NO155864B - Digitalisert giversystem. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et giversystem for bruk ved

en inertsialnavigasjonsenhet av den art som angitt i innledningen til krav 1.

Det digitaliserte giversystemet ifølge foreliggende oppfinnelse er ment å frembringe et digitalisert feilsignal fra giverelementene til konvensjonelle inertialsensorer, dvs. gyroskoper og akselerometere. Digitalfeil kan så bli introdusert til mikrodatamaskinkretsen, hvor innfangningssløyfestabilitet blir tilveiebragt.

De konvensjonelle inertialsensorene er enten forsynt med variabel induktans eller variable katasitansfeilgivere sammen-satt av to diametralt motstående elementer. Forskyvningsfeil i sensoren bevirker luftgapvariasjoner som øker reaktansen til et element og reduserer det til dens motstykke.

Tidligere kjente giversystem hvor giverfeilsignal blir frembragt, bygger på forbindelsen av giverelementene i serie og som eksiterer hver ende av kombinasjonen med den annen polari-tet med balanserte bæresignaler i forhold til jord. Et feilsignal, relativt i forhold til jord, fremkommer så ved knutepunktet til giverelementene. Dette signalet blir normalt tilført en bærebølgeforsterker, så en demodulator, eksitert av en bærebølgereferanse, hvis utgangssignal er den analoge verdien av forskyvningsfeilen i sensoren. Tidligere kjente giversystem-har innfangningssløyfer for disse sensorene, som krever anvendelsen av kretsen ovenfor, og bruken av en analog/ digital-omformer mellom analogfeil og digitalprosessorinngan-gen.

Fra britisk patent nr. 1 473 549 er det kjent et digitalt giversystem for avføling av forskyvning hvor det inngår en oscillatorkobling forbundet med to giverelementer og tilpasset for sekvensmessig valg av et giverelement, idet oscil-latorens eller kippsvingerens frekvens er en funksjon av giverkapasitansen, som igjen endres med forskyvningen, dato-omformere forbundet med kippsvingeren for å måle en periode gitt av svingefrekvensen med det valgte giverelement, samt logisk innretning forbundet med dataomformeren for å tilveiebringe periodeforskjellen som mål for forskyvningen på

en digital fremvisningsenhet.

Den primære ulempen med tidligere kjente giversystem, er omfanget til den nødvendige kretsen, dvs. en referanseeksi-teringskilde, en eksiteringstransformator, en forforsterker, en demodulator og en standard analog/digital-omformer.

En andre ulempe ved de tidligere kjente giversystemene, er følsomheten for digitalutgangssignalet i forhold til forskyvning av demodulatoren og analog/digital-omformeren, sammen-lignet med virkelig ufølsomhet mot forsterkerforskyvnings-spenning i kretsen ifølgec foreliggende oppfinnelse.

I samsvar med en utførelsesforme av foreliggende oppfinnelse, blir ovenfor nevnte omfang av kretsen gjort til et minimum ved bruk av en relaksjonsoscilator forbundet med giverelementene, en dataomformer forbundet med relaksjonsoscilatoren, og logisk innretning forbundet med dataomformeren som har en utgang for tilveiebringelse av en digital fremstilling av giverforskyvningen.

Et formål med foreliggende oppfinnelse, er tilveiebringelse

av et digitalisert giversystem for bruk sammen med en inertial sensor til en inertial nagivasjonsenhet, hvor omfanget og størrelsen og kostnaden for kretsen blir gjort til et minimum.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et digitalisert giversystem for bruk ved en inertial sensor til et inertialt nagivasjonssystem hvor følsomheten for> forsterker-forskyvning blir gjort til et minimum.

Ifølge foreliggende oppfinnelse blir ovenfornevnte tilveiebragt ved hjelp av et digitalisert giversystem av den art som angitt i innledningen, hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av underkravene.

i

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et blokkdiagram over et digitalisert giversystem ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser en skjematisk tegning'over en sensorkretsdel for systemet på fig. 1 Fig. 3 viser et blokkdiagram av en styrekretsdel til systemet på fig. 1. Fig. 4A og 4B viser skjematisk to deler av styrekretsen på fig. 3. Fig. viser et digitalisert giversystem 10i. Det digitaliserte giversystemet 10 har en treghetsmålerenhet 12 og en giverdigi-taliseringskrets 14. Treghetsmåleenheten 12 har en første gyro, en inertialsensor 16 og en andre gyro, eller inertialsensor 18. Den første gyroen 16 har en første giverenhet 20, og en andre giverenhet 22. Giveren 20 har et første giverelement 24 og et andre giverelement 26. Giveren 22 har et første element 28 og et andre element 30. Den andre gyroen 18 har en første giverenhet 32 og en andre giverenhet 34. Giveren 32 har et første element 36 og et andre element 38. Giveren 34 har et første element 4 0 og et andre element 42. Tidligere kjente gyroer, slik som gyroen 16 og gyroen 18, er vist og beskrevet i US patent nr. 3.354.726.

Som vist på fig. 1, har giverdigitaliseringskretsen 14 en sensorkrets 44, en styrekrets 46 og en datakjede 48.

På fig. 2 er vist en sensorkrets 44. Sensorkretsen 44 har

en høyhastighetsdifferensialforsterker 50, en multiplekser 52, en dobbeltteller 54, som har en sensorkanaltellerseksjon 56 og en sensorindekstellerseksjon 58. Sensorkretsen 44 har

også en inverterenhet 60, en komparator 62, og en dualmulti-vibratorenhet 64, som har en første monostabil vippe 66 og en andre monostabil vippe 68. Sensorkretsen 44 har også et styre flip-flop 70, et forsterkernett 72, en vippe og komparatorinngangsnettverk 74, et referansemotstandsnettverk 76,

og et trimmemotstandsnettverk 78.

En relaksjonsoscilator utgjøres av den tidligere nevnte forsterkeren 50, multiplekseren 52, komparatoren 62, forsterker-nettverket 72, inngangsnettyerket 74, og referanseresistans-nettverket 76. Den logiske innretningen utgjøres av den tidligere nevnte sensorkanaltelleren 56, indekstelleren 58, inverterenheten 60, vippen 64 og styrefloppen 70.

