DE19748294B4 - Apparatus for measuring rotation with a vibrating mechanical resonator - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Messung der Rotation um eine empfindliche Achse, mit einem mechanischen Resonator, der mit um die empfindliche Achse axialsymmetrisch angeordneten Wandlern ausgestattet ist, die eine stationäre Schwingung in dem Resonator erzeugen, sowie mit Aufnehmern zur Messung der Amplitude der Schwingung des Resonators in zumindest zwei bestimmten Richtungen und mit einem Kontroll-/Steuerkreis für die Aufrechterhaltung der Schwingungen sowie zur Bestimmung der Position der Knoten und Ausbauchungen der Schwingungen um diese empfindliche Achse, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontroll/Steuerungsschaltkreis Einrichtungen zur Versorgung der Wandler umfasst, zur Erzeugung zweier progressiver in Bezug auf die empfindliche Achse kontrarotativer Wellen in dem Resonator, deren Phasendifferenz dem Rotationswinkel des Resonators um seine Drehungsachse, die der empfindlichen Achse entspricht, entspricht und deren Amplituden derart sind, dass ihre Zusammensetzung eine in Bezug auf die Vorrichtung stationäre Welle provoziert, die eine Schwingungskomponente in Phase sowie eine um 90° phasenverschobene Schwingungskomponente hat, wobei die Amplitude der um 90° phasenverschobenen Schwingungskomponente...A device for measuring rotation about a sensitive axis, comprising a mechanical resonator equipped with transducers axially symmetric about the sensitive axis which generate stationary oscillation in the resonator and transducers for measuring the amplitude of the oscillation of the resonator in at least two certain directions and with a control / control circuit for the maintenance of the vibrations and for determining the position of the nodes and bulges of the vibrations about this sensitive axis, characterized in that the control / control circuit comprises means for supplying the converter, for generating two progressive in With respect to the sensitive axis of contrarotative waves in the resonator whose phase difference corresponds to the rotation angle of the resonator about its axis of rotation corresponding to the sensitive axis and whose amplitudes are such that their composition is one of relative to Vorric stationary wave, which has a vibration component in phase as well as a 90 ° phase-shifted vibration component, wherein the amplitude of the phase component shifted by 90 ° vibration component provokes ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft in allgemeiner Weise Vorrichtungen zur Rotationsmessung mit:
- – 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,
- – Aufnehmer, die empfindlich gegenüber dem Ausschlag der Schwingung des Elements in zumindest zwei bestimmten Richtungen sind,
- – und Wandler zum Aufbringen von Kräften auf den Resonator in den beiden bestimmten Richtungen, die vor allen Dingen der Kontrolle der Schwingung dienen.
- A mechanical element, called a resonator, which has an axial symmetry whose axis is the sensitive axis of the device and which is able to vibrate in a mechanical resonance,
- - Transducers that are sensitive to the swing of the element in at least two directions,
- - And transducers for applying forces to the resonator in the two specific directions, which serve above all the control of the vibration.
Es existieren bereits eine Reihe von Vorrichtungen mit Resonatoren dieser Art, d. h. die vibrieren; sie nutzen die Coriolis-Beschleunigung, welche auf ein vibrierendes Element wirkt, wenn sich dessen Körper dreht. Die Coriolis-Beschleunigung wird rechtwinklig zur Rotationsgeschwindigkeit sowie zur Schwingungsrichtung ausgerichtet und sie wirkt modifizierend auf die Ausrichtung des Schwingungsnetzes, proportional zur Rotation des Elements um die empfindliche Achse.It There are already a number of devices with resonators of this kind, d. H. they vibrate; they use the Coriolis acceleration, which acts on a vibrating element as its body rotates. The Coriolis acceleration becomes perpendicular to the rotation speed and aligned to the direction of vibration and it has a modifying effect on the alignment of the vibration network, proportional to the rotation of the element around the sensitive axis.
Derartige
Vorrichtungen verwenden Resonatoren, die ausgesprochen unterschiedliche
Formen annehmen können.
