RU109851U1

RU109851U1 - WAVE SOLID GYROSCOPE BASED ON THE SYSTEM OF RELATED RESONATORS USING THE STANDING WAVE EFFECT

Info

Publication number: RU109851U1
Application number: RU2011122444/28U
Authority: RU
Inventors: Алексей Гурьевич Андреев; Владимир Сергеевич Ермаков; Игорь Валентинович Гузачев; Валерий Константинович Струк; Юрий Алексеевич Середа; Александр Геннадьевич Максимов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Пермская научно-производственная приборостроительная компания"
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2011-10-27

Abstract

1. Волновой твердотельный гироскоп на основе системы связанных резонаторов с использованием эффекта стоячей волны, содержащий корпус, основание, жестко соединенное с корпусом и гермовводами, резонатор, установленный внутри корпуса, блок электродов с датчиками, соединенный электрически с гермовводами через упругие токоподводы, отличающийся тем, что гироскоп содержит систему резонаторов, состоящую из базового резонатора и плоского резонатора стоячей волны, которые связаны подвеской, при этом система резонаторов имеет цельную стакановидную форму со стенками разной толщины, причем блок электродов с датчиками установлены на плоском резонаторе, расположенном в основании системы резонаторов, кроме того, в центральной части плоского резонатора расположены элементы крепления резонатора к основанию гироскопа, образующие в месте крепления узел колебаний упругих стоячих волн. ! 2. Волновой твердотельный гироскоп по п.1, отличающийся тем, что наружные диаметры плоского резонатора и подвески резонатора выполнены одного размера. ! 3. Волновой твердотельный гироскоп по п.1, отличающийся тем, что наружный диаметр плоского резонатора выполнен большего размера, чем наружный диаметр подвески резонатора, образуя при этом кольцевой буртик. 1. A wave solid-state gyroscope based on a system of coupled resonators using the standing wave effect, comprising a housing, a base rigidly connected to the housing and pressure glands, a resonator mounted inside the housing, an electrode assembly with sensors, electrically connected to the pressure glands through elastic current leads, characterized in that the gyroscope contains a system of resonators, consisting of a base resonator and a plane resonator of a standing wave, which are connected by a suspension, while the system of resonators has a whole glass hydrochloric shape with walls of different thickness, wherein the electrode assembly with the sensors mounted on the planar resonator, the resonators located at the base of the system, in addition, the central portions of the flat elements disposed resonator resonator gyro mount to the base forming a mounting location node elastic standing wave oscillations. ! 2. The wave solid-state gyroscope according to claim 1, characterized in that the outer diameters of the flat resonator and the suspension of the resonator are made of the same size. ! 3. The wave solid-state gyroscope according to claim 1, characterized in that the outer diameter of the planar resonator is larger than the outer diameter of the resonator suspension, thereby forming an annular bead.

Description

Полезная модель относится к области приборостроения, а именно к приборам ориентации, навигации и системам управления подвижных объектов, и предназначено для измерения угловой скорости в этих системах.The utility model relates to the field of instrumentation, namely to instruments of orientation, navigation and control systems of moving objects, and is intended for measuring angular velocity in these systems.

В настоящее время известно более ста различных явлений и физических принципов, которые позволяют решать гироскопические задачи.Currently, more than a hundred different phenomena and physical principles are known that allow solving gyroscopic problems.

Известно изобретение «Микроэлектро-механический гироскоп» (патент US №6516665 / Varadan V.K., Pascal В. Xavier, William D. Suh, Jose A. Kollakompil, Vasundara V.Varadan. 2003), содержащий пластину пьезоэлектрика, на которую нанесены встречно - штыревые преобразователи драйвера, чувствительные элементы колебаний и отражающие структуры, расположенные за пределами встречно - штыревых преобразователей. Этот гироскоп работает с использованием свойств поверхностной акустической волны, распространяющейся по пьезоэлектрической подложке. В отличие от других гироскопов этот гироскоп имеет планарную конфигурацию без подвешенных резонансных механических структур, вследствие чего является устойчивым и ударопрочным. Недостатком этого гироскопа является низкая точность и, соответственно, невозможность использования его для высокоточных измерений вследствие малой амплитуды колебаний чувствительных элементов.The invention is known "Microelectromechanical gyroscope" (US patent No. 6516665 / Varadan VK, Pascal B. Xavier, William D. Suh, Jose A. Kollakompil, Vasundara V. Varadan. 2003), containing a piezoelectric plate on which are interdigitated driver transducers, sensitive vibration elements and reflective structures located outside the interdigital transducers. This gyroscope uses the properties of a surface acoustic wave propagating through a piezoelectric substrate. Unlike other gyroscopes, this gyroscope has a planar configuration without suspended resonant mechanical structures, as a result of which it is stable and shockproof. The disadvantage of this gyroscope is its low accuracy and, consequently, the inability to use it for high-precision measurements due to the small amplitude of oscillations of the sensitive elements.

Также известно изобретение «Твердотельный волновой гироскоп» (патент №3924475, US, кл. G01P 9/04, 1975 г.), содержащий полусферический резонатор, основание, поддерживающее резонатор вдоль оси симметрии, проходящей через полюс полусферы, на котором выполнены приемные электроды, блок управления, к которому подсоединены приемные электроды и к выходам которого подключены блок параметрического возбуждения, блоки позиционного возбуждения и вычислитель, при этом выходы блоков параметрического и позиционного возбуждения подсоединены к блоку управления дискретными электродами. Недостатком такого твердотельного волнового гироскопа является появление динамических погрешностей измерения угла, обусловленных смещением вибрационной картины силами Кориолиса, возникающими при принудительном вращении резонатора.The invention is also known "Solid-state wave gyroscope" (patent No. 3924475, US, CL G01P 9/04, 1975), containing a hemispherical resonator, a base supporting the resonator along the axis of symmetry passing through the pole of the hemisphere on which the receiving electrodes are made, a control unit to which the receiving electrodes are connected and to the outputs of which a parametric excitation unit, positional excitation units and a calculator are connected, while the outputs of the parametric and positional excitation units are connected to the control unit discrete electrodes. The disadvantage of such a solid-state wave gyroscope is the appearance of dynamic errors in measuring the angle due to the displacement of the vibrational pattern by the Coriolis forces arising from the forced rotation of the resonator.

Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является «Волновой твердотельный гироскоп» (патент №2164006, RU, дата приоритета 21.05.1999 г., патентообладатель: «ОАО «Московский институт электромеханики и автоматики»), который взят за прототип. Гироскоп содержит полусферический резонатор с установленным в нем цилиндрическим стержнем и металлический герметизирующий кожух с гермовводами, в котором установлена сборка корпус - основание - резонатор. Дополнительно введены упругие центрирующие элементы, упругий центрирующий подвес, выполненный в виде системы плоских пружин, маломоментные упругие токоподводы в виде витых плоских пружин, а также жесткая фиксация корпуса и основания. Точность гироскопа повышена за счет минимизации оттока колебательной энергии стоячей волны в элементы конструкции путем введения дополнительных элементов, имеющих заданные параметры. Однако резонатор прототипа не защищен от внутренних возмущающих воздействий, которые вызывают в резонаторе колебания неосновной частоты, приводящие- к шумам в нулевом измерительном канале. Недостатком прототипа является наличие сил Кориолиса, влияющих на резонансную частоту и снижающих точность гироскопа. Для устранения этого недостатка в прототипе напряжения возбуждения должны быть синусоидальными и синхронными, датчики возбуждения линейными, угол между осями возбуждения неизменным. Выполнить все условия в конструкции прототипа практически невозможно.The closest analogue of the claimed utility model is the "Wave solid-state gyroscope" (patent No. 2144006, RU, priority date 05/21/1999, patent holder: "OJSC" Moscow Institute of Electromechanics and Automatics "), which is taken as a prototype. The gyroscope contains a hemispherical resonator with a cylindrical rod installed in it and a metal sealing casing with hermetic inputs, in which the housing - base - resonator assembly is installed. In addition, elastic centering elements, an elastic centering suspension made in the form of a system of flat springs, low-moment elastic current leads in the form of twisted flat springs, as well as rigid fixation of the housing and base are introduced. The accuracy of the gyroscope is increased by minimizing the outflow of the vibrational energy of the standing wave into the structural elements by introducing additional elements with specified parameters. However, the prototype resonator is not protected from internal disturbances, which cause non-fundamental frequency oscillations in the resonator, resulting in noise in the zero measuring channel. The disadvantage of the prototype is the presence of Coriolis forces that affect the resonant frequency and reduce the accuracy of the gyroscope. To eliminate this drawback in the prototype, the excitation voltage must be sinusoidal and synchronous, the excitation sensors are linear, the angle between the excitation axes is unchanged. To fulfill all the conditions in the design of the prototype is almost impossible.