På fig. 3 er styrekretsen 4 6 vist. Styrekretsen 46 innbefatter en styreperiodeteller 80, en styrekanalteller 81, en portgenerator 82, og en portført teller 83. Kretsen 46 har også

eft klokkeoscilator 84, som fortrinnsvis er en krystallstyrt, temperaturkompensert oscilator, en overføring for tilbake-stillingsstyrekrets 85, og en dataprosessor 87.

En dataomformer er dannet ved hjelp av tidligere nevnte portgenerator 32, portført teller 83, og klokkeoscilator 84.

En ytterligere del av den logiske innretningen innbefatter styreperiodetelleren 80, styrekanaltelleren 81, overførings-og tilbakestyringskretsen 85 og dataprosessoren 87.

På fig. 4A og fig. 4B, innbefatter styreperiodetelleren 80 skyveregisteret A4, porten A15B og rippeltelleren A9A.

Styrekanaltelleren 81 innbefatter flip-flop'en Al, porten

A8B og rippeltelleren A9B. Portgeneratoren 82 innbefatter flip-flop'ene til A10. Den portførte telleren 83 innbefatter porten A15D, og rippeltellerne A14, A13A, A13B og A12A. Klokkeoscilatoren 84 med høy frekvens innbefatter A2 0. Over-førings- og tilbakestyrings-styrekretsen 85 innbefatter flip-flop' ene til A2, porten A8D og skyveregisteren A7. Datapro-sessoren 87 innbefatter rippeltelleren A19, utgangsdatafor-skyvningsregisterene A17 og A18, takt- og styre-flip-flop•ene til A16, A22, A24, A25, 64 bitskyveregisterene A29, A30, guad 1 til 2 velger A28, og adderer/subtraherer A27.

Hver av ovenfor nevnte A-nummerdeler har respektive kontakt-stifter, merket 1, 2, 3 etc, som vist på fig. 4A og 4B.

Det skal bemerkes at fig. 4A er avskåret ved bunnen, slik at fig. 4B ved toppen tilsvarer denne enden, slik at de fire terminalene således på bunnen av fig. 4A tilsvarer de på fig. 4B, kuttet langs en felles linje.

Giverkretsen 14, som er konstruert for å tilføre N kanaler med data innbefattende sensorkretsen 44 og styrekretsen 4 6 som vist på fig. 1. Sensorkretsen 44 innbefatter: a) 2N identiske presisjonsmotstander i nettverket 76, som er forbundet i serie med 2N individuelle giverelementer 24, 26, 28, 30, 36, 38, 40, 42, med en felles driver 90 for en felles jord. b) 2N kanalmultiplekser 52, som som følge av en digital valgt kode velger i sekvens den ujordede siden til hvert giverelement for overføring til komparatoren 62. c) Differensialkomparator 62 med multiplekserut-gangen forbundet med en inngangsterminal og en motstandsdeler mellom driveren og motstands/ givermatrisen og jord, forbundet med den andre inngangen. d) Forsterker 50, hvis utgangssignal tilfører driv-signal til motstanden/givermatrisen, og hvis inngang blir tilført signal fra komparatorens utgang, og som tilveiebringer effektforsterkning og nivå-forskyvning som krevd for komparatorsignalet. e) Indekstelleren 58, som blir tilført en puls fra styrekretsen 46 på datakjeden 48 og leverer en

fremføringspuls til kanaltelleren 56.

f) Kanalteller 56 som fremfører en tellerverdi etter hver utgarigspuls fra indekstelleren 58,

og som har 2N binært trinn og hvis utgang til-fører velgerkode til multiplekseren 52.

Styrekrets blokkdiagrammet er vist på fig. 3. Styrekretsen

46 innbefatter

(a) En periodeteller 80 som blir indekset ved hjelp av hver puls på datakjeden og anordnet for å velge et forutbe-stemt antall svingningsperioder for måling, (b) en kanalteller.81, indekset ved hjelp av et utgangssignal til periodetelleren, og benyttet for å generere en puls på datakjeden etter hver kanalmåling, og en dobbelt-puls etter hver fullført sekvens med kanalmålinger, (c) en portgenerator 82, som aksepterer datakjedepulser og et ugangssignal fra periodetelleren og genererer en taktportpuls ved densf-utgang, (d) en portført teller 83 som teller pulser i løpet av taktportføringen, hvor pulsene er utledet fra

(e) en høyfrekvensklokkeoscilator 84,

(f) en overførings- og tilbakeinnstillingsstyrekrets 85, som ved slutten ay, hver taktportføring først tilveiebringer en overføringspuls for å bevirke en overføring av data fra den portførte telleren, og så en tilbakestillingspuls for å tilbakestille den portførte telleren, (g) en dataprosessor 87 som godtar digitaldata fra den portførte telleren ved mottagelse av overføringspuls og sekvensmessig beregner forskyvningsfeil for hver sensor ved å generere forskjellen mellom to egnede dataord inngangssigna-ler fra den portførte telleren, og formater disse feilberegn-ingene for innføring til digitalfilterne i sensorinnfangnings-sløyfene.

Konstruksjonsdetaljer, slik'som forbindelsene og motstandene til sensorkretsen 44 og styrekretsen 46, blir forklart nærmere senere, og dens drift vil også bli forklart senere.

Som vist på fig. 2, har forsterkeren til sensorkretsen 44 en inverterende inngangsledning 86, en ikke-inverterende inngangsledning 88, og en utgangsledning 90.

Multipleksoren 52 har en positiv tilførselsledning 92, en negativ tilførselsledning 94, første jordede ledning 96, andre jordede ledning 98, første valgkodeledning 100, en andre valgkodeledning 102, en tredje valgkodeledning 104, flere signalinngangsledninger 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 og en utgangsledning 121.

Kanaltelleren 56 har en inngangsklokkeledning 122, utgangs-forbindelsesstifter 124, 126, 128, som er forbundet med henholdsvis ledningen 100, 102, 104, og innbefatter en tilbakeinnstillingsledning 130.

