RU128710U1

RU128710U1 - OVER HIGH FREQUENCY RING RESONANCE GYRO

Info

Publication number: RU128710U1
Application number: RU2013100714/28U
Authority: RU
Inventors: Петр Колестратович Плотников; Леонид Аркадиевич Мельников; Сергей Геннадиевич Наумов
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2013-05-27

Abstract

Полезная модель относится к приборам ориентации, навигации и стабилизации и служит для определения одного компонента абсолютной угловой скорости или интеграла от нее подвижного объекта, на котором размещен прибор.The utility model relates to instruments of orientation, navigation and stabilization and serves to determine one component of the absolute angular velocity or the integral of it of the moving object on which the device is located.

Задачей данной полезной модели является создание конструктивно более компактного кольцевого резонансного гироