DE19748294A1 - Device for measuring the rotation with a vibrating, mechanical resonator - Google Patents

Device for measuring the rotation with a vibrating, mechanical resonator

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DE19748294A1 DE1997148294 DE19748294A DE19748294A1 DE 19748294 A1 DE19748294 A1 DE 19748294A1 DE 1997148294 DE1997148294 DE 1997148294 DE 19748294 A DE19748294 A DE 19748294A DE 19748294 A1 DE19748294 A1 DE 19748294A1
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Abstract

A mechanical resonator 10 provided with transducers 15 1 and 15 2 enables an axially-symmetrical standing wave to be set up in the resonator. The apparatus also comprises sensors 16 for measuring the elongation of the resonator vibration in at least two particular directions and a monitoring and control circuit 12 for sustaining the vibrations and for detemining the locations of the vibration nodes and anti-nodes. The monitoring and control circuit powers the transducers to generate two contra-rotating travelling waves in the resonator with the phase difference between them being representative of the angle of rotation of the resonator about its axis of revolution. The amplitudes of the waves are such that when combined they give rise to a standing wave of determined in-phase amplitude and of quadrature amplitude that is substantially zero. The apparatus can be applied to any form of resonator e.g. a disk or a bowl.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft in allgemeiner Weise Vorrichtungen zur Ro­ tationsmessung mit:
The present invention relates in general to devices for measurement of ro with:

  • - einem mechanischen Element, genannt Resonator, welches eine axiale Symmetrie aufweist, dessen Achse die empfindliche Achse der Vorrichtung ist, und das in der Lage ist, in einer mechanischen Resonanz zu vibrieren,- a mechanical element called a resonator, which has an axial Has symmetry, the axis of which is the sensitive axis of the device and that is able to vibrate in a mechanical resonance,
  • - Aufnehmer, die empfindlich gegenüber dem Ausschlag der Vibration des Elements in zumindest zwei bestimmten Richtungen sind,- Transducers that are sensitive to the deflection of the vibration of the Elements in at least two specific directions,
  • - und Wandler zum Aufbringen von Kräften auf den Resonator in den beiden bestimmten Richtungen, die vor allen Dingen der Kontrolle der Vibration dienen.- and transducers for applying forces to the resonator in the two certain directions, especially the control of vibration to serve.

Es existieren bereits eine Reihe von Vorrichtungen mit Resonatoren dieser Art, d. h. die vibrieren; sie nutzen die Coriolis-Beschleunigung, welche auf ein vibrie­ rendes Element wirkt, wenn sich dessen Körper dreht. Die Coriolis- Beschleunigung wird rechtwinklig zur Rotationsgeschwindigkeit sowie zur Vi­ brationsrichtung ausgerichtet und sie wirkt modifizierend auf die Ausrichtung des Vibrationsnetzes, proportional zur Rotation des Elements um die empfindli­ che Achse.A number of devices with resonators of this type already exist, d. H. that vibrate; they use the Coriolis acceleration, which is due to a vibrie element works when its body rotates. The Coriolis Acceleration becomes perpendicular to the rotational speed as well as to the Vi direction and it has a modifying effect on the alignment  of the vibration network, proportional to the rotation of the element around the sensitive che axis.

Derartige Vorrichtungen verwenden Resonatoren, die ausgesprochen unter­ schiedliche Formen annehmen können. Der Resonator kann einen ringförmigen Aufbau haben; er kann aus einer kreisförmigen oder quadratischen Platte gebil­ det sein; er kann die Form einer am Boden befestigten Schale haben, wobei die Aufnehmer und Wandler um den Rand der Schale verteilt angeordnet sind; er kann ebenfalls eine Anordnung von vier vibrierenden Trägern umfassen, die je­ weils um die Winkel eines Rechtecks verteilt sind (EP-A-0 578 519).Such devices use resonators that are pronounced under can take different forms. The resonator can be annular Have structure; it can be made from a circular or square plate det be; it can take the form of a shell attached to the floor, the Transducers and transducers are distributed around the edge of the shell; he may also include an array of four vibrating carriers, each because are distributed around the angles of a rectangle (EP-A-0 578 519).

Man kennt darüber hinaus seit mindestens 1923, daß man eine stationäre Welle in einem Resonator betrachten kann, mit einer axialen Symmetrie, wie z. B. die Zusammenstellung zweier kontrarotativer progressiver Wellen derselben Wellen­ länge. Diese Möglichkeit wird in optischen Gyrometern mit Ringen (Laser- Gyrometer) umgesetzt. Die zwei kontrarotativen Wellen können ihre Phase än­ dern, wenn sich der Resonator um seine empfindliche Achse dreht.It has also been known since at least 1923 that a stationary shaft can be viewed in a resonator with an axial symmetry, such as. B. the Compilation of two contrarotative progressive waves from the same waves length. This option is used in optical gyrometers with rings (laser Gyrometer) implemented. The two contrarotative waves can change their phase when the resonator rotates around its sensitive axis.

Gleicherweise wurde vorgeschlagen, diese Zusammenstellung im Falle von Vor­ richtungen zu verwenden, die einen ringförmigen Resonator haben (EP-A-609 929) oder mit Wellen zylindrischer Oberfläche (US-A-4 384 409). Die vorgesehe­ nen Vorrichtungen machen jedoch nach wie vor Schaltkreise notwendig, die komplexe Berechnungen durchführen und/oder eine große Anzahl von Wandlern.Likewise, this compilation was suggested in the case of Pre to use directions that have an annular resonator (EP-A-609 929) or with a corrugated cylindrical surface (US-A-4,384,409). The provided However, devices still make circuits necessary Carry out complex calculations and / or a large number of converters.

Gleicherweise bis zum heutigen Tag sind diese Berechnungen und die Anord­ nung der Wandler und Aufnehmer insgesamt an einen einzigen Typ von Resona­ tor angepaßt. Beispielsweise der Resonator mit einem Ring, der Gegenstand des Patents EP-A-609 929 ist, welches bereits zitiert wurde, wird durch Wandler ent­ sprechend den bestimmten Richtungen, relativ zu den Richtungen der Aufneh­ mer gesteuert, für einen Vibrationsmodus, bei dem n 2 entspricht, was die Ver­ wendung der Kontroll/Steuerelektronik des Resonators für einen anderen Vibra­ tionsmodus oder für einen anderen Resonatortyp ausschließt.Similarly to this day, these calculations and the arrangement All transducers and transducers can be connected to a single type of Resona gate adjusted. For example, the resonator with a ring, the subject of EP-A-609 929, which has already been cited, is replaced by transducers speaking the particular directions, relative to the directions of the recording mer controlled, for a vibration mode in which n 2 corresponds to what the Ver  use of the control electronics of the resonator for another Vibra mode or for another type of resonator.

Die Erfindung zielt insbesondere auf die Umgehung dieser Nachteile.The invention aims in particular to circumvent these disadvantages.

