vynálezu s výhodou obsahuje hnací prostředky odezvového vidu osy X pro anulování pohybu rezonátoru odezvového vidu osy X pro umožnění funkce provozu gyroskopu v nuceném zpětnovazebním uspořádání.
Gyroskop rovněž s výhodou obsahuje hnací prostředky odezvového vidu osy Y pro anulování pohybu rezonátoru odezvového vidu osy Y pro umožnění funkce provozu gyroskopu v nuceném zpětnovazebním uspořádání.
Pro snímání rychlosti kolem dvou os nosné opěrné prostředky s výhodou zahrnují množinu pružných ohebných ramen, ohebně připojujících rezonátor k opěře, přičemž počet ramen Nr je dán vztahem NT = 4n, a přičemž úhlové rozdělení mezi rameny je dáno vztahem 360°/Ντ.
Pro snímání rychlosti kolem tří os gyroskop s výhodou zahrnuje snímací prostředky odezvového vidu osy Z pro snímání pohybu rezonátoru odezvového vidu v rovině sin ηχθ v závislosti na otáčení gyroskopu kolem osy Z, přičemž ni je celé číslo o hodnotě 2 nebo více, které je stejné jako u vidu nosné frekvence v rovině.
Gyroskop dále s výhodou obsahuje hnací prostředky odezvového vidu osy Z pro anulování pohybu rezonátoru odezvového vidu osy Z pro umožnění provoz gyroskopu v nuceném zpětnovazebním uspořádání.
Nosné opěrné prostředky s výhodou zahrnují množinu pružných ohebných ramen, ohebně připojujících rezonátor • 9 • ·
9 • 9 9 • 9 9 9 • 9 9·9· * *99
9« 9
99
9 9
9 9 • 9 9
9 9
999 99 ·
• 9
9 9 • 9 999 k opeře, přičemž počet ramen NT je dán vztahem NT = 4nni, a přičemž úhlové rozdělení mezi rameny je dáno vztahem 360°/Nr.
U gyroskopu podle tohoto vynálezu pak s výhodou videm nosné frekvence je vid v rovině cos 2Θ, přičemž hnací prostředky vidu nosné frekvence zahrnují dva hnací prvky pro iniciaci pohybu vidu nosné frekvence, umístěné v polohách 0° a 180° vzhledem k pevné referenční ose v rovině rezonátoru, přičemž snímací prostředky vidu nosné frekvence zahrnují dva snímací prvky pro snímání pohybu vidu nosné frekvence, umístěné v polohách 90° a 270° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž odezvovým videm osy X je vid cos 3Θ, přičemž snímací prostředky osy X zahrnují tři snímací prvky, umístěné v polohách 0°, 120° a 240° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž hnací prostředky osy X zahrnují tři hnací prvky, umístěné v polohách 60°, 180° a 300° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž odezvovým videm osy Y je vid sin 3Θ, přičemž snímací prostředky osy Y zahrnují tři snímací prvky, umístěné v polohách 30°, 150° a 270° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž hnací prostředky osy Y zahrnují tři hnací prvky, umístěné v polohách 90°, 210° a 330° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž hnací a snímací prvky osy X a Y jsou určeny pro zjišťování a anulování pohybů odezvového vidu.
Alternativně pak videm nosné frekvence je vid v rovině cos 3Θ, přičemž hnací prostředky vidu nosné frekvence zahrnují tři hnací prvky, umístěné v polohách 0°, 120° a 240° vzhledem k pevné referenční ose v rovině rezonátoru, přičemž snímací prostředky vidu nosné frekvence zahrnují tři snímací prvky, umístěné v polohách 60°, 180° a 300° vzhledem k pevné • fc fc • fcfc · • fcfcfc • · fcfcfcfc · • fcfc • fcfc · • fc fcfc • · fcfcfc fcfc fcfc • · · · · • · fcfc referenční ose, přičemž odezvovým videm osy X je vid cos 2Θ, přičemž snímací prostředky osy X zahrnují dva snímací prvky, umístěné v polohách 0° a 180° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž hnací prostředky osy X zahrnují dva hnací prvky, umístěné v polohách 90° a 270° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž odezvovým videm osy Y je vid sin 2Θ, přičemž snímací prostředky osy Y zahrnují dva snímací prvky, umístěné v polohách 45° a 225° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž hnací prostředky osy X zahrnují dva hnací prvky, umístěné v polohách 135° a 315° vzhledem k pevné referenční ose.
Videm nosné frekvence je s výhodou vid v rovině cos 3Θ, přičemž hnací prostředky vidu nosné frekvence zahrnují tři hnací prvky, umístěné v polohách 0°, 120° a 240° vzhledem k pevné referenční ose v rovině rezonátoru, přičemž snímací prostředky vidu nosné frekvence zahrnují tři snímací prvky, umístěné v polohách 60°, 180° a 300° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž odezvovým videm osy X je vid cos 4Θ, přičemž snímací prostředky osy X zahrnují čtyři snímací prvky, umístěné v polohách 0°, 90°, 180° a 270° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž hnací prostředky osy X obsahují čtyři hnací prvky, umístěné v polohách 45°, 135°,
225° a 315° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž odezvovým videm osy X je vid sin 4Θ, přičemž snímací prostředky osy Y zahrnují čtyři snímací prvky, umístěné v polohách 22,5°, 112,5° a 292,5° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž hnací prostředky osy X zahrnují čtyři hnací prvky, umístěné v polohách 67,5°, 157,5°, 247,5° a 337,5° vzhledem k pevné referenční ose.
to· · ·>· · • · · · • ····* to • to to • to · to • to «· · • to · · ·· • · · · · to to to · · · toto · · · • toto toto ·«·
Gyroskop pro snímání rychlosti tří os s výhodou zahrnuje snímací prostředky odezvového vidu osy Z pro snímání pohybu rezonátoru odezvového vidu v rovině sin 2Θ, přičemž snímací prostředky osy Z obsahují dva snímací prvky, umístěné v polohách 45° a 225° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž dále zahrnuje hnací prostředky odezvového režimu osy Z, mající dva hnací prvky, umístěné v polohách 135° a 315° vzhledem k pevné referenční ose.
Gyroskop pro snímání rychlosti na třech osách s výhodou zahrnuje snímací prostředky odezvového vidu osy Z pro snímání pohybu rezonátoru odezvového vidu v rovině sin 3Θ, přičemž snímací prostředky osy Z zahrnují tři snímací prvky, umístěné v polohách 90°, 210° a 330° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž dále zahrnuje hnací prostředky odezvového vidu osy Z, mající tři hnací prvky, umístěné v polohách 30°, 150° a 270° vzhledem k pevné referenční ose.
Rezonátor je s výhodou vyroben z kovu, křemene, polysilikonu nebo práškového křemíku.
Hnací prostředky a snímací prostředky jsou s výhodou elektrostatické, elektromagnetické, piezoelektrické nebo optické.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:
• 4 • 4
4 • 44 4 • 4 4 4
4 4444 4
4 4 • 4 4 4
4
4 44
4 4 4 ·
4 4 4 4 ·
4 4 4 4 • 44 44 444 obr. la znázorňuje schematické zobrazení vibrační konstrukce gyroskopu, která není podle tohoto vynálezu;
obr. Ib znázorňuje tři kolmé osy, kolem kterých leží vektory rychlosti, otáčení a síly u konstrukce podle obr. la;
obr. 2a a obr. 2b znázorňují graficky tvary vidových dvojic, vykazujících radiální posun cos ηιθ a sin ηχθ pro Πχ = 2;
obr. 3a a obr. 3b znázorňují grafické tvary, obdobné jako na obr. 2a a obr. 2b, avšak pro n = 3;
obr. 4a a obr. 4b znázorňují grafické tvary, obdobné jako na obr. 2a a obr. 2b a na obr. 3a a obr. 3b, avšak pro ηχ = 4;
obr. 5a a obr. 5b znázorňují grafické zobrazení na třech osách pro složky síly, generované otáčením gyroskopu podle tohoto vynálezu kolem osy Y, a to pro vid nosné frekvence v rovině cos 2Θ;
obr. 6a a obr. 6b znázorňují obdobné grafické zobrazení, jako na obr. 5a a obr. 5b, avšak představující otáčení kolem osy X;
obr. 7a a obr. 7b znázorňují grafické zobrazení tvarů vibračního vidu na třech osách, vykazujících posuny mimo rovinu cos ηθ a sin ηθ pro n = 1;
obr. 8a a obr. 8b znázorňují grafické zobrazení, obdobné jako na obr. 7a a obr. 7b, avšak pro n = 2;
·· 4 • · · • · * · • · ···· > · · · · ·> ♦» • · · · · « » » « • · · · · » * · · obr. 9a a obr. 9b znázorňují grafické zobrazení, obdobné jako na obr. 8a a obr. 8b, avšak pro n = 3;
obr. 10a a obr. 10b znázorňují grafické zobrazení, obdobné jako na obr. 9a a obr. 9b, avšak pro n = 4;
obr. 11a znázorňuje v půdorysném pohledu schematický příklad rezonátoru a nosných ramen, vhodných pro využití u gyroskopu podle tohoto vynálezu;
obr. 11b znázorňuje v půdorysném pohledu další provedení konstrukce rezonátoru a nosných ramen, vhodných pro využití u gyroskopu podle tohoto vynálezu;
obr. 12 znázorňuje schematický půdorysný pohled na část gyroskopu podle prvního provedení tohoto vynálezu, zobrazující hnací a snímací prvky;
obr. 13 znázorňuje pohled v příčném řezu na konstrukci podle obr. 12, zobrazující další detaily;
obr. 14 znázorňuje schematický půdorysný pohled na část gyroskopu podle druhého provedení předmětu tohoto vynálezu;
obr. 15 znázorňuje schematický půdorysný pohled na část gyroskopu podle třetího provedení předmětu tohoto vynálezu;
obr. 16 znázorňuje schematický půdorysný pohled na část gyroskopu podle čtvrtého provedení předmětu tohoto vynálezu;
fc · fc · • · · « « fcfc· • ···· «
fcfc fc • fc • · * fc fc fc obr. 17 znázorňuje schematický půdorysný pohled na část gyroskopu podle pátého provedení předmětu tohoto vynálezu; a obr. 18 znázorňuje schematický půdorysný pohled na část gyroskopu podle šestého provedení předmětu tohoto vynálezu.
Příklady provedení vynálezu
Společný prvek všech známých vibračních konstrukcí gyroskopu spočívá v tom, že udržují rezonanční nosný kmitočet vidu oscilací. Tím vzniká lineární moment, který vytváří Coriolisovu sílu Fc, pokud se gyroskop otáčí kolem příslušné osy. Velikost této Coriolisovy síly Fc je dána vztahem:
Fc = 2 Ω m v (1) kde
Ω - představuje uplatňovanou úhlovou rychlost, m - představuje hmotnost, a v - představuje lineární rychlost.
Rychlost, otáčení a vektory sil leží podél vzájemně kolmých os, jak je znázorněno na vyobrazeních podle obr. la a podle obr. lb.
Jedním z nej jednodušších provedení vibrační konstrukce gyroskopu je trámec 1^, znázorněný na vyobrazení podle obr. la. Nosný kmitočet vidu kmitání představuje ohybový pohyb v rovině XZ, jak je znázorněno na vyobrazeních podle obr. la a podle obr. lb. Otáčením kolem osy trámce 1 (osa Z) bude vznikat Coriolisova síla, která uvede trámec 1 do pohybu φφ φ φ φ φ φφ * φφφ φ φ φ · φ · φφφφ φ ♦ · φ φφ φ • φφφ φφφ φφφ φ φ φφφφ • Φ ·ΦΦ v rovině ΥΖ na nosném kmitočtu. Amplituda pohybu na této ose bude úměrná uplatňované rychlosti otáčení.
Citlivost takového ústrojí může být zvýšena vytvořením konstrukce tak, že Coriolisova síla přímo budí rezonanční vid. Amplituda pohybu je poté zesílena o Q vidu odezvy. Pro jednoduchý trámec, vyrobený z izotropního materiálu, toho bude dosaženo s pomocí trámce čtvercového průřezu, kde budou rozměry X a Y stejné.
Otáčení kolem osy Y bude rovněž indukovat Coriolisovu sílu v trámci jL. Tato síla bude působit podél délky trámce 1 (osa Z) . Trámec 1 je v tomto směru mimořádně tuhý, takže nebude citlivý na tyto síly. Avšak tato jednoduchá lineární vibrace kolem jediné osy je schopna vytvářet odezvy na otáčení kolem dvou os. Praktické provedení gyroskopu, založeného na těchto odezvách, vyžaduje takovou konstrukci rezonátoru, která umožňuje, aby složky této Coriolisovy síly se spojily přímo do vidu odezvy podél vhodných os.
Za účelem vytvoření gyroskopu, schopného snímat rychlost kolem tří os, musí nosná frekvence vidu pohybu obsahovat složky rychlosti kolem dvou kolmých os. Konstrukce musí rovněž být provedena tak, že Coriolisovy síly, indukované v důsledku otáčení kolem každé osy, se spojují do vidů odezvy, jejichž rezonanční kmitočet může být přizpůsoben nosnému kmitočtu.
Rovinné prstencovíté konstrukce, využívající rovinné vidy nosného kmitočtu cos ni Θ, kde Θ je úhlové umístění kolem obvodu prstence vzhledem k pevné nulové základní rovině, a ni je pevné celé číslo, jehož hodnota je 2 nebo v
• · * • · · 0 » · ···· · • · · «· · v *· ·> * ·· fr « · · *· • » I 9 9 * ···«·· «
9 · · · 9
9·9 99 99 999 více, jsou obzvláště výhodné pro toto uplatnění. Vid ni = 1 není vhodným nosným kmitočtem, neboť jde o translaci pevného tělesa prstencovitého rezonátoru, které tak má pouze složky rychlosti kolem jediné osy.
Pro konstrukci rezonátoru ve tvaru dokonalého prstence vidy vibrací v rovině cos ηχθ existují jako degenerované dvojice pod vzájemným úhlem o velikosti {90/ni)°. Pro 0=0 leží osa R pro modální diagramy kolem osy Y v kladném směru. S využitím tohoto pevného vztahu budou mít vidové dvojice tvary, vykazující radiální posun cos ηιθ a sin ηιθ.
Vidové tvary pro ni = 2 jsou znázorněny na vyobrazeních podle obr. 2a a podle obr. 2b. Dva extrémy maximálního posunu z nebuzené polohy prstence během jediného vibračního cyklu jsou znázorněny pro každý vid dvojice. Osy vyjadřují posun z nebuzené polohy prstence pro poloměr prstence 1,0 {v libovolných jednotkách). Vidy existují pod vzájemným úhlem 45°.
Vidové tvary pro ni = 3 jsou obdobně znázorněny na vyobrazeních podle obr. 3a a podle obr. 3b. Existují pod vzájemným úhlem 30°. Odpovídající vidové tvary pro ni = 4 jsou znázorněny na vyobrazeních podle obr. 4a a podle obr. 4b, přičemž existují pod vzájemným úhlem 22,5°.
Vibrační konstrukce gyroskopu, využívajícího prstencové konstrukce, schopné snímat rychlost kolem jediné osy, je všeobecně známa. Využívá jako nosného kmitočtu jedné vidové dvojice v rovině cos ηιθ, přičemž obvykle ni = 2. Otáčení «
• · * t · · • » · · • 9 ·»♦· · • 4 ♦ «9 * · kolem osy, kolmé k rovině prstence (osa jí), přidává energii do druhého vidu dvojice s indukovanou amplitudou pohybu, která je úměrná rychlosti.
Při využívání těchto vidů nosných kmitočtů pak otáčení kolem osy v rovině prstence bude rovněž způsobovat Coriolisovy síly. Ty budou působit kolem osy Z a budou mít snahu uvést prstenec do pohybu ven z roviny. Rozložení těchto sil se bude měnit spolu s úhlovou polohou Θ, přičemž pro otáčení kolem osy Y a pro Ωγ bude dáno vztahem:
Fc{0) = Fni+i Ωγ sin (ni + 1)0 + Fni-i Ωγ sin (ni - 1)0 (2)
Parametry Fni + 1 a Fni - 1 jsou konstantní, přičemž závisejí na přesné geometrii prstence a opěrných prostředků, na materiálu a na hodnotě nj. Coriolisova síla mimo rovinu tak má složky, které se mění jako sin (ni + 1)0 a sin(ηχ - 1)0. Pro stejný vid nosného kmitočtu bude otáčení kolem osy X indukovat Coriolisovy síly, dané vztahem:
Fc(0) = Fnl+i Ωχ cos (ni + 1)0 + Fni-i Ωγ cos(ni - 1)0 (3)
Coriolisova síla mimo rovinu má v tomto případě složky, které se mění jako cos (ni + 1)0 a cos (ni - 1)0. Jako příklad lze uvést, že v případě, kdy nosný kmitočet je vid v rovině cos 20, jak je znázorněno na obr. 2a, bude otáčení kolem osy Y generovat složky síly, které se mění jako sin θ a sin 30. To je příslušně znázorněno na vyobrazeních podle obr. 5a a podle obr. 5b. Otáčení kolem osy X bude generovat ·· « · · * · • · · · ·
9 9 9 9 9 9
9 9 9 9
999 99 99 » složky, které se mění jako cos θ a cos 3Θ. To je znázorněno na vyobrazeních podle obr. 6a a podle obr. 6b.
Posun vidů mimo rovinu v ose Z bude rovněž vykazovat úhlovou závislost cos ηθ, přičemž jako u vidů v rovině bude existovat jako degenerované dvojice pod vzájemným úhlem o velikosti (90/n)°. Vidové tvary pro η = 1 existují pod vzájemným úhlem o velikosti 90° (tj. při radiálních posunech sin θ a cos Θ), přičemž jsou znázorněny na vyobrazeních podle obr. 7a a podle obr. 7b. Stejně jako u předcházejících modálních grafů jsou dva extrémy pohybu znázorněny spolu s klidovou polohou prstence, vyznačenou čárkovanými čarami. Odpovídající grafy pro vidy n = 2, 3 a 4 jsou znázorněny na vyobrazení podle obr. 8a, obr. 8b, obr. 9a, obr. 9b, obr. 10a a obr. 10b.
Funkční formy složek Coriolisovy síly, znázorněné na obr. 5a a obr. 6a, přesně odpovídají formám pro vid mimo rovinu n = 1, což je znázorněno na obr. 7a a obr. 7b. Obdobně pak formy složek Coriolisovy síly, znázorněné na obr. 5b a obr. 6b, přesně odpovídají formám pro vidy mimo rovinu n = 3 na obr. 9a a obr. 9b. Je zřejmé, že tyto vidy mohou být přímo buzeny v důsledku otáčení indukovaných Coriolisových sil.
Zkoumání rovnic (2) a (3) ukazuje, jakýkoliv vid nosného kmitočtu v rovině cos ηιθ se může sdružovat do vidů mimo rovinu cos (ni + 1)θ, sin (ni + 1)0, cos (nx - 1)0 a sin (ni - 1)0 při otáčení kolem vhodné osy. Pro praktické využití u jakéhokoliv provedení gyroskopu musí být amplituda generovaného pohybu pokud možno co největší pro maximalizaci citlivosti gyroskopu. Toho je dosaženo přizpůsobením vidových
00 0 • 0 0 · ·· • · 0 0 • 00
14 • * 0 0 • · 0000 · • 0 0 00 t · • · 0 0B 0 0 • »0 0 · • · 0 · 00 0
kmitočtů nosiče a zvolené dvojice odezvových vidů mimo
rovinu. Výsledný pohyb je tak zesílen o Q odezvového vidu
vibrací.
Vidové kmitočty v rovině nejsou ovlivněny změnou hloubky (tj . rozměru ve směru osy Z) prstence. Vidové kmitočty mimo rovinu jsou přímo citlivé na tento parametr a mohou proto být nezávisle nastaveny. Regulováním rozměrů prstencového rezonátoru a opěrné konstrukce je možno přizpůsobit nosný kmitočet v rovině cos ni0 buď vidům mimo rovinu cos (ηχ + 1)θ a sin (ni + 1)0 nebo cos (ni - 1)0 a sin (ni - 1)0. Je proto možné vytvářet konstrukční schémata víceosého gyroskopu s využitím různých kombinací nosných a odezvových vidů.
Nosný vid cos 20 se může sdružovat do odezvových vidů mimo rovinu sin 0, cos 0, sin 30 a cos 30, což je příslušně znázorněno na vyobrazeních podle obr. 7a, obr. 7b, obr. 9a a obr. 9b. Využití nosné frekvence cos 20 v kombinaci s odezvovými vidy sin 30 a cos 30 podle tohoto vynálezu je možno uplatnit jako snímač rychlosti na třech osách.
Rezonátor u vibrační konstrukce gyroskopu je s výhodou v podstatě rovinný, přičemž má konstrukci 2 rezonátoru obručového tvaru se vnitřními a vnějšími obvody, probíhajícími kolem společné osy A, kolmé k pevné referenční ose R v rovině konstrukce 2 rezonátoru, kterážto osa R probíhá ve směru osy Y. Konstrukce prstence je nesena nosnými prostředky, zahrnujícími větší počet shodných nosných ramen 3. Při pohánění v nosném vidu cos 20 jsou oba prstence a nosná ramena 2 v pohybu. Prstenec 2 je však velice tuhý v porovnáni s nosnými rameny 3, přičemž je nosný kmitočet • · • · 4 4 4 4 · · · • «44444 4 4 44« · «44 444«·
4« 4 44· «4 «· 4 převážně nastaven na základě rozměrů prstence 2. Tím je rezonátor účinně izolován od upnutí, takže se snižuje citlivost na okolní prostředí.
Vidy mimo rovinu sin Θ a cos 0 {viz obr. 7a a obr. 7b) budou zahrnovat výrazné ohnutí a napětí nosných ramen 3 spolu s nevýraznou deformací prstence 2. V důsledku shodnosti nosných ramen 2 bude tento vid cos θ na výrazně nižším kmitočtu, než cos 2Θ. Odezvové vidy sin 3Θ a cos 3Θ (viz obr. 9a a obr. 9b) vyvolávají výraznou deformaci a napětí prstence. Jeho vid přirozeného kmitočtu bude proto výrazně vyšší, než vid cos Θ. Nosná frekvence cos 20 a odezvové vidové frekvence sin 3Θ a cos 3Θ mohou tak být přizpůsobeny s výrazně menším nastavením poměru tuhosti ramen vůči prstenci. To napomáhá udržovat schopnost gyroskopů reagovat na okolní prostředí.
Při použití odezvových vidů mimo rovinu cos Θ budou ramena 3 vždy přenášet nenulový kroutící moment na nosnou konstrukci jak se prstenec 2 kývá kolem vstupní osy otáčení. Naproti tomu odezvové vidy mimo rovinu sin 30 a cos 30 nebudou přenášet žádnou reakční sílu na nosnou konstrukci, pokud bude použito vhodného počtu ramen. To bude platit pro všechny vidy cos ηθ, pokud η > 1.
Praktické gyroskopy podle tohoto vynálezu mohou být zkonstruovány s využitím vyššího řádu nosných vidů v rovině. Vid v rovině cos 30 (viz obr. 3b) může být využit jako nosná frekvence ve spojitosti buď s odezvovými vidy mimo rovinu cos 20 a sin 20 nebo cos 40 a sin 40. Tyto odezvové vidy jsou φφ φ φ • φ φ φ φ φ φφ φφφ
ΦΦ φ φ φ φ φ φφφ φ φ ΦΦΦΦ φ φφφ φφ φ příslušně znázorněny na vyobrazeních podle obr. 8a, obr. 8b, obr. 10a a obr. 10b.
