NO843472L - Apparat for maaling av vinkelhastighet - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår bestemmelse av vinkelhastighet ved

bruk av bevegelige akselerometre, og mer spesielt vinkelhastighets-detektorer som benytter parede akselerometre.

I patentsøknad, serie nr. 357.714 blir det vist en frem-gangsmåte og et apparat for å måle spesifikk kraft-vektor og vinkelhastighets-vektor av et legeme i bevegelse ved hjelp av et flertall periodisk drevne akselerometre. Patentsøknad, serie nr. 357.715 beskriver lignende teknikker for å måle spesifikk kraft-vektor og vinkelhastighets-vektor av et legeme i bevegelse ved bruk av enten et enkelt eller et par akselerometre som vibrere med en konstant frekvens. I utførelsen av hastighets- og kraftsensorer med parede akselerometre som beskrevet i den ovennevnte patentsøknad, blir massene av akselerometrene balansert med hensyn til rettlinjet translasjon. Dette betyr at akselerometerparet kan festes til en monteringsramme uten å forårsake vibrerende translasjon av masse-senteret. Akselerometer-utformingen som beskrevet i den ovennevnte patent-søknad vil imidlertid generere vinkel-vibrasjon av enhver masse til hvilken de er festet, rundt senteret av den massen.

Som man kan vente er det viktig i mange systemer, såsom i inerti-navigasjonssystemer, å redusere til et minimum enhver vibrasjon som kunne påvirke systemet, enten det er lineær vibrasjon eller vinkelvibrasjon. I et inerti-navigasjonssystem er det f.eks. viktig å minimalisere effekten av en sensor på virk-ningen av andre sensorer i navigasjonssystemet.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelse å frembringe et kraft- og vinkelrate-følerapparat som benytter et par vibrerende akselerometre anordnet på en slik måte at moment som følge av vibrasjonen av akselerometrene blir i det vesentlige eliminert.

Et annet formål med oppfinnelsen er å frembringe et apparat for å generere et signal som representerer vinkelhastighets-bevegelsen av en struktur som omfatter: et første og et annet akselerometer; en struktur for å innrette akselerometrene i et side-ved-side-forhold med den kraftfølsomme akse av et akselerometer parallell med den andre; en vibrasjons-mekanisme for å vibrere akselerometrene individuelt i en i det vesentlige lineær retning langs en vibrasjonsakse, normal med akselerometrenes kraftfølsomme akse, ved en frekvens tu; og en signalprosessor for å generere hastighets-signaler som representerer vinkel-bevegelsen av strukturen rundt en akse, perpendikulær med det plan som defineres av den kraftfølsomme akse og vibrasjonsaksen.

Et videre formål med oppfinnelsen er å frembringe en vinkelhastighetsfølende akselerometerstruktur som omfatter et hus, en aksel montert for rotasjon inne i huset; et første akselerometer festet til en første støttedel; en første fleks-montering for å feste den første støttedel til huset slik at det første akselerometeret kan bevege seg på en i det vesentlige lineær måte i en retning som er generelt normal med aksel-ens akse og i en retning til og bort fra akselen. Strukturen omfatter også en annen støttedel som fester et annet akselerometer; en annen fleks-montering for å feste den annen støtte-del til huset slik at det annet akselerometer kan bevege seg på en i det vesentlige lineær måte i en retning generelt normal med aksen av akselen, i en retning til og mot akselen; en mekanisme for roterende vibrasjon av akselen, og en forbindelsesledd-anordning forbundet med akselen og den første og annen støttedel, for å vibrere akselerometrene i de retninger som tillates av fleks-monteringene.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Figur 1 er et forenklet perspektiv-diagram av et par akselerometre i en side-ved-side-anordning, med sine kraft-følsomme akser på linje og i den samme retning;

figur 2 er et oppriss av en mekanisme for å realisere anordningen med parede akselerometre på figur 1;

figur 3 er et sideriss av akselerometer-anordningen på figur 2; og

figur 4 er et blokkdiagram av en analog signal-adskillel-seskrets for bruk med et par akselerometre.

