NO892345L - Anordning og fremgangsmaate for aa motvirke rystelsesviberasjon hos et ringlasergyroskop. - Google Patents

Description

ANORDNING OG FREMGANGSMÅTE FOR Å MOTVIRKE RYSTELSESVIBRA-SJON HOS ET RINGLASERGYROSKOP

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

1. Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører området for vibrerte ringlasergyroskop, og mer spesielt et apparat og en fremgangsmåte for reduksjon av vibrasjoner hos monteringspla-ten, idet reduksjonene er indusert ved rystelser hos ringlasergyroskopet.

2. Omtale av kjent teknikk

Et ringlasergyroskop utnytter to monokromatiske laserstrål-er som sprer seg i motsatte retninger i en lukket sløyfe rundt en akse, om hvilken en bevegelse skal avføles. Drei-ningen av apparatet om denne_akse vil effektivt øke stråle-banelengden i den ene retning og redusere strålebaneleng-den i den motsatte retning. Fordi laserfrekvensene for de to i motsatt retning roterende stråler er funksjoner av lase-banen, vil den forskjell i banelengde som er etab-lert ved rotasjonen av ringlasergyroskopet, etablere en frekvensforskjell mellom disse stråler. Størrelsen og fortegnet på denne frekvensforskjell representerer hastigheten og retningen for rotasjonen om føleaksen og kan overvåkes for dette formål ved hittil kjente forholds-regler. Ved lave rotasjonshastigheter vil forskjell i frekvens mellom de to mot-roterende stråler være liten,

og strålene vil ha en tendens til å slå seg sammen i resonans eller "låse seg" for å oscillere ved den samme frekvens. Denne form for låsing forhindrer at ringlasergyroskopet avføler dreiehastigheter som befinner seg ved eller under låse-rotasjonshastigheten. For å redusere låse-hastigheten blir ringlasergyroskopet rystet ("divered"), mekanisk oscillert om aksen for å etable-

re rotasjon i en retning og deretter i den annen, for derved å fremskaffe bevegelseskansellering ved uttermi-nalene, samtidig som der bibeholdes den tilsynelatende rotasjon i hver retning, for således å redusere låse-hastigheten .

Denne rystelse bevirker at ringlasergyroskop-stativene vibrerer i samme forbindelse, og virker som en støygenera-tor som på en ugunstig måte påvirker annet utstyr. Selv om der finnes kjente teknikker for vibrasjon, dempning og isolasjon som reduserer de rystelser som fremskaffes ved vibrasjoner, vil graden av vibrasjonsreduksjon være utilstrekkelig for å hindre en ugunstig virkning på annet utstyr som er vibrasjonsforbundet med ringlasergy-roskopets monteringsplate.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

I henhold til prinsippet ved den foreliggende oppfinnelse er en anordning for motvirkning av rystelsesvibra-sjon for et ringlasergyroskop (RLG), innbefattet en masse, konstruert slik at den har en mekanisk resonansfrekvens som er lik den for nevnte RLG, og som er forbundet med nevnte RLG og følerblokksammenstillingen ("sensor block assembly" (SBA) på hvilken nevnte RLG er montert. Ved en utførelsesform for oppfinnelsen vil denne utnyt-te et drivsignal som er 180° ute av fase med ringlaser-gyroskopets rystelsesdrivsignal for å drive en rystelsesmotor som ryster massen. Denne ute-av-faserystelse av massen induserer vibrasjoner hos følerblokksammenstil-lingen som motvirker dem som er indusert ved rystelse av RLG.

En annen utførelsesform utnytter et elektrisk signal som representerer dreiemomentet som påtrykkes SBA ved hjelp av RLG rystelsesdrivinnretningen for å drive en rystelsesmotor som ryster massen som reaksjon på elektriske signal. Dette elektriske signal i kombinasjon med rystelsesmtor bevirker at massen blir drevet på en må-

te som etablerer et dreiemoment på SBA, som har samme amplitude og motsatt fase i forhold til det dreiemoment som påtrykkes SBA ved rystelse avRLG. Påtrykte dreie-momenter på SBA som har samme amplitude og motsatt fase genererer vibrasjoner i et motsatt forhold som har en tendens til å kansellere, og som derved i stor grad

reduserer vibrasjonene hos SBA bevirket av det rystede RLG.