Nosná frekvence cos 4Θ {viz obr. 4a) se bude sdružovat do odezvových vidů sin 30, cos 30, sin 50 a cos 50. Odpovídající kombinace vyššího řádu jsou rovněž možné. V praxi je však kombinace vidů vyššího řádu velice obtížně proveditelná. Vidové tvary se stávají mnohem složitější a vyžadují větší počet hnacích a snímacích prvků pro buzení a snímání vibrací. Rovněž nosná ramena 3 působí jako bodové pružinové hmoty, které ruší vidové kmitočty. Počet a umístění těchto nosných ramen 3 musí být přizpůsoben vidové souměrnosti pro zabránění indukovanému rozdělení degenerovaných vidových frekvencí. Počet požadovaných nosných ramen 3 výrazně vzrůstá spolu s řádem vidu, v důsledku čehož jsou některé konstrukce nepraktické pro gyroskopy o malých rozměrech.
Trojosý gyroskop podle tohoto vynálezu může být zkonstruován s využitím kombinace vidů v rovině sin 20 a cos 20 a vidů mimo rovinu sin 30 a cos 30. Takovýto gyroskop vyžaduje přizpůsobení kmitočtů čtyř vidů (jeden nosný kmitočet a tři odezvové vidy). Avšak pro naprosto souměrný prstenec 2 o stejnoměrné tloušťce bude mít vidová dvojice sin 20 a cos 20 identické kmitočty. Obdobně vidová dvojice sin 30 a cos 30 bude rovněž přizpůsobena.
Proto tedy v důsledku vysokého stupně souměrnosti je konstrukce rozměrů rezonátoru v praxi omezena na provádění přizpůsobení pouze dvou kmitočtů (tj. kmitočtů dvou degenerovaných vidových dvojic). Pro rozměry, běžně používané • « · φ φ · · · • Φ · φφφ φφ φφ · u konstrukcí prstencovitých rezonátorů pro provoz s jedinou osou cos 3Θ mimo rovinu a cos 2Θ jsou nosné vidové frekvence poměrně velmi těsně přizpůsobeny z hlediska frekvence. Nastavení hloubky (rozměru ve směru osy Z) prstence nezmění kmitočty v rovině. To však má odlišný účinek na kmitočty mimo rovinu. Přizpůsobení vidových frekvencí sin 2Θ, cos 20, sin 30 a cos 30 může proto být dosaženo prostřednictvím vhodného nastavení rozměrů jediného prstence.
Z hlediska vidové dynamiky se nosná ramena 3 jeví jako bodové pružinové hmoty, působící v bodě připevnění, což odlišně ruší vidové frekvence. Za účelem zamezení rozdělení frekvencí a udržování polohové nedefinovatelnosti vidů musí být celá řada a umístění ramen přizpůsobeno vidové souměrnosti. Pro jakoukoliv vidovou dvojici sin nx0 a cos nx0 to vyžaduje využití 4nx stejně úhlově rozmístěných ramen, přičemž nx je 2 nebo více. Takže vidy v rovině sin 20 a cos 20 vyžadují osm stejně od sebe vzdálených ramen. Vidy mimo rovinu sin 30 a cos 30 vyžadují dvanáct ramen pro udržování jejich neurčitosti.
Pro splnění tohoto požadavku je současně pro obě vidové dvojice nutno použít čtyřiadvaceti ramen, která jsou stejně rozmístěna v intervalech 15° kolem prstence 2. Tento počet je nejnižším společným násobkem počtu ramen v rovině a mimo rovinu a může být odvozen pro jakoukoliv vidovou kombinaci trojosého gyroskopu z následujícího výrazu:
počet ramen NT = nxnxx4 (4)
Úhlové rozmístění těchto ramen je dáno vztahem [360/NT]°.
• « • « · • «··· · « · » w ·· V « * · · · · · t « · 9 · · · • 9 9 * · 9 · *
9 999 99 99 ·
Pro konstrukce rovinných prstencovítých rezonátorů jsou opěrná ramena 3 konstruována tak, že modální chování je převáženo charakteristikami prstence. To vyžaduje, aby ramena byla radiálně a tangenciálně poddajná v porovnání s vlastním prstencem. Je možno provést celou řadu konstrukcí, které vyhovují těmto požadavkům. Na vyobrazeních podle obr. lla a podle obr. 11b jsou znázorněny dvě možnosti pro konstrukci čtyřiadvaceti nosných ramen v souladu s jedním provedením podle tohoto vynálezu. Tyto konstrukce jsou v souladu s používáním velkého počtu nosných opěrných ramen 3.
Vibrační konstrukce gyroskopů podle tohoto vynálezu mohou být prováděny s využitím běžných výrobních a obráběcích postupů. Jsou rovněž vhodné pro výrobu s využitím postupů mikroskopického obrábění. Princip provozu a orientace pohonu a snímání bude shodný nezávisle na výrobním postupu. Rezonátor může být zkonstruován z jakéhokoliv materiálu, který má vhodné mechanické vlastnosti, jako jsou například kovy, křemen, polysilikon nebo práškový křemík.
Prstenec 2_ může být poháněn do oscilací s využitím různých hnacích prostředků, které zahrnují elektrostatické, elektromagnetické, piezoelektrické nebo optické prostředky. Amplituda pohybu může být obdobně zjišťována s využitím elektrostatických, elektromagnetických, piezoelektrických nebo optických snímacích prostředků.
Výhodné provedení trojosého gyroskopu využívá elektrostatických hnacích a snímacích prostředků. Orientace hnacích a snímacích prvků je pro takovéto provedení • * « t Β • β···
Β· • · · · »· • « · · ·
Β Β · Β · Β • · · · · »Β ·Β ·· znázorněna na vyobrazení podle obr. 12. Umístění prstence 2 je znázorněno čárkovanými čarami.
Nosný vid v rovině cos 2Θ je poháněn do oscilací s využitím hnacích prvků £, jejichž účinné středy jsou umístěny pod úhly 0° a 180° kolem vnějšího obvodu prstence £ vzhledem k pevné referenční ose R. Pro každý prvek plocha, kolmá k rovině prstence 2 a směřující k obvodu prstence 2, vytváří jednu desku kondenzátoru spolu s přilehlým segmentem obvodu prstence, který vytváří druhou desku. Prstenec 2 je udržován na pevném potenciálu vzhledem ke hnacím prvkům £. Oscilační napětí, přiváděné na desky hnacích prvků při nosné vidové frekvenci, bude generovat elektrostatickou sílu, uvádějící prstenec £ do oscilace.
Snímací prvky 5, které jsou pro nosný vid umístěny pod úhly 90° a 270° vzhledem k pevné referenční ose R, obdobně vytvářejí kondenzátor s proti sobě ležícími segmenty prstence, který je používán pro zjišťování pohybu prstence 2 při změně mezery kondenzátoru. Snímací prvky 6, umístěné pod úhly 45° a 225° vzhledem k ose R, snímají amplitudu odezvového režimu v rovině sin 2Θ při otáčení gyroskopu kolem osy Z.
Hnací prvky 7 osy Z, umístěné pod úhly 135° a 315° vzhledem k ose R, mohou být využity pro rušení vidového pohybu pro umožnění provozu gyroskopu v nuceném zpětnovazebním uspořádání. Při provozu v tomto režimu je anulovací pohon úměrný uplatňované rychlosti. Tento režim provozu vykazuje provozní výhody v porovnání s režimem otevřené smyčky.
*99 * • · 9 · « 9 9999 9
9 9 • 999
9 9 9 9 • 999
99 9
Odezvový režim mimo rovinu cos 3Θ, poskytující citlivost na rychlost kolem osy X, bude mít kmitný v polohách 0°, 60°, 120°, 180°, 240° a 300° vzhledem k ose R kolem obvodu prstence. Odezvový režim osy Y sin 3Θ bude mít kmitný v polohách 30°, 90°, 150°, 210°, 270° a 330° vzhledem k ose R. Hnací a snímací prvky mohou být umístěny v jakýchkoliv vhodných kombinacích v blízkosti těchto bodů.
S výhodou může být dvacet deskovitých prvků umístěno přímo pod okrajem pro vytvoření kondenzátorů mezi uvedenými deskami a rovnoběžnými protilehlými segmenty spodní plochy prstence. Desky mohou s výhodou zasahovat za vnitřní a vnější okraje prstence. Pohyb v rovině u vidu nosné frekvence tak nebude měnit účinnou plochu desky a nebude nepříznivě zjišťován těmito deskovými prvky.