Der Resonator kann einen ringförmigen
Aufbau haben; er kann aus einer kreisförmigen oder quadratischen Platte
gebildet 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 jeweils um die Winkel eines Rechtecks verteilt sind
(
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 Wellenlänge. Diese Möglichkeit wird in optischen Gyrometern mit Ringen (Laser-Gyrometer) umgesetzt. Die zwei kontrarotativen Wellen können ihre Phase ändern, wenn sich der Resonator um seine empfindliche Achse dreht.you knows about it Beyond at least 1923, that one has a stationary wave in a resonator, with an axial symmetry, such as For example, the compilation of two contrastive progressive Waves of the same wavelength. This possibility is implemented in optical gyrometers with rings (laser gyrometer). The two contrasting waves can change their phase when the resonator rotates about its sensitive axis.
Gleicherweise
wurde vorgeschlagen, diese Zusammenstellung im Falle von Vorrichtungen
zu verwenden, die einen ringförmigen
Resonator haben (
Gleicherweise
bis zum heutigen Tag sind diese Berechnungen und die Anordnung der
Wandler und Aufnehmer insgesamt an einen einzigen Typ von Resonator
angepaßt.
Beispielsweise der Resonator mit einem Ring, der Gegenstand des
Patents
Die Erfindung zielt insbesondere auf die Umgehung dieser Nachteile.The The invention particularly aims to circumvent these disadvantages.
Es ist bekannt, dass im Falle einer mechanischen Resonanz irgendeines Resonators die Möglichkeit besteht, das Schwingungsfeld analytisch in einer Basis darzustellen, die zwei eigene Referenzmodi hat. Man kann dabei die Schwingung durch das folgende Gleichungssystem beschreiben: Gleichung 1 deren Lösung eine Beschreibung der Schwingung ist.It is known that in the case of mechanical resonance of any resonator it is possible to analytically represent the vibrational field in a base having two distinct reference modes. One can describe the oscillation by the following system of equations: Equation 1 their solution is a description of the vibration.
In diesen Gleichungen ist:
- 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,
- Ωb/i:
- inertiale Rotationsgeschwindigkeit des Resonators,
- fi:
- verallgemeinerte Kräfte.
- η i (with i = 1 or 2):
- Coordinates in the plane of eigenmodes,
- i
- Coefficients of reduced modal amortization,
- m i :
- modal masses,
- ω i :
- Eigenpulsationen,
- α i :
- Coefficients of gyroscopic coupling,
- Ω b / i :
- inertial rotational speed of the resonator,
- f i :
- generalized forces.
Man nutzt diese Relationen durch eine Anordnung der Wandler und Aufnehmer auf eine Weise, daß:
- – die Aufnehmer die Komponenten der beiden Schwingungen gemäß der Achsen η1 und η2 abgeben,
- – die Wandler die Anwendung der Kräfte f1 und f2 gemäß derselben Achsen erlauben.
- The sensors transmit the components of the two oscillations according to the axes η 1 and η 2 ,
- - The converters allow the application of the forces f 1 and f 2 according to the same axes.
Die
Position und Anzahl der Aufnehmer und Wandler, die von der Form
des Resonators und ihrer Verbindung abhängt, macht es immer möglich, die
Ausgänge η1 und η2 zu erhalten und die Eingänge f1 und f2 entsprechend
der
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 a circle that deforms into an ellipse, for example, n = 2 and the two eigenwaves 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 Schwingungsmodi erlaubt, um einen Winkel oder eine Rotationsgeschwindigkeit gemäß ihrer empfindlichen Achse zu liefern.The Invention uses these principles and equations for the first time, to be able to provide an electronic module that one can qualify as universal, which is the control / control of mechanical Resonators with axial symmetry of any kind after all common Vibration modes allowed at an angle or rotation speed according to her to 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.When Universal module is a module that you do not modify must, if one changes the mode or the resonator, whereby only the Converters and transducers must be adapted insofar as their output or Level of sensitivity and their positions relative to the Resonator according to the mechanical Reference system that the selected 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 The present invention also provides a device for measurement the rotation of the type defined above, which the use only a minimal number of transducers and transducers as well allows a relatively simple electronics, completely analog can be. In accordance with this aim, the invention proposes a device according to claim 1 ago.
