DE19748294B4 - Apparatus for measuring rotation with a vibrating mechanical resonator - Google Patents

Apparatus for measuring rotation with a vibrating mechanical resonator Download PDF

Info

Publication number
DE19748294B4
DE19748294B4 DE1997148294 DE19748294A DE19748294B4 DE 19748294 B4 DE19748294 B4 DE 19748294B4 DE 1997148294 DE1997148294 DE 1997148294 DE 19748294 A DE19748294 A DE 19748294A DE 19748294 B4 DE19748294 B4 DE 19748294B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
resonator
transducers
amplitude
control
phase
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE1997148294
Other languages
German (de)
Other versions
DE19748294A1 (en
Inventor
Pierre Leger
Alain Jeanroy
Alain Renault
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Electronics and Defense SAS
Original Assignee
Sagem Defense Securite SA
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 Sagem Defense Securite SA filed Critical Sagem Defense Securite SA
Publication of DE19748294A1 publication Critical patent/DE19748294A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19748294B4 publication Critical patent/DE19748294B4/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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
    • 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

Landscapes

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

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 ...

Figure 00000001
Figure 00000001

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.
The present invention relates generally to rotational measurement devices comprising:
  • 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 ( EP 0 578 519 A1 ).Such devices use resonators that can take pronouncedly different forms. The resonator may have an annular structure; it may be formed from a circular or square plate; it may be in the form of a shell fixed to the ground, with the transducers and transducers distributed around the edge of the shell; it may also comprise an array of four vibrating beams, each distributed around the angles of a rectangle ( EP 0 578 519 A1 ).

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 ( EP 609 929 A1 ) oder mit Wellen zylindrischer Oberfläche ( US 4 384 409 A ). Die vorgesehenen Vorrichtungen machen jedoch nach wie vor Schaltkreise notwendig, die komplexe Berechnungen durchführen und/oder eine große Anzahl von Wandlern aufweisen.Likewise, it has been proposed to use this combination in the case of devices having an annular resonator ( EP 609 929 A1 ) or with shafts of cylindrical surface ( US 4,384,409 A ). However, the proposed devices still require circuits that perform complex calculations and / or have a large number of transducers.

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 EP 0 609 929 A1 ist, welches bereits zitiert wurde, wird durch Wandler entsprechend den bestimmten Richtungen, relativ zu den Richtungen der Aufnehmer gesteuert, für einen Schwingungsmodus, bei dem n2 entspricht, was die Verwendung der Kontroll/Steuerelektronik des Resonators für einen anderen Schwingungsmodus oder für einen anderen Resonatortyp ausschließt.Likewise, to the present day, these calculations and the arrangement of the transducers and transducers are generally matched to a single type of resonator. For example, the resonator with a ring, the subject of the patent EP 0 609 929 A1 which is already quoted is controlled by transducers corresponding to the particular directions relative to the directions of the transducers for a vibrational mode where n2 corresponds to the use of the resonator's control electronics for another mode of oscillation or another type of resonator excludes.

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

Figure 00030001
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
Figure 00030001
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.
In these equations is:
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.
One uses these relations by arranging the transducers and transducers in such a way that:
  • 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 1 zuzulassen 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 notwendig macht.The position and number of transducers and transducers, which depends on the shape of the resonator and its connection, always makes it possible to obtain the outputs η 1 and η 2 and the inputs f 1 and f 2 corresponding to 1 and to use the control electronics as proposed in this figure, which remains independent of the shape of the resonator and, 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 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:

1 ein synoptisches Schema, bestimmt zur Darstellung des Kontroll/Steuerungsmodus der Vorrichtung mit einem Universalmodul; 1 a synoptic scheme intended to represent the control / control mode of the device with a universal module;

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 zweir Ordnung provoziert wurden; 1A a schematic diagram illustrating a possible distribution of the transducers on a circular periphery resonator at rest, the connections of the transducers and transducers with a measurement and excitation circuit and a network of stationary waves in the resonator according to a mode were provoked for order;

