RU106357U1

RU106357U1 - FIBER OPTICAL GYROSCOPE

Info

Publication number: RU106357U1
Application number: RU2011105598/28U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Павлович Рамзаев; Сергей Михайлович Сакулин
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2011-07-10

Abstract

1. Волоконно-оптический гироскоп, содержащий источник излучения, оптически связанный с деполяризатором, разветвителем, многофункциональным интегральным оптическим элементом и катушкой с волоконным контуром, фотоприемный усилитель, блок цифровой обработки, микроконтроллер связанный с блоком цифровой обработки и выполненный с возможностью корректировки значения измеряемой угловой скорости, по крайней мере, один измерительный датчик, расположенный в зоне катушки и связанный с микроконтроллером, отличающийся тем, что измерительный датчик выполнен в виде микромеханического акселерометра, установленного на каркасе катушки с обеспечением расположения осей измерения вдоль радиального направления катушки и ее оси, при этом микромеханический акселерометр связан с микроконтроллером через фильтр. ! 2. Волоконно-оптический гироскоп по п.1, отличающийся тем, что количество микромеханических акселерометров равно двум, и они расположены диаметрально с возможностью определения угловой скорости катушки по оси чувствительности. ! 3. Волоконно-оптический гироскоп по п.2, отличающийся тем, что содержит блок переключения диапазона измеряемых угловых скоростей, выполненный в микроконтроллере, при этом микромеханические акселерометры подключены дифференциально. 1. A fiber-optic gyroscope containing a radiation source optically coupled to a depolarizer, a coupler, a multifunctional integrated optical element and a coil with a fiber circuit, a photodetector amplifier, a digital processing unit, a microcontroller connected to a digital processing unit and configured to correct the value of the measured angular velocity at least one measuring sensor located in the area of the coil and connected to the microcontroller, characterized in that the measuring date IR is designed as a micromechanical accelerometer mounted on the coil bobbin with the measurement axes arrangement providing along a radial direction of the coil and its axis, the micromachined accelerometer is connected to the microcontroller through the filter. ! 2. The fiber-optic gyroscope according to claim 1, characterized in that the number of micromechanical accelerometers is two, and they are diametrically arranged to determine the angular velocity of the coil along the sensitivity axis. ! 3. The fiber optic gyroscope according to claim 2, characterized in that it comprises a block for switching the range of measured angular velocities made in the microcontroller, while the micromechanical accelerometers are connected differentially.

Description

Полезная модель относится к области навигационного приборостроения и предназначена для производства приборов в условиях воздействия вибрации.The utility model relates to the field of navigational instrumentation and is intended for the manufacture of instruments under vibration.

Асимметрия масштабного коэффициента - важный источник ошибок. Ошибка за счет асимметрии определяется как разность между значениями масштабного коэффициента при положительных и отрицательных значениях угловой скорости:Asymmetry of the scale factor is an important source of errors. The error due to asymmetry is defined as the difference between the values of the scale factor for positive and negative values of the angular velocity:

, ,

где К₊- масштабный коэффициент при положительной угловой скорости, а К_- - масштабный коэффициент при отрицательной угловой скорости.wherein R ₊ - scale factor for a positive angular velocity and K _- - scale factor for negative angular velocity.

Если система начинает колебаться с угловой скоростью, меняющейся по синусоидальному закону с нулевым средним значением, то из-за масштабного коэффициента гироскопа среднее значение скорости перестает быть нулевым (эффект выпрямления) и возникает ошибка типа дрейфа, продолжающегося до тех пор, пока не прекратится колебательное движение. Эффективное значение дрейфовой ошибки, вызванной эффектом выпрямления из-за асимметрии масштабного коэффициента гироскопа при синусоидальном воздействии на входе, описывается выражением:If the system starts to oscillate with an angular velocity that varies according to a sinusoidal law with a zero average value, then due to the scale factor of the gyroscope, the average value of the velocity ceases to be zero (rectification effect) and an error of the drift type occurs, which continues until the oscillatory motion stops . The effective value of the drift error caused by the rectification effect due to the asymmetry of the gyroscope scale factor under a sinusoidal input input is described by the expression:

, ,

где θ - пиковое значение синусоидальной угловой скорости на входе, а К - ошибка асимметрии масштабного коэффициента из-за нестабильности кэффициента преломления, смещения нуля, стабильности длины волны излучения.where θ is the peak value of the sinusoidal angular velocity at the input, and K is the asymmetry error of the scale factor due to the instability of the refractive index, zero bias, and the stability of the radiation wavelength.