Som vist på figur 1 er et par akselerometre 10 og 12 montert i en side-ved-side-anordning med sine kraft-følsomme akser A Z 1 og A Z2 på o linje i den samme retning. For å minimalisere enhver masse-ubalanse såvel som moment-ubalanse som kunne bli overført til en støttestruktur (ikke vist), blir akselerometrene 10 og 12 vibrert i motsatte retninger til og bort fra hverandre langs aksen som indikert ved linjene 14 og 16, som er normale med de følsomme akser A z og ^ A z<2>Som beskrevet i detalj J i de nevnte patentsøknader, kan akselerasjons-signalene fra akselerometrene 10 og 12 brukes til å frembringe signaler som representerer translasjon av strukturen som inneholder akselero-1 2

metrene 10 og 12 langs aksene A^ og A^ sammen med signaler som representerer vinkelrotasjon av strukturen. Den fore-trukne utførelse av et apparat for å mekanisere den parede kaselerometerstruktur på figur 1 er illustrert på figurene 2 og 3. I dette apparat er i det vesentlige lineær translasjon av akseleromtrene 10 og 12 langs aksene 14 og 16 som vist på figur 1 anordnet ved en mekanisme som omfatter et par støttedeler 18 og 20, som holder akselerometrene 10 og 12. I sin tur er støttedelene 18 og 20 festet til et hus 22 ved hjelp av et par fleksible monteringer 24 og 26. En aksel 28 som er roterbart festet inne i huset 22 med et par lagre 30 og 32, har et binde-ledd 34 festet til den. Festet til bindeleddet 34 er det et par pinner 36 og 38 som er satt inn i spor 40 og 42 utformet i støttedelene 18 og 20.

Til akselen 28 er det også festet en rotor 44, som når kombinert med en stator 46 festet til huset 22, vil forårsake at akselen vibrerer frem og tilbake gjennom en liten vinkel, ved en frekvens cu. Som man også kan se fra figurene 2 og 3 vil vibrasjonen av akselen 28 resultere i at pinnene 36 og 38 tvinger støttedelene 18 og 20, og derfor akselerometrene 10 og 12, til å bevege seg i retning som er perpendikulær med akselen, og mot og bort fra hverandre.

Da akselerometrene 10 og 12 bare vil bevege seg meget små avstander, vil deres bevegelsesretning være i det vesentlige lineær i forhold til aksen av akselen 28. Signaler som representerer rotasjons-bevegelsen av akselen 28 av akselerometrene 10 og 12 kan bli oppnådd ved hjelp av kondensator-opptaks-anordningen vist ved 48. Den kapasitive vinkeldetektor 48 frem-bringer et middel for vinkelbevegelse-tilbakekobling som kan brukes til å opprettholde den drevne bevegelse av akselen 22 konstant over en tid.

En signal-prosessor for å skille kraftsignalene F fra vinkelhastighets-signalene Sl og utgangs-signalene fra akselerometrene 10 og 12 er anordnet på figur 4. En styringspuls-generator 50 genererer signaler på en linje 52 som en funksjon av frekvensen u), som vil forårsake en driver-signalgenerator 54 til å vibrere akselerometrene 10 og 12 med en frekvens UJ , som tidligere beskrevet. Utgangs-signalene fra akselerometrene 1 2 10 og 12, az og az<2>blir sendt over linjene 56 og 58 til en for-adskillelsesprosessor 60. For-adskillelsesprosessoren 60 vist på figur 4 passer for mekanisering av parede akselerometre av den type som er vist på figur 1, hvor de kraftfølsomme akser A og A er innrettet i den samme retning. Akselerometer-utgangssignalene på linjene 56 og 58 blir summert ved et summeringspunkt 62 og subtrahert i et summeringspunkt 64. Et par skaleringsforsterkere 66 og 68 mottar de summerte og subtra-herte signalene fra summeringspunktene 62 og 64 over linjene 70 og 72 .