2 eine Darstellung der Schwingung eines Punkts des Resonators der 1, in einem Bezugssystem η1, η2, welches dem Modus entspricht; 2 a representation of the oscillation of a point of the resonator of 1 in a frame of reference η 1 , η 2 , which corresponds to the mode;

3 eine Synoptik der Messmittel der Phasenverschiebung sowie der Aufhebung der Phasenverschiebung, einsetzbar für die Umsetzung der Erfindung; 3 a synoptics of the measuring means of the phase shift and the cancellation of the phase shift, can be used for the implementation of the invention;

4 eine Synoptik, welche die verwendbaren Operatoren zur Aufrechterhaltung der Amplitude der kontrarotativen Wellen in einem Resonator darstellt; 4 a synoptic which represents the usable operators for maintaining the amplitude of the contrasting waves in a resonator;

5 eine Synoptik der verwendbaren Operatoren zur Erzeugung eines repräsentativen Signals der zur Provokation einer Präzision anzuwendenden Kräfte; 5 a synoptic of usable operators for generating a representative signal of the forces to be used to provoke a precision;

6 eine Synoptik der gesamten Elektronik einer Vorrichtung zur Messung der Rotation gemäß der Erfindung, welche als Gyrometer oder Gyroskop arbeiten kann. 6 a synoptic of the entire electronics of a device for measuring the rotation according to the invention, which can operate as a gyrometer or gyroscope.

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 12 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.
The invention uses this fact by connecting transducers for measuring the extension of the resonator at several locations about the axis, and transducers for generating attenuation compensation forces with electronics which output two output signals at frequencies whose difference corresponds to the rotational speed ( and whose phase difference corresponds to the angle) and which supplies the transducers in such a way that these forces are generated, which:
  • - 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 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 1 in durchgezogener Linie dargestellt. Wenn der Resonator in seinem Modus zweiter Ordnung vibriert, nimmt er die zwei Extremformen an, die in 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° gegeneinander versetzt angeordnet sind. In der Praxis wird jeder Wandler 14 parallel mit einem gegenüber angeordneten Wandler versorgt, der aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellt ist. Zwei andere Paare von Elektroden 151 , 152 sind um 45° gegenüber den vorher genannten im Bezugssystem der Modi angeordnet.The mechanical resonator can have very different constitutions. By way of example, FIG 1A a resonator 10 In particular, it may be in the form of a disk or shell made of a material such that the resonator has low losses. At rest, the resonator is circular or has a structure that mechanically corresponds to a circular area, as in 1 shown in a solid line. When the resonator vibrates in its second order mode, it assumes the two extremes that are in 1A shown in broken line and greatly enlarged scale when passing through an electronic circuit 12 is excited to its resonant frequency, which in opposite phase two transducers 14 supplied, which are offset by 90 ° from each other. In practice, every converter 14 supplied in parallel with an oppositely arranged transducer, which is not shown for reasons of simplicity. Two other pairs of electrodes 15 1 . 15 2 are arranged at 45 ° with respect to the previously mentioned in the reference frame of the modes.

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 16 (wobei nur die Verbindungen eines einzelnen Aufnehmers dargestellt sind) eine Messung der Amplitude der Schwingung 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 Schwingungsamplitude, wie später noch zu sehen sein wird, aufrechtzuerhalten.The radial offset is measured in the case described at the same angle arrangements, in which the transducers are arranged. For example, two pairs of transducers allow this 16 (showing only the connections of a single transducer) a measurement of the amplitude of the vibration and allow the electronic circuit 12 with the signals of the measurement. The circuit is provided to supply 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 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 12 kann daher auch für einen Resonator mit vier parallelen, vibrierenden Trägern eingesetzt werden, wie z. B. beschrieben in dem Dokument EP-A-0 578 519 , welches bereits genannt wurde.The same device 12 Therefore, it can also be used for a resonator with four parallel, vibrating carriers, such. As 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 einem bestimmten Winkel dreht, neigt das Schwingungsfeld dazu, sich unter dem Einfluß der Coriolis-Kräfte zu verschieben, wobei sich auch der Knoten 18 verschiebt, wenn dem nicht durch die Wirkung eines elektronischen Schaltkreises 12 entgegengewirkt wird und im Moment t beispielsweise einen Winkel θ annimmt. Dieser Winkel ist proportional zur Rotation, welcher der Behälter unterliegt, mit einem konstanten Verhältnis, welches ≤ 1 ist, je nach Typ des Resonators.When the container holding the resonator is in a certain angle through the arrow Ω The oscillation field tends to shift under the influence of the Coriolis forces, including the node 18 shifts, if not by the action of an electronic circuit 12 is counteracted and at the moment t, for example, assumes an angle θ. This angle is proportional to the rotation which the container undergoes, with a constant ratio which is ≤ 1, depending on the type of resonator.