Dank der Aufrechterhaltung der Amplitude in Phase mit einem bestimmten erzielten Wert, beispielsweise durch eine Regulierung der Energie der kontra-rotativen Wellen sowie dank der Aufhebung der um 90° verschobenen Amplitude ist es möglich, eine relativ reduzierte Anzahl von Wandlern zu verwenden. Die Regelung kann sichergestellt werden, indem man nur die ohne Schwierigkeiten in der Form eines verdrahteten Schaltkreises implementierbaren Elemente der Berechnung verwendet, ohne Mikroprozessor, insbesondere deswegen, da die Berechnung der trigonometrischen Funktionen lediglich optional ist.thanks maintaining the amplitude in phase with a specific one achieved, for example by regulating energy the counter-rotating waves and thanks to the repeal of the 90 ° shifted Amplitude it is possible to use a relatively reduced number of transducers. The regulation can be ensured by only those without difficulty implementable elements in the form of a wired circuit used in the calculation, without a microprocessor, especially because of since the calculation of trigonometric functions is optional is.
Die Vorrichtung kann leicht so realisiert werden, dass sie gleicherweise ein Gyroskop oder ein Gyrometer bilden kann. Für die Verwendung als Gyrometers wird die stationäre Welle an Ort und Stelle gehalten, indem eine erzwungene Präzession 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 The device can easily be realized in the same way a gyroscope or a gyrometer can form. For use as a gyrometer becomes the stationary one Wave held in place by a forced precession is provoked. In case of use as a gyroscope those are for the function as a gyrometer means not necessary, but they allow the implementation a periodic calibration for increased precision.
Die obigen Charakteristika sowie auch darüber hinausgehende ergeben sich besser aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches beispielhaft und nicht begrenzend ist. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, darin zeigt:The The above characteristics as well as beyond them arise better from the following description of a preferred embodiment, which is exemplary and not limiting. The description refers to the attached Drawings, showing:
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 Wiederzusammensetzung der stationären Welle ermöglichen, eine Frequenzdifferenz ω1–ω2 aufweisen, die der Rotationsgeschwindigkeit Ω entspricht sowie eine Phasendifferenz, die dem Rotationswinkel ausgehend von einem Ursprung entspricht.Before describing the implementation of the invention in detail, it makes sense to realize that the network of n-th order stationary waves (second order in the given example) can be divided into two progressive waves. In the case of an annular resonator, the rotation tends to drive the stationary wave network as the resonator rotates about its axis. As a result, the two progressive waves which allow the stationary wave to be recombined have a frequency difference ω 1 -ω 2 corresponding to the rotational velocity Ω and a phase difference corresponding to the rotation angle 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 Dämpfung mit einer Elektronik, die zwei Ausgangssignale mit Frequenzen abgibt, deren Differenz der Rotationsgeschwindigkeit entspricht (und deren Phasendifferenz dem Winkel entspricht) und die die Wandler auf eine Weise versorgt, dass diese Kräfte erzeugt werden, welche:
- – die Amplitude der Schwingung in Phase mit einem konstanten Wert halten;
- – die um 90° phasenverschobene Komponente aufheben.
- - keep the amplitude of the oscillation in phase at a constant value;
- - cancel out the quadrature component.
Der
mechanische Resonator kann sehr unterschiedliche Konstitutionen
haben. In beispielhafter Weise zeigt die
Der
radiale Versatz wird in dem beschriebenen Fall an denselben Winkelanordnungen
gemessen, in denen auch die Wandler angeordnet sind. Hierzu erlauben
beispielsweise zwei Paare von Aufnehmern
Diese Indikationen wie auch die folgenden wären ebenso gültig für alle in Schwingung versetzten Resonatoren gemäß eines Modus der Ordnung ≥ 1, wobei die Anordnung der Wandler und der Aufnehmer leicht modifiziert ist.These Indications as well as the following would be equally valid for everyone in Oscillation resonators according to a mode of order ≥ 1, wherein the arrangement of the transducer and the transducer is slightly modified.