Es ist bekannt, daß im Falle einer mechanischen Resonanz irgendeines Resona­ tors die Möglichkeit besteht, das Vibrationsfeld analytisch in einer Basis darzu­ stellen, die zwei eigene Referenzmodi hat. Man kann dabei die Vibration durch das folgende Gleichungssystem beschreiben:
It is known that in the case of a mechanical resonance of any resonator, there is the possibility of analytically representing the vibration field on a basis that has two separate reference modes. The vibration can be described by the following system of equations:

Gleichung 1Equation 1

deren Lösung eine Beschreibung der Vibration ist.
In diesen Gleichungen ist:
the solution of which is a description of the vibration.
In these equations:

ηi (mit i = 1 oder 2): Koordinaten in der Ebene der Eigenmodi,
ξi: Koeffizienten der reduzierten modalen Amortisation,
mi: modale Massen,
ωi: Eigenpulsationen,
αi: Koeffizienten der gyroskopischen Kopplung,
Ωw/i: inertiale Rotationsgeschwindigkeit des Resonators,
fi: verallgemeinerte Kräfte.
η i (with i = 1 or 2): coordinates in the plane of the eigenmodes,
ξ i : coefficients of reduced modal amortization,
m i : modal masses,
ω i : self-pulsations,
α i : coefficients of the gyroscopic coupling,
Ω w / i : inertial rotation speed of the resonator,
f i : generalized forces.

Man nutzt diese Relationen durch eine Anordnung der Wandler und Aufnehmer auf eine Weise, daß: These relations are used by arranging the transducers and transducers in a way that:  

  • - die Aufnehmer die Komponenten der beiden Vibrationen gemäß der Achsen η1 und η2 abgeben,the transducers emit the components of the two vibrations according to the axes η 1 and η 2 ,
  • - die Wandler die Anwendung der Kräfte f1 und f2 gemäß derselben Achsen erlauben.- The transducers allow the application of the forces f 1 and f 2 along the same axes.

Die Position und Anzahl der Aufnehmer und Wandler, die von der Form des Re­ sonators und ihrer Verbindung abhängt, macht es immer möglich, die Ausgänge η1 und η2 zu erhalten und die Eingänge f1 und f2 entsprechend der Fig. 1 zuzu­ lassen und die Kontroll/Steuerelektronik, wie in dieser Figur vorgeschlagen, zu verwenden, die unabhängig von der Form des Resonators bleibt und die darüber hinaus keinerlei Anpassung an die Frequenz der verwendeten Resonanz not­ wendig macht.The position and number of transducers and transducers, which depends on the shape of the resonator and their connection, always makes it possible to obtain the outputs η 1 and η 2 and to allow the inputs f 1 and f 2 in accordance with FIG. 1 and to use the control / control electronics, as proposed in this figure, which remains independent of the shape of the resonator and which, moreover, does not require any adaptation to the frequency of the resonance used.

Man stellt fest, daß die Achsen η1 und η2 mechanisch einen Winkel entsprechend π/2n bilden, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist. Für einen Kreis, der sich in eine Ellipse verformt, ist beispielsweise n = 2 und die beiden Eigenwellen bilden einen Winkel von π/4 = 45°.It is found that the axes η 1 and η 2 mechanically form an angle corresponding to π / 2n, where n is an integer greater than or equal to 1. For example, for a circle that deforms into an ellipse, n = 2 and the two natural waves form an angle of π / 4 = 45 °.

Die Erfindung nutzt zum ersten Mal diese Prinzipien und Gleichungen, um ein elektronisches Modul zur Verfügung stellen zu können, das man als universell qualifizieren kann, welches die Kontrolle/Steuerung mechanischer Resonatoren mit axialer Symmetrie jeglicher Art nach allen gebräuchlichen Vibrationsmodi erlaubt, um einen Winkel oder eine Rotationsgeschwindigkeit gemäß ihrer emp­ findlichen Achse zu liefern.The invention uses these principles and equations for the first time to be able to provide an electronic module that is considered universal can qualify, which is the control of mechanical resonators with any kind of axial symmetry according to all common vibration modes allowed to move an angle or a rotational speed according to their emp deliver sensitive axis.

Als universelles Modul versteht man ein Modul, das man nicht modifizieren muß, wenn man den Modus oder den Resonator ändert, wobei lediglich die Wandler und Aufnehmer insofern angepaßt werden müssen, was ihr Ausgangs- oder Empfindlichkeitsniveau angeht sowie ihre Positionen bezüglich des Resonators gemäß des mechanischen Bezugssystems, das dem gewählten Resonanzmodus entspricht. A universal module is a module that you do not have to modify, if you change the mode or the resonator, only the transducers and transducers have to be adapted to what their starting or Sensitivity level and their positions with respect to the resonator according to the mechanical frame of reference that corresponds to the chosen resonance mode corresponds.  

Die vorliegende Erfindung sieht gleicherweise eine Vorrichtung zur Messung der Rotation der oben definierten Art vor, welche die Verwendung lediglich einer minimalen Anzahl von Wandlern und Aufnehmern sowie einer relativ einfachen Elektronik zuläßt, die vollständig analog sein kann. Diesem Ziel entsprechend schlägt die Erfindung eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 vor.The present invention also provides an apparatus for measuring the Rotation of the type defined above, which requires the use of only one minimal number of transducers and transducers and a relatively simple one Allows electronics that can be completely analog. In line with this goal the invention proposes a device according to claim 1.

Dank der Aufrechterhaltung der Amplitude in Phase mit einem bestimmten er­ zielten Wert, beispielsweise durch eine Regulierung der Energie der kontra­ rotativen Wellen sowie dank der Aufhebung der quadratischen Amplitude ist es möglich, eine relativ reduzierte Anzahl von Wandlern zu verwenden. Die Rege­ lung kann sichergestellt werden, indem man nur die ohne Schwierigkeiten in der Form eines verdrahteten Schaltkreises implementierbaren Elemente der Berech­ nung verwendet, ohne Mikroprozessor, insbesondere deswegen, da die Berech­ nung der trigonometrischen Funktionen lediglich optional ist.Thanks to maintaining the amplitude in phase with a particular he aimed at value, for example by regulating the energy of the contra rotative waves as well as thanks to the cancellation of the quadratic amplitude possible to use a relatively reduced number of converters. The brisk can be ensured by using only those without difficulty in the Form of a wired circuit implementable elements of the comp used without a microprocessor, in particular because the comp trigonometric functions is only optional.

Die Vorrichtung kann leicht so realisiert werden, daß sie gleicherweise ein Gyro­ skop oder ein Gyrometer bilden kann. Für die Verwendung als Gyrometers wird die stationäre Welle an Ort und Stelle gehalten, indem eine erzwungene Präzes­ sion provoziert wird. Im Falle der Verwendung als Gyroskop sind die für die Funktion als Gyrometer bestimmten Mittel nicht notwendig, sie erlauben jedoch die Durchführung einer periodischen Kalibrierung für eine erhöhte Präzision.The device can easily be made to be a gyro as well skop or a gyrometer can form. For use as a gyrometer the stationary shaft held in place by a forced precision sion is provoked. In case of use as a gyroscope they are for the Function as a gyrometer is not necessary for certain means, but they allow performing periodic calibration for increased precision.

Die obigen Charakteristika sowie auch darüber hinausgehende ergeben sich bes­ ser aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches beispielhaft und nicht begrenzend ist. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, darin zeigt:The above characteristics as well as going beyond result in particular ser from the following description of a preferred embodiment, which is exemplary and not limiting. The description refers to the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 ein synoptisches Schema, bestimmt zur Darstellung des Kon­ troll/Steuerungsmodus der Vorrichtung mit einem Universalmodul; Fig. 1 is a synoptic diagram, determined to represent the control / control mode of the device with a universal module;

Fig. 1A ein Prinzipschema, welches eine mögliche Verteilung der Wandler an einem Resonator mit kreisförmiger Peripherie in Ruhe darstellt, die Verbindungen der Aufnehmer und Wandler mit einem Schaltkreis zur Messung und zur Erregung sowie ein Netz stationärer Wellen, die in dem Resonator gemäß einem Modus zweiter Ordnung provoziert wur­ den; Fig. 1A is a schematic diagram illustrating a possible distribution of the transducers on a resonator with circular periphery at rest, the connections of the transducers and transducers with a circuit for measurement and excitation, and a network of stationary waves, which in the resonator according to a mode second Order was provoked;

Fig. 2 eine Darstellung der Vibration eines Punkts des Resonators der Fig. 1, in einem Bezugssystem η1, η2, welches dem Modus entspricht; FIG. 2 shows a representation of the vibration of a point of the resonator of FIG. 1, in a reference system η 1 , η 2 , which corresponds to the mode;

Fig. 3 eine Synoptik der Meßmittel der Phasenverschiebung sowie der Auf­ hebung der Phasenverschiebung, einsetzbar für die Umsetzung der Erfindung; Fig. 3 is a synoptic of the measuring means of the phase shift and the cancellation of the phase shift, can be used for the implementation of the invention;

Fig. 4 eine Synoptik, welche die verwendbaren Operatoren zur Aufrechter­ haltung der Amplitude der kontrarotativen Wellen in einem Resonator darstellt; Fig. 4 is a synoptic, which shows the operators that can be used to maintain the amplitude of the contrarotative waves in a resonator;

Fig. 5 eine Synoptik der verwendbaren Operatoren zur Erzeugung eines re­ präsentativen Signals der zur Provokation einer Präzision anzuwen­ denden Kräfte; Figure 5 is a synoptic of usable operators to generate a re presentative signal of anzuwen to provoke a precision Denden forces.

Fig. 6 eine Synoptik der gesamten Elektronik einer Vorrichtung zur Messung der Rotation gemäß der Erfindung, welche als Gyrometer oder Gyro­ skop arbeiten kann. Fig. 6 is a synoptic of the entire electronics of a device for measuring the rotation according to the invention, which can work as a gyrometer or gyro scope.

Vor einer detaillierten Beschreibung der Umsetzung der Erfindung erscheint es sinnvoll sich zu vergegenwärtigen, daß das Netz der stationären Wellen n-ter Ordnung (zweiter Ordnung im gegebenen Beispiel) in zwei progressive Wellen zerlegbar ist. Im Falle eines ringförmigen Resonators neigt die Rotation dazu, das Netz der stationären Wellen anzutreiben, wenn sich der Resonator um seine Achse dreht. Dies führt dazu, daß die zwei progressiven Wellen, welche eine Wie­ derzusammensetzung der stationären Welle ermöglichen, eine Frequenzdifferenz ω12 aufweisen, die der Rotationsgeschwindigkeit Ω entspricht sowie eine Pha­ sendifferenz, die dem Rotationswinkel ausgehend von einem Ursprung ent­ spricht.Before a detailed description of the implementation of the invention, it seems useful to realize that the network of the nth order stationary waves (second order in the given example) can be broken down into two progressive waves. In the case of an annular resonator, the rotation tends to drive the network of stationary waves when the resonator rotates about its axis. This leads to the fact that the two progressive waves, which allow a re-composition of the stationary wave, have a frequency difference ω 12 , which corresponds to the rotational speed Ω, and a phase difference, which speaks to the angle of rotation starting from an origin.

Die Erfindung verwendet diese Tatsache durch die Verbindung von Aufnehmern zur Messung der Verlängerung des Resonators an mehreren Orten um die Achse sowie von Wandlern zur Erzeugung von Kräften zur Kompensation der Dämp­ fung mit einer Elektronik, die zwei Ausgangssignale mit Frequenzen abgibt, de­ ren Differenz der Rotationsgeschwindigkeit entspricht (und deren Phasendiffe­ renz dem Winkel entspricht) und die die Wandler auf eine Weise versorgt, daß diese Kräfte erzeugt werden, welche:
The invention uses this fact by connecting transducers to measure the extension of the resonator at several locations around the axis and transducers to generate forces to compensate for the damping with electronics that emit two output signals with frequencies whose difference in rotational speed corresponds (and whose phase difference corresponds to the angle) and which supplies the transducers in such a way that these forces are generated which:

  • - die Amplitude der Vibration in Phase mit einem konstanten Wert halten;- keep the amplitude of the vibration in phase with a constant value;
  • - die um 10° phasenverschobene Komponente aufheben.- cancel the component that is out of phase by 10 °.

Der mechanische Resonator kann sehr unterschiedliche Konstitutionen haben. In beispielhafter Weise zeigt die Fig. 1A einen Resonator 10, der insbesondere die Form einer Scheibe oder einer Schale aus einem Material haben kann, so daß der Resonator geringe Verluste hat. Im Ruhezustand ist der Resonator kreisförmig oder hat eine Struktur, die mechanisch einer Kreisfläche entspricht, wie in Fig. 1 in durchgezogener Linie dargestellt. Wenn der Resonator in seinem Modus zwei­ ter Ordnung vibriert, nimmt er die zwei Extremformen an, die in Fig. 1A in durchbrochener Linie und stark vergrößertem Maßstab dargestellt sind, wenn er durch einen elektronischen Schaltkreis 12 auf seine Resonanzfrequenz erregt ist, welcher in gegenüberliegender Phase zwei Wandler 14 versorgt, die um 90° ge­ geneinander versetzt angeordnet sind. In der Praxis wird jeder Wandler 14 paral­ lel mit einem gegenüber angeordneten Wandler versorgt, der aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellt ist. Zwei andere Paare von Elektroden 15 1, 15 2 sind um 45° gegenüber den vorher genannten im Bezugssystem der Modi angeordnet. The mechanical resonator can have very different configurations. By way of example, FIG. 1A shows a resonator 10 , which in particular can have the shape of a disk or a shell made of a material, so that the resonator has low losses. In the idle state, the resonator is circular or has a structure which mechanically corresponds to a circular area, as shown in FIG. 1 in a solid line. When the resonator vibrates in its second order mode, it takes on the two extreme forms shown in broken line and greatly enlarged scale in Fig. 1A when excited by an electronic circuit 12 to its resonant frequency which is in opposite phase supplies two transducers 14 , which are arranged offset from one another by 90 °. In practice, each converter 14 is supplied with a parallel converter, which is not shown for the sake of simplicity. Two other pairs of electrodes 15 1 , 15 2 are arranged at 45 ° with respect to the aforementioned in the reference system of the modes.

Der radiale Versatz wird in dem beschriebenen Fall an denselben Winkelanord­ nungen gemessen, in denen auch die Wandler angeordnet sind. Hierzu erlauben beispielsweise zwei Paare von Aufnehmern 16 (wobei nur die Verbindungen eines einzelnen Aufnehmers dargestellt sind) eine Messung der Amplitude der Vibrati­ on und ermöglichen es, den elektronischen Schaltkreis 12 mit den Signalen der Messung zu versorgen. Der Schaltkreis ist zur Versorgung der Wandler auf eine Weise vorgesehen, um eine konstante Vibrationsamplitude, wie später noch zu sehen sein wird, aufrechtzuerhalten.The radial offset is measured in the described case at the same Winkelanord in which the transducers are arranged. For this purpose, for example, two pairs of transducers 16 (only the connections of a single transducer are shown) allow a measurement of the amplitude of the vibration and make it possible to supply the electronic circuit 12 with the signals of the measurement. The circuitry is provided to power the transducers in a manner to maintain a constant amplitude of vibration, as will be seen later.

Diese Indikationen wie auch die folgenden wären ebenso gültig für alle in Vibra­ tion versetzten Resonatoren gemäß eines Modus der Ordnung ≧1 wobei die An­ ordnung der Wandler und der Aufnehmer leicht modifiziert ist.These indications as well as the following would be equally valid for everyone in Vibra tion offset resonators according to a mode of order ≧ 1, the An order of the transducer and the transducer is slightly modified.

Dieselbe Vorrichtung 12 kann daher auch für einen Resonator mit vier paralle­ len, vibrierenden Trägern eingesetzt werden, wie z. B. beschrieben in dem Do­ kument EP-A-0 578 519, welches bereits genannt wurde.The same device 12 can therefore also be used for a resonator with four parallel, vibrating carriers, such as. B. described in the document EP-A-0 578 519, which has already been mentioned.

Wenn sich der Behälter, der den Resonator hält, in dem durch den Pfeil Ω in ei­ nem bestimmten Winkel dreht, neigt das Vibrationsfeld dazu, sich unter dem Einfluß der Coriolis-Kräfte zu verschieben, wobei sich auch der Vibrationsknoten 18 verschiebt, wenn dem nicht durch die Wirkung eines elektronischen Schalt­ kreises 12 entgegengewirkt wird und im Moment t beispielsweise einen Winkel Θ annimmt. Dieser Winkel ist proportional zur Rotation, welcher der Behälter un­ terliegt, mit einem konstanten Verhältnis, welches ≦1 ist, je nach Typ des Reso­ nators.When the container holding the resonator rotates at a certain angle by the arrow Ω, the vibration field tends to shift under the influence of the Coriolis forces, and the vibration node 18 also shifts if not is counteracted by the action of an electronic circuit 12 and at the moment t, for example, assumes an angle Θ. This angle is proportional to the rotation which the container is subject to, with a constant ratio which is ≦ 1, depending on the type of resonator.

Je nach der Art des mechanischen Resonators, vorausgesetzt, daß er einen sta­ tionären Vibrationsmodus mit zumindest der Ordnung 1 aufweist, kann der Ver­ satz eines Punkts M im Bezugssystem der Modi η1, η2 durch das Diagramm der Fig. 2 dargestellt werden. Der Versatz eines beweglichen Punkts M kann in der weiter oben angegebenen parametrischen Form dargestellt werden. Im folgenden werden die Formeln unter Verwendung der folgenden Notationen entwickelt:
Depending on the type of mechanical resonator, provided that it has a stationary vibration mode with at least order 1, the offset of a point M in the reference system of modes η 1 , η 2 can be represented by the diagram in FIG. 2. The offset of a movable point M can be represented in the parametric form given above. In the following, the formulas are developed using the following notations:

η1 und η2: Referenzachsen und Koordinaten im Bezugssystem,
ω Winkelfrequenz der Vibration des Resonators,
ΩRotationsgeschwindigkeit des Behälters,
α Formkoeffizient, <1.
f1 und f2: Entlang der Achsen η1, und η2, angelegte Kräfte, in erster Linie vorgesehen zur Kompensation der Verluste sowie zur Korrektur der Anisotropie der Frequenz und in zweiter Li­ nie zur Änderung des Funktionsmodus sowie zur Korrektur der Funktion durch Verwendung gespeicherter Fehlermodel­ le,
M: beweglicher Punkt, der den Zustand der Vibration darstellt,
ω1 und ω2: Winkelfrequenzen der zwei progressiven Wellen, resultie­ rend aus der Zerlegung der stationären Welle mit der Win­ kelfrequenz ω.
Θ: Inklination der Hauptachse der Ellipse, die der Vibration in der Ebene der Modi entspricht, in den Referenzachsen η1 und η2, verbunden mit dem Behälter des Resonators,
oder : ein den beweglichen Punkt M repräsentierender Vektor an der Markierung η1, η2,
2a und 2b: Haupt- und Nebenachsen der Ellipse, die der Vibration ent­ sprechen,
VCO1 und VCO2: spannungsgesteuerte Oszillatoren, die bei den Frequenzen ω1 und ω2 arbeiten,
1 und 2: Vektoren mit den jeweiligen Modulen r1 und r2, die jeweils bei den Frequenzen ω1 und ω2 drehen,
ft1 und ft2: Tangentialkräfte, die auf den Resonator wirken, um die Amplituden in Phase mit einem konstanten Wert anzutrei­ ben,
fr1 und fr2: Radialkräfte, die auf den Resonator ausgeübt werden, um die um 90° phasenverschobenen Amplituden zu entfernen,
Ω: Rotationsgeschwindigkeit des Behälters des Resonators,
Ωp: Präzessionsgeschwindigkeit, entspricht (ω1 und ω2)/2,
Cp: Steuersignal der Präzession.
η 1 and η 2 : reference axes and coordinates in the reference system,
ω angular frequency of vibration of the resonator,
Ω rotation speed of the container,
α shape coefficient, <1.
f 1 and f 2 : Along the axes η 1 and η 2 , forces applied, primarily intended to compensate for the losses and to correct the anisotropy of the frequency, and in the second line never to change the function mode and to correct the function through use stored error models,
M: moving point representing the state of vibration,
ω 1 and ω 2 : angular frequencies of the two progressive waves, resulting from the decomposition of the stationary wave with the angular frequency ω.
Θ: inclination of the main axis of the ellipse, which corresponds to the vibration in the plane of the modes, in the reference axes η 1 and η 2 , connected to the container of the resonator,
or: a vector representing the movable point M at the marking η 1 , η 2 ,
2a and 2b: major and minor axes of the ellipse corresponding to the vibration,
VCO 1 and VCO 2 : voltage controlled oscillators operating at frequencies ω 1 and ω 2 ,
1 and 2 : vectors with the respective modules r 1 and r 2 , which rotate at the frequencies ω 1 and ω 2 ,
ft 1 and ft 2 : tangential forces acting on the resonator to drive the amplitudes in phase with a constant value,
for 1 and for 2 : radial forces which are exerted on the resonator in order to remove the amplitudes which are phase-shifted by 90 °,
Ω: rotational speed of the resonator container,
Ω p : precession speed, corresponds to (ω 1 and ω 2 ) / 2,
C p : control signal of precession.

Die Fig. 2 zeigt die Rotationsgeschwindigkeit Ω des Behälters, welcher den Reso­ nator trägt, mit dem Effekt, das Vibrationsfeld drehen zu lassen und die Hauptachse 2a der Ellipse, welche die Bewegung des Punkts darstellt, beispiels­ weise um einen Winkel Θ drehen zu lassen. Für ein Funktionieren des Gyroskops deduziert man aus einer Messung von Θ den Winkel, um den der Behälter des Resonators gedreht wird, durch Anwendung eines Skalenfaktors α, der abhängig vom Resonator sowie der Ordnung des Modus ist. Fig. 2 shows the rotational speed Ω of the container, which carries the Reso nator, with the effect of rotating the vibration field and the main axis 2 a of the ellipse, which represents the movement of the point, for example, to rotate an angle Θ . For the functioning of the gyroscope, the angle through which the container of the resonator is rotated is deduced from a measurement of Θ by using a scale factor α, which is dependent on the resonator and the order of the mode.

In der Fig. 2 ist die Vibration in der Form einer Ellipse dargestellt, die eine Hauptachse des Werts 2a sowie eine kleine Achse des Werts 2b hat. Die Variatio­ nen der Koordinaten η1 und η2 eines beweglichen Punkts M als Funktion der Zeit können folgendermaßen lauten:
FIG. 2 shows the vibration in the form of an ellipse, which has a main axis of the value 2a and a small axis of the value 2b. The variations of the coordinates η 1 and η 2 of a movable point M as a function of time can be as follows:

η1 = a cos ωt cos Θ - b sin ωt sin Θ
η2 = a cos ωt cos Θ + b sin ωt sin Θ.
η 1 = a cos ωt cos Θ - b sin ωt sin Θ
η 2 = a cos ωt cos Θ + b sin ωt sin Θ.

Die Komponente der Vibration mit der Amplitude b, die auch als Quadratur des Raums bezeichnet werden kann, provoziert das Auftauchen parasitärer Ablei­ tungen des Vibrationsfelds, die die Qualität der Messungen bei der Arbeit des Gyroskops verschlechtern. The component of the vibration with the amplitude b, which is also called the quadrature of the Space, the appearance of parasitic waste provokes vibration field, which determines the quality of the measurements during the work of the Gyroscopes worsen.  

Gemäß der Erfindung sind zum Antrieb der Vibration zwei Steuerungen in samtlichen Fällen vorgesehen für:
According to the invention, two controls are provided for driving the vibration in all cases for:

  • - die Aufrechterhaltung der Amplitude a (oder a2 + b2, d. h. der Energie) durch Kompensation der Verluste;- maintaining the amplitude a (or a 2 + b 2 , ie the energy) by compensating for the losses;
  • - Verringerung der Quadratur des Raums b auf Null.- Reduction of the square of space b to zero.

Zusätzlich ist für das Funktionieren des Gyrometers oder zur Kalibrierung eine dritte Steuerung notwendig:
In addition, a third control is necessary for the functioning of the gyrometer or for calibration:

  • - eine externe Präzisionssteuerung, um die Achse der Vibration mit einer Präzisionsgeschwindigkeit Ωp drehen zu lassen, die weiter unten definiert wird.- an external precision controller to make the axis of the vibration rotate at a precision speed Ω p , which is defined below.

Um die Zerlegung in zwei progressive Wellen der unterschiedlichen Frequenzen
ω1 und ω2 zu ermöglichen, sei darauf hingewiesen, daß der Vektor als Resul­ tierende von 1 + 2 angesehen werden kann, wobei der Vektor 1 des Strahls r1 = (a - b)/2 mit der Geschwindigkeit +ω dreht und wobei der Vektor 2 des Strahls r2 = (a - b)/2 mit der Geschwindigkeit -ω dreht, wenn der Behälter fest steht.
To break it down into two progressive waves of different frequencies
To enable ω 1 and ω 2 , it should be noted that the vector can be regarded as the result of 1 + 2 , where the vector 1 of the beam r 1 = (a - b) / 2 rotates at the speed + ω and where the vector 2 of the beam r 2 = (a - b) / 2 rotates at the speed -ω when the container is stationary.

Wenn man den Behälter mit einer Geschwindigkeit von Ω drehen läßt, sind die Geschwindigkeiten der Vektoren 1 und 2 entsprechend ω1 = ω - Ω und ω2 = ω + Ω.If the container is rotated at a speed of Ω, the speeds of vectors 1 and 2 are corresponding to ω 1 = ω - Ω and ω 2 = ω + Ω.

Der Antrieb der Vibration kann durch die Steuerung zweier Oszillatoren erfol­ gen, die jeweils zwei alternative quadratische Signale auf eine Weise zur Verfü­ gung stellen, daß ihre Ausgänge, die an die Elektronen angelegt werden, zwei Vektoren bilden, die mit den Frequenzen ω1 und ω2 drehen. Die Vektoren 1 und 2 repräsentieren die Ausgänge der beiden gesteuerten Oszillatoren VCO1 und VCO2, die in die Position 1 und 2 gesteuert werden müssen. Dies impliziert die Messung oder die Berechnung der Phasenverschiebung zwischen 1 und 1 sowie zwischen 2 und 2.The vibration can be driven by the control of two oscillators, each of which provides two alternative square signals in a way that their outputs, which are applied to the electrons, form two vectors with the frequencies ω 1 and ω 2 turn. Vectors 1 and 2 represent the outputs of the two controlled oscillators VCO 1 and VCO 2 , which have to be controlled in positions 1 and 2 . This implies measuring or calculating the phase shift between 1 and 1 and between 2 and 2 .

Messung und Aufhebung der PhasenverschiebungMeasurement and cancellation of the phase shift

Zur Messung der Phasenverschiebung wird die Verwendung der Eigenheit des vektoriellen Produkts Null zu sein vorgeschlagen, wenn die beiden Vektoren ausgerichtet sind. Im Falle des Vektors V1:
To measure the phase shift, it is suggested to use the peculiarity of the vectorial product to be zero when the two vectors are aligned. In the case of the vector V 1 :

1 ∧ = 1 ∧ (1 + 2)
= 11 + 12.
1 ∧ = 1 ∧ ( 1 + 2 )
= 11 + 12 .

Der Ausdruck 12 ergibt nach Filterung ein Signal 0, da die Vektoren 1 und 2 in entgegengesetzter Richtung drehen, woraus:
The expression 12 results in a signal 0 after filtering, since the vectors 1 and 2 rotate in the opposite direction, from which:

1 ∧ = sin (1, 2.) = arg (1, 1)) = ξ1, mit ξ1 als Fehlersignal, oder:
1 ∧ = sin ( 1 , 2. ) = Arg ( 1 , 1 )) = ξ 1 , with ξ 1 as an error signal, or:

1 ∧ = η2 . cosω1t - η1 . sinω1t. 1 ∧ = η 2 . cosω 1 t - η 1 . sinω 1 t.

Unter der Bedingung der Verwendung der Oszillatoren, die Rechtecksignale der Amplitude 1 zur Verfügung stellen, erfolgt die Multiplikation einfach mit Hilfe der Multiplikatoren mit +1 und -1 sowie einem Additionswerk, das, wenn die Signale analog sind, ein operationeller Verstärker sein kann. Eine identische Zu­ sammenstellung wird für den zweiten Weg eingesetzt.Under the condition of using the oscillators, which provide square-wave signals of amplitude 1 , the multiplication is simply carried out with the aid of the multipliers with +1 and -1 and an addition unit which, if the signals are analog, can be an operational amplifier. An identical compilation is used for the second way.

Die Mittel zu Messung der Phasenverschiebung sowie der Aufhebung der Pha­ senverschiebung können als Konsequenz dessen die in Fig. 3 dargestellten sein. Der Eingang η2 bezeichnet die Gesamtheit der Signale, die den Vektor = 1 + 2 repräsentieren. As a consequence, the means for measuring the phase shift and the cancellation of the phase shift can be those shown in FIG. 3. The input η 2 denotes the totality of the signals that represent the vector = 1 + 2 .

Die Komponenten 20 1 und 20 2, die die vektoriellen Produkte bilden, aufgrund der Multiplikation der Eingangswerte, alternativ mit + 1 oder -1 sowie der Addi­ tionen, folgen einer Filterung. Die Fehlersignale ε1 und ε2 werden wieder an VCO1 und VCO2 angelegt.The components 20 1 and 20 2 , which form the vectorial products, due to the multiplication of the input values, alternatively by +1 or -1, and the additions, follow a filtering. The error signals ε1 and ε2 are again applied to VCO 1 and VCO 2 .

Man erhält auf diese Weise zwei Ausgänge 22 1 und 22 2, deren Phasen von zwei Vektoren 1 und 2 gesteuert werden, die die elliptische Vibration bilden und deren Phasenverschiebung 2Θ entspricht.This gives two outputs 22 1 and 22 2 , the phases of which are controlled by two vectors 1 and 2 , which form the elliptical vibration and whose phase shift corresponds to 2versch.

Messung und Regulierung der Amplitude der zwei WellenMeasurement and regulation of the amplitude of the two waves

Die Amplitude von jeder der beiden kontrarotativen Wellen wird durch die Bil­ dung eines Skalaproduktes anstelle eines vektoriellen Produkts durchgeführt. Man kann hierzu zwei Operatoren 24 1 und 24 2 verwenden wie in Fig. 4 schema­ tisiert.The amplitude of each of the two contrarotative waves is carried out by forming a scalar product instead of a vectorial product. One can use two operators 24 1 and 24 2 as shown in FIG. 4.

Die algebraische Gleichung bleibt ein Typ mit zwei Multiplikationen reeller Grö­ ßen sowie einer Addition, die zwei Modulatoren sowie einen algebraischen Zusatz notwendig macht.The algebraic equation remains a type with two multiplications of real size and an addition, the two modulators and an algebraic addition makes necessary.

Wenn man annimmt, daß VCO1 und VCO2 Amplitudensignale gleich 1 zur Ver­ fügung stellen, so hat man für 24 1:
If you assume that VCO 1 and VCO 2 provide amplitude signals equal to 1, you have for 24 1 :

1 . = 1 . (1 + 2)
= 1 . 1 + 1 . 2
= r1 . cos (1, 1) + r2cos (1, 2).
1st = 1 . ( 1 + 2 )
= 1 . 1 + 1 . 2nd
= r 1 . cos ( 1 , 1 ) + r 2 cos ( 1 , 2 ).

Nach der Filterung entspricht das Resultat r1; r2 wird auf dieselbe Weise erhal­ ten; man disponiert daher:
After filtering, the result is r 1 ; r 2 is obtained in the same way; one therefore plans:

  • - zwei Komponenten η1 und η2 des Vektors ,two components η 1 and η 2 of the vector,
  • - zweimal zwei Komponenten der drehenden Vektoren 1 und 2.- two components of the rotating vectors 1 and 2 twice.

Man kann daher die Amplitude von jeder der kontrarotativen Wellen auf einem Instruktionswert halten, indem man die zu den Vektoren normalen Antriebs­ kräfte ft abschickt, d. h. Tangenten an die kreisförmigen Bahnen. Die Kompen­ sationskräfte müssen den Amortisationskräften gleich und diesen entgegenge­ setzt sein, welche durch den Geschwindigkeitsvektor induziert werden.One can therefore keep the amplitude of each of the contrarotative waves at an instruction value by sending the normal driving forces f t to the vectors, ie tangents to the circular paths. The compensation forces must be equal to the amortization forces and be opposed to them, which are induced by the speed vector.

Das Prinzip der Steuerung wird in Fig. 4 dargestellt. Die Werte r1 und r2 werden in die Additionierer 26 1 und 26 2 eingeführt und mit den Instruktionen r01 und 202 verglichen. Die Ausgänge der Additionierer werden mit einem Eingang k bei 28 1 und 28 2 verstärkt und an die Multiplikatoren 30 1 und 30 2 geschickt, die einfache Multiplikationen durchführen. Die Rotation der Vektoren 1 und 2, die vorher an die Multiplikatoren geschickt wurden, wird in 32 1 und 32 2 durch eine einfache Inversion der Koordinaten sowie eventuell durch eine Änderung des Vorzeichens durchgeführt.The principle of the control is shown in Fig. 4. The values r 1 and r 2 are introduced into the adders 26 1 and 26 2 and compared with the instructions r 01 and 2 02 . The outputs of the adders are amplified with an input k at 28 1 and 28 2 and sent to the multipliers 30 1 and 30 2 , which perform simple multiplications. The rotation of vectors 1 and 2 , which were previously sent to the multipliers, is carried out in 32 1 and 32 2 by a simple inversion of the coordinates and possibly by changing the sign.

Aufhebung der QuadraturRemoval of the quadrature

Diese Aufhebung ist einfach. Es reicht aus, denselben Wert r0 an die Instruktio­ nen r01 und r02 zur Steuerung der zwei Amplituden zu geben. Im Effekt ist b = r1 - r2.This lifting is easy. It is sufficient to give the same value r 0 to the instructions r 01 and r 02 to control the two amplitudes. The effect is b = r 1 - r 2 .

PräzessionssteuerungPrecession control

Die Steuerung der Präzession ist für das Funktionieren als Gyrometer und/oder für eine Kalibrierung notwendig. Hierzu wird eine Präzession Ωp des Gyroskops hervorgerufen und hierzu:
Controlling the precession is necessary for functioning as a gyrometer and / or for calibration. For this purpose, a precession Ω p of the gyroscope is created and:

  • - wird die Geschwindigkeit ω1 von 1 um Ωp erhöht - The speed ω 1 is increased by 1 by Ω p
  • - die Geschwindigkeit ω2 von 2 um dieselbe Menge Ωp verringert, da:
    Θ = +Ωp . t
    ω1 = ω + Ωp
    ω2 = ω - Ωp.
    - Reduces the speed ω 2 of 2 by the same amount Ω p because:
    Θ = + Ω p . t
    ω 1 = ω + Ω p
    ω 2 = ω - Ω p .

Hierzu wird eine Kraft fr eingeführt, die normal zur Bahn ist und daher parallel zum Vektor R und einer Arbeit Null leistet.For this purpose, a force f r is introduced that is normal to the path and therefore performs zero parallel to the vector R and a work.

Die Tangentialgeschwindigkeit v entspricht ω . r. Es ist ersichtlich, daß man auf diese Weise die Coriolis-Formel erhält:
The tangential velocity v corresponds to ω. r. It can be seen that the Coriolis formula is obtained in this way:

fp = 2 m . Ωpωr
f p = 2 m. Ω p ωr

mit m = k/ω2 with m = k / ω 2

Die Präzessionskräfte, die parallel zu den Vektoren 1 und 2 sind, erhält man durch einfache Multiplikation der Vektoren 2 oder 2 mit einem Skalar Cp, was eine Modulation ergibt; die Zusätze, die den Ausgängen der Multiplikatoren 30 1 und 30 2 der Fig. 4 hinzuzufügen sind, können durch Operatoren der in Fig. 5 dargestellten Art generiert werden. Die Multiplikatoren 34 1 und 34 2 erhalten die externe Präzessionssteuerung Cp.The precession forces, which are parallel to vectors 1 and 2 , are obtained by simply multiplying vectors 2 or 2 by a scalar C p , which results in a modulation; the additions to be added to the outputs of multipliers 30 1 and 30 2 of FIG. 4 can be generated by operators of the type shown in FIG. 5. The multipliers 34 1 and 34 2 receive the external precession control C p .