Prvky 8, umístěné v polohách 0°, 120° a 240°, jsou použity jako snímací prvky v ose X. Signály od těchto prvků budou ve fázi a mohou být výhodně sčítány pro poskytnutí zvýšené citlivosti při snímání vidového pohybu.
Deskové prvky 9, umístěné v polohách 60°, 180° a 300° vzhledem k ose R, jsou použity jako hnací prvky se stejným budicím napětím, přiváděným na tyto prvky pro anulování pohybu pro usnadnění nuceného zpětnovazebního provozu.
Obdobně pak deskové prvky 10, umístěné v polohách 30°, 150° a 270° vzhledem k ose R, jsou snímacími prvky osy Y s deskovými prvky 11, umístěnými v polohách 90°, 210° a 330° vzhledem k ose R, a tvořícími hnací prvky pro tento vid.
• ”fc · fcfc ♦ ”· fc’· * fcfc·· · · · · · • · fcfcfc· · fcfc fcfcfc · • •fc fcfcfcfcfc ·· · fcfcfc fcfc fcfc ·
Na vyobrazení podle obr. 13 je znázorněn pohled ve středovém řezu na prstenec 2 rezonátoru kolem osy Y, zobrazující přídavné detaily uspořádání tohoto ústrojí.
Hnací a snímací prvky osy X a Y jsou vodivými místy, uloženými na plochu vrstvy elektricky izolačního substrátu 12. Tyto prvky jsou připojeny drahami ke spojovacím podložkám (neznázorněno), které mohou být elektricky připojeny k řídicímu obvodu. Prstenec 2 je prostřednictvím nosných opěrných ramen 3 připevněn ke středovému nosnému podstavci 13. Tento podstavec 13 leží pod prstencem 2 a je pevně připojen k vrstvě substrátu 12 tak, že prstenec a opěrná ramena jsou volně zavěšena nad vrstvou substrátu. Hnací a snímací prvky vidu v rovině jsou pevně připevněny k substrátu 12 prostřednictvím drah a spojovacích podložek, uspořádaných dle požadavků pro umožnění připojení k řídicímu obvodu.
Různé modifikace této konstrukce jsou rovněž možné. Přidání druhé vrstvy izolačního substrátu, upevněné nad prstencem 2 rezonátoru, nebo zdvojení hnacích a snímacích prvků soustavy desek kondenzátoru mimo rovinu může přispět ke zvýšení citlivosti gyroskopu kolem os X a Y. Dojde tak sice k vyšším nárokům na výrobní postup, přičemž však nedojde ke změně základních konstrukčních prvků nebo funkce gyroskopu.
Dvouosý gyroskop podle tohoto vynálezu může být vyráběn s využitím stejného vidu nosné frekvence v rovině cos 2Θ a odezvových vidů mimo rovinu sin 30 a cos 30. U tohoto provedení je konstrukce rezonátoru taková, že vidy frekvencí v rovině sin 20 a cos 20 jsou volně odděleny. Toto rozdělení frekvencí bude fixovat polohu vidu nosné frekvence ve známém to · to • toto* to to to··· tototo toto to • to to to to· • to to úhlovém místě, které může být vyrovnáno s videm nosné frekvence hnacích a snímacích prostředků.
Nosná vidová frekvence musí být ještě přizpůsobena frekvencím odezvových vidů mimo rovinu. Při použití dvanácti nosných ramen 3 je souměrnost vidů cos 3Θ zachována. To však způsobí rozdělení vidů v rovině sin 2Θ a cos 29 a tak zafixování vidových poloh jak je požadováno.
Obecně je pro funkci dvouosého gyroskopú požadovaný počet nosných opěrných ramen dán následujícím výrazem:
počet ramen NT = nx4 (5)
Úhlové rozmístění je [360/NT]°.
Toto uspořádání zajistí citlivost na rychlost pouze kolem os X a Y. Hnací a snímací prostředky odezvového vidu v rovině tak nejsou nutné. Na vyobrazení podle obr. 14 je schematicky znázorněn gyroskop pro toto provedení. Je v podstatě stejný, jako trojosé provedení podle obr. 12 a obr. 13, avšak s výjimkou absence hnacích prvků 7 a snímacích prvků 6 odezvového vidu v rovině osy Z a různého počtu nosných opěrných ramen, přičemž bylo použito stejných vztahových značek. Proto nebude podáváno žádné další bližší vysvětlení.
Dvouosý nebo trojosý gyroskop může být vyráběn s využitím vidů v rovině sin 3θ a cos 3Θ ve spojitosti s odezvovými vidy mimo rovinu sin 29 a cos 29. Pro trojosé uspořádání musí být udržována degenerace vidových dvojic jak
4·· 44 44 444
4444 444 44
4 444· 4 4 4 4 4 4 4 «44 44444 • 4 · 444 4* «4 4 v rovině sin 3Θ a cos 3Θ, tak mimo rovinu sin 2Θ a cos 2Θ. Tím je diktována potřeba využít čtyřiadvaceti opěrných ramen 3 na prstenci £ rezonátoru. Schematická orientace hnacích a snímacích prvků je znázorněna na obr. 15.
Topologie gyroskopu je do značné míry shodná se shora popsanými provedeními, pouze s výjimkou rozmístění hnacích a snímacích prvků. Hnací prvky 14 nosného kmitočtu v rovině cos 3Θ jsou umístěny v polohách 0°, 120° a 240° vzhledem k pevné referenční ose R, přičemž snímací prvky 15 jsou umístěny v polohách 60°, 180° a 300° vzhledem k ose R.
Hnací prvky 16 odezvového vidu v rovině sin 3Θ jsou umístěny v polohách 30°, 150° a 270° vzhledem k ose R, přičemž snímací prvky 17 jsou umístěny v polohách 90°, 210° a 330° vzhledem k ose R. Snímací prvky 18 odezvového vidu osy X mimo rovinu cos 2Θ jsou umístěny v polohách 0° a 180°, přičemž anulovací hnací prvky 19 jsou umístěny v polohách 90° a 270° vzhledem k ose R. Snímací prvky 20 osy Y mimo rovinu sin 2Θ jsou umístěny v polohách 45° a 225° vzhledem k ose R, přičemž anulovací hnací prvky 21 osy Y jsou umístěny v polohách 135° a 315° vzhledem k ose R.
Dvouosé provedení nosné frekvence odezvového vidu v rovině cos 3θ a kombinace odezvového vidu mimo rovinu sin 2Θ cos 2Θ vyžadují zvýšení degenerace vidu v rovině. Toho lze dosáhnout využitím osmi nosných opěrných ramen. Jinak se toto provedení liší od trojosého provedení pouze tím, že jsou vynechány hnací prvky 16 a snímací prvky 17 odezvového vidu v rovině. Rozložení hnacích a snímacích prvků je znázorněno na obr. 16.
» W V * V WW • · ♦ ♦ · fc · 9 9 · • fcfcfc fcfcfc fc · • · ···· · fcfc fcfc* fc • fcfc fcfcfcfcfc fcfc fc fcfcfc «· fcfc fc
Dvouosý nebo trojosý gyroskop podle tohoto vynálezu může být vyráběn s využitím kombinace vidu v rovině sin 30 a cos 3Θ a mimo rovinu sin 4Θ a cos 40. Trojosé provedení vyžaduje využití osmačtyřiceti nosných opěrných ramen pro zachování všech vhodných souměrností vidu. Toto provedení je schematicky znázorněno na obr. 17.
Hnací prvky 22 vidu nosné frekvence v rovině cos 30 jsou
umístěny v polohách 0°, 120° a 240° vzhledem k pevné
referenční ose R, přičemž snímací prvky 23 j sou umístěny
v polohách 60°, 180° a 300° vzhledem k ose R. Hnací prvky 24
odezvového vidu osy Z v rovině sin 30 jsou umístěny
v polohách 30°, 150° a 270° vzhledem k ose R, přičemž snímací prvky 25 režimu osy Z v rovině cos 30 jsou umístěny v polohách 90°, 210° a 300° vzhledem k ose R.