Indekstelleren 58 har en inngangsledning 132, utgangsledninger 134, 136 og en tilbakeinnstillingsledning 138.

Inverterenheten 60 har en første inverter 140, en andre inverter 142, og en tredje inverter 144. Den første inverteren 14 0 har en inngangsledning 14 6 og en utgangsledning 148. Den andre inverteren 142 har en inngangsledning 150 og en utgangsledning 152. Inngangene 146 og 150 er parallelt forbundet. Utgangene 148 og 152 er også paralleltforbundet for å tilføre tilstrekkelig driv til datakjedenettverket (A8) 72. Den tredje inverter 144 har en inngangsledning 154, og en utgangsledning 156. Inngangsledningen 154 mottar den minst vektige biten (LSB) for den periodiske telleren 58 på linjen 136. Utgangen på ledningen 156, som er forbundet med klokkeiLednin-gen 122, blir trukket opp til +5V når den er ved logisk "1".

Ved inverterenheten 60, blir utgangene 148 og 152 bragt opp til +5V ved hjelp av motstanden 158, og utgangen 156 ble bragt opp til +5V ved hjelp av motstanden 160.

Komparatoren 62 har en inverterende inngangsledning 162, en ikke-inverterende inngangsledning 164, en sann utgangsledning 166 og en komplementær utgangsledning 168.

Den første vippen 66 har en klokkeinngangsledning 170, en positiv utgang Q ledning 172, en negativ utgang Q ledning 174, og en taktstyreinngangsledning 176. Den andre vippen 68 har en klokkeinngangsledning 178, en negativ utgang Q ledning 180 og en taktstyreinngangsledning 182.

Styre flip-flop'en 70, som er et flip-flop av J-K typen har en J inngangsledning 184, som er forbundet med jord, en K inngangsledning 186 som er forbundet med +5V, en klokkeinngangsledning 188, en Q utgangsledning 190, og en forhånds-innstilt inngangsledning 192.

Forsterkernettverket 72 har en første nivåhevemostand 194

og en andre nivåhevemotstand 196, som bevirker heving av spenningsnivået ved utgangsledningene 166 og 168 til komparatoren 2 til +5V. Nettverket 72 har også en tredje motstand 198, en fjerde motstand 2 00, en femte motstand 2 02, og en sjekke motstand 204. Motstandene 198, 200, 202 og 204 er anordnet slik at forsterkeren 50 tilføres en invertert for-sterkning av den sanne utgangen til komparatoren 62.

Som vist på fig. 2, har inngangsnettverket 74 en motstand 2 06, en kondensator 2 08 som styrer bredden på vippens 66 utgangspuls. Nettverket 74 har også en motstand 210 og en kondensator 212 som styrer bredden på vippens 68 utgangspuls. Nettverket 74 har også en første motstand 214 og en andre motstand 216, som danner en deler for utgangssignalet til forsterkeren 50, ofr innføring av ikke-inverterende inngangsledning 164 til komparatoren 62. Nettverket 74 har også en kondensator 218 som er anordnet parallelt med den andre motstanden 216, for å tilveiebringe en høyfrekvensfiltrering. Nettverket 74 har også en også en kondensator 220 som blir anvendt som et høyfrekvensfilter for multiplekserens utgang 121, som også er forbundet med komparatoren 62 som ikke-

inverterende inngangsledning 164.

Referansemotstandsnettverket 76^har åtte stabiliseringsmot-stander 222, 224, 226, 228, 230, 232, 234, 236.

Trimmemotstandnettverket 78 har 8 valgte motstander 238, 240, 242, 246, 248, 250, 252 som er valgt i løpet av trimmedriften og har åtte skjønntrimmemotstander 254, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268 som også er valgt i løpet av trimmedriften. Trimmenettverket 78 er anordnet slik at hvert giverelement, f.eks. giverelementet 24, blir tilført strøm fra forsterkerens 50 utgang gjennom høystabiliseringsmotstanden 220, serietrim-motstanden 238, og shunttrimmemostanden 254 over kombinasjonen til de tilliggende to motstandene 222 og 238.

En generell' forklaring av driften av giversystemet 10 er beskrevet senere.

Giverdigitaliseringen av giversystemet 10 består av uavhengig sekvensmessig måling av induktanser til de to diametralt motsatte kjerner, f.eks. 24, 26 til standardgiveren for gyroen 2 0 og. bestemmelsen av gyroforskyvningsfeilen som proporsjonal i forhold til forskjellen til disse målingene. Induktansmålin-gen blir utført ved innføring av kjerneimpedans (primært L) til en astabil vippe 64, hvis svingningsfrekvens er en direkte funksjon av R/L, hvor R er en høyt stabil motstand, f.eks. 222, anordnet i serie med giverkjernen 24. Perioden til vippesvingingen (direkte proporsjonalt med L) blir målt ved å portført en høyfrekvent klokke til en teller ( 64 MHz benyttet i foreliggende krets). Et giverelement med induktansen L-^ blir først valgt av multiplekseren og det blir ut-ført en digital måling av den resulterende svingeperioden.

Så blir giverens motsatte element med induktansen valgt

og en lignende måling blir utført. Forskjellen mellom disse to digitale målingene blir så beregnet, og blir et mål for giverforskyvningen. Feilen avfølt av giverkretsen 14 er således proporsjonal med (L^-L2) hvor L1 og L2 er respektive

induktanser for motsatte kjerner til en giverenhet. Feilen avfølt ved standard tidligere kjent analogsystem er direkte proporsjonalt med (<L>^<-L>2)/(I^+<I>^)• Siden (L^+L2) i virke-ligheten er konstant for småfeilvinkler, frembringer foreliggende oppfinnelse og analogsystemer i dét vesentlige samme feilreaksjoner.

Giver kretsen 14, som vist: >på fig. 1:, er i hovedsaken utført med sensorkretsen 44 antatt å1 være på plattformen forbundet ved hjelp av en datakjede 48 med styrekretsen 46, som er fjerntliggende for plattformen som gyroene 16 og 18 er mont-ert på. Ved foreliggende prinsipp, blir antatt av likestrøm-forsyningsspenningen (<±>10 til ^lSV) nødvendig for sensorkretsen 14, er tilgjengelig på plattformen. +5V likestrøm er også nødvendig.