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 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:

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.
Depending on the type of the mechanical resonator, provided that it has a stationary vibration mode with at least order 1, the offset of a point M in the reference frame of the modes η 1 , η 2 can be represented by the diagram of FIG 2 being represented. 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:
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 2 zeigt die Rotationsgeschwindigkeit Ω des Behälters, welcher den Resonator trägt, mit dem Effekt, das Schwingungsfeldsfeld drehen zu lassen und die Hauptachse 2a der Ellipse, welche die Bewegung des Punkts darstellt, beispielsweise 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.The 2 shows the rotational speed Ω of the container supporting the resonator, with the effect of making the oscillatory field of field rotate and the major axis 2a the ellipse, which represents the movement of the point, for example, to rotate at an angle θ. For gyroscope operation, from a measurement of θ, one deduces the angle through which the container of the resonator is rotated by using a scale factor α, which is dependent on the resonator as well as the order of the mode.

In der 2 ist die Schwingung in der Form einer Ellipse dargestellt, die eine Hauptachse des Werts 2a sowie eine kleine Achse des Werts 2b hat. Die Variationen der Koordinaten η1 und η2 eines beweglichen Punkts M als Funktion der Zeit können folgendermaßen lauten: η1 = a cos ωt cosθ – b sin ωt sin θ η2 = a cos ωt cosθ + b sin ωt sin θ In the 2 The oscillation is represented in the form of an ellipse, which is a major axis of value 2a and a small axis of value 2 B Has. The variations of the coordinates η 1 and η 2 of a moving point M as a function of time can be as follows: η 1 = a cos ωt cosθ - b sin ωt sin θ η 2 = a cos ωt cos θ + b sin ωt sin θ

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.
According to the invention, two controls are provided for driving the vibration in all cases for:
  • 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.
In addition, a third control is necessary for the functioning of the gyrometer or for calibration:
  • 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: V₁ → ∧ OM → = V₁ → ∧ (R₁ → + R₂ →) = V₁ → ∧ R₁ → + V₁ → ∧ R₂ → To measure the phase shift, the use of the peculiarity of the vectorial product is suggested to be zero when the two vectors are aligned. In the case of the vector V 1 : V₁ → ∧ OM → = V₁ → ∧ (R₁ → + R₂ →) = V₁ → ∧ R₁ → + V₁ → ∧ R₂ →

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 3 dargestellt sein. Der Eingang η2 bezeichnet die Gesamtheit der Signale, die den Vektor OM → = R₁ → + R₂ → repräsentieren.The means for measuring the phase shift and the cancellation of the phase shift can be as a consequence of the in 3 be shown. The input η 2 denotes the totality of the signals representing the vector OM → = R₁ → + R₂ →.

Die Komponenten 201 und 202 , die die vektoriellen Produkte bilden, aufgrund der Multiplikation der Eingangswerte, alternativ mit +1 oder –1 sowie der Additionen, folgen einer Filterung. Die Fehlersignale ε1 und ε2 werden wieder an VCO1 und VCO2 angelegt.The components 20 1 and 20 2 that form the vectorial products due to the multiplication of the input values, alternatively with +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 221 und 222 , deren Phasen von zwei Vektoren R₁ → und R₂ → gesteuert werden, die die elliptische Schwingung bilden und deren Phasenverschiebung 2θ entspricht.This gives two outputs 22 1 and 22 2 whose phases are controlled by two vectors R₁ → and R₂ →, which form the elliptical oscillation and whose phase shift corresponds to 2θ.