Dieselbe
Vorrichtung
Wenn
sich der Behälter,
der den Resonator hält,
in dem durch den Pfeil Ω in
einem bestimmten Winkel dreht, neigt das Schwingungsfeld dazu, sich
unter dem Einfluß der
Coriolis-Kräfte
zu verschieben, wobei sich auch der Knoten
Je
nach der Art des mechanischen Resonators, vorausgesetzt, dass er
einen stationären
Schwingungsrnodus mit zumindest der Ordnung 1 aufweist, kann der
Versatz eines Punkts M im Bezugssystem der Modi η1, η2 durch das Diagramm der
- η1 und η2:
- Referenzachsen und Koordinaten im Bezugssystem,
- ω
- Winkelfrequenz der Schwingung des Resonators,
- Ω
- Rotationsgeschwindigkeit 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 Linie zur Änderung des Funktionsmodus sowie zur Korrektur der Funktion durch Verwendung gespeicherter Fehlermodelle,
- M:
- beweglicher Punkt, der den Zustand der Schwingung darstellt,
- ω1 und ω2:
- Winkelfrequenzen der zwei progressiven Wellen, resultierend aus der Zerlegung der stationären Welle mit der Winkelfrequenz ω.
- θ:
- Inklination der Hauptachse der Ellipse, die der Schwingung in der Ebene der Modi entspricht, in den Referenzachsen η1 und η2, verbunden mit dem Behälter des Resonators,
- η₁ → oder R →:
- ein den beweglichen Punkt M repräsentierender Vektor an der Markierung η1, η2,
- 2a und 2b:
- Haupt- und Nebenachsen der Ellipse, die der Schwingung entsprechen,
- VCO1 und VCO2:
- spannungsgesteuerte Oszillatoren, die bei den Frequenzen ω1 und ω2 arbeiten,
- R₁ → und R₂ →:
- 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 anzutreiben,
- 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 – ω2)/2,
- Cp:
- Steuersignal der Präzession.
- η 1 and η 2 :
- Reference axes and coordinates in the frame of reference,
- ω
- Angular frequency of the oscillation of the resonator,
- Ω
- Rotational speed of the container,
- α
- Shape coefficient, <1.
- f 1 and f 2 :
- Forces applied along the axes η 1 and η 2 , primarily intended to compensate for the losses and to correct the anisotropy of the frequency and secondly to change the mode of operation and to correct the function by using stored fault models,
- M:
- moving point representing the state of the 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 oscillation in the plane of the modes, in the reference axes η 1 and η 2 , connected to the container of the resonator,
- η₁ → or R →:
- a vector representing the movable point M at the mark 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 ,
- R₁ → and R₂ →:
- Vectors with the respective modules r 1 and r 2 , which respectively 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 at a constant value,
- for 1 and 2 :
- Radial forces exerted on the resonator to remove the quadrature amplitudes
- Ω:
- Rotational speed of the container of the resonator,
- Ω p :
- Precession speed, corresponds to (ω 1 - ω 2 ) / 2,
- C p :
- Control signal of precession.
Die
In
der
Die Komponente der Schwingung mit der Amplitude b, die auch als 90° Drehung bezeichnet werden kann, provoziert das Auftauchen parasitärer Ableitungen des Schwingungsfelds, die die Qualität der Messungen bei der Arbeit des Gyroskops verschlechtern.The Component of the vibration with the amplitude b, which is also called 90 ° rotation can be designated provokes the emergence of parasitic derivatives of the vibration field, which is the quality of the measurements at work of the gyroscope.
Gemäß der Erfindung sind zum Antrieb der Schwingung zwei Steuerungen in sämtlichen Fällen vorgesehen für:
- – die Aufrechterhaltung der Amplitude a (oder a2 + b2, d. h. der Energie) durch Kompensation der Verluste;
- – Verringerung der Quadratur des Raums b auf Null.
- The maintenance of the amplitude a (or a 2 + b 2 , ie the energy) by compensation of the losses;
- - Reduce the squaring of space b to zero.