Вращательное движение блока чувствительных элементов вызывается воздействием линейной вибрации объекта за счет дисбалансов в системе амортизации. Функция преобразования линейных колебаний во вращательные по своей природе квадратична и имеет резонансный пик. При жестких условиях вибрационных воздействий (соответствующих стандарту IEET-5400 на вибрационные воздействия) амплитуды колебаний блока чувствительных элементов достигают 75". Если резонанс амортизационной системы приходит на частоту 80 Гц, то пиковое значение угловой скорости колебаний достигает 10°/с. При величине асимметрии 1·10^-5 эффективная величина возникающего дрейфа составит 0,01°/ч, для более реальных условий вибрации, когда амплитуды угловой скорости колебаний не превышают 17", вызываемый асимметрией дрейф составляет около 0,001°/ч проявляется как смещение нуля гироскопа. Деформация волоконной катушки под действием вибраций может вызывать смещения в измерениях ВОГ вследствие двух явлений.The rotational movement of the block of sensitive elements is caused by the influence of linear vibration of the object due to imbalances in the depreciation system. The function of converting linear to rotational vibrations is quadratic in nature and has a resonant peak. Under severe conditions of vibrational influences (corresponding to the IEET-5400 standard for vibrational influences), the oscillation amplitudes of the block of sensitive elements reach 75 ". If the resonance of the damping system comes to a frequency of 80 Hz, then the peak value of the angular velocity of the oscillations reaches 10 ° / s. With an asymmetry of 1 · 10 ^-5 effective value of the drift amount arising 0,01 ° / hour for more realistic conditions of vibration when the angular velocity amplitude oscillations do not exceed 17 ", caused by the asymmetry of the drift is about 0,001 ° / h about S THE gyroscope as an offset of zero. Deformation of the fiber coil under the influence of vibrations can cause bias in the FOG measurements due to two phenomena.

Первое, это увеличение давления на оптическое волокно внутри катушки, что приводит к изменению показателя преломления. Это изменение показателя преломления может затем вызывать сдвиг в интерферометре Саньяка, который порождает ложное измерение угловой скорости, такое же, как в тепловом эффекте Шупе.The first is the increase in pressure on the optical fiber inside the coil, which leads to a change in the refractive index. This change in the refractive index can then cause a shift in the Sagnac interferometer, which gives rise to a false measurement of angular velocity, the same as in the Schupe thermal effect.

Второе, это изменения геометрического пути интерферометра вследствие изменения длины витков, изменения конфигурации. и т.д. Такие вариации геометрии могут стать причиной того, что два встречных луча «увидят» различные оптические пути, порождая тем самым смещение.The second is changes in the geometric path of the interferometer due to changes in the length of the turns, and configuration changes. etc. Such geometry variations can cause two oncoming beams to “see” different optical paths, thereby causing displacement.

В работе (J.Hontaas, S Forrand, Y. Patyrel, F Napolitano Новейшие исследования в области технологии ВОГ при воздействиях вибраций - прямой путь к их использованию в инерциальной навигационной системе, Karlsruhe, Germany, 2008) синусоидальная вибрация прикладывалась к гироскопу системы-триада Octanes с частотой, изменяющейся от 10 Гц до 1 кГц, амплитуда ускорения равна 3g. Гироскоп выдавал синусоидальную скорость вращения, чья амплитуда линейно возрастала с ростом частоты вибрации, а максимальная угловая скорость равна 1500 град/час., т.е. К=1.5 град/час/Гц.In (J. Hontaas, S Forrand, Y. Patyrel, F Napolitano The latest research in the field of VOG technology under the influence of vibrations - a direct way to use them in an inertial navigation system, Karlsruhe, Germany, 2008) a sinusoidal vibration was applied to the gyroscope of the triad system Octanes with a frequency varying from 10 Hz to 1 kHz, the acceleration amplitude is 3g. The gyroscope produced a sinusoidal speed of rotation, whose amplitude increased linearly with increasing vibration frequency, and the maximum angular velocity was 1500 deg / h., I.e. K = 1.5 deg / h / Hz.

Известен волоконно-оптический гироскоп (ВОГ), в виде системы из источника света, волоконно-оптической катушки, фотодетектора, микропроцессора (патент US 7715014 от 11.05.2010). Система предназначена для подавления погрешности вибрации в ВОГ за счет измерений частот с фотодатчика и кратных частот от вибрации, а в микропроцессоре осуществляется цифровое подавление вибрации.Known fiber optic gyroscope (FOG), in the form of a system from a light source, fiber optic coil, photodetector, microprocessor (patent US 7715014 from 05/11/2010). The system is designed to suppress vibration errors in VOG by measuring frequencies from the photosensor and multiple frequencies from vibration, and digital vibration suppression is carried out in the microprocessor.