KORT OMTALE AV TEGNINGSFIGURENE

Figur 1 er en illustrasjon som viser en masse som motvirker rystelse og en rystelsesmotorsammenstilling. Figur 2 er et blokkdiagram over en utførelsesform for oppfinnelsen, hvor et signal ved en frekvens som er representativ for gyroskop-rystelsessyklusen blir faseskiftet og deretter utnyttet til å drive en rystelses-motvirkende masse. Figur 3 er et blokkdiagram over en utførelsesform for oppfinnelsen, hvor signaler som representerer følerblokksam-menstillings-vibrasjoner og signaler som representerer rystelsen av gyroskopet og rystelsesmotvirknings-massen er forbundet for å styre den elektroniske krets hvorfra et signal blir fremskaffet for å drive rystelsesmotvirknings-massen . Figurene 4 og 5 er blokkdiagrammer over utførelsesformer for oppfinnelsen, og anskueliggjør alternative gyroskop-sammenstillinger, rystelsesmotvirkende masser og føler-blokksammenstilling. Figur 6 er et blokkdiagram over en krets som kan utnyttes for styreelektronikken vist på figurene 3 - 5.

OMTALE AV FORETRUKNE UTFØRELSESFORMER

Et ringlasergyroskop blir rystet ("divered") om sin akse for å minimere låsevirkningen av to mot-roterende stråler ved lave rotasjonshastigheter. Denne rystelse utgjør-es av en dreieoscillasjon om gyroskopaksen ved en kon-stant frekvens. Slik rystelse bevirker et reaksjons-dreiemoment ved monteringspunktene for gyroskopet relatert til følerblokksammenstillingen SBA, hvilket induserer vibrasjoner som genererer støy som brer seg gjenn- om og brer seg ut fra konstruksjonen. I henhold til den foreliggende oppfinnelse kan denne støy reduseres til et minimum ved kobling av en rystelsesmotvirkende masse ("counter dither mass" CDM) med en mekanisk resonansfrekvens som er lik den for gyroskopet, til nevnte SBA og ryste denne ved den samme frekvens og amplitude som påtrykkes RLG. En rystelsesmotor-massesammenstilling 10 som kan utnyttes til dette formål, er anskueliggjort på figur 1. En rystelsesmtor 11 kan være internt forbundet med en vinkelmasse 12 for å fremskaffe en reso-nanskonstruksjon med en mekanisk resonansfrekvens som er lik den for RLG. Rystelsesmotoren er lik den som benyttes for rysting av RLG, omfattende fire strebere 13a-13d som er plassert på jevn avstand og festet til massen 12. Tre piezoelektrrske krystaller 15a-15c er forbundet med tre av disse strebere. Elektriske vekselstrømsignaler som er forbundet med det tre piezo-elektriske krystaller 15a-15c, genererer trykk som vil variere med signalenes amplitude, hvilket bevirker at hele sammenstillingen vibrerer. Et fjerde piezoelek-trisk krystall 15d er forbundet med den fjerde streber og virker som en vibrasjon-opptaksenhet, som avføler vibrasjonene hos rystelsesmotoren, og omformer disse til elektriske signaler.

Slik det fremgår av figur 2, vil den rystelsesmotvirkende massesammenstilling 10 være forbundet mellom RLG 17 og SBA 19. På figurene 1-6 er samme elementer for-synt med samme nummeriske henvisningsbetegnelser. Det elektriske signal som fremskaffes av opptaks-krystallen for RLG vibrasjonsmotoren, er via en linje 21 forbundet med en faseskifter 23, og derfra via en linje 25

med drivkrystallene hos CDM. Faseskifteren 2 3 kan væ-re konstruert til å skaffe 180° faseskift mellom opptaks-signalet fra RLG 17 rystelsesmtoren og de elektriske signaler fremskaffet til drivkrystallene hos vibrasjonsmotoren for CDM 10. Dette 180° faseskift be-

virker at rystelsesmtoren for CDM 10 vibrerer CDM 10 180° ut-av-fase i forhold til rystelsen av RLG 17, hvilket derved fremskaffer en dynamisk vibrasjonsabsorbator ved å etablere vibrasjoner i SBA 19 som motviker de vibrasjoner som er fremskaffet ved rystelse av RLG 17.