Sensorkretsen 44 er skjematisk vist på fig. 2. Den består

i hovedsaken av en frittløpende vippe med multiplekset til-bakekoblingsbaner fra 8 kjerner, 24, 26, 28, 30, 36, 38, 40, 42, til et 4-aksel system, eri kanalteller 56 som mottar pulser fra styrekretsen 46 og styrer multiplekserindeksingen,

og komponentene til en datakjede 48 som fører ovenfor nevnte pulser fra styrekretsen og også sender pulser til styrekretsen 46 på det negativblivende utslag til vippen 64. Serie og shunttrimmeevnen til resistanen i serie med kjernen blir tilveiebragt for sekvensjustering og givernulling. Høyhastig-het skomponen ter blir benyttet i vippen 64 og datakjeden 48 for å gjøre dirring og skarpe flankekanter som er tilstede til et minimum for høyoppløsningsperiodemåling i styrekretsen 46.

Styrekretsen 46 er skjematisk vist på fig. 3. Den består av: Datakjedekomponehter for kommunikasjon med sen sorkretsen 44.

En kanalteller 81 som sporer kanaltelleren 56 til sensorkretsen 44, og frembringer en kanalteller-tilbakestillingspuls sendt til sensorkretsen 44 over datakjeden 48 for riktig synkronisering av begge tellerene.

En periodeteller 80 som bestemmer antall perioder for vippesvingingen som skal bli tellet for hvert kjernevalg.

En portført teller 83 som teller totaltiden nød-vendig for antall perioder med valgt svinging. Denne portførte eller innbefatter et 16 bits utgangs skyveregister A17, A18, til hvilket portførte tellerutgangssignal er parallelt overført, og fra hvilket denne dataen seriemessig blir forskjøvet til lagerskyveregister i en dataprosessor 87 som beskrevet senere.

En 64 MHz krystalloscilator 84 som tjener som en klokke for porttelleren og en referanse fra hvilken forskjellige skyvepulstog blir generert.

En dataprosesser 87 som innbeholder fire 64 bits lagerskiveregister A29, A30, som seriemessig lag-rer porttellerutgangssignaler når de blir generert og fører denne data i 64 bits strenger etter hver identitetsspørrepuls. Dataprosessoren 87 innbefatter en serie substraktorer A27 som aksepterer 64 bits strenger og bevirker subtrahering av de

nyeste B kjernemålingene fra de nyeste A kjernemålingene og fører ut 64 bits feil dataord etter hver identitetsspørring. (En giver består av to diametralt motsatte kjerner A og B). Dataprosessoren har også en nedtellingskjede som tilveiebringer frekvenser fra 64 MHz til 250 KHz og forskjellige sekvensmessige styre- og skiftpulsgenererende kretser.

Det vesentlige formål med styrekretsen 46 er målingen av sving-ningsperioden til vippen når den "sempler" hver giverkjerne. Svingningsfrekvensen er bundet ved dens øvre ende ved parasitt-virkninger i kjernene, og ved den nedre enden Ved effektbe-traktninger. Et fornuftig midtpunkt med gyroskoper benyttet i prototypkretsen blitt tilveiebragt ved frekvenser mellom 50 og 75 KHz.

Etter hver periodemåling blir en pulsgenerert i styrekretsen 46 og overført via datakjeden 48 til sensorkretsen 44, som så fører dens kanalteller 56,frem og styrer multiplekseren for å koble til neste kjerne som skal bli samlet. Den nye kjernes svingeperiodemåling kan naturligvis ikke begynne før neste kryssovergang til vippeutgangen, og noen ganger er det også nødvendig å føre portføfct telledata inn i dens utgangs-skyveregister og tilbake til telleren. Et "husholdnings"-intervall blir derfor anvendt, og neste periodemåling begynner ved neste blivende, negative utslag til DAD bippen. Dette tillater relativt langsomme ovierganger fra multiplekseren og tilstrekkelig tid for å bevirke "startbetingelser" for vippen for å bli avklaret.

i

Styrekretsen 46 har blitt konstruert for å utføre målinger i en kjerne til giveren pr. identitetsspørrepuls. Målinger til motsatte kjerner for disse giverne blir gjort ved vekslende identitetsspørrepulser.

En sprangskjema, som vist øverst på fig. 4A, tillater valg av antall vippeperioder som skal bli målt i hver kjernesamling, dvs. 4, 8, 16 eller 32. Ved justering av nominell vippefre-kvens, er valg av klokkereferansefrekvens, og dette periode-valget er mulig over et svært bredt område med feiloppløsning.

En detaljert forklaring av driften av sensorkretsen 44 er beskrevet her fra punkt a tii e. a) På fig. 2 er sensorkretsen 44 vise skjematisk. Vippens komparator blir bufret ved hjelp av en bredbåndinverterende forsterker 50. Denne bufr-ingen er nødvendig for å sentre utgangsnivåene ved 0 volt og for å tilføre nok strøm for å drive alle 8 kjernene. b) Datakjedeforbindelsen er vist til høyre på skje-maet. Utgangspulser blir tilført kjeden fra de to øvre inverterene i inverterenheten 60. Data-kjedemottageren er en monostabil vippe 66 som genererer positivt og negative 1-mikrosekund-lange pulser (positive på linjen 172, negativ på linjen 174) for hver negativblivende utslag på datakjeden. Den reagerer således på både "sendt" og "mottatt" pulser. 68, en retriggbar 6-mikrosekunds monostabil puls, blir trigget på fallende flanke til de positive pulsene til 66. Alltid når 68 er uvirksom, dvs. i dens ikke-triggede tilstand, holder den indekstelleren 58 i dens til-bakestilte tilstand. c) Multiplekseren 52 har linjen 121 for dens utgang. Kanalvalget blir bestemt under inngangskoden på linjene 100, 102, 104, tilført fra kanaltelleren 56. Telleren blir øket hver gang biten til indekstelleren 58 går til "1" tilstanden. Dette krever en puls fra 66 mens 68 er aktiv, dvs. når to datakjedepulser forekommer innenfor mindre enn 7 mikrosekunder til hverandre. En 1 mikrosekund lang negativ puls blir "sendt" over datakjeden 48, med negativblivende svinginger av multipleksutgan-gen (normalt forekommer hver 12 til 18 mikro se- */kund, via 62, 70, 60. Multipleksindeksingen kan således kun oppstår når en "mottatt" puls fra styrekretsen 46 blir innblandet med "sendt" pulser. d) Det skal bemerkes at kanaltelleren 56 vil bli tilbakestilt alltid når den andre biten til indekstelleren 58 går til "1" tilstanden. Dette krever at etter hverandre kommende 3 pulser tilsynekom-mer på datakjeden 48 med et maksimalt puls-til-puls mellomrom på 7 mikrosekunder. e) Styrekretsen 46 er konstruert til å sende en 1 mikrosekund lang puls på datakjeden 48 med 3,5