Однако данное техническое решение является конструктивно сложным.However, this technical solution is structurally complex.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является волоконно-оптический гироскоп (патент РФ на ПМ №88797) (прототип), содержащий источник излучения, оптически связанный с деполяризатором, разветвителем, многофункциональным интегральным оптическим элементом и катушкой с волоконным контуром, фотоприемный усилитель, микроконтроллер, блок цифровой обработки, датчик магнитного поля, расположенный с возможностью измерения напряженности магнитного поля в зоне катушки и соединенный с микроконтроллером, выполненным с возможностью корректировки значения измеряемой угловой скорости с учетом влияния магнитного поляClosest to the claimed technical solution is a fiber-optic gyroscope (RF patent for PM No. 88797) (prototype), containing a radiation source that is optically coupled to a depolarizer, coupler, multifunctional integrated optical element and coil with a fiber circuit, a photodetector amplifier, microcontroller, unit digital processing, a magnetic field sensor located with the possibility of measuring the magnetic field in the coil area and connected to a microcontroller configured to rrektirovki value of the measured angular velocity with the influence of the magnetic field

Однако использование датчика магнитного поля позволяет компенсировать только влияние магнитного поля и не обеспечивает коррекцию от вибрации из-за фильтра низкой частоты для диапазона измеряемых угловых скоростей, равного 100 Гц. Кроме того, недостатком данного устройства является то, что при воздействии на прибор угловой скорости, превышающей диапазон измеряемых угловых скоростей, из-за насыщения выходной характеристики прибора, происходит недокомпенсация фазового сдвига излучения (фазы Саньяка) фазовым сдвигом, создаваемым пилообразным напряжением компенсирующей фазовой модуляции. При дальнейшем увеличении действующей на прибор угловой скорости недокомпенсированное значение фазового сдвига излучения достигает величины π рад. Происходит изменение знака напряжения на выходе фазочувствительного выпрямителя, при этом отрицательная обратная связь контура регулирования становится положительной. Происходит изменение знака измеряемой угловой скорости, функциональная работоспособность прибора нарушается и не восстанавливается даже после уменьшения действующей на прибор угловой скорости до уровня, определяемого диапазоном измеряемых угловых скоростей. Восстановить работоспособность прибора можно только повторным включением питания и при условии, что действующая угловая скорость в этот момент не превышает диапазона измеряемых угловых скоростей.However, the use of a magnetic field sensor allows you to compensate only the influence of the magnetic field and does not provide correction from vibration due to the low-pass filter for the range of measured angular velocities equal to 100 Hz. In addition, the disadvantage of this device is that when the device affects an angular velocity that exceeds the range of measured angular velocities due to saturation of the output characteristic of the device, the phase shift of the radiation (Sagnac phase) is under-compensated by a phase shift created by the sawtooth voltage of the compensating phase modulation. With a further increase in the angular velocity acting on the device, the uncompensated value of the phase shift of the radiation reaches π rad. There is a change in the sign of the voltage at the output of the phase-sensitive rectifier, while the negative feedback of the control loop becomes positive. The sign of the measured angular velocity changes, the functional performance of the device is violated and cannot be restored even after the angular velocity acting on the device is reduced to a level determined by the range of measured angular velocities. The device can be restored to operability only by turning on the power again and provided that the effective angular velocity at this moment does not exceed the range of measured angular velocities.

Задачей полезной модели является повышение точности ВОГ за счет коррекции дрейфа от вибрации, а также повышение работоспособности прибора в широком диапазоне измеряемых частот.The objective of the utility model is to increase the accuracy of VOG due to the correction of drift from vibration, as well as to increase the operability of the device in a wide range of measured frequencies.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что волоконно-оптический гироскоп содержит источник излучения, оптически связанный с деполяризатором, разветвителем, многофункциональным интегральным оптическим элементом и катушкой с волоконным контуром, фотоприемный усилитель, блок цифровой обработки, микроконтроллер, связанный с блоком цифровой обработки и выполненный с возможностью корректировки значения измеряемой угловой скорости, по крайней мере, один измерительный датчик, расположенный в зоне катушки и связанный с микроконтроллером, при этом измерительный датчик выполнен в виде микромеханического акселерометра, установленного на каркасе катушки с обеспечением расположения осей измерения вдоль радиального направления катушки и ее оси, при этом микромеханический акселерометр связан с микроконтроллером через фильтр.The solution to this problem is provided by the fact that the fiber-optic gyroscope contains a radiation source optically coupled to a depolarizer, a coupler, a multifunctional integrated optical element and a coil with a fiber circuit, a photodetector amplifier, a digital processing unit, a microcontroller connected to a digital processing unit and configured to adjusting the value of the measured angular velocity of at least one measuring sensor located in the coil area and connected to the microcontrol while the measuring sensor is made in the form of a micromechanical accelerometer mounted on the coil frame with the location of the measurement axes along the radial direction of the coil and its axis, while the micromechanical accelerometer is connected to the microcontroller through a filter.

Количество микромеханических акселерометров равно двум, и они расположены диаметрально с возможностью определения угловой скорости катушки по оси чувствительности.The number of micromechanical accelerometers is equal to two, and they are located diametrically with the possibility of determining the angular velocity of the coil along the sensitivity axis.

Волоконно-оптический гироскоп содержит блок переключения диапазона, выполненный в микроконтроллере, при этом микромеханические акселерометры подключены дифференциально.The fiber-optic gyroscope contains a range switching unit made in a microcontroller, while the micromechanical accelerometers are connected differentially.

Полезная модель поясняется чертежами, где:The utility model is illustrated by drawings, where:

на фиг.1 представлена структурная схема ВОГ с применением трех компонентного акселерометра ADXL 330 TOP WEW и микроконтроллера ATMEGA128L,figure 1 presents the structural diagram of the VOG using three component accelerometer ADXL 330 TOP WEW and microcontroller ATMEGA128L,

на фиг.2 представлена структурная схема соединения блока цифровой обработки (БЦО) и трех акселерометров,figure 2 presents the structural diagram of the connection of the digital processing unit (BCO) and three accelerometers,

на фиг.3 - конструктивная схема элементов ВОГ,figure 3 is a structural diagram of the elements of VOG,

на фиг.4 - конструктивная схема установки и крепления датчиков ускорения.figure 4 is a structural diagram of the installation and mounting of acceleration sensors.

на фиг.5. - структурная схема устройства контура регулирования ВОГ.figure 5. - block diagram of the device of the VOG control loop.

Волоконно-оптический гироскоп (фиг.1) содержит источник излучения 1, который через деполяризатор 2, разветвитель 3, многофункциональный интегральный оптический элемент (МИОЭ) 4, соединен с волоконным контуром 5, размещенным на катушке. Разветвитель 3 через фотоприемный усилитель 6 соединен с блоком цифровой обработки 7 (БЦО), связанным с микроконтроллером 8. БЦО 7 (фиг.2) включает аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 10, дифференциальный усилитель 11, программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) 12 и высокостабильный генератор 13. Датчики ускорения 14 (фиг.3, 4) установлены на каркасе катушки на печатной плате с помощью клеевого соединения и подключены через фильтры 15 к микроконтроллеру 8 (фиг.1). В качестве датчиков ускорения 14 предлагается использовать каллиброванные датчики ADXL 330 TOP WEW (4×4×1,45) с величиной чувствительности 270-330 mB/G.The fiber-optic gyroscope (Fig. 1) contains a radiation source 1, which, through a depolarizer 2, a splitter 3, a multifunctional integrated optical element (MIOE) 4, is connected to a fiber circuit 5 located on the coil. The splitter 3 through a photodetector amplifier 6 is connected to a digital processing unit 7 (BCO) connected to the microcontroller 8. The BCO 7 (figure 2) includes an analog-to-digital converter (ADC) 9, a digital-to-analog converter (DAC) 10, a differential amplifier 11 , programmable logic integrated circuit (FPGA) 12 and a highly stable generator 13. Acceleration sensors 14 (Figs. 3, 4) are mounted on the coil frame on a printed circuit board using adhesive bonding and connected through filters 15 to microcontroller 8 (Fig. 1). It is proposed to use calibrated sensors ADXL 330 TOP WEW (4 × 4 × 1.45) with a sensitivity value of 270-330 mB / G as acceleration sensors 14.

При превышении значения угловой скорости выше максимального значения диапазона может быть введено устройство обработки информации 16 с акселерометров 14 и блок переключения 8.1 (фиг.5). Датчики ускорения 14 подключены к контактам платы цифровой обработки прибора ПНСК40-018, которые в свою очередь подключены к встроенным в микроконтроллер ATMEGA 128L аналогово-цифровым преобразователям ADC4, ADC5 и ADC6.If the value of the angular velocity is exceeded above the maximum value of the range, an information processing device 16 from the accelerometers 14 and a switching unit 8.1 (Fig. 5) can be introduced. Acceleration sensors 14 are connected to the terminals of the PNSK40-018 digital processing board, which in turn are connected to the ADC4, ADC5, and ADC6 analog-to-digital converters built into the ATMEGA 128L microcontroller.

На фиг.4 показано расположение в одноосном ВОГ двух акселерометров типа «ADXL330» (АК1 и АК2) с указанием направления осей чувствительности каждого акселерометра относительно базовых плоскостей ВОГ.Figure 4 shows the location in the uniaxial VOG of two accelerometers of the type "ADXL330" (AK1 and AK2), indicating the direction of the sensitivity axes of each accelerometer relative to the base planes of the VOG.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Аналоговый сигнал о наличии угловой скорости (сигнал рассогласования) поступает на АЦП 9 с фотоприемного усилителя 6. Высокоскоростной АЦП 9 под управлением ПЛИС 12 преобразует аналоговый сигнал в цифровой. В ПЛИС 12 цифровой сигнал с АЦП 9 демодулируется и полученный цифровой код со знаком, соответствующим знаку сигнала рассогласования, поступает на ЦАП 10. Цифровой код используется для получения наклона фазовой «пилы», соответствующего скорости вращения. Преобразованный в ЦАП 10 (фиг.2) сигнал в виде ступенчатого пилообразного напряжения поступает на МИОЭ 4 через дифференциальный усилитель 11. Контур обратной связи замыкается с помощью пилообразной модуляции, с фазовой амплитудой, автоматически поддерживаемой у значения 2π рад. В этом случае, как известно, разность фаз Саньяка компенсируется сигналом с частотой f, определяемой соотношением:An analog signal about the presence of angular velocity (mismatch signal) is fed to the ADC 9 from the photodetector amplifier 6. A high-speed ADC 9 controlled by FPGA 12 converts the analog signal to a digital one. In FPGA 12, the digital signal from ADC 9 is demodulated and the received digital code with a sign corresponding to the sign of the error signal is supplied to the DAC 10. The digital code is used to obtain the inclination of the phase “saw” corresponding to the rotation speed. Converted to the DAC 10 (FIG. 2), the signal in the form of a step-like sawtooth voltage is supplied to the MIOE 4 through a differential amplifier 11. The feedback loop is closed by sawtooth modulation, with a phase amplitude automatically maintained at 2π rad. In this case, as is known, the Sagnac phase difference is compensated by a signal with a frequency f determined by the relation:

, ,

где Ω - скорость вращения, D - диаметр волоконного контура, n -эффективный показатель преломления моды в волокне, λ - длина волны в вакууме.where Ω is the rotation speed, D is the diameter of the fiber circuit, n is the effective refractive index of the mode in the fiber, and λ is the wavelength in vacuum.

Цифровой интерфейс построен на ПЛИС 12 фирмы ALTERA, к которой подключен высокоскоростной АЦП 9 и ЦАП 10 фирмы Analog Devices. Тактовые синхроимпульсы для ЦАП 10 и АЦП 9 вырабатываются ПЛИС 12. Работа ПЛИС 12 тактируется внешним высокостабильным генератором 13.The digital interface is built on FPGA 12 from ALTERA, to which a high-speed ADC 9 and DAC 10 from Analog Devices are connected. Clock sync pulses for the DAC 10 and ADC 9 are produced by the FPGA 12. The operation of the FPGA 12 is clocked by an external highly stable generator 13.

Микроконтроллер 8 фирмы Atmel является загрузчиком для ПЛИС 12, а также принимает код с ПЛИС 12, соответствующий действующей угловой скорости, преобразует его в значение угловой скорости и обеспечивает обмен по интерфейсу RS-485 с внешними устройствами. Считывание данных производится с частотой примерно 150 Гц. Коэффициент корреляции сигнала формируется по результатам проверки отклика волоконного контура 5 на величину частоты вибрации в направлении оси чувствительности и в плоскости волоконного контура 5 по оси катушки до величин пороговых значений нижнего уровня и максимального шума. С помощью трех датчиков ускорения 14, измеряющих по трем осям действующее значение ускорений вибрации и выдающих информацию на микроконтроллер 8, осуществляется алгоритмическая компенсация дрейфа измеряемой угловой скорости от ускорения вибрации.Atmel microcontroller 8 is a bootloader for FPGA 12, and also receives a code from FPGA 12 corresponding to the current angular velocity, converts it to a value of angular velocity and provides exchange via RS-485 interface with external devices. Data is read at a frequency of approximately 150 Hz. The signal correlation coefficient is formed by checking the response of the fiber circuit 5 to the value of the vibration frequency in the direction of the sensitivity axis and in the plane of the fiber circuit 5 along the axis of the coil to the threshold values of the lower level and maximum noise. Using three acceleration sensors 14, measuring in three axes the actual value of the acceleration of vibration and issuing information to the microcontroller 8, algorithmic compensation of the drift of the measured angular velocity from vibration acceleration is carried out.

Информация с датчиков ускорения 14 в виде напряжения постоянного тока подается на микроконтроллер 8 в составе прибора ВОГ, где преобразуется с помощью 10-и разрядного АЦП 9 в цифровой код. В соответствии с полученным кодом, соответствующим вибрации, действующей по данной оси прибора, формируется поправка к значению выходной угловой скорости, измеряемой прибором ВОГ. Вибрации в диапазоне 1600 Гц измеряются до величин пороговых значений максимального шума, равного уровню шума, умноженного на корень квадратный из диапазона частот прибора.Information from the acceleration sensors 14 in the form of a DC voltage is supplied to the microcontroller 8 as part of the VOG device, where it is converted using a 10-bit ADC 9 into a digital code. In accordance with the received code corresponding to the vibration acting on this axis of the device, a correction is formed to the value of the output angular velocity measured by the VOG device. Vibrations in the range of 1600 Hz are measured up to the threshold values of maximum noise equal to the noise level multiplied by the square root of the frequency range of the device.

Предполагается, что объект вращается с переменной угловой скоростью как в заданном диапазоне измерения, так и с угловой скоростью, превышающей диапазон измерения, что может привести к тому, что отрицательная обратная связь контура регулирования ВОГ становится положительной. Происходит изменение знака измеряемой угловой скорости и функциональная работоспособность ВОГ нарушается. Одновременно на ВОГ воздействует вибрация.It is assumed that the object rotates with a variable angular velocity both in a given measuring range and with an angular velocity exceeding the measuring range, which can lead to the negative feedback of the VOG control loop becoming positive. There is a change in the sign of the measured angular velocity and the functional performance of the VOG is violated. VOG is simultaneously affected by vibration.

При этом определяются значения каждой из составляющих ускорения, измеряемых акселерометрами:In this case, the values of each of the acceleration components measured by accelerometers are determined:

- центростремительное ускорение, характеризующее значение угловой скорости вращения ВОГ,- centripetal acceleration, characterizing the value of the angular velocity of rotation of the VOG,

- ускорение (знакопеременное), вызванное линейными вибрациями, действующими на ВОГ.- acceleration (alternating) caused by linear vibrations acting on the VOG.

Согласно фиг.5 следует, что значения центростремительного ускорения, измеряемые акселерометрами АК1 по оси X1 и АК2 по оси Х2, будут иметь разный знак, а значения измеряемого ускорения, вызванного действующей вибрацией по всем осям, будут иметь одинаковый знак.According to figure 5, it follows that the values of the centripetal acceleration measured by the accelerometers AK1 along the X1 axis and AK2 along the X2 axis will have a different sign, and the values of the measured acceleration caused by the acting vibration along all axes will have the same sign.

Информация об измеряемом акселерометрами АК1 и АК2 ускорении с каждой измерительной оси (X1, Y1, Z1 и Х2, Y2, Z2) в виде напряжения поступает на устройство обработки информации 16 с акселерометров 14.Information about the acceleration measured by the accelerometers AK1 and AK2 from each measuring axis (X1, Y1, Z1 and X2, Y2, Z2) in the form of a voltage is supplied to the information processing device 16 from the accelerometers 14.

Информация с каналов Х акселерометров АК1 и АК2 поступает в устройство обработки информации 16 где вычисляется полуразность от сигналов с измерительных осей «X» акселерометров АК1 и АК2. В результате на выходе устройства обработки информации 16 формируется сигнал в виде напряжения, пропорционального только значениям центростремительного ускорения, измеряемым акселерометрами АК1 и АК2 по осям X1 и Х2, соответственно. Составляющие линейного ускорения и ускорения от вибраций, измеряемые акселерометрами АК1 и АК2 по осям X1 и Х2, исключаются, так как имеют одинаковый знак. Далее информация поступает на фильтр 15, реализующий функцию фильтра низких частот с частотой среза «f_ФНЧ2», равной полосе пропускания ВОГ. Далее напряжение, пропорциональное значению центростремительного ускорения с выхода фильтра 15 поступает на первый вход аналого-цифрового преобразователя 9.Information from the channels X of the accelerometers AK1 and AK2 is fed to the information processing device 16 where the half-difference from the signals from the measuring axes “X” of the accelerometers AK1 and AK2 is calculated. As a result, at the output of the information processing device 16, a signal is generated in the form of a voltage proportional only to the centripetal acceleration values measured by the accelerometers AK1 and AK2 along the axes X1 and X2, respectively. The components of linear acceleration and acceleration from vibrations measured by the accelerometers AK1 and AK2 along the axes X1 and X2 are excluded, since they have the same sign. Further, the information arrives at the filter 15, which implements the function of a low-pass filter with a cutoff frequency "f _LPF2 " equal to the passband of the FOG. Further, a voltage proportional to the centripetal acceleration value from the output of the filter 15 is supplied to the first input of the analog-to-digital converter 9.