Технической задачей заявленной полезной модели является увеличение точности измерения угла поворота за счет усиления эффекта стоячей волны в гироскопе.The technical task of the claimed utility model is to increase the accuracy of measuring the angle of rotation by enhancing the effect of a standing wave in a gyroscope.

Технический результат достигается за счет известного волнового твердотельного гироскопа, содержащего корпус, основание, жестко соединенное с корпусом и с гермовводами, резонатор, установленный внутри корпуса, блок электродов с датчиками, соединенный электрически с гермовводами через упругие токоподводы, согласно полезной модели волновой твердотельный гироскоп выполнен на основе системы связанных резонаторов с использованием эффекта стоячей волны, которая содержит базовый резонатор и плоский резонатор стоячей волны, связанные подвеской, при этом система резонаторов имеет цельную стакановидную форму со стенками разной толщины, причем блок электродов с датчиками установлены на плоском резонаторе, расположенном в основании системы резонаторов, кроме того, в центральной части плоского резонатора расположены элементы крепления резонатора к основанию гироскопа, образующие в месте крепления - узел колебаний упругих стоячих волн, при этом наружные диаметры плоского резонатора и подвески резонатора могут быть выполнены одного размера или, как вариант, наружный диаметр плоского резонатора может быть выполнен большего размера, чем наружный диаметр подвески резонатора, образуя при этом кольцевой буртик.The technical result is achieved due to the well-known wave solid-state gyroscope, comprising a housing, a base rigidly connected to the housing and the pressure glands, a resonator mounted inside the housing, a block of electrodes with sensors, electrically connected to the pressure glands through the elastic current leads, according to the utility model, the wave solid-state gyroscope is made on based on a system of coupled resonators using the standing wave effect, which contains a base resonator and a plane standing wave resonator while the resonator system has a whole glass-like shape with walls of different thicknesses, and the electrode block with sensors are mounted on a flat resonator located at the base of the resonator system, in addition, in the central part of the flat resonator there are resonator fastening elements to the gyro base, which form in place fastenings - a node of oscillations of elastic standing waves, while the outer diameters of the flat resonator and the suspension of the resonator can be made of the same size or, as an option, the outer diameter Gloss resonator may be made larger than the outer diameter of the resonator suspension, thereby forming an annular bead.

Заявленная полезная модель иллюстрируется фигурами:The claimed utility model is illustrated by the figures:

Фиг.1 - Волновой твердотельный гироскоп на основе системы связанных резонаторов с использованием эффекта стоячей волны - общий вид (поперечное сечение).Figure 1 - Wave solid-state gyroscope based on a system of coupled resonators using the standing wave effect - General view (cross section).