Zusätzlich ist für das Funktionieren des Gyrometers oder zur Kalibrierung eine dritte Steuerung notwendig:
- – eine externe Präzisionssteuerung, um die Achse der Schwingung mit einer Präzisionsgeschwindigkeit Ωp drehen zu lassen, die weiter unten definiert wird.
- An external precision control to rotate the axis of vibration 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 OM → als Resultierende von R₁ → + R₂ → angesehen werden kann, wobei der Vektor R₁ → des Strahls r1 = (a + b)/2 mit der Geschwindigkeit +ω dreht und wobei der Vektor R₂ → des Strahls r2 = (a – b)/2 mit der Geschwindigkeit –ω dreht, wenn der Behälter fest steht.To allow the decomposition into two progressive waves of different frequencies ω 1 and ω 2 , it should be noted that the vector OM → can be regarded as the result of R₁ → + R₂ →, where the vector R₁ → of the beam r 1 = ( a + b) / 2 rotates at the speed + ω and wherein the vector R₂ → 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 R₁ → und R₂ → entsprechend ω1 = ω – Ω und ω2 = ω + Ω.If you let the container rotate at a speed of Ω, the velocities of the vectors R₁ → and R₂ → corresponding to ω 1 = ω - Ω and ω 2 = ω + Ω.
Der Antrieb der Schwingung kann durch die Steuerung zweier Oszillatoren erfolgen, die jeweils zwei alternative phasenverschobene Signale auf eine Weise zur Verfügung stellen, dass ihre Ausgänge, die an die Elektron angelegt werden, zwei Vektoren bilden, die mit den Frequenzen ω1 und ω2 drehen. Die Vektoren V₁ → und V₂ → repräsentieren die Ausgänge der beiden gesteuerten Oszillatoren VCO1 und VCO2, die in die Position R₁ → und R₂ → gesteuert werden müssen. Dies impliziert die Messung oder die Berechnung der Phasenverschiebung zwischen R₁ → und V₁ → sowie zwischen R₁ → und V₂ →.The oscillation can be driven by the control of two oscillators, each providing two alternative phase shifted signals in such a way that their outputs applied to the electron form two vectors rotating at the frequencies ω 1 and ω 2 , The vectors V₁ → and V₂ → represent the outputs of the two controlled oscillators VCO 1 and VCO 2 , which must be controlled in the position R₁ → and R₂ →. This implies the measurement or the calculation of the phase shift between R₁ → and V₁ → and between R₁ → and V₂ →.
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:
Der
Ausdruck V₁ → ∧ R₂ → ergibt
nach Filterung ein Signal 0, da die Vektoren V₁ → und R₂ → in entgegengesetzter
Richtung drehen, woraus:
V₁ → ∧ OM → =
sin(V₁ →, R₂ →·)
= arg(V₁ →, R₁ →)) = ξ1, mit ξ1 als Fehlersignal, oder:
V₁ → ∧ OM → = η2·cosω1t – η1·sinω1t.The expression V₁ → ∧ R₂ → gives after filtering a signal 0, since the vectors V₁ → and R₂ → rotate in the opposite direction, from which:
V₁ → ∧ OM → = sin (V₁ →, R₂ → ·) = arg (V₁ →, R₁ →)) = ξ 1 , with ξ 1 as error signal, or:
V₁ → ∧ OM → = 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 Zusammenstellung wird für den zweiten Weg eingesetzt.Under the condition of using the oscillators, the square wave signals the amplitude 1 available multiplication takes place simply with the help of the multipliers with +1 and -1 and an adder, which if the signals are analog, a operational amplifier can be. An identical compilation will be for the second Way inserted.
Die
Mittel zu Messung der Phasenverschiebung sowie der Aufhebung der
Phasenverschiebung können
als Konsequenz dessen die in
Die
Komponenten
Man
erhält
auf diese Weise zwei Ausgänge
Messung und Regulierung der Amplitude der zwei WellenMeasurement and regulation of Amplitude of the two waves
Die
Amplitude von jeder der beiden kontrarotativen Wellen, welche gegenüber der
empfindlichen Achse rotierend sind, wird durch die Bildung eines
Skalaproduktes anstelle eines vektoriellen Produkts durchgeführt. Man
kann hierzu zwei Operatoren
Die algebraische Gleichung bleibt ein Typ mit zwei Multiplikationen reeller Größen sowie einer Addition, die zwei Modulatoren sowie einen algebraischen Zusatz notwendig macht.The algebraic equation remains a type with two multiplications real sizes as well an addition, the two modulators and an algebraic addition necessary.