Одновременно информация с каналов Х акселерометров АК1 и АК2 поступает на устройство обработки информации 16.1, в котором вычисляется полусумма от сигналов с измерительной оси «X» акселерометров АК1 и АК2. В результате на выходе устройства обработки информации 16.1 формируется сигнал в виде напряжения, пропорционального только значениям линейного ускорения и ускорения от вибраций, измеряемых акселерометрами АК1 и АК2 по осям X1 и Х2, соответственно. Составляющие центростремительного ускорения, измеряемого акселерометрами АК1 и АК2 по осям X1 и Х2, соответственно, исключаются, так как имеют противоположные знаки. Далее информация поступает на фильтр 15.1, реализующий функцию полосового фильтра частот. Данный фильтр реализуется последовательным соединением фильтра верхних частот с частотой среза «f_ФНЧ4», равной полосе пропускания ВОГ, который осуществляет исключение постоянной и низкочастотной составляющих действующего линейного ускорения на ВОГ и фильтра низких частот с частотой среза «f_ФНЧ4», равной диапазону действующих вибраций (от 1 кГц до 2 кГц).At the same time, information from the channels X of the accelerometers AK1 and AK2 is fed to the information processing device 16.1, in which half the sum from the signals from the measuring axis “X” of the accelerometers AK1 and AK2 is calculated. As a result, at the output of the information processing device 16.1, a signal is generated in the form of a voltage proportional only to the values of linear acceleration and acceleration from vibrations measured by accelerometers AK1 and AK2 along the axes X1 and X2, respectively. The components of the centripetal acceleration measured by the accelerometers AK1 and AK2 along the axes X1 and X2, respectively, are excluded, since they have opposite signs. Further, the information goes to the filter 15.1, which implements the function of a bandpass filter of frequencies. This filter is implemented by serial connection of a high-pass filter with a cutoff frequency “f _LPF4 ” equal to the passband of the FOG, which eliminates the constant and low-frequency components of the active linear acceleration on the FOG and a low-pass filter with a cutoff frequency “f _LPF4 ” equal to the range of active vibrations ( 1 kHz to 2 kHz).

Далее знакопеременное напряжение, амплитудное значение которого пропорционально значению вибрационного ускорения, с выхода фильтра 15.1 поступает на второй вход аналого-цифрового преобразователя 9.Next, an alternating voltage, the amplitude value of which is proportional to the value of vibrational acceleration, from the output of the filter 15.1 is fed to the second input of the analog-to-digital converter 9.

Информация с каналов Y акселерометров АК1 и АК2 поступает на устройство обработки информации 16.2, в котором вычисляется полусумма от сигналов с измерительной оси «Y» акселерометров АК1 и АК2. В результате на выходе устройства обработки информации 16.2 формируется сигнал в виде напряжения, пропорционального только значениям линейного ускорения и ускорения от вибраций, измеряемых акселерометрами АК1 и АК2 по осям Y1 и Y2, соответственно. Далее информация поступает на фильтр 15.2, реализующий функцию полосового фильтра частот. Данный фильтр реализуется последовательным соединением фильтра верхних частот с частотой среза «f_ФНЧ4», равной полосе пропускания ВОГ, и фильтра низких частот с частотой среза «f_ФНЧ4», равной диапазону действующих вибраций (от 1 кГц до 2 кГц).Information from the channels Y of the accelerometers AK1 and AK2 is fed to the information processing device 16.2, in which half the sum from the signals from the measuring axis “Y” of the accelerometers AK1 and AK2 is calculated. As a result, at the output of the information processing device 16.2, a signal is generated in the form of a voltage proportional only to the values of linear acceleration and acceleration from vibrations measured by the accelerometers AK1 and AK2 along the axes Y1 and Y2, respectively. Further, the information goes to filter 15.2, which implements the function of a bandpass filter of frequencies. This filter is implemented by connecting a high-pass filter with a cut-off frequency “f _LPF4 ” equal to the passband of the FOG and a low-pass filter with a cut-off frequency “f _LPF4 ” equal to the range of active vibrations (from 1 kHz to 2 kHz).

Далее знакопеременное напряжение, амплитудное значение которого пропорционально значению вибрационного ускорения, действующего по оси Y, с выхода фильтра 15.2 поступает на третий вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 9.Next, an alternating voltage, the amplitude value of which is proportional to the value of vibrational acceleration acting along the Y axis, from the output of filter 15.2 is fed to the third input of an analog-to-digital converter (ADC) 9.