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 241 und 242 verwenden, wie in 4 schematisiert.The amplitude of each of the two contrastive waves, which are rotating with respect to the sensitive axis, is performed by the formation of a scale product instead of a vectorial product. You can do this with two operators 24 1 and 24 2 use as in 4 schematically.

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 241 : V₁ →·OM → = V₁ →·(R₁ → + R₂ →) = V₁ →·R₁ → + V₁ →·R₂ → = r1·cos(V₁ →, R₁ →) + r2cos (V₁ →, R₂ →) Assuming that VCO 1 and VCO 2 provide amplitude signals equal to 1, one has for 24 1 : V₁ → OM → = V₁ → · (R₁ → + R₂ →) = V₁ → · R₁ → + V₁ → · R₂ → = r 1 · Cos (V₁ →, R₁ →) + r 2 cos (V₁ →, R₂ →)

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 →.
After filtering, the result is equal to r 1 ; r 2 is obtained in the same way; one therefore schedules:
  • 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 4 dargestellt. Die Werte r1 und r2 werden in die Additionierer 261 und 262 eingeführt und mit den Instruktionen r01 und 202 verglichen. Die Ausgänge der Additionierer werden mit einem Eingang k bei 281 und 282 verstärkt und an die Multiplikatoren 301 und 302 geschickt, die einfache Multiplikationen durchführen. Die Rotation der Vektoren V₁ → und V₂ →, die vorher an die Multiplikatoren geschickt wurden, wird in 321 und 322 durch eine einfache Inversion der Koordinaten sowie eventuell durch eine Änderung des Vorzeichens durchgeführt.The principle of control is in 4 shown. The values r 1 and r 2 become the additioners 26 1 and 26 2 introduced and compared with the instructions r 01 and 2 02 . The outputs of the adders are provided with an input k 28 1 and 28 2 strengthened and to the multipliers 30 1 and 30 2 sent that perform simple multiplications. The rotation of the vectors V₁ → and V₂ →, which were previously sent to the multipliers is in 32 1 and 32 2 by a simple inversion of the coordinates and possibly by a change of the sign.

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 precession control is necessary for functioning as a gyrometer and / or calibration. For this purpose, a precession Ω p of the gyroscope is produced and for this purpose:
  • - 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 301 und 302 der 4 hinzuzufügen sind, können durch Operatoren der in 5 dargestellten Art generiert werden. Die Multiplikatoren 341 und 342 erhalten die externe Präzessionssteuerung C.The precession forces, which are parallel to the vectors R₁ → and R₂ →, are obtained by simply multiplying the vectors V₂ → or V₂ → by a scalar C p , which gives a modulation; the additions to the outputs of the multipliers 30 1 and 30 2 of the 4 can be added by operators of in 5 be generated type generated. The multipliers 34 1 and 34 2 get the external precession control C.

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 6 gezeigte sein, wo die bereits beschriebenen Elemente dieselben Bezugszeichen tragen.The global scheme of the circuit can be found in 6 be shown where the elements already described bear the same reference numerals.

In der Übersicht der 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. R₁ →, R₂ → etc.In the overview of 6 For example, the tracks of the analog signals are indicated by simple solid lines. The numerical signals coded in n-bits are indicated by the lines carrying the number of bits. Finally, the double lines indicate the paths of the value pairs that represent a vector, such as B. R₁ →, R₂ → etc.

In der 6 sind die bereits in 3 dargestellten Mittel zu finden, die der Messung und Aufrechterhaltung der Schwingungsamplitudesamplitude 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 Numerisationsschaltkreis. Durch Zusammensetzung der so erhaltenen numerischen Signale kann man in einem Additionator 36 den Wert von 2θ erhalten, wobei sich θ durch einfache Verschiebung eines Bits ergibt.In the 6 are already in 3 To find the means used to measure and maintain the Schwingungsamplitudesamplitude and in addition to the input signals, the outputs of the added or subtracted transducer 16 received, depending on their relative position. The interconnection of the VCO includes a numbering circuit. By combining the thus obtained numerical signals can be in an addition 36 get the value of 2θ, where θ results by simply shifting one bit.