til 4,5 mikrosekunder etter den multipleksover-gangen som fullfører et kjernemåleintervall, som således fremfører multiplekseren 52 til den neste kjernen og innstiller for neste kjernemålingsin-tervall. Etter 8 etter hverandre fremføringer av multiplekseren 52 (2 identitetsspørrepulser), blir en ytterligere 1 mikrosekundpuls etter indekspul-sen på 4 mikrosekunder sendt opp til sensorkretsen 44 for å tilbakestille dens kanalteller 56 som således garanterer en kanalsekvenslås.

En nærmere forklaring av driften av styrekretsen 46 er hen-vist i punktene a til f.

a) Primærfunksjonen til styrekretsen 46 er:

1) Styring av indeksingen av kanaltelleren 56, følgelig multiplekseringsvalget i sensorkretsen 44. 2) Digitalmåling av tiden nødvendig for en eller flere perioder til vippesvingingen mens valg av en bestemt kjerne for gyrogiverelementene. b) Disse digitale tidsmålingene kan så bli ført til en datamaskin (ikke vist) i serie eller parallelt.

Datamaskinen kunne bestemme forskjellen i periode mellom svinvingen med en kjerne til en giver og dens diametralt motsatte tilhørende kjerne, dvs. en digital vurdering av hver akses giverforskyv-ning.

c) Styrekretsen 4 6 innbefatter kretsen nødvendig for beregningen og forskyvningsfeil og frembringelse

av en serie 64 bits feil "ord" (16 biter pr. akse) for anvendelse av en digital prosess (ikke vist) som, som følge av forskyvning av data, kan frembringe digitale!kommandoer til torsjonsmoment-forsterkeren (ikke vist) involvert ved sløyfe-lukkingen.

d) Styrekreten 46 er skjematisk vist på fig. 4A og 4B. Fremstillingsdelenes nummer,<:>f.eks. 54LS164 for del A4, til en prototyp av utførelses-formen er vist på 4A og fig. 4B. En sammenfatning av styresekvensene følger: 1) Den negative blivende kanten til identitets-spørrepulsen (ført inn ved bunnen til høyre på fig. 4B) innstiller flip-flop'en A21B som igjen innstiller flip-flop'en A25A. Dette klargjør A25B for innstilling ved neste utslag til den indre 1 MHz klokken (utledet fra 64MHz oscilatoren A20 og nedtelleings-kjeden A19<;>og A12B). 2) A25B ble innstilt for 1 mikrosekund, og så tilbakestilt. Denne "START" pulsen (som fremkommer ved A25B stiften 2) begynner sekvensen i delene av kretsen vist på fig. 4A som utfører "data samlings"-funksjonen, og sekvensen i deler av kretsen vist på fig. 4B som utfører "datautførings"-funksjonen. Databehandlings-seksjonen vil først bli be-handlet . 3) START pulsen tilbakestiller flip-flop'ene A1A og A1B. A1A-Q utgangen, som blir en logisk "1", fjerner direkteinnstillingen til flip-flop'ene AloA og A10B. A1A-Q utgangen via OG porten A8A, fjerner tilbakestillingen på 0 periodetelleren AHA og tilfører direkte tilbakestilling til A10A og forbereder således A10B for tilbakestilling ved neste negative puls fra datakjedenettverket (øvre venstre

hjørne på fig. 4A).

4) Tilbakestillingen av A10B forekommer når DAD vippens ugang svinger mot negativ, som derved frembringer en negativ puls på datakjeden. Denne pulsen viser en svært hurtig falltid, og A10B er er et hurtigvirkende flip-flop, slik at tidsporten ved dens Q utgangs (stift

.7) viser minimal dirring i forhold til vippens

tilstandsendring. Denne utgangen åpner OG-porten A15D som portfører 64 MHz'klokken til 16 bits

porttelleren A14, A13 og A12A.

5) Tilbakestillingen av A10B starter dessuten telle-prosessen, og fjerner også tilbakestillingen for periodetelleren A9A og via A8A fjernes direkte-tilbakestillingen1 av AlOA. 6) Hver datalinkpuls1 tilbakestiller forsinkelsetakten A4 som er et 8 bits skyveregister klokket ved 1 MHz. Utgangene ved stiftene 11 og 13 går umiddelbart til "0", men returnerer til "1" tilstanden etter nominelt 6 og 8 mikrosekunder henholdsvis, etter datakjedepulsen. Når stiften 13 returnerer

i

til "1", blir periodetelleren A9A indekset via A15B. Antall vippeperioder som-skal bli målt blir valgt av spranganordningen øverst på siden. Dersom 8 perioder er ønskelig, springer f.eks. stiften (14) til stiften (9) og førstnevnte kommer fra periodetelleren A9A og sistnevnte er fra klokke-inngangen til AlOA. 8 mikrosekunder etter den 7. datakjedepulsen etter startingen av måleperio-den blir således A10A innstilt som forbedreder innstillingen av A10B, og avslutter kanalens måleperiode ved neste datakjedepuls.