Snímací prvky 26 odezvového vidu osy X mimo rovinu cos 4Θ jsou umístěny v polohách 0°, 90°, 180° a 270° vzhledem k pevné referenční ose R, přičemž anulovací hnací prvky 27 odezvového vidu osy X mimo rovinu cos 4Θ jsou umístěny v polohách 45°, 135°, 225° a 315° vzhledem k ose R. Snímací prvky 28 odezvového vidu osy Y mimo rovinu sin 4Θ jsou umístěny v polohách 22,5°, 112,5°, 202, 5° a 292,5° vzhledem k ose R, přičemž anulovací hnací prvky 29 odezvového vidu osy Y mimo rovinu sin 4Θ jsou umístěny v polohách 67,5°, 157,5°, 247,5° a 337,5° vzhledem k ose R.
Odpovídající provedení dvouosého gyroskopu podle tohoto vynálezu vyžaduje šestnáct nosných opěrných ramen 3. Rozmístění u tohoto provedení, které je znázorněno na
25 • · to · • to ···· · • to * • to to to to· · · · • « to · • to • to to ·
«to · ··* toto · · « · ·
obr. 18, je jinak shodné, jako u trojosého provedení podle
obr. 17, pouze s tou výjimkou, že jsou vynechány hnací
prvky 24 a snímací prvky 25 odezvového vidu osy Z v rovině.
Stejné součásti jsou označeny stejnými vztahovými značkami jako na obr. 17, takže nebudou v dalším blíže vysvětlovány.
Dvouosé a trojosé rychlostní snímače mohou být vyráběny s využitím kombinací vidů vyššího řádu v rovině a mimo rovinu. To bude vyžadovat mnohem vyšší počet nosných opěrných ramen pro zachování nezbytných souměrností vidu, stejně jako větší počet hnacích a snímacích prvků. V důsledku toho budou tato provedení, přestože jsou uskutečnitelná, mnohem náročnější z výrobního hlediska, a to zejména u gyroskopu s malými rozměry.
Kromě toho pak u gyroskopu podle tohoto vynálezu pro snímání rychlosti kolem dvou os jsou rezonátor 2 a nosné opěrné prostředky dimenzovány tak, že vid nosné frekvence v rovině cos ηχθ a odezvový vid frekvencí mimo rovinu sin ηθ a cos ηθ jsou vzájemně přizpůsobeny, přičemž pro snímání rychlosti kolem tří os jsou rozměry takové, že jsou vzájemně přizpůsobeny vid nosné frekvence v rovině cos ηχθ, odezvový vid v rovině sin ηχθ a odezvové vidové frekvence mimo rovinu sin ηθ a cos ηθ.

Claims (18)

1, hnací pohybu provozu
1. Gyroskop pro snímání rychlosti na alespoň dvou osách, vyznačující se tím, že obsahuje v podstatě rovinný vibrační rezonátor, mající v podstatě prstencovitou nebo obručovitou konstrukci s vnitřním a vnějším obvodem probíhajícím kolem společné osy, hnací prostředky vidu nosné frekvence pro uvedení rezonátoru do vibrací ve vidu nosné frekvence v rovině cos ηιθ, kde ni je celé číslo o velikosti 2 nebo více, nosné prostředky pro pružné nesení rezonátoru a pro umožnění vibrování rezonátoru v odezvě na hnací prostředky vidu nosné frekvence vzhledem k nosným prostředkům, snímací prostředky vidu nosné frekvence pro snímání pohybu rezonátoru v rovině, snímací prostředky odezvového vidu osy X pro snímání pohybu rezonátoru odezvového vidu mimo rovinu cos ηθ v závislosti na otáčení gyroskopů kolem osy X, kde n má hodnotu o velikosti ni + 1 nebo ni - 1, a snímací prostředky odezvového vidu osy X pro snímání pohybu rezonátoru odezvového vidu mimo rovinu sin ηθ v závislosti na otáčení gyroskopů kolem osy Y, kde n má hodnotu o velikosti ni + 1 nebo ni - 1, která je stejná jako pro odezvový vid osy X.
2. Gyroskop vyznačuj ící podle se tím, prostředky odezvového vidu osy X pro anulování rezonátoru odezvového vidu osy X pro umožnění funkce gyroskopů v nuceném zpětnovazebním uspořádání.
nároku že obsahuje
3. Gyroskop podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že obsahuje hnací prostředky odezvového vidu osy Y pro anulování pohybu • fcfc fc · · fcfcfc • fcfc· fcfc • ··*··» fc fc • fcfc fcfcfc • fc fc ··· · fc fc fc · fc · fcfcfc ·· fcfcfc rezonátoru odezvového vidu osy Y pro umožnění funkce provozu gyroskopu v nuceném zpětnovazebním uspořádání.
4. Gyroskop podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že pro snímání rychlosti kolem dvou os nosné opěrné prostředky zahrnují množinu pružných ohebných ramen, ohebně připojujících rezonátor k opěře, přičemž počet ramen NT je dán vztahem NT = 4n, a přičemž úhlové rozdělení mezi rameny je dáno vztahem 360°/NT.
5, hnací pohybu provoz gyroskopu v nuceném zpětnovazebním uspořádání.
5. Gyroskop podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že pro snímání rychlosti kolem tří os zahrnuje snímací prostředky odezvového vidu osy Z pro snímání pohybu rezonátoru odezvového vidu v rovině sin ηχθ v závislosti na otáčení gyroskopu kolem osy Z, přičemž ηχ je celé číslo o hodnotě 2 nebo více, které je stejné jako u vidu nosné frekvence v rovině.
6. Gyroskop podle nároku vyznačuj ící s e tím , že obsahuje prostředky odezvového vidu osy Z pro anulování rezonátoru odezvového vidu osy Z pro umožnění
7. Gyroskop podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že nosné opěrné prostředky zahrnují množinu pružných ohebných ramen, ohebně připojujících rezonátor k opěře, přičemž počet ramen NT je dán vztahem NT = 4ηηχ, a přičemž úhlové rozdělení mezi rameny je dáno vztahem 360°/NT.
8. Gyroskop podle nároku 2, 3 nebo 4 při přidání k nároku 2 nebo 3 pro snímání rychlosti kolem dvou os, vyznačující se tím, že videm nosné frekvence je vid v rovině cos 20, přičemž hnací prostředky vidu nosné frekvence zahrnují dva hnací prvky pro iniciaci pohybu vidu nosné frekvence, umístěné v polohách 0° a 180° vzhledem k pevné referenční ose v rovině rezonátoru, přičemž snímací prostředky vidu nosné frekvence zahrnují dva snímací prvky pro snímání pohybu vidu nosné frekvence, umístěné v polohách 90° a 270° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž odezvovým videm osy X je vid cos 30, přičemž snímací prostředky osy X zahrnují tři snímací prvky, umístěné v polohách 0°, 120° a 240° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž hnací prostředky osy X zahrnují tři hnací prvky, umístěné v polohách 60°, 180° a 300° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž odezvovým videm osy Y je vid sin 30, přičemž snímací prostředky osy Y zahrnují tři snímací prvky, umístěné v polohách 30°, 150° a 270° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž hnací prostředky osy Y zahrnují tři hnací prvky, umístěné v polohách 90°, 210° a 330° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž hnací a snímací prvky osy X a Y jsou určeny pro zjišťování a anulování pohybů odezvového vidu.
* 9 9 9 9
99999 9
9. Gyroskop podle nároku 2, 3 nebo 4 při přidání k nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že videm nosné frekvence je vid v rovině cos 30, přičemž hnací prostředky vidu nosné frekvence zahrnují tři hnací prvky, umístěné v polohách 0°, 120° a 240° vzhledem k pevné referenční ose v rovině rezonátoru, přičemž snímací prostředky vidu nosné frekvence zahrnují tři snímací prvky, umístěné v polohách 60°, 180° a 300° vzhledem k pevné • · » je vid cos 20, snímací prvky, referenční ose, přičemž odezvovým videm osy X přičemž snímací prostředky osy X zahrnují dva umístěné v polohách 0° a 180° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž hnací prostředky osy X zahrnují dva hnací prvky, umístěné v polohách 90° a 270° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž odezvovým videm osy Y je vid sin 2Θ, přičemž snímací prostředky osy Y zahrnují dva snímací prvky, umístěné v polohách 45° a 225° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž hnací prostředky osy X zahrnují dva hnací prvky, umístěné v polohách 135° a 315° vzhledem k pevné referenční ose.