Das Energieniveau der Schwingung ist durch die Einführung eines Instruktionswerts r0 durch eine externe Steuerung in den Additionatoren 261 und 262 einstellbar. Dieser Instruktionswert wird als Funktion der mechanischen Charakteristika des Resonators gewählt.The energy level of the vibration is through the introduction of an instruction value r 0 by an external control in the additionators 26 1 and 26 2 adjustable. This instruction value is chosen as a function of the mechanical characteristics of the resonator.

Die Komponenten fr1 und ft1 werden in einem Doppeladditionator 461 kombiniert. Dieselben Komponenten fr2 und ft2 werden in 462 kombiniert. Die Kombination der Werte der resultierenden Kräfte wird in einem Additionator 50 durchgeführt, 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 in a double addition 46 1 combined. The same components for 2 and ft 2 are in 46 2 combined. The combination of the values of the resulting forces is in an addition 50 performed, which divides these on the signals f 1 and f 2 , which the on the converter 14 and 15 correspond to forces to be exercised.

Die 6 zeigt ebenso einen Operator 381 zur Berechnung von sin 2θ, durch ein vektorielles Produkt von V₁ → und V₂ → sowie einen Operator 282 zur Berechnung von cos 2θ, durch ein Skalarprodukt der Vektoren V₁ → und V₂ →.The 6 also shows an operator 38 1 for the calculation of sin 2θ, by a vectorial product of V₁ → and V₂ → and an operator 28 2 for the calculation of cos 2θ, by a scalar product of the vectors V₁ → and V₂ →.

Schließlich umfaßt die in 6 dargestellte Vorrichtung Einrichtungen zur Erzeugung der Resonanzfrequenz F0, ausgehend von Vektor V₁ → und V₂ →. Diese Einrichtungen umfassen zwei Multiplikatoren 401 und 402 . Der Multiplikator 401 empfängt die dem Vektor V₂ → entsprechenden Signale sowie ein Signal einer einzelnen Komponente der durch den vektoriellen Multiplikator 42 und einen Verstärker 44 gebil deten Verschaltung. Der vektorielle Multiplikator empfängt das Ausgangssignal der zwei Multiplikatoren 401 und 402 , wobei der letztere symmetrisch zu 401 ist.Finally, the in 6 illustrated device means for generating the resonant frequency F 0 , starting from vector V₁ → and V₂ →. These facilities include two multipliers 40 1 and 40 2 , The multiplier 40 1 receives the vector corresponding to the vector V₂ → and a signal of a single component of the vectorial multiplier 42 and an amplifier 44 gebil Deten interconnection. The vectorial multiplier receives the output of the two multipliers 40 1 and 40 2 , the latter being symmetrical too 40 1 is.

Claims (7)