7) Ved innstillingen av A10B blir porten A15D sperret og porttellingen .stopper. Periodetelleren A9A blir tilbakestilt og via porten A8A blir A10A tilbakestilt. Kanaltelleren A9B blir også via porten A8B inkrementert og flip-flop'en A2A blir innstilt. Flip-flopen A2B blir innstilt ved det neste negative utslag til en MHz klokke og tilbakestilles en mikrosekund senere. Mens den blir innstilt, blir informasjonen fra porttelleren lastet inn i 16 bit skyveregisteret A18 og A17 via forbindelsen med tilkoblingsstiftene 1 til disse anordningene ("last") fra A2B-Q. A2B-Q signalet blir skjøvet inn i et 8 bit sekvense-styreskyveregister A7 som blir klokket ved en 1 MHz hastighet. Utgangssignalene til dette registeret er 1 mikrosekunds positive pulser som fremkommer ved stiftene 6, 10 og 13, og som starter nominelt henholdsvis 4, 5, 8 mikrosekunder etter overføringen av porttelledata til 16 bits

registeret.

-8) Utgangspulsen ved stiften 6 til A7 bevirker tilbakestilling av porttelleren (positiv puls til A13A, A13B og A12A, negativ puls til A14 via porten A15C). Denne pulsen blir også rettet til NELLER-portene A3C og A3D for å frembringe en datakjedepuls for å inkrementere kanaltelleren i DAD sensorkretsen og nedtrapping av dens multiplekser. Den benyttede NELLER-portanordhingen er for å tilveiebringe den høye fremdriften nød-vendig på 75 Ohms datakjedelinjen. 9) Den negative pulsen og tilbakestillingsportetel-lerseksjonen A14 tilbakestiller også flip-flop'en A16A. Denne muliggjør sikring av flip-flop'en A16B som er klokket ved 2 MHz. Etter 16 posi-', tive pulser har blitt frembragt ved A16B-Q utgangen, bevirker telleren AllB innstillingen av A16A og avslutning av pulstoget. Pulstoget for-skyver data i 16 bits skyveregisteret A17 og A18, tidligere lastet fra telleporten til inngangen av dual 64 bits skyveregisteret A3 0 ved dataut-førings"-seksjonen til DAD styrekretsen, som vist på fig. 4B. Den første kanals måledata blir således overført. Behandlingen i dataut-førings-"seksjonen" vil bli beskrevet senere. Her skal vi nå fortsette med ytterligere sekven-ser generert i "data samlings"-seksjonen. 10) Som bemerket ved punkt (9) ovenfor ble kanaltelleren A9B inkrementert ved slutten av den første måleperloden. Det ble også nevnt at nominelt 4 mikrosekunder senere, fremkommer en positiv 1 mikrosekvenspuls ved stiften 6 til sekvens-

styreskyveregisteret A7, og at stiften 10 til denne komponenten vil bli ved et "1" nivå ved slutten av den positive pulsen til stiften 6. Det er også tidligere nevnt at "START" pulsen hadde tilbakestilt flip-flop'en AlB. Dersom "CH4" utgang (stift 9) til kanaltelleren ikke går til et "0" nivå når kanaltelleren. blir inkrementert til slutten av en bestemt måleperiode (som ville innstille AlB), vil NOG porten A8D bevirke en tilbakestilling av A7 umiddelbart etter at et "1" nivå fremkommer ved dens stift 10. Stiften 13 i skyveregisteret blir følge-lig forhindret fra å nå "1" nivået når forskyvningen fortsetter, da ingen puls blir påtrykt datakjeden av NELLER-portene A38 og A3D i kraft

av signalet ved A7 pinnen 13.

11) Når målesekvensen av en bestemt kanal ender med innstillingen ay flip-flop'en A10B og fremførin-gen av kanaltelleren A9B, dersom "CH2" utgangen (stiften 10) til kanaltelleren ikke når et "1" nivå (som kunne; innstille flip-flop'en AlA), blir flip-flop'en A10A tilbakestilt ved hjelp av NOG-porten A8A., A10B blir derfor forberedt for å tilbakestilles ved neste negative puls fra datakjeden. Når dette forekommer, vil en annen måling, dataoverføring og utskyvningssekvens

følge.

12) Ved avslutning av en målingssyklus og tilknyt-tede inkrementering av kanaltelleren A9B, vil eventuelt dens "CH2" utgang (stiften 10) gå til et "0" nivå, som således innstiller flip-flop'en A1A, som vil holde portførings flip-flop'en A10B i innstilt tilstand. Enhver påfølgende negative puls på datakjeden på grunn av at vippen blir

negativ, vil ikke bevirke tilbakestilling av flip-flop'en A10B med mindre flip-flop'en AlA er blitt tilbakestilt av en "START" puls som

følge av en identitetsutføring.

13) Sekvensen som er ventet derfor, etter en start-syklus, er 4-"kanal", "akse" eller "kjerne" målinger som vil resultere fra hver mottatt identitetsspørrepuls. Etter hver måling, vil styrekretsen sende en puls til sensorkretsen på datakjeden som vil fremføre sensorens multiplekser til neste kjerne. Hver identitetsut-spørring vil fremføre kanaltellerne ved både

sensor og styrekrets med 4 tellinger.

14) "CH4" utgangen (stift 9) til styrekretsens kanalteller A9B vil endres fra et "1" til et "0" nivå for hver 8 tellinger den blir fremført. Ved slutten av siste målingsperiode med vekslende identitetsspørrepulser, vil flip-flop'en AlB bli innstilt og sperre for pulsen ved stiften 13 til A7, som beskrevet ovenfor i punkt (10) vil ikke finne sted. Ved disse betingels-ene vil en mikrosekund lang positiv puls derfor forekomme ved denne terminalen 4 mikrosekunder etter "indeks" pulsen ved stiften 6 til A7 er generert. Pulsen ved stiften 13 blir tilført datakjeden via NELLER-portene A3A og A3D, og tjener til tilbakestilling av kanaltelleren 56 i sensorkretsen, som således tilveiebringer et lås for kanaltelleren i både sensor og styre-kretsene, og sikrer sekvensen av datautføring

etter identitetsspørrepulsen.