Wenn man die Vektoren 1 und 2 anordnet, kann man daraus den sin 2θ sowie cos 2θ folgern, durch ein Vektorprodukt der Vektoren 21 = sin 2θ und ein Skalarprodukt 2.1 = cos 2θ.If one arranges the vectors 1 and 2 , one can deduce the sin 2θ and cos 2θ from it, by a vector product of the vectors 21 = sin 2θ and a scalar product 2 . 1 = cos 2θ.

Das globale Schema des Schaltkreises kann das in Fig. 6 gezeigte sein, wo die be­ reits beschriebenen Elemente dieselben Bezugszeichen tragen.The global schematic of the circuit may be that shown in Fig. 6, where the elements already described have the same reference numerals.

In der Übersicht der Fig. 6 sind die Bahnen der Analogsignale durch einfache durchgezogene Linien indiziert. Die numerischen, in n-Bit kodierten Signale sind durch die Linien indiziert, welche die Nennung der Anzahl der Bits tragen. Die doppelten Linien indizieren schließlich die Bahnen der Wertepaare, die einen Vektor darstellen, wie z. B. 1, 2 etc.In the overview in FIG. 6, the paths of the analog signals are indicated by simple solid lines. The numerical signals coded in n-bits are indexed by the lines bearing the number of bits. The double lines finally indicate the orbits of the pairs of values that represent a vector, such as. B. 1 , 2 etc.

In der Fig. 6 sind die bereits in Fig. 3 dargestellten Mittel zu finden, die der Mes­ sung und Aufrechterhaltung der Vibrationsamplitude dienen und die neben den Eingangssignalen die Ausgänge der addierten oder subtrahierten Aufnehmer 16 empfangen, je nach ihrer relativen Position. Die Verschaltung des VCO umfaßt einen Nummerisationsschaltkreis. Durch Zusammensetzung der so erhaltenen numerischen Signale kann man in einem Additionator 36 den Wert von 2Θ erhal­ ten, wobei sich Θ durch einfache Verschiebung eines Bits ergibt.In Fig. 6, the means already shown in Fig. 3 can be found, which serve the measurement and maintenance of the vibration amplitude and which receive the outputs of the added or subtracted transducers 16 in addition to the input signals, depending on their relative position. The interconnection of the VCO includes a numbering circuit. By composition of the thus obtained digital signals can be ten the value of 2Θ preserver in a Additionator 36, wherein Θ is given by a simple shift bits.

Das Energieniveau der Vibration ist durch die Einführung eines Instruktions­ werts r0 durch eine externe Steuerung in den Additionatoren 26 1 und 26 2 ein­ stellbar. Dieser Instruktionswert wird als Funktion der mechanischen Charakte­ ristika des Resonators gewählt.The energy level of the vibration is adjustable by the introduction of an instruction value r 0 by an external control in the adders 26 1 and 26 2 . This instruction value is chosen as a function of the mechanical characteristics of the resonator.

Die Komponenten fr1 und ft1 werden in einem Doppeladditionator 46 1 kombi­ niert. Dieselben Komponenten fr2 und ft2 werden in 46 2 kombiniert. Die Kombi­ nation der Werte der resultierenden Kräfte wird in einem Additionator 50 durch­ geführt, der diese auf die Signale f1 und f2 aufteilt, welche den auf die Wandler 14 und 15 auszuübenden Kräfte entsprechen.The components for 1 and ft 1 are combined in a double addition 46 1 . The same components for 2 and ft 2 are combined in 46 2 . The combination of the values of the resulting forces is carried out in an adder 50 , which divides them into the signals f 1 and f 2 , which correspond to the forces to be exerted on the transducers 14 and 15 .

Die Fig. 6 zeigt ebenso einen Operator 38 1 zur Berechnung von sin 2θ, durch ein vektorielles Produkt von 1 und 2 sowie einen Operator 28 2 zur Berechnung von cos 2θ, durch ein Skalarprodukt der Vektoren 1und 2. FIG. 6 also shows an operator 38 1 for calculating sin 2θ by a vector product of 1 and 2 and an operator 28 2 for calculating cos 2θ by a scalar product of vectors 1 and 2 .

Schließlich umfaßt die in Fig. 6 dargestellte Vorrichtung Einrichtungen zur Er­ zeugung der Resonanzfrequenz F0, ausgehend von Vektor 1 und 2. Diese Ein­ richtungen umfassen zwei Multiplikatoren 40 1 und 40 2. Der Multiplikator 40 1 empfängt die dem Vektor 2 entsprechenden Signale sowie ein Signal einer ein­ zelnen Komponente der durch den vektoriellen Multiplikator 42 und einen Ver­ stärker 44 gebildeten Verschaltung. Der vektorielle Multiplikator empfängt das Ausgangssignal der zwei Multiplikatoren 40 1 und 40 2, wobei der letztere symme­ trisch zu 40 1 ist.Finally, the device shown in FIG. 6 comprises devices for generating the resonance frequency F 0 , starting from vectors 1 and 2 . These directions comprise two multipliers 40 1 and 40 2 . The multiplier 40 1 receives the signals corresponding to the vector 2 and a signal of an individual component of the interconnection formed by the vector multiplier 42 and a amplifier 44 . The vectorial multiplier receives the output of the two multipliers 40 1 and 40 2 , the latter being symmetrical about 40 1 .