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 im Wesentlichen Null ist.Apparatus for measuring rotation around 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, the phase difference of which corresponds to the angle of rotation of the resonator about its axis of rotation corresponding to the sensitive axis and whose amplitudes are such that their composition corresponds to that of the prior art stationary wave provoked, which has a vibration component in phase and a phase-shifted by 90 ° vibration component, wherein the amplitude of the quadrature phase vibration component is substantially zero. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest ein Paar von Wandlern und zumindest ein Paar von Aufnehmern umfasst, die um gleichmäßige Winkel um die empfindliche Achse verteilt sind, um ein Netz von stationären Wellen mit einer Ordnung n größer oder gleich 1 zu erzeugen.Device according to claim 1, characterized in that that they have at least a pair of transducers and at least a pair encompasses transducers that provide even angles around the sensitive one Axis are distributed to a network of stationary waves with an order n greater or equal to 1 to produce. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontroll/Steuerungsschaltkreis Einrichtungen zur Messung und Aufhebung der Phasenverschiebung umfasst, mit zwei Oszillatoren (VCO1, VCO2) die spannungsgesteuert sind und Rechtecksignale einer einheitlichen Amplitude zur Verfügung stellen sowie Operatoren zur Vektormultiplikation (201 , 202 ), die jeweils das entsprechende Produkt des Ausgangs eines jeweiligen Oszillators und eines korrespondierenden Signals der Aufnehmer zur Verfügung stellen, wobei der Ausgang am Eingang der Steuerung des Oszillators anliegt.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the control / control circuit comprises means for measuring and canceling the phase shift, with two oscillators (VCO 1 , VCO 2 ) which are voltage controlled and provide square wave signals of uniform amplitude and vector multiplication operators ( 20 1 . 20 2 ), each of which provides the corresponding product of the output of a respective oscillator and a corresponding signal of the transducers, the output being applied to the input of the control of the oscillator. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontroll-/Steuerschaltkreis Einrichtungen zur Messung der Amplitude der beiden kontrarotativen Wellen sowie zur Aufrechterhaltung derselben auf einem gleichen Instruktionswert (r0) umfasst, mit Additionseinheiten (261 , 261 ), die an einem Additionseingang den Instruktionswert und am anderen Eingang ein das Skalarprodukt des durch die Aufnehmer abgegebenen Signals sowie des Ausgangs des entsprechenden gesteuerten Oszillators aufnehmen, das der reellen Amplitude entspricht.Apparatus according to claim 3, characterized in that the control / control circuit comprises means for measuring the amplitude of the two contrastive waves and for maintaining them at an equal instruction value (r 0 ), with addition units ( 26 1 . 26 1 ), which at an addition input receive the instruction value and at the other input a signal of the scalar product of the pickup and the output of the corresponding controlled oscillator, which corresponds to the real amplitude. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge der Additionseinheit an die Multiplikatoren (301 , 302 ) gegeben werden, und eine Multiplikation der Ausgänge der Oszillatoren, verschoben um 90°, durch einfache Inversion der Koordinaten sowie eventuell durch eine Änderung des Vorzeichens erfolgt.Apparatus according to claim 4, characterized in that the outputs of the adding unit to the multipliers ( 30 1 . 30 2 ), and a multiplication of the outputs of the oscillators, shifted by 90 °, by simple inversion of the coordinates and possibly by a change of the sign takes place. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis zusätzlich Einrichtungen zur Steuerung einer erzwungen Präzession im Hinblick eines Betriebs als Gyrometer umfasst.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the circuit additionally comprises means for controlling a forced precession in terms of operation as a gyrometer. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Steuerung einer erzwungen Präzession Multiplikatoren (341 , 342 ) der Ausgänge der jeweiligen Oszillatoren durch einen Skalarwert (Cp) enthalten, der der erzwungenen Präzession entspricht.Apparatus according to claim 6, characterized in that the means for controlling a forced precession multipliers ( 34 1 . 34 2 ) of the outputs of the respective oscillators by a scalar value (Cp) corresponding to the forced precession.
DE1997148294 1996-10-31 1997-10-31 Apparatus for measuring rotation with a vibrating mechanical resonator Expired - Fee Related DE19748294B4 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9613344A FR2755227B1 (en) 1996-10-31 1996-10-31 ROTATION MEASURING DEVICE WITH VIBRATING MECHANICAL RESONATOR
FR9613344 1996-10-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19748294A1 DE19748294A1 (en) 1998-05-07
DE19748294B4 true DE19748294B4 (en) 2010-07-29

Family

ID=9497245

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1997148294 Expired - Fee Related DE19748294B4 (en) 1996-10-31 1997-10-31 Apparatus for measuring rotation with a vibrating mechanical resonator

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE19748294B4 (en)
FR (1) FR2755227B1 (en)
GB (1) GB2319085B (en)

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
FR2939192B1 (en) 2008-11-28 2010-12-10 Sagem Defense Securite CALIBRATION OF VIBRANT GYROSCOPIC GYROSCOPIC SYSTEMS
FR2939193B1 (en) 2008-11-28 2011-03-04 Sagem Defense Securite CALIBRATION OF VIBRANT GYROSCOPE
FR2959009B1 (en) 2010-04-16 2012-06-29 Sagem Defense Securite GYROSCOPIC MEASUREMENT BY A VIBRANT GYROSCOPE IN PRECESSION
FR2959010B1 (en) 2010-04-16 2013-01-18 Sagem Defense Securite GYROSCOPIC MEASUREMENT IN A NAVIGATION SYSTEM
FR3036788B1 (en) 2015-05-26 2017-06-09 Sagem Defense Securite METHOD FOR CONTROLLING THE PRECESSION OF A VIBRANT GYROSCOPE
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
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