• · ··«· ·····* 9 9999 9 · · 9 9 9 · * ··· ·**»· ·
99 9 999 99 99 999
10. Gyroskop podle nároku 2, 3 nebo 4 při přidání k nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že videm nosné frekvence je vid v rovině cos 3Θ, přičemž hnací prostředky vidu nosné frekvence zahrnují tři hnací prvky, umístěné v polohách 0°, 120° a 240° vzhledem k pevné referenční ose v rovině rezonátoru, přičemž snímací prostředky vidu nosné frekvence zahrnují tři snímací prvky, umístěné v polohách 60°, 180° a 300° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž odezvovým videm osy X je vid cos 40, přičemž snímací prostředky osy X zahrnují čtyři snímací prvky, umístěné v polohách 0°, 90°, 180° a 270° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž hnací prostředky osy X obsahují čtyři hnací prvky, umístěné v polohách 45°, 135°,
225° a 315° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž odezvovým videm osy X je vid sin 40, přičemž snímací prostředky osy Y zahrnují čtyři snímací prvky, umístěné v polohách 22,5°, 112,5° a 292,5° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž hnací prostředky osy X zahrnují čtyři hnací » · • t « · · ··· Φ· ·· ···
247,5° a 337,5e » t ·
Μ * prvky, umístěné v polohách 67,5°, 157,5°, vzhledem k pevné referenční ose.
11. Gyroskop podle nároku 8, pro snímání rychlosti tří os, vyznačující se tím, že zahrnuje snímací prostředky odezvového vidu osy Z pro snímání pohybu rezonátoru odezvového vidu v rovině sin 2Θ, přičemž snímací prostředky osy Z obsahují dva snímací prvky, umístěné v polohách 45° a 225° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž dále zahrnuje hnací prostředky odezvového režimu osy Z, mající dva hnací prvky, umístěné v polohách 135° a 315° vzhledem k pevné referenční ose.
12. Gyroskop podle nároku 1 nebo 10 pro snímání rychlosti na třech osách, vyznačující se tím, že zahrnuje snímací prostředky odezvového vidu osy Z pro snímání pohybu rezonátoru odezvového vidu v rovině sin 3Θ, přičemž snímací prostředky osy Z zahrnují tři snímací prvky, umístěné v polohách 90°, 210° a 330° vzhledem k pevné referenční ose, přičemž dále zahrnuje hnací prostředky odezvového vidu osy Z, mající tři hnací prvky, umístěné v polohách 30°, 150° a 270° vzhledem k pevné referenční ose.
13. Gyroskop podle kteréhokoliv z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že rezonátor je vyroben z kovu, křemene, polysilikonu nebo práškového křemíku.
14. Gyroskop podle kteréhokoliv z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že hnací prostředky a snímací prostředky jsou elektrostatické, elektromagnetické, piezoelektrické nebo optické.
15. Gyroskop pro snímání rychlostí na alespoň dvou osách, který byl v podstatě shora popsán, a který je zobrazen na obr. 12, obr. 13, obr. 15, obr.
16, obr.
17 nebo obr.
18 jako modifikovaný nebo nikoli prostřednictvím obr. 2b až obr. 11b přiložených výkresů.
CZ20003337A 1998-03-14 1999-03-10 Gyroskop CZ20003337A3 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9805388A GB2335273B (en) 1998-03-14 1998-03-14 A two axis gyroscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ20003337A3 true CZ20003337A3 (cs) 2002-01-16

Family

ID=10828507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20003337A CZ20003337A3 (cs) 1998-03-14 1999-03-10 Gyroskop

Country Status (16)

Country Link
US (2) US6343509B1 (cs)
EP (1) EP1062480B1 (cs)
JP (1) JP4375818B2 (cs)
KR (2) KR100511845B1 (cs)
CN (1) CN1148564C (cs)
AU (2) AU740992B2 (cs)
CA (1) CA2323163A1 (cs)
CZ (1) CZ20003337A3 (cs)
DE (1) DE69900751T2 (cs)
DK (1) DK1062480T3 (cs)
ES (1) ES2165730T3 (cs)
GB (1) GB2335273B (cs)
HU (1) HUP0101205A3 (cs)
NO (1) NO20004572L (cs)
PL (1) PL342901A1 (cs)
WO (1) WO1999047890A1 (cs)

Families Citing this family (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0001294D0 (en) 2000-01-20 2000-03-08 British Aerospace Multi-axis sensing device
EP1120630A1 (en) * 2000-01-27 2001-08-01 British Aerospace Public Limited Company Micromachined angular rate sensor
US6715352B2 (en) * 2001-06-26 2004-04-06 Microsensors, Inc. Method of designing a flexure system for tuning the modal response of a decoupled micromachined gyroscope and a gyroscoped designed according to the method
GB0121934D0 (en) * 2001-09-12 2001-10-31 Europ Technology For Business Angular rate sensors
GB0122253D0 (en) 2001-09-14 2001-11-07 Bae Systems Plc Vibratory gyroscopic rate sensor
GB0122254D0 (en) * 2001-09-14 2001-11-07 Bae Systems Plc Vibratory gyroscopic rate sensor
GB0122258D0 (en) * 2001-09-14 2001-11-07 Bae Systems Plc Vibratory gyroscopic rate sensor
GB0122256D0 (en) * 2001-09-14 2001-11-07 Bae Systems Plc Vibratory gyroscopic rate sensor
GB0122252D0 (en) * 2001-09-14 2001-11-07 Bae Systems Plc Vibratory gyroscopic rate sensor
GB0206510D0 (en) * 2002-03-20 2002-05-01 Qinetiq Ltd Micro-Electromechanical systems
US7040163B2 (en) * 2002-08-12 2006-05-09 The Boeing Company Isolated planar gyroscope with internal radial sensing and actuation
GB0227098D0 (en) * 2002-11-20 2002-12-24 Bae Systems Plc Method of calibrating bias drift with temperature for a vibrating structure gyroscope
US20050092084A1 (en) * 2003-03-28 2005-05-05 Fell Christopher P. Rate sensing device
US20050062362A1 (en) * 2003-08-28 2005-03-24 Hongyuan Yang Oscillatory gyroscope
US6940433B2 (en) * 2003-11-14 2005-09-06 Northrop Grumman Corporation Modulation method for signal crosstalk mitigation in electrostatically driven devices
US7406867B2 (en) * 2005-06-27 2008-08-05 Milli Sensor Systems + Actuators G2-Gyroscope: MEMS gyroscope with output oscillation about the normal to the plane
US8079259B2 (en) * 2005-06-27 2011-12-20 Milli Sensor Systems & Actuators MEMS gyroscope with output oscillation about the normal to the plane
US7543496B2 (en) * 2006-03-27 2009-06-09 Georgia Tech Research Corporation Capacitive bulk acoustic wave disk gyroscopes
US7281426B1 (en) 2006-06-15 2007-10-16 Innalabs Technologies, Inc. Stemless hemispherical resonator gyroscope
JP5461191B2 (ja) * 2006-12-15 2014-04-02 アトランティック・イナーシャル・システムズ・リミテッド ジャイロスコープ又はその改善
US7493814B2 (en) * 2006-12-22 2009-02-24 The Boeing Company Vibratory gyroscope with parasitic mode damping