Фиг.2 - Система резонаторов (вид снизу фигуры 1). Схема измерения угловой скорости с использованием системы резонаторов.Figure 2 - System of resonators (bottom view of figure 1). Circuit of measuring angular velocity using a system of resonators.

Фиг.3 - Схема колебаний стоячей волны в базовом резонаторе.Figure 3 - Scheme of oscillations of a standing wave in the base resonator.

Фиг.4 - Узел колебаний стоячей волны в базовом резонаторе.Figure 4 - The node oscillations of the standing wave in the base resonator.

Фиг.5 - Схема колебаний в плоском резонаторе без буртика.Figure 5 - Scheme of oscillations in a flat resonator without collar.

Фиг.6 - Схема колебаний в плоском резонаторе с буртиком.6 is a diagram of oscillations in a flat resonator with a shoulder.

Заявленная полезная модель «Волновой твердотельный гироскоп на основе системы связанных резонаторов с использованием эффекта стоячей волны» изображено в поперечном сечении на фиг.1. Гироскоп содержит жестко соединенные между собой корпус 1 и основание 2. Внутри корпуса 1 на основании 2 жестко установлена система резонаторов изображенная на фиг.2., и состоит из базового резонатора 3 и плоского резонатора 4 стоячей волны.The claimed utility model "Wave solid-state gyroscope based on a system of coupled resonators using the standing wave effect" is depicted in cross section in figure 1. The gyroscope contains rigidly interconnected housing 1 and the base 2. Inside the housing 1 on the base 2, the resonator system shown in Fig. 2 is rigidly mounted and consists of a base resonator 3 and a plane resonator 4 of a standing wave.

Резонаторы связаны между собой подвеской 5 (фиг.1, 2), при этом система резонаторов имеет цельную стакановидную форму со стенками разной толщины, S и S1 (фиг.1). Базовый резонатор 3 и подвеска 5 имеют цилиндрическую форму, причем базовый резонатор расположен в верхней части подвески, а плоский резонатор 4 расположен в нижней части подвески в основании системы. Подвеска резонатора выполнена диаметром D, а плоский резонатор выполнен диаметром D1. Размеры D и D1 могут быть выполнены одинаковыми или, как вариант, размер наружного диаметра D1 плоского резонатора может быть больше, чем наружный диаметр подвески резонатора D, при этом за счет разницы размеров образуется кольцевой буртик 6. Параметры буртика выбираются по условию минимального прохождения на датчики колебаний, вызванных силами Кориолиса. На плоском резонаторе установлен блок 7 электродов с датчиками. Блок электродов с датчиками должен обеспечивать точное направление создаваемых им измеряемых изгибных колебаний, а также определенную жесткость радиальных торсио-нов. Типы датчиков и способы их размещения могут быть выбраны по условиям линейности. В принципе могут быть использованы датчики любого типа - емкостные, индукционные, трансформаторные, электромагнитные, магнитострикционные, пьезоэлектрические и др.The resonators are interconnected by a suspension 5 (FIGS. 1, 2), while the system of resonators has an entire glass-like shape with walls of different thicknesses, S and S1 (FIG. 1). The base resonator 3 and the suspension 5 are cylindrical, with the base resonator located in the upper part of the suspension and the flat resonator 4 located in the lower part of the suspension at the base of the system. The resonator suspension is made with a diameter D, and a flat resonator is made with a diameter D1. Dimensions D and D1 can be the same or, alternatively, the size of the outer diameter D1 of the flat resonator can be larger than the outer diameter of the suspension of the resonator D, and an annular bead 6 is formed due to the difference in size. The parameters of the bead are selected by the condition of minimum passage to the sensors vibrations caused by Coriolis forces. A block of 7 electrodes with sensors is mounted on a flat resonator. The block of electrodes with sensors should provide the exact direction of the measured bending vibrations created by it, as well as a certain stiffness of the radial torsion bars. Types of sensors and methods of their placement can be selected according to linearity conditions. In principle, sensors of any type can be used - capacitive, induction, transformer, electromagnetic, magnetostrictive, piezoelectric, etc.