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Messung der Rotation um eine empfindliche Achse, mit einem mechanischen Resonator, der mit Wandlern ausgestattet ist, die die Erzeugung einer stationären Vibrationswelle in dem Resonator erlauben und axial symmetrisch angeordnet sind sowie mit Aufnehmern zur Messung der Verlängerung der Vibration des Resonators in zumindest zwei bestimm­ te Richtungen und mit einem Kontroll-/Steuerkreis für den Antrieb der Vi­ brationen sowie zur Bestimmung der Anordnung der Knoten und Ausbau­ chungen der Vibration um die Achse, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontroll-/Steuerungsschaltkreis Ein­ richtungen zur Versorgung der Wandler umfaßt, zur Erzeugung zweier pro­ gressiver kontrarotativer Wellen in dem Resonator, deren Phasendifferenz dem Rotationswinkel des Resonators um seine Drehungsachse entspricht und deren Amplituden derart sind, daß ihre Zusammensetzung eine statio­ näre Welle provoziert, die eine bestimmte Amplitude in Phase sowie eine um 90° phasenverschobene Amplitude, die im wesentlichen Null ist, hat.1. Device for measuring the rotation about a sensitive axis, with a mechanical resonator, which is equipped with transducers that allow the generation of a stationary vibration wave in the resonator and are arranged axially symmetrically, and with sensors for measuring the extension of the vibration of the resonator in at least two determined directions and with a control / control circuit for driving the vibrations and for determining the arrangement of the nodes and expansion of the vibration around the axis, characterized in that the control / control circuit comprises devices for supplying the transducers , To generate two pro gressive contrarotative waves in the resonator, the phase difference of which corresponds to the angle of rotation of the resonator about its axis of rotation and the amplitudes are such that their composition provokes a stationary wave, which has a certain amplitude in phase and a phase-shifted amplitude e, which is essentially zero. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumin­ dest ein Paar von Wandlern und zumindest ein Paar von Aufnehmern um­ faßt, die um gleichmäßige Winkel verteilt sind, um ein Netz von stationären Wellen mit einer Ordnung n größer oder gleich 1 zu erzeugen.2. Device according to claim 1, characterized in that it at least least a pair of transducers and at least a pair of transducers summarizes, which are distributed by uniform angles to a network of stationary Generate waves with an order n greater than or equal to 1. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontroll-/Steuerungsschaltkreis Einrichtungen zur Messung der Aufhebung der Phasenverschiebung umfaßt, mit zwei Oszillatoren (VCO1, VCO2), die spannungsgesteuert sind und Rechtecksignale einer einheitlichen Amplitu­ de zur Verfügung stellen sowie vektorielle Multiplikatoren (20 1, 20 2), die je­ weils das Produkt des Ausgangs eines jeweiligen Oszillators und eines kor­ respondierenden Signals der Aufnehmer zur Verfügung stellen, wobei der Ausgang am Eingang der Steuerung des Oszillators anliegt. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the control circuit comprises means for measuring the cancellation of the phase shift, with two oscillators (VCO 1 , VCO 2 ) which are voltage-controlled and provide square-wave signals of a uniform amplitude as well as vectorial multipliers ( 20 1 , 20 2 ), each providing the product of the output of a respective oscillator and a cor responding signal from the pickups, the output being present at the input of the control of the oscillator. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kon­ troll-/Steuerungsschaltkreis Einrichtungen zur Messung der Amplitude der beiden Wellen sowie zur Aufrechterhaltung derselben auf einem gleichen Instruktionswert (r0) umfaßt, mit Additionseinheiten (26 1, 26 1), die an ei­ nem Additionseingang den Instruktionswert und am anderen Eingang ein das Skalarprodukt des durch die Aufnehmer abgegebenen Signals sowie des Ausgangs des entsprechenden gesteuerten Oszillators aufnehmen, was der reellen Amplitude entspricht.4. The device according to claim 3, characterized in that the control / control circuit comprises means for measuring the amplitude of the two waves and for maintaining the same at the same instruction value (r 0 ), with addition units ( 26 1 , 26 1 ) record the instruction value at an addition input and the scalar product of the signal emitted by the transducers and the output of the corresponding controlled oscillator at the other input, which corresponds to the real amplitude. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ gänge der Additionseinheit an die Multiplikatoren (30 1, 30 2) gegeben wer­ den, und eine Multiplikation der Ausgänge der Oszillatoren, verschoben um 90°, durch einfache Inversion der Koordinaten sowie eventuell durch eine Änderung des Vorzeichens erfolgt.5. The device according to claim 4, characterized in that the outputs from the addition unit to the multipliers ( 30 1 , 30 2 ) given who, and a multiplication of the outputs of the oscillators, shifted by 90 °, by simple inversion of the coordinates and possibly by changing the sign. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schaltkreis zusätzlich Einrichtungen zur Steue­ rung der Präzessionskraft im Hinblick eines Betriebs als Gyrometer um­ faßt.6. Device according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the circuit additionally controls the precession force with regard to operation as a gyrometer sums up. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ richtungen zur Steuerung der Präzession Multiplikatoren (34 1, 34 2) der Ausgänge der jeweiligen Oszillatoren durch einen Skalar Cp, entsprechend der Präzision sind.7. The device according to claim 6, characterized in that the devices for controlling the precession multipliers ( 34 1 , 34 2 ) of the outputs of the respective oscillators by a scalar C p , corresponding to the precision.
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2816702B1 (en) * 2000-11-13 2003-01-24 Sagem DEVICE FOR STABILIZING A PLATFORM AROUND AN AXIS, USING A VIBRATING RESONATOR DETECTOR
FR2851041B1 (en) * 2003-02-06 2005-03-18 Sagem METHOD FOR IMPLEMENTING A RESONATOR UNDER THE EFFECT OF ELECTROSTATIC FORCES
FR2920224B1 (en) * 2007-08-23 2009-10-02 Sagem Defense Securite METHOD FOR DETERMINING A ROTATIONAL SPEED OF AN AXISYMETRIC VIBRANT SENSOR, AND INERTIAL DEVICE USING THE METHOD
FR2925669B1 (en) * 2007-12-21 2010-01-15 Sagem Defense Securite MEASUREMENT BY GYROSCOPIC SYSTEM
FR2937414B1 (en) 2008-10-20 2010-11-26 Sagem Defense Securite GYROSCOPIC MEASUREMENT BY A VIBRANT GYROSCOPE
FR2939193B1 (en) 2008-11-28 2011-03-04 Sagem Defense Securite CALIBRATION OF VIBRANT GYROSCOPE
FR2939192B1 (en) 2008-11-28 2010-12-10 Sagem Defense Securite CALIBRATION OF VIBRANT GYROSCOPIC GYROSCOPIC SYSTEMS
FR2959010B1 (en) 2010-04-16 2013-01-18 Sagem Defense Securite GYROSCOPIC MEASUREMENT IN A NAVIGATION SYSTEM
FR2959009B1 (en) 2010-04-16 2012-06-29 Sagem Defense Securite GYROSCOPIC MEASUREMENT BY A VIBRANT GYROSCOPE IN PRECESSION
FR3036788B1 (en) 2015-05-26 2017-06-09 Sagem Defense Securite METHOD FOR CONTROLLING THE PRECESSION OF A VIBRANT GYROSCOPE
CN114184245B (en) * 2022-02-16 2022-04-26 青岛积成电子股份有限公司 Automatic pairing method for ultrasonic transducers for gas metering
CN114184246A (en) * 2022-02-16 2022-03-15 青岛积成电子股份有限公司 Ultrasonic transducer grading method for gas metering

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3992952A (en) * 1974-12-20 1976-11-23 The Singer Company Control system for angular displacement sensor
US4384409A (en) * 1980-10-18 1983-05-24 The Bendix Corporation Surface acoustic wave gyroscope
GB9018661D0 (en) * 1990-08-24 1990-10-10 British Aerospace Multipole vibrating surface gyroscope
GB2266149B (en) * 1992-04-10 1995-08-16 British Aerospace Single axis rate sensor noise reduction
US5383362A (en) * 1993-02-01 1995-01-24 General Motors Corporation Control for vibratory gyroscope
FR2723635B1 (en) * 1994-08-11 1996-10-18 Sagem VIBRATING GYROMETRIC DEVICE WITH PIEZOELECTRIC EFFECT
GB2299669B (en) * 1995-04-07 1998-12-16 British Aerospace Method for actively balancing a vibrating structure gyroscope sensing element structure

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GB2319085B (en) 2000-12-13
DE19748294B4 (en) 2010-07-29
GB2319085A (en) 1998-05-13
GB9722948D0 (en) 1998-01-07
FR2755227A1 (en) 1998-04-30

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