US7836765B2 (en) * 2007-07-31 2010-11-23 The Boeing Company Disc resonator integral inertial measurement unit
US7801694B1 (en) 2007-09-27 2010-09-21 Watson Industries, Inc. Gyroscope with temperature compensation
US7992438B2 (en) * 2007-11-28 2011-08-09 Chung Shan Institute Of Science And Technology, Armaments Bureau, M.N.D. Multiaxial gyroscope
JP4631992B2 (ja) 2008-01-07 2011-02-16 株式会社村田製作所 角速度センサ
JP5392913B2 (ja) * 2008-01-29 2014-01-22 住友精密工業株式会社 圧電体膜を用いた振動ジャイロ及びその製造方法
JP5524044B2 (ja) * 2008-03-25 2014-06-18 住友精密工業株式会社 圧電体膜を用いた振動ジャイロ
EP2267407A4 (en) 2008-03-25 2016-03-09 Sumitomo Precision Prod Co VIBRATORY GYROSCOPE USING PIEZOELECTRIC FILM
JP5523755B2 (ja) * 2009-02-11 2014-06-18 住友精密工業株式会社 圧電体膜を用いた振動ジャイロ及びその製造方法
US8151641B2 (en) 2009-05-21 2012-04-10 Analog Devices, Inc. Mode-matching apparatus and method for micromachined inertial sensors
JP2011027561A (ja) * 2009-07-27 2011-02-10 Sumitomo Precision Prod Co Ltd 圧電体膜を用いた振動ジャイロ
JP5632842B2 (ja) * 2009-07-27 2014-11-26 住友精密工業株式会社 圧電体膜を用いた振動ジャイロ
JP2011027562A (ja) * 2009-07-27 2011-02-10 Sumitomo Precision Prod Co Ltd 圧電体膜を用いた振動ジャイロ
JP2011027560A (ja) * 2009-07-27 2011-02-10 Sumitomo Precision Prod Co Ltd 圧電体膜を用いた振動ジャイロ
WO2011026100A1 (en) 2009-08-31 2011-03-03 Georgia Tech Research Corporation Bulk acoustic wave gyroscope with spoked structure
FR2958030B1 (fr) * 2010-03-23 2012-04-20 Sagem Defense Securite Procede et dispositif de mesure angulaire avec compensation de non linearites
US8919199B2 (en) 2010-12-01 2014-12-30 Analog Devices, Inc. Apparatus and method for anchoring electrodes in MEMS devices
US9091544B2 (en) * 2010-11-05 2015-07-28 Analog Devices, Inc. XY-axis shell-type gyroscopes with reduced cross-talk sensitivity and/or mode matching
US8616056B2 (en) * 2010-11-05 2013-12-31 Analog Devices, Inc. BAW gyroscope with bottom electrode
US8631700B2 (en) 2010-11-05 2014-01-21 Analog Devices, Inc. Resonating sensor with mechanical constraints
EP2649458B1 (en) * 2010-12-07 2017-05-03 Georgia Tech Research Corporation Mode-matched single proof-mass dual-axis gyroscope and method of fabrication
CN102706337B (zh) * 2012-05-07 2015-08-19 上海交通大学 压电圆盘微机械陀螺
US20140260611A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Analog Devices, Inc. XY-Axis Gyroscopes with Electrode Configuration for Detecting Quadrature Errors and Out-of-Plane Sense Modes
US9599471B2 (en) 2013-11-14 2017-03-21 Analog Devices, Inc. Dual use of a ring structure as gyroscope and accelerometer
US9709595B2 (en) 2013-11-14 2017-07-18 Analog Devices, Inc. Method and apparatus for detecting linear and rotational movement
CN104165624B (zh) * 2014-07-25 2017-01-11 中国人民解放军国防科学技术大学 一种基于侧壁压电驱动的环形振动陀螺及其驱动和检测方法
US10746548B2 (en) 2014-11-04 2020-08-18 Analog Devices, Inc. Ring gyroscope structural features
US9869552B2 (en) * 2015-03-20 2018-01-16 Analog Devices, Inc. Gyroscope that compensates for fluctuations in sensitivity
CN105486298A (zh) * 2015-11-27 2016-04-13 上海新跃仪表厂 Mems金刚石多环陀螺仪及其加工方法
WO2019032177A1 (en) 2017-08-08 2019-02-14 Hrl Laboratories, Llc VIBRATION GYROSCOPE WITH HIGH QUALITY FACTOR, SILICON-LIKE, FOR MICRO-ELECTROMECHANICAL SYSTEM (MEMS),
GB2567479B (en) 2017-10-13 2022-04-06 Atlantic Inertial Systems Ltd Angular rate sensors
US11656077B2 (en) 2019-01-31 2023-05-23 Analog Devices, Inc. Pseudo-extensional mode MEMS ring gyroscope
GB201911534D0 (en) * 2019-08-12 2019-09-25 Atlantic Inertial Systems Ltd Improved noise performance for vibrating structure gyroscopes
RU2750182C1 (ru) * 2020-12-09 2021-06-23 Николай Юрьевич Овчаренко Способ управления характеристиками подшипника скольжения при помощи температуры и подшипник скольжения для его реализации

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3206985A (en) * 1963-01-04 1965-09-21 Western Electric Co Apparatus for simultaneously sensing movement of a body around a plurality of mutually perpendicular axes
GB8404668D0 (en) * 1984-02-22 1984-03-28 Burdess J S Gyroscopic devices
JPH02198315A (ja) * 1989-01-27 1990-08-06 Canon Inc リング状振動ジャイロ
EP0461761B1 (en) * 1990-05-18 1994-06-22 British Aerospace Public Limited Company Inertial sensors
GB9207148D0 (en) * 1992-04-01 1992-05-13 British Aerospace Planar rate sensor
GB2266588B (en) * 1992-04-24 1995-11-15 British Aerospace Vibrating rate sensor tuning
US5616864A (en) * 1995-02-22 1997-04-01 Delco Electronics Corp. Method and apparatus for compensation of micromachined sensors
GB2318184B (en) * 1996-10-08 2000-07-05 British Aerospace A rate sensor
GB2322196B (en) * 1997-02-18 2000-10-18 British Aerospace A vibrating structure gyroscope
GB2338781B (en) * 1998-03-14 2002-04-03 British Aerospace A gyroscope

Also Published As

Publication number Publication date
JP4375818B2 (ja) 2009-12-02
AU2739299A (en) 1999-10-11
EP1062480A1 (en) 2000-12-27
GB2335273B (en) 2002-02-27
US6343509B1 (en) 2002-02-05
AU743518B2 (en) 2002-01-24
US6401534B1 (en) 2002-06-11
AU740992B2 (en) 2001-11-22
WO1999047890A1 (en) 1999-09-23
NO20004572D0 (no) 2000-09-13
HUP0101205A3 (en) 2003-04-28
CN1292866A (zh) 2001-04-25
NO20004572L (no) 2000-09-13
CN1148564C (zh) 2004-05-05
GB2335273A (en) 1999-09-15
PL342901A1 (en) 2001-07-16
DE69900751T2 (de) 2002-09-26
DE69900751D1 (de) 2002-02-28
KR100511845B1 (ko) 2005-09-02
GB2335273A9 (en) 1999-11-16
GB9805388D0 (en) 1998-05-06
ES2165730T3 (es) 2002-03-16
EP1062480B1 (en) 2002-01-02
KR20010041859A (ko) 2001-05-25
AU2739499A (en) 1999-10-11
KR100539061B1 (ko) 2005-12-26
CA2323163A1 (en) 1999-09-23
JP2002509615A (ja) 2002-03-26
KR20010034602A (ko) 2001-04-25
DK1062480T3 (da) 2002-04-22
HUP0101205A2 (hu) 2001-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ20003337A3 (cs) Gyroskop
CA2217683C (en) A rate sensor for sensing a rate on at least two and preferably three axes
JP5690817B2 (ja) 共振ジャイロスコープの連結構造
US8256290B2 (en) Tri-axis angular rate sensor
EP1425554B1 (en) Vibratory gyroscopic rate sensor
CZ20003336A3 (cs) Dvouosý gyroskop
KR20040031091A (ko) 진동형 자이로스코프 속도 센서
US20030188577A1 (en) Isolated resonator gyroscope with isolation trimming using a secondary element
US6955084B2 (en) Isolated resonator gyroscope with compact flexures
JP2005503548A (ja) 振動ジャイロスコープのレートセンサ