Vibrasjoner som er indusert i SBA 19 ved rystelse av RLG 17 og CDM 10, trenger ikke være i fase med drivkreftene. Dessuten vil fysikalske variasjoner, f.eks. forskjeller

i treghetsmomenter og koblingskoeffisienter mellom RLG

17 og CDM 10 relatert til SBA 19, kunne etablere faseskift og amplitudeforskjeller mellom de vibrasjoner som er indusert ved RLG 19 og CDM 10. Følgelig vil et enkelt 180° faseskift mellom rystelsesfrekvens hos RLG 17 og CDM 10 ikke kunne fremskaffe den optimale vibrasjonskansellering. Større vibrasjonskansellering hos SBA utover det som fremskaffes ved den enkle 180° faseskift kan fremskaffes via et lukket sløyfestyresy-stem, hvori SBA sammenstillingen 19 får sine vibrasjoner konvertert til elektriske signaler, som deretter blir behandlet til å drive rystelsesmotoren for CDM 10 med den riktige fase og amplitude i forhold til det rystel-sessignal som driver RLG 17. Et blokkdiagram over et slikt system er vist på figur 3.

Et akselerometer 2 7 som er montert på SBA 19 avføler vibrasjonene og fremskaffer et signal med en frekvens og amplitude som er representativ for frekvensen og amplituden for SBA 19 sin vibrasjonsfrekvens og amplitude. Dette elektriske signal, opptaks-signalet fra den rystelsesmotor som driver RLG 17 og opptaks-signalet fra den rystelsesmotor som driver CDM, er forbundet med en styreelektronikkrets 29 som vil bli omtalt senere, hvori signalene blir behandlet for å fremskaffe et drivsignal, via linjen 31 til rystelsesmtoren for CDM, som etablerer en null ved utgangen fra akselerometeret 27.

På figurene 2 og 3 er CDM 10 vist montert på SBA 19 med RLG 17 montert på CDM 10. Det turde være innlysende at andre monteringssammenstillinger er mulig, som kan fremskaffe den ønskede vibrasjonskansellering. På figur 4 er CDM 10 vist montert i en uttagning av SBA. Opptaket fra CDM 10 er forbundet med en terminal 33 montert på SBA, hvorfra opptaks-signalene er forbundet med styreelektronikken 29, mens rystelsesmotor-drivterminalene for CDM 10 er forbundet med en annen terminal 35 montert på SBA 19, som er forbundet med styreelektronikken 29 via linjen 31. På figur 5 er RLG 17 vist montert på en overflate av SBA 19, mens CDM 10 er montert på den motsatte overflate. Ved denne konfigurasjon er de elektriske signaler forbundet til og fra styreelektronikken 29 på samme måte som vist i forbindelse med figur 3.

Et blokkdiagram av en krets som kan benyttes for styreelektronikken 29, er vist på figur 6. Signalet ved opptaket 37 for RLG rystelsesmotoren 39 blir påtrykket en bølge-rektangelformer og nivåstyrekrets 47, og via en 90° faseskifter 49 til en annen rektangelformer og nivåstyrekrets 51. Signalene ved utgangsterminalene fra rektangelformeren og nivåstyrekretsene 47 og 59

er henholdsvis i fase og i kvadratur med signalet ved utgangsterminalene fra opptaket 37. Disse signaler som er i fase og i kvadratur, blir forbundet med syn-krondetektorer 53 og 55 som referansesignaler for de-tektering av utgangssignalene fra akselerometeret 27. Signaler ved utgangsterminalene fra synkrondetektor-ene 53 og 55 er funksjoner av fasen og amplituden hos vibrasjonene fra SBA 19, relatert til fasen og amplituden av signalet ved opptaket 37. Når fasevinkelen er liten, vil utgangssignalet fra synkrondetektoren 53 være representativ for vibrasjonenes amplitude,