Wenn
man annimmt, dass VCO1 und VCO2 Amplitudensignale
gleich 1 zur Verfügung
stellen, so hat man für
Nach der Filterung entspricht das Resultat r1; r2 wird auf dieselbe Weise erhalten; man disponiert daher:
- – zwei Komponenten η1 und η2 des Vektors OM →,
- – zweimal zwei Komponenten der drehenden Vektoren R₁ → und R₂ →.
- Two components η 1 and η 2 of the vector OM →,
- - Twice two components of the rotating vectors R₁ → and R₂ →.
Man kann daher die Amplitude von jeder der kontrarotativen Wellen auf einem Instruktionswert halten, indem man die zu den Vektoren R → normalen Antriebskräfte ft abschickt, d. h. Tangenten an die kreisförmigen Bahnen. Die Kompensationskräfte müssen den Amortisationskräften gleich und diesen entgegengesetzt sein, welche durch den Geschwindigkeitsvektor induziert werden.It is therefore possible to keep the amplitude of each of the contrarotating waves at an instruction value by sending out the normal driving forces f t to the vectors R →, ie tangents to the circular paths. The compensation forces must be equal to and opposite to the payback forces induced by the velocity vector.
Das
Prinzip der Steuerung wird in
Aufhebung bei der Phasenverschiebung von 90°Cancellation at the phase shift of 90 °
Diese Aufhebung ist einfach. Es reicht aus, denselben Wert r0 an die Instruktionen r01 und r02 zur Steuerung der zwei Amplituden zu geben. Im Effekt ist b = r1 – r2.This suspension is easy. It suffices to give the same value r 0 to the instructions r 01 and r 02 for controlling the two amplitudes. In effect, b = r 1 - r 2 .
PräzessionssteuerungPräzessionssteuerung
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:
- – wird die Geschwindigkeit ω1 von R₁ → um Ωp erhöht
- – die Geschwindigkeit ω2 von R₂ → um dieselbe Menge Ωp verringert, da: θ = +Ωp·t ω1 = ω + Ωp ω2 = ω – Ωp
- - The speed ω1 of R₁ → is increased by Ω p
- - The speed ω 2 of R₂ → reduced 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 which is normal to the orbit and therefore makes 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:
fp =
2m·Ωpωr
mit
m = k/ω2 The tangential velocity v corresponds to ω · r. It can be seen that in this way the Coriolis formula is obtained:
f p = 2m · Ω p ωr
with m = k / ω 2
Die
Präzessionskräfte, die
parallel zu den Vektoren R₁ → und R₂ → sind, erhält man durch einfache Multiplikation
der Vektoren V₂ → oder V₂ → mit einem Skalar Cp,
was eine Modulation ergibt; die Zusätze, die den Ausgängen der
Multiplikatoren
Wenn man die Vektoren V₁ → und V₂ → anordnet, kann man daraus den sin 2θ sowie cos 2θ folgern, durch ein Vektorprodukt der Vektoren V₂ → ∧ V₁ → sin 2θ und ein Skalarprodukt V₂ →·V₁ → = cos 2θ.If one orders the vectors V₁ → and V₂ →, one can from the sin 2θ and cos 2θ conclude, by a vector product of the vectors V₂ → ∧ V₁ → sin 2θ and a scalar product V₂ → · V₁ → = cos 2θ.
Das
globale Schema des Schaltkreises kann das in
In
der Übersicht
der
In
der
Das
Energieniveau der Schwingung ist durch die Einführung eines Instruktionswerts
r0 durch eine externe Steuerung in den Additionatoren
Die
Komponenten fr1 und ft1 werden
in einem Doppeladditionator
Die
Schließlich umfaßt die in
Claims (7)
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