В центральной части плоского резонатора выполнен вогнутый элемент (на фиг. не обозначено) со сквозным отверстием, в которое установлен крепежный элемент 8, соединяющий резонатор с основанием гироскопа, при этом в месте соединения образуется узел колебаний упругих стоячих волн фиг.1. Блок 7 электродов с датчиками электрически соединен через упругие токоподводы 9 с гермовводами 10, которые жестко закреплены на основании 2.In the central part of the flat resonator, a concave element is made (not indicated in FIG.) With a through hole in which a fastening element 8 is mounted connecting the resonator to the base of the gyroscope, while at the junction, an oscillating node of elastic standing waves of FIG. 1 is formed. Block 7 of the electrodes with sensors is electrically connected through elastic current leads 9 with pressure glands 10, which are rigidly fixed to the base 2.

Волновой твердотельный гироскоп является инструментом, используемым для измерения угла поворота и угловой скорости вращения объектов. В основе его функционирования лежат инертные свойства упругих волн в твердом теле.A solid-state gyroscope is a tool used to measure the angle of rotation and the angular velocity of rotation of objects. Its functioning is based on the inert properties of elastic waves in a solid.

Принцип действия заявленного гироскопа основан на эффекте стоячей волны, т.е. на эффекте независимости упругих волн колебаний резонаторов от среды колебаний. Эффект инерции упругих волн колебаний в системе резонаторов, при медленно меняющейся входной угловой скорости, являются главенствующим, в отличие от эффекта сил Кориолиса, когда есть два движения: линейные скорости пучностей стоячих волн и воздействие входной угловой скорости. Для каждой нормальной формы колебаний можно указать узловые точки с нулевой функцией нормального прогиба резонатора, а также пучностей, где функция нормального прогиба достигает максимального значения. Более того эффект возникновения сил Кориолиса создает как бы шум при малых угловых скоростях резонатора и ухудшает соотношение «сигнал - шум». Узлы колебаний д, е, ж, и системы резонаторов (фиг.2) при воздействии входной угловой скорости остаются неподвижными в инерциальном пространстве некоторое время, а затем переходят в установившееся значение соответственно повороту изделия в инерциальном пространстве с постоянной времени порядка 0,3÷0,5 секунды.The principle of operation of the claimed gyroscope is based on the standing wave effect, i.e. on the effect of the independence of elastic waves of resonator oscillations from the oscillation medium. The inertia effect of elastic waves of oscillations in the system of resonators, at a slowly varying input angular velocity, is dominant, in contrast to the effect of the Coriolis forces, when there are two movements: linear velocities of the antinodes of standing waves and the influence of the input angular velocity. For each normal waveform, you can specify nodal points with a zero function of the normal deflection of the resonator, as well as antinodes, where the function of normal deflection reaches its maximum value. Moreover, the effect of the appearance of Coriolis forces creates noise, as it were, at low angular velocities of the resonator and worsens the signal-to-noise ratio. The vibration nodes d, f, g, and the system of resonators (Fig. 2), when exposed to the input angular velocity, remain motionless in the inertial space for some time, and then turn into a steady state according to the rotation of the product in the inertial space with a time constant of the order of 0.3 ÷ 0 , 5 seconds.