Prinsippet kraft-adskillelse er det samme som det beskrevet i den tidligere nevnte Merhav-søknad, serie nr. 357.715, hvor det kombinerte signal fra forsterkeren 66 blir frembragt over en linje 74 til en kraftkanal 76. Kraftkanalen 76 omfatter en integreringskrets og en sample-and-hold-krets med signaler fra styringspulsgeneratoren 50 som blir ført over linjene 78 og 80 til integrerings- og sample-and-hold-kretsene. De kombinerte akselerasjons-signaler på linjen 74 blir integrert over den samme periode T av frekvensen uj til å frembringe et kraftsignal Fzpå linjen 82, som representerer endringen i hastighet langs aksen Z av strukturen eller huset 22 som holder akselerometrene 10 og 12.

På lignende måte mottar en vinkelhastighetskanal-prosessor 84 differanse-signalene over linjen 86, og multipliserer den med den periodiske null-middelfunksjon sgnciot. Som med kraftkanalen, blir det resulterende signal integrert over en tids-periode T gjennom en sample-and-hold-krets til en utgangslinje 88. Signalet som representerer vinkelhastighets-informasjon blir sendt gjennom et lavpassfilter 90 og ut på en linje 92.

På den ovenstående måte kan signaler fra akselerometer-anordningen illustrert på figurene 1 til 3 bli behandlet til å generere kraft-signaler og vinkelhastighets-signaler.

Claims (7)

1. Apparat for å generere et signal som representerer vinkelhastigheten av en struktur, karakterisert ved at det omfatter: et første akselerometer for å generere et første utgangssignal som representerer akselerasjon langs en første kraft-følsom akse; et annet akselerometer for å generere et annet utgangssignal som representerer akselerasjon langs en annen kraftføl-som akse; innretnings-anordning for å innrette det første og det annet akselerometer i et side-ved-side-forhold med den nevnte første kraftfølsomme akse parallell med den andre kraftfølsomme akse; vibrasjons-anordning, operativt forbundet med strukturen og den nevnte innretnings-anordning for å vibrere det første og det annet akselerometer i motsatte retninger langs en vibrasjonsakse, normal med den kraf tfølsomme akse ved en frekvens uJ; og en signalprosessor-anordning som er følsom for det første og det annet utgangssignal for å generere et hastighetssignal som representerer vinkelhastigheten av strukturen rundt en akse, perpendikulær med det plan som blir definert av den kraftfølsomme akse og vibrasjonsaksen.

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at den første og den annen kraftfølsomme akse er på linje i motsatte retninger.

3. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at den første og den annen kraftfølsomme akse er på linje i samme retning.

4. Vinkelhastighets-følsom akselerometerstruktur, karakterisert ved at den omfatter: et hus; en aksel, roterbart montert i huset; en første støttedel; et første akselerometer festet til den første støttedel; en første fleks-anordning for å feste den første støttedel til huset, slik at det første akselerometer kan bevege seg på en i det vesentlige lineær måte i en retning som er generelt normal med aksen av akselen, og en retning mot og bort fra akselen; en annen støttedel; et annet akselerometer festet til den annen støttedel; en annen fleks-anordning for å feste den annen støttedel til huset slik at det annet akselerometer kan bevege seg på en i det vesentlige lineær måte i en retning som er generelt normal med aksen av akselen, og i en retning mot og bort fra akselen; en vibrasjonsanordning for roterende vibrasjon av akselen; og en forbindelseslink-anordning forbundet med akselen og den første og den annen støttedel for å vibrere det første og det annet akselerometer i den bevegelsesretning som tillates av den første og den annen fleks-anordning.

5. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved at den kraftfølsomme akse av det første og det annet akselerometer er på linje og i samme retning.

6. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved at vibrasjons-anordningen omfatter en elektrisk motor med en rotor festet til akselen og en stator festet til huset.

7. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved at forbindelsesledd-anordningen omfatter en første og en annen ledd-del festet til akselen og plassert mot henholdsvis første og annet støttedel.