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0609929A1 (en) * 1993-02-01 1994-08-10 General Motors Corporation Vibratory gyroscope controller
GB2299669A (en) * 1995-04-07 1996-10-09 British Aerospace Method for actively balancing the modes of a vibrating structure gyroscope

Family Cites Families (5)

* 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
FR2723635B1 (en) * 1994-08-11 1996-10-18 Sagem VIBRATING GYROMETRIC DEVICE WITH PIEZOELECTRIC EFFECT

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0609929A1 (en) * 1993-02-01 1994-08-10 General Motors Corporation Vibratory gyroscope controller
GB2299669A (en) * 1995-04-07 1996-10-09 British Aerospace Method for actively balancing the modes of a vibrating structure gyroscope

Also Published As

Publication number Publication date
FR2755227A1 (en) 1998-04-30
GB2319085B (en) 2000-12-13
GB9722948D0 (en) 1998-01-07
GB2319085A (en) 1998-05-13
DE19748294A1 (en) 1998-05-07
FR2755227B1 (en) 1998-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69829022T2 (en) Biaxial, micro-mechanical rotary sensor system fulfilling navigation requirements
EP2160566B1 (en) Rotation rate sensor
EP2162702B1 (en) Coriolis gyro
EP1697696B1 (en) Method of measuring an acceleration with the aid of a rotation rate Coriolis gyroscope and a Coriolis gyroscope for carrying out said method
DE19748294B4 (en) Apparatus for measuring rotation with a vibrating mechanical resonator
DE69837905T2 (en) Vibrators and vibratory gyros
EP1706707B1 (en) Method for compensating a coriolis gyroscope quadrature bias and a coriolis gyroscope for carrying out said method
DE19928759B4 (en) Angular rate sensor
DE3433189C2 (en) Device with accelerometers and an inertial platform and inertial platform for such a device
DE19641284C1 (en) Rotation rate sensor with decoupled orthogonal primary and secondary vibrations
DE69704408T3 (en) Rotational speed detection device
WO2005098358A2 (en) Angular rate sensor featuring mechanically decoupled oscillation modes
DE60310135T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR MEASURING CHANGES OF THE SCALING FACTOR IN A VIBRATION GYROSCOPE
DE10195200B4 (en) Vibration-type micro-gyroscope with a planar gimbals structure
DE102010029630A1 (en) Rotation rate sensor for measuring rotation rate of rotational motion of rotatable body, has detection device and coriolis element that are connected by spring for coupling deflection in oscillation level to oscillation of detection device
DE10230528B4 (en) Improvements in a system for eliminating the deviation for a vibrating gyroscope
EP1309834B1 (en) Rotation speed sensor and rotation speed sensor system
DE3414780A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A BODY VIBRATION FOR A LASER GYROSCOPE WITH A LOW Q FACTOR
DE3432150C2 (en)
DE3431615A1 (en) ANGLE SPEED PROBE WITH PARALLEL, VIBRATING ACCELEROMETERS
DE102008057280A1 (en) Coriolis gyroscope, device for a Coriolis gyroscope and method for operating a Coriolis gyro
Kutterer et al. Dynamic cable stiffness and dynamic interaction between cable and beam
Friedland et al. On the Synchronization of Oscillators
DE3500044A1 (en) LASER ANGLE SPEED SENSOR WITH SHAKING MOVEMENT MIRRORS
DE1247057B (en) Angular speedometer

Legal Events

Date Code Title Description
8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: GROSSE, BOCKHORNI, SCHUMACHER, 81476 MUENCHEN

8110 Request for examination paragraph 44
8125 Change of the main classification

Ipc: G01C 19/56 AFI20051017BHDE

8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: GROSSE, SCHUMACHER, KNAUER, VON HIRSCHHAUSEN, 8033

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: SAGEM DEFENSE SECURITE S.A., PARIS, FR

8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20120501