При идеальной конструкции резонатора, амплитуда механических колебаний будет находиться в плоскости Х_возб. (фиг.2), если Ω=0. При этом точки плоского резонатора д, е, ж, и (фиг.2) остаются неподвижными, т.е. колебаний в плоскостях Y_возб. и Y_изм. не будет, их датчики покажут ноль. При Ω≠0 плоскость колебаний будет отставать от плоскости Х_возб. на угол λ=K₁ ^∗Ω, т.е. нулевые узлы колебаний д, е, ж, и (фиг.3, 4) будут отставать от соответствующих точек симметрии плоского резонатора. В результате в плоскости Y_возб. и Y_изм. появятся колебания, что и зафиксируют датчики.With the ideal design of the resonator, the amplitude of the mechanical vibrations will be in the plane X _exc. (Fig. 2) if Ω = 0. In this case, the points of the flat resonator g, e, g, and (Fig. 2) remain stationary, i.e. oscillations in the planes Y _exc. and Y _rev. will not, their sensors will show zero. When Ω ≠ 0, the plane of oscillations will lag behind the plane X _exc. by the angle λ = K ₁ ^∗ Ω, i.e. the zero vibrational nodes d, e, g, and (Figs. 3, 4) will lag behind the corresponding symmetry points of the planar resonator. As a result, in the Y plane _exc. and Y _rev. fluctuations will appear, which will fix the sensors.

В заявленной же конструкции гироскопа из-за его геометрической несимметричности и из-за структурной несимметричности материала резонаторов даже при входной угловой скорости равной нулю Ω=0 нулевые узлы колебаний д, е, ж, и не будут совпадать со своими точками симметрии резонатора и датчики Y_возб. и Y_изм. зафиксируют нулевые сигналы ошибки (фиг.3, 4).In the claimed design of the gyroscope, due to its geometric asymmetry and due to the structural asymmetry of the resonator material, even at an input angular velocity of zero Ω = 0, the zero vibration nodes d, e, g, and will not coincide with their symmetry points of the resonator and the Y sensors _exc. and Y _rev. fix zero error signals (figure 3, 4).

При наличии угловой скорости направление на максимальную амплитуду колебаний отстает от направления на датчик возбуждения на угол пропорциональный величине угловой скорости. Физической основой эффекта является закон сохранения энергии.In the presence of angular velocity, the direction to the maximum amplitude of oscillation lags behind the direction to the excitation sensor by an angle proportional to the magnitude of the angular velocity. The physical basis of the effect is the law of conservation of energy.

Из возможных форм колебаний системы резонаторов заявленной формы за рабочую выбрана форма с максимальной добротностью - две стоячие волны (n=2), которые представляют собой эллипсы (фиг.3, 4).Of the possible forms of oscillation of the system of resonators of the claimed form for the working one, the form with the maximum figure of merit is selected - two standing waves (n = 2), which are ellipses (Figs. 3, 4).

Канал возбуждения Х_возб. (фиг.2) поддерживает неизменной амплитуду колебаний резонаторов и непрерывно подстраивает генерируемую частоту под меняющуюся со временем частоту резонанса. Компенсационный канал измерения автоматически подбирает такую величину сигнала Y_возб., чтобы при любой угловой скорости Ω отставания плоскости колебаний от оси Х_возв. не было. Последнее становится возможным, если Δ→0. Минимально возможное значение ΔU и соответственно точность измерений ограничивается уровнем шумов нулевого выхода Y_изм. Excitation channel X _exc. (Fig.2) maintains the oscillation amplitude of the resonators unchanged and continuously adjusts the generated frequency to the resonance frequency that changes with time. The compensation channel of measurement automatically selects this value of the signal Y _exc. That at any angular velocity Ω lag oscillation plane of the X axis _Upland. did not have. The latter becomes possible if Δ → 0. The minimum possible value of ΔU and, accordingly, the measurement accuracy is limited by the noise level of the zero output Y _ISM.

Принцип работы заявленного гироскопа.The principle of operation of the claimed gyroscope.