15) I det påfølgende skal vi gå tilbake til reaksjo-nen til "datautføring" seksjonen med "START"-pulsen generert av A25B som følge av en identi-tetsspørrepuls. Den negative eller START pulsen generert ved A25B-Q (stift 2) tilbakestiller flip-flop'ene A25A, A24B, A22A og A21B. Den positive startpulsen generert ved A2 5B-Q (stift 3) tilveiebringer en klokke til flip-flop' en A24A. Dersom tilstanden til "CH4"-utgangen for kanaltelleren A9B har endret seg siden siste startpulsen, som den normalt vil, vil A24A endre tilstanden. En endring av tilstanden for A2 4A vil koble de 4 utgangene til velger A2 8A til deres vekselkilder. Funksjonen for velgeren

vil bli beskrevet senere.

16) START-pulsen ved A25B-Q (stift 2) tilbakestiller også flip-flop'en A24B som igjen fjerner direkte tilbakestillingen til 8 bit telleren A2 3, som derved muliggjør dens indeksing ved tilførsel av en MHz klokke. Når den 8. biten til denne telleren går til et "1" nivå, blir flip-flop'en A24B klokket til en innstillingstilstand igjen, som derved igjen tilfører direkte tilbakestilling av telleren. Denne prosessen bevirker ét tog av 64 positive pulser ved en 500 KHz hastighet til

å bli frembragt ved utgangen (stiften 3) til den første biten for 8 bits telleren. Den 5. biten til denne telleren går til et "0" nivå ved slutten av hver 16. positive puls for 64 puls-toget, og vil bli benyttet til å tilbakestille flip-flop1 en A21A som igjen tilfører en direkte tilbakestilling til flip-flop'en A22B. A22B-Q-utgangen (stift 8) er "bære"-inngangen (stift 3)

til addereren A27.

17) START pulsen A25B-Q (stiften 2) tilfører også

en direkte tilbakestilling av flip-flop<1>en A22A. Når denne tilbakestilling blir fjernet følger utgangen A22A-Q (stift 5) formen til 64 puls-toget generert ved A23A stiften 6, men ligger etter med 1/2 mikrosekund, siden den andres til en tilstand ved positiv-blivénde utslag til en MHz klokke, mens derimot pulstoget endrer tilstand ved negativblivende utslag til samme klokke. Denne forsinkede klokken blir tilført hver av flip-flop'en A22B, 64 bits skyveregisterene A29A og A29B, og til enten 64 bits skyveregiste-

ret A30A eller A30B, som avhenger av tilstanden

til velgeren A28.

18) Addereren A27 blir anordnet for å utføre subtra-heringsprosessen nødvendig for giverforskyvnings-målingen, hvor forskjellen til telleverdien akku-mulert i porttelleren for motstående kjernesamp-ler, er representativ for denne forskyvningen. Dersom en kjerne for hver giver betegnes som kjerne A og de andre som kjerne B, og tallene C og Y representerer porttellerutgangene for disse kjernesamplene, blir den digitaliserte forskyvningsfeilen (X-Y9. 19) Sekvensen med datastrøm i 64 bits skyveregistrene er som følger: Etter en gitt identitetsspørre-puls, blir velgeren A28 anbragt i en "0" tilstand hvor den nedre inngangen til dens 4 velgere frem-!kommer ved velgerutgangene. Dette bevirker at data generert mens sampling av giverelementene IA, 2A, 3A og 4A til forskyvning (LSB først) til A30A, et 64 bits skyveregister, når det blir ført ut i 16 bits tog fra 16 bits skyveregisteret A17/A18. Etter den neste identitetsspørrepulsen, blir velgeren A28A anbragt i "1" tilstanden, hvor de øvrige inngangene til velgeren fremkommer ved utganger og data ved A30A blir skjøvet inn i A29A, et annet 64 bits skyveregister, og til "X" inngangen (stift 8) addereren A27 i et kontinuer-lig 64 bits tog. Etter neste identitetsspørrepul-sen returnerer velgeren A28 til "0" tilstanden og dataen i A29A blir forskjøvet inn til "X" inngangen til addereren A27, også i et 64 bits tog. Ved vekslende identitetsspørrepulser, mottar også "X" inngangen til addereren "NY" og "GAMMEL" data fra A kjernene til gyro giverene. "Y" inngangen (stift 2) til addereren mottar likeledes "GAMMEL" og "NY" data fra B kjernene til gyro-giverene. Siden bæreinngangen blir innstilt ved starten av hver 16 bit med data, dvs ved starten av hver kanaldatautføring, utfører addereren funksjonen (X+Y+l) eller X-Y). Den neste sekvensen med utføring, av data for suksessiv identi-tetsspørrepulser, er derfor: (<A>N<y><-><B>GAMMEL), (<A>GAMMEL " BNY)' (ANY " ^GAMMEL^ <etC>" 2 0) Den minst selektive biten til aksen nr. 1 forskyvning, fremkommer på "data" utgangsstiften 5 til ,A27 så snart som velgertilstanden til A28

endres etter idéntitetsspørrepuls. En mikrosekund senere blir en positiv skyvepuls tilført "SP" utgangen. Datamottageren må så godta data ved positiv gående utslag til "SP" utgangen. En halv mikrosekund etter hver positiv skyvepuls blir bære flip-flop'en A23 klokket og antar tilstanden til signalet som fremkommer fra CARRY^ utgangen (stift 4) til addereren A27. A22B-Q utgangen (stift 8) blir så benyttet som CARRYN+^ inngangen til addereren. Samtidig med synkron-innstillingen av bærer flip-flop'en A22B, blir data skjøvet inn i 64 bits skyveregisterene

A29A, A2 9B, og A30A eller A30b, som valgt, ved entring av neste databit inn i addereren A27. Dataskyvning og påfølgende subtraheringsprose-dyre, kan kreve opptil 0,6 mikrosekunder for sta-bilisering, som fremdeles tillater et minimum på 0,9 mikrosekunder for datastigetid ved serie-datalinjen og mottageren innstilles før neste