Информация с каналов Z акселерометров АК1 и АК2 поступает на устройство обработки информации 16.3, в котором вычисляется полусумма от сигналов с измерительной оси «Z» акселерометров АК1 и АК2. В результате на выходе устройство обработки информации 16.3 формируется сигнал в виде напряжения, пропорционального только значению линейного ускорения и ускорения от вибраций, измеряемых акселерометрами АК1 и АК2 по осям Z1 и Z2, соответственно. Далее информация поступает на фильтр 15.3, реализующий функцию полосового фильтра частот. Данный фильтр реализуется последовательным соединением фильтра верхних частот с частотой среза «f_ФНЧ4», равной полосе пропускания ВОГ, и фильтра низких частот с частотой среза «f_ФНЧ4», равной диапазону действующих вибраций (от 1 кГц до 2 кГц).Information from channels Z of the accelerometers AK1 and AK2 is fed to the information processing device 16.3, in which half the sum from the signals from the measuring axis “Z” of the accelerometers AK1 and AK2 is calculated. As a result, at the output of the information processing device 16.3, a signal is generated in the form of a voltage proportional only to the value of linear acceleration and acceleration from vibrations measured by accelerometers AK1 and AK2 along the axes Z1 and Z2, respectively. Further, the information goes to the filter 15.3, which implements the function of a bandpass filter of frequencies. This filter is implemented by connecting a high-pass filter with a cut-off frequency “f _LPF4 ” equal to the passband of the FOG and a low-pass filter with a cut-off frequency “f _LPF4 ” equal to the range of active vibrations (from 1 kHz to 2 kHz).

Далее знакопеременное напряжение, амплитудное значение которого пропорционально значению вибрационного ускорения, действующего по оси Z, с выхода устройства обработки информации 16.3 поступает на фильтр 15.3 и с выхода фильтра 15.3 поступает на четвертый вход аналого-цифрового преобразователя 9.Next, an alternating voltage, the amplitude value of which is proportional to the value of the vibrational acceleration acting on the Z axis, from the output of the information processing device 16.3 goes to the filter 15.3 and from the output of the filter 15.3 goes to the fourth input of the analog-to-digital converter 9.

Информация с АЦП 9 блока цифровой обработки информации 7 с акселерометров 14 поступает на микроконтроллер 8 в блоке цифровой обработки контура регулирования ВОГ (фиг.5).Information from the ADC 9 of the digital information processing unit 7 from the accelerometers 14 is fed to the microcontroller 8 in the digital processing unit of the VOG control loop (Fig. 5).

При достижении действующей на ВОГ угловой скорости, равной величине порогового напряжения U⁺ или U^-, в зависимости от знака действующей угловой скорости или при неограниченном превышении диапазона измерения включается блок переключения 8.1 в микроконтроллере. Допустим, знак действующей угловой скорости положительный, при этом подключится значение угловой скорости от акселерометров 14, а измерительный контур ВОГ отключится. При диаметре катушки 120 мм и максимальном значении угловой скорости 100°/c величина центростремительного ускорения равна 0,18 м/с², а сигнал с датчика равен 5,5 мВ. Устройство продолжит работу в расширенном диапазоне угловых скоростей, определенных ВОГ. При превышении действующей угловой скорости диапазона измерения ВОГ, напряжение сохранит прежний знак и не изменится по величине, т.е. будет находится в насыщении.When the angular velocity acting on the VOG is equal to the threshold voltage U ⁺ or U ^- , depending on the sign of the actual angular velocity or when the measurement range is unlimited, the switching unit 8.1 in the microcontroller is activated. Suppose that the sign of the effective angular velocity is positive, while the value of the angular velocity from the accelerometers 14 is connected, and the VOG measuring circuit is turned off. With a coil diameter of 120 mm and a maximum angular velocity of 100 ° / s, the centripetal acceleration is 0.18 m / s ² , and the signal from the sensor is 5.5 mV. The device will continue to operate in the extended range of angular velocities determined by the FOG. If the effective angular velocity of the VOG measurement range is exceeded, the voltage will retain the previous sign and will not change in magnitude, i.e. will be in saturation.

При уменьшении действующей на прибор угловой скорости до уровня, определяемого диапазоном измерения ВОГ, выходное напряжение V_u1 на выходе ВОГ вновь станет равным величине порогового напряжения U⁺, и блок 8.1 подключит ВОГ.If the angular velocity acting on the device decreases to a level determined by the FOG measurement range, the output voltage V _u1 at the FOG output will again become equal to the threshold voltage U ⁺ , and block 8.1 will connect the FOG.

Claims

1. A fiber-optic gyroscope containing a radiation source optically coupled to a depolarizer, a coupler, a multifunctional integrated optical element and a coil with a fiber circuit, a photodetector amplifier, a digital processing unit, a microcontroller connected to a digital processing unit and configured to correct the value of the measured angular velocity at least one measuring sensor located in the area of the coil and connected to the microcontroller, characterized in that the measuring date IR is designed as a micromechanical accelerometer mounted on the coil bobbin with the measurement axes arrangement providing along a radial direction of the coil and its axis, the micromachined accelerometer is connected to the microcontroller through the filter.

2. The fiber-optic gyroscope according to claim 1, characterized in that the number of micromechanical accelerometers is two, and they are diametrically arranged to determine the angular velocity of the coil along the sensitivity axis.

3. The fiber-optic gyroscope according to claim 2, characterized in that it contains a block for switching the range of measured angular velocities made in the microcontroller, while the micromechanical accelerometers are connected differentially.