В заявленном гироскопе установлена система, состоящая из двух резонаторов (фиг.1). Плоский резонатор 4 является резонатором возбуждения и приема стоячей волны, имеющий частоту резонанса F1 (на фиг. не показано). Базовый резонатор 3 имеет частоту F2 (на фиг. не показано). В плоском резонаторе возбуждаются колебания на частоте F1, подаваемые с датчика а (фиг.2). Через механическую связь они передаются на базовый резонатор и в нем на частоте F2 возникают резонансные колебания. Эти колебания передаются обратно на плоский резонатор через механическую связь и фиксируются приемным датчиком в. При вращении системы вокруг оси стоячая волна, в силу независимости ее от материального объекта, остается на месте, что фиксируется через снижение уровня сигнала приемным датчиком в. Это изменение отрабатывается электронной схемой и в соответствии с классической схемой замкнутого гироскопа вырабатывается сигнал корректировки на датчик ж, уровень которого с датчика е и является источником данных об угловой скорости (фиг.2).In the claimed gyroscope installed a system consisting of two resonators (figure 1). The flat resonator 4 is a standing wave excitation and reception resonator having a resonance frequency F1 (not shown in FIG.). The base resonator 3 has a frequency F2 (not shown in FIG.). In a flat resonator, oscillations are excited at the frequency F1 supplied from the sensor a (Fig. 2). Through a mechanical coupling, they are transmitted to the base resonator and resonant oscillations appear in it at the frequency F2. These vibrations are transmitted back to the flat resonator through mechanical coupling and are detected by the receiving sensor c. When the system rotates around the axis, the standing wave, due to its independence from the material object, remains in place, which is detected through a decrease in the signal level by the receiving sensor c. This change is processed by the electronic circuit and, in accordance with the classical circuit of the closed gyroscope, an adjustment signal is generated for the sensor g, the level of which from the sensor e is the source of data on the angular velocity (Fig. 2).

Блок 7 электродов с датчиками создает и принимает вибрации резонаторов, когда после механического воздействия на них, с их выхода идет электрический сигнал. На электроды подается переменный сигнал с генератора порядка 6,0 КГц (резонанс гироскопа) напряжением 3-5 вольт. Датчики а, б, в, г, д, е, ж, и (фиг.2) снимают выходной сигнал, идущий на коррекцию генератора по амплитуде и фазе. Датчики д, е используют как датчики угла, а датчики ж, и - как датчики момента. Ток, текущий через усилитель и датчики ж, и является мерилом входной угловой скорости Ω. Ось чувствительности такого гироскопа направлена перпендикулярно плоскости датчиков а, 6, в, г, д, е, ж, и.Block 7 of the electrodes with sensors creates and receives vibrations of the resonators when, after a mechanical impact on them, an electrical signal comes from their output. An alternating signal from a generator of the order of 6.0 KHz (resonance of a gyroscope) with a voltage of 3-5 volts is applied to the electrodes. The sensors a, b, c, d, d, e, g, and (figure 2) take the output signal, which goes to the correction of the generator in amplitude and phase. The sensors d, e are used as angle sensors, and the sensors g, and - as torque sensors. The current flowing through the amplifier and sensors g is the measure of the input angular velocity Ω. The sensitivity axis of such a gyroscope is directed perpendicular to the plane of the sensors a, 6, c, d, e, e, g, and.

При выполнении плоского резонатора с диаметром D1 равным даметру подвески D (без буртика) создаются колебания точек симметрии резонатора д, е, ж, и относительно своих нулевых узлов. При наличии входной угловой скорости Ω≠0 под нежелательным воздействием эффекта сил Кориолиса точки ж, и слегка растягиваются вдоль оси Y_еозб. и сжимают д, е вдоль оси Y_цзм. Схема колебаний в плоском резонаторе без буртика представлена на фиг.5.When performing a flat resonator with a diameter D1 equal to the diameter of the suspension D (without a shoulder), oscillations of the symmetry points of the resonator d, e, g, and relative to their zero nodes are created. In the presence of an input angular velocity Ω ≠ 0 under the undesirable effect of the effect of the Coriolis forces, the points w, and slightly stretch along the Y axis _eosb. and compress q, e along the y axis of _czm. The oscillation scheme in a flat resonator without a shoulder is shown in Fig.5.