"SP" puls klokke, denne data i mottageren,

e) De logiske forbindelsene for de her anvendte flip-flop' ene A21B og. A25A, ble konstruert for å tillate selv-identitetsspørring ved slutten av hver målesekvens, såvel som for å tillate ytre identi-tetsspørring. For selv-identitetsspørring, blir utgangen til A15-6 forbundet med "INT" inngangen som er forbundet med A22B-12. Denne tilfører en identitetsspørrepuls 6 til 7 mikrosekunder etter framflanken til hver datakjedepuls. Dersom data-forskyvningen fra 16 bits registeret A17/A18 ikke finner sted ved dette øyeblikket, blir flip-flop' en A22B tilbakestilt og en klokkepuls blir til-ført flip-flop'en A25A. Dersom flip-flop'en A1A er ved innstillingstilstanden, vil en "START"

puls bli generert og en målesyklus vil medføre. Med denne forbindelsen, blir derfor en "START" normalt generert 6 til 7 mikrosekunder etter det første negativblivende utslaget for DAD vippens utgang etter fullførelsen av en 4-kanals målesyklus. (Dataforskyvning fra 16 bits skyveregister A17/A18 blir fullført 18,5 til 19,5 mikrosekunder etter siste negativblivende vippeutslag ved en målesyklus. I løpet av dette intervallet vippen normalt ha gått gjennom en påfølgende negativblivende utgang). For "selv" identitetsspørring, finner derfor en ny målesyklus sted hver (4N+5) periode for den svingende vippen, hvor N er antall svingningsperioder valgt for måling av en kjernes induktans. F.eks.: Dersom N blir valgt som 8 og en enkel svingeperiode var nominelt 15 mikrosekunder, ville det nominelle identitetsspørreinterval-let være (4-8+5) eller 37 perioder, dvs. 555 mikrosekunder, som genererer en effektiv identitets-spørrehastighet på 1802 Hz. For ekstern identi-tetsspørring ble pulser tilført "INT" terminalen fra en ytre kilde. Skulle den eksterne kildefre-kvensen overskride den nominelle 1802 Hz nevnt ovenfor, vil en "nedtelling" forekomme hvor omforming finner sted kun for hver 2., 3. etc. puls til

pulskilden.

f) Det skal bemerkes at andre omformingssekvenser enn den som styrekretsen blir konstruert for, er mulig,

men at denne>valgte tilsvarer minimums-hardware, energi og tilkoblingskrav.

En alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse for inertiell-anordninger med kapasitive givere kan tilveiebringes ved modifisering av vippedeler som vist på fig. 2, fra en resistansinduktans (RL) oscilator til en resistanskapasitans (RC) oscilator.

Claims (4)

1. Digitalisert giversystem, spesielt for en inertialsensor til et inertialnavigasjonsinstrument for å avføle dets vinkelmessige forskyvning, med i det minste et par med et luftgap i gjensidig avstand anbragte giverelementer, hvilken relativ posisjon avføles for å tilveiebringe korresponderende utgangssignal, karakterisert ved en relaksjonsoscillator (50, 52, 62, 72, 74, 76) tilpasset for sekvensmessig forbindelse med de to giverelementer (24, 26, 28, 30, 36, 38, 40, 42) slik at den resulterende oscillasjonsfrekvensen er en funksjon av luftgapet og derfor av posisjonen til respektive valgte giverelement, en dataomformer og frekvensmåleinnretning (82, 83,

84) forbundet med relaksjonsoscillatoren (50, 52, 62, 72, 74, 76) for å måle perioden til oscillasjonsfrekvensen, og en logisk krets (48, 56, 58, 60, 64, 70, 80, 81, 85, 87) forbundet med dataomformeren og frekvensmåleinnretningen (82, 83, 84) for tilveiebringelse av et digitalt utgangssignal som korresponderer med oscillasjonsfrekvensperiode-forskjellen som et mål for den relative posisjonen til de to giverelementene (24, 26, 28, 30, 36, 38, 40, 42), idet relaksjonsoscillatoren innbefatter et referansemotstandsnettverk (76) med en motstand (222, 224, 226, 228, 230, 232, 234, 236) for hvert giverelement (24, 26, 28, 30, 36, 38, 40, 42) hvor motstanden er tilpasset for å bli forbundet med giverelementet, en komparator (62) med en ikke-inverterende inngang (164), en inverterende inngang (162), en første utgangsledning (166) forbundet med referansemotstandsnettverket (76) for å drive motstandsnettverket og giverelementene (24, 26, 28, 30, 36, 38, 40, 42) og en andre utgangsledning (168) forbundet med den logiske kretsen (48, 56, 58, 60, 64, 70, 80, 81 , 85, 87) , et komparatorinngangsnettverk (74) med en spennings-deler (214, 216), ved hvilken inngangssiden til deleren er forbundet med referansemotstandsnettverket (76) og utgangs- siden er forbundet med den ikke-inverterende inngangen (164) til komparatoren (62), og en multiplekser (52) innrettet for å velge giverelementene ved hvilken inngangen er forbundet med giverelementene (24, 26, 28, 30, 36, 38, 40, 42) og ved hvilken utgangen er forbundet med den'inverterende inngangen (162) til komparatoren (62) og inngangen med den logiske kretsen (48, 56, 58, 60, 64, 70, 80, 81, 85, 87).

2. Giversystem ifølge krav 1, karakterisert ved at utgangen! til komparatoren (62) er forbundet med referansemotstandsnettverket (76) via et for-sterkernettverk (72) som igjen er forbundet med en høyhastig-hetsdifferensialforsterker (50), hvor den første utgangs-ledningen (166) til komparatoren (62) er forbundet med for-sterkernettverket (72) for å drive høyhastighetsdifferensial-forsterkeren (50) og deleren (214, 216) til komparatorinn-gangsnettverket (74).

3. Giversystem ifølge krav 2, karakterisert ved at dataomformeren og frekvensmåleinnretningen innbefatter en portpulsgenerator '(82) forbundet med relaksjonsoscillatoren (50, 52, 62, 72/ 74, 76) og tilveiebringer et portstyringsintervall, en portstyrt teller (83) forbundet med og styrt av portpulsgeneratoren (82), og en oscillator (84) forbundet med den portstyrte telleren (83) og som tilveiebringer klokkepulser for tids-referanseformål.

4. Giversystem ifølge krav 3, karakterisert ved at oscillatoren (84) er krystallstyrt og temperaturkompensert.