mens utgangssignalet fra synkrondetektoren 55 er re-presentativt for fasevinkelen. Signalene som er i fase og i kvadratur, og som kommer fra synkrondetek-torene 53 og 55, blir forbundet med en fase- og ampli-

tudefeildetektor 57, hvorfra signaler som er representative for vibrasjonsfase og amplitude, blir forbundet med en fase- og amplitudestyrekrets 59 som fremskaffer et referansesignal med en fase og amplitude som er bestemt ved fase og amplitudefeil detektert ved fase- og ampli-tudefeildetektoren 57. Dette referansesignal blir forbundet med en ikke-inverterende terminal hos et summer-ingsnettverk 61, hvis utgangsterminal er forbundet via en forsterker 63 med inngangsdrivterminalen 65 til rystelsesmotoren 67. Et signal ved opptaks-terminalen 69 for rystelsesdrivmotoren 67, som er representativ for rystelsesamplitude og frekvens hos CDM, er forbundet med en inverterende terminal til summeringsnettverket 61. Dette arrangement justerer amplitude og frekvens for drivsignalet for rystelsesmotoren 67, for derved å etablere en rystelse av CDM 10 som induserer vibrasjoner i SBA 19, som optimalt motviker de vibrasjoner som induseres derpå av RLG 17.

Selv om oppfinnelsen nå er blitt omtalt i form av foretrukne utførelsesformer, så skal det forstås at de uttrykk som er blitt benyttet utgjør beskrivende uttrykk mer enn begrensinger, og at der kan utføres endringer innenfor det omfang som er nedfelt i de vedføyde pa-tentkrav uten at man derved avviker fra det sanne omfang og idé for oppfinnelsen sett i dennes bredeste perspektiv.

Claims (10)

1. Apparat for å motvirke plattformvibrasjoner som er indusert ved en oscillerende masse som er montert på plattformen, karakterisert ved at apparatet omfatter: masseorganer som er mekanisk forbundet med nevnte plattform, og masseoscillasjonsorganer som er forbundet med masse- organene for oscillasjon av nevnte masseorganer på en slik måte at plattformvibrasjoner som er indusert av oscillatormassen, blir motvirket.

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at masseorganene er slik konstruert at de har en mekanisk resonansfrekvens lik den for oscillasjonsmassen.

3. Apparat som angitt i krav 2, karakterisert ved at oscillasjonsmassen innbefatter opp-taksorganer, ved hvilke der fremskaffes elektriske signaler som er representative for bevegelsene hos oscillasjonsmassen, og at masseoscillasjonsorganene omfatter: oscillatororganer med drivinngangsorganer for oscillasjon av nevnte masseorganer i henhold til elektriske signaler forbundet med drivinngangsorganene, og faseskiftorganer forbundet mellom opptaks-organene og drivinngangsorganene for fremskaffelse av et faseskift til elektriske signaler som blir koblet fra opptaks-organene til drivinngangsorganene, samtidig som faseskiftet er valgt slik at plattformvibrasjoner reduseres til et minimum .

4. Apparat som angitt i krav 2, karakterisert ved at det ytterligere innbefatter: oscillatororganer for mekanisk oscillasjon av masseorganene, idet oscillatororganene omfatter opptaks-organer hvorved signaler som er representative for mekaniske oscillasjoner av masseorganene, blir fremskaffet, samt drivinngangsorganer for mottagning av drivende elektriske signaler; akselerometerorganer montert på plattformen for fremskaffelse av elektriske signaler som er representative for plattformvibrasjoner, og vibrasjonsstyreorganer som er forbundet for å motta signaler fra opptaks-organene for oscillasjonsmassen, signaler fra nevnte opptaks-organer for oscillatororganene, samt signaler fra akselerometerorganene for fremskaffelse av styresignaler til drivinngangsorganene for oscillasjon av masseorganene på en slik måte at man motvirker vibrasjoner som er indusert ved oscillasjon av oscillatororganene .