При выполнении плоского резонатора с буртиком, где D1 больше D - диметра подвески - буртик, выступающий за габариты подвески, не пропускает на пьезоэлементы колебания, идущие от узловых точек д, е, ж, и, тем самым увеличивает соотношение «сигнал - шум». Благодаря чему воздействие сил Кориолиса сводится к минимуму. Буртик представляет собой плоское кольцо определенной жесткости, которое может повторять стоячую волну резонаторов за счет колебаний как на изгиб, так и на скручивание. Плоская конструкция буртика позволяет все датчики выполнять тоже плоскими, т.е. более линейными, а также точно определять линию симметрии датчиков, т.е. более точно суммировать синусоиды возбуждения внутри буртика, а не на резонаторах. Соответственно измеритель нулевого сигнала тоже будет мерить стоячую волну буртика. Схема колебаний в плоском резонаторе с буртиком представлена на фиг.6.When performing a flat resonator with a shoulder, where D1 is greater than the D - suspension diameter, the shoulder protruding beyond the dimensions of the suspension does not allow vibrations from the nodal points d, e, g to the piezoelectric elements, and thereby increases the signal-to-noise ratio. Thanks to which the influence of the Coriolis forces is minimized. The bead is a flat ring of a certain stiffness, which can repeat a standing wave of resonators due to vibrations both in bending and twisting. The flange flat design allows all sensors to be flat too, i.e. more linear, as well as accurately determine the line of symmetry of the sensors, i.e. more accurately summarize the sine waves of excitation inside the collar, and not on the resonators. Accordingly, the zero signal meter will also measure the standing wave of the shoulder. The oscillation scheme in a flat resonator with a shoulder shown in Fig.6.

Техническим результатом испытаний заявленной конструкции гироскопа на основе системы связанных резонаторов с использованием эффекта стоячей волны является улучшение соотношения «сигнал - шум», что повысило точность измерения угла поворота и угловой скорости вращения объектов в несколько раз по сравнению с прототипом.The technical result of testing the claimed design of the gyroscope based on a coupled resonator system using the standing wave effect is to improve the signal-to-noise ratio, which increased the accuracy of measuring the angle of rotation and the angular velocity of rotation of objects several times in comparison with the prototype.

Зявленная полезная модель может быть изготовлена на приборостроительном предприятия, имеющем соответствующее оборудование и может быть использована в приборостроении, а именно в системах навигации динамических объектов, в системах управления. Применение заявленной полезной модели позволит повысить разрешающую способность и точность измерения угла поворота, что особенно важно для высокоманевренных подвижных объектов.The declared utility model can be manufactured at an instrument-making enterprise that has the appropriate equipment and can be used in instrumentation, namely, in navigation systems of dynamic objects, in control systems. The application of the claimed utility model will improve the resolution and accuracy of measuring the angle of rotation, which is especially important for highly maneuverable moving objects.

Claims

1. A wave solid-state gyroscope based on a system of coupled resonators using the standing wave effect, comprising a housing, a base rigidly connected to the housing and pressure glands, a resonator mounted inside the housing, an electrode assembly with sensors, electrically connected to the pressure glands through elastic current leads, characterized in that the gyroscope contains a system of resonators, consisting of a base resonator and a plane resonator of a standing wave, which are connected by a suspension, while the system of resonators has a whole glass hydrochloric shape with walls of different thickness, wherein the electrode assembly with the sensors mounted on the planar resonator, the resonators located at the base of the system, in addition, the central portions of the flat elements disposed resonator resonator gyro mount to the base forming a mounting location node elastic standing wave oscillations.

2. The wave solid-state gyroscope according to claim 1, characterized in that the outer diameters of the flat resonator and the suspension of the resonator are made of the same size.

3. The wave solid-state gyroscope according to claim 1, characterized in that the outer diameter of the planar resonator is larger than the outer diameter of the resonator suspension, forming an annular bead.