5. Apparat som angitt i krav 4, karakterisert ved at vibrasjonsstyreorganene omfatter: organer forbundet med opptaks-organene for oscillatororganene for fremskaffelse av et første referansesignal som er i fase med et signal ved opptaks-organene for oseiliatormassen, organer forbundet med opptaks-organene for oscillatormassen for fremskaffelse av et annet referansesignal som er faseskiftet med en forhåndsbestemt fasevinkel i forhold til nevnte signal ved opptaks-organet for oscillatormassen, og organer forbundet for å motta det første og annet referansesignal og elektriske signaler fra akselerometerorganene for fremskaffelse av drivsignalet til nevnte drivinngangsorganer for oscillasjon av masseorganene og induksjon av vibrasjoner som motvirker nevnte vibrasjoner som er indusert ved oscillasjoner hos oscillatororganene.

6. Apparat som angitt i krav 5, karakterisert ved at drivsignalorganene omfatter: organer for å detektere nevnte elektriske signaler fra akselerometerorganene i forhold til det første og annet referansesignal for å fremskaffe amplitude- og fasefeilsignaler; organer forbundet for å motta nevnte fase- og amplitudefeilsignaler for fremskaffelse av drivreferansesignaler i henhold til nevnte fase- og amplitudefeilsignaler; og organer forbundet for å motta nevnte referansedriv-signaler og signaler fra opptaks-organene for oscillatororganene for sammenligning av signalene fra opptaks-organene for oscillatororganene i forhold til referanse-drivsignalene for fremskaffelse av drivsignaler til å drive drivinngangsorganene.

7. Apparat som angitt i krav 5, karakterisert ved at fasevinkelen 90°, at nevnte masseorganer eventuelt er montert mellom oscillatormassen og nevnte plattform, og at masseorganene eventuelt er montert i en uttagning av plattformen, og at eventuelt oscillatormassen er montert på en første flate av plattformen og masseorganene er montert på en annen flate av plattformen som er motsatt den første flate.

8. Fremgangsmåte til å motvirke plattformvibrasjoner som er indusert av bevegelse hos en oscillerende masse montert på plattformen, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter følgende trinn: å montere masseorganer på nevnte plattform; og å oscillere masseorganene på en slik måte at der induseres vibrasjoner som motvirker de ved bevegelse av oscillatororganene induserte vibrasjoner.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, karakterisert ved at trinnene for å oscillere masseorganene omfatter følgende trinn: å montere motororganer på masseorganene; å fremskaffe signaler fra oscillatormassen som representerer den oscillerende masses bevegelser; å faseskifte signalene som fremskaffes fra oscillatormassen for å fremskaffe faseskiftede signaler; å koble nevnte faseskiftede signaler til motororgan- ene for å bevirke at masseorganene oscillerer i henhold til de faseskiftede signaler, samtidig som masseorganenes oscillasjoner induserer vibrasjoner i plattformen som motvirker de av oscillatormassen induserte vibrasjoner.

10.F remgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert ved at de trinn som vedrører oscillasjon av masseorganene omfatter disse trinn: å generere et første referansesignal i fase med et signal som representerer oscillatororganenes bevegelse; å generere et annet referansesignal som er faseskiftet med en forhåndsbestemt fasevinkel i forhold til nevnte representative signal; å fremskaffe et signal som er representativ for platt-formens vibrasjoner; å synkront detektere det vibrasjonsrepresentative signal i forhold til det første og annet referansesignal for oppnåelse av fase- og amplitudefeilsignaler; å behandle fase- og amplitudefeilsignalene for fremskaffelse av et drivreferansesignal; og å koble drivreferansesignalet til motororganer som er forbundet med masseorganene for oscillasjon av masseorganene på en slik måte at der i plattformen induseres vibrasjoner som motvirker de plattformvibrasjoner som er indusert av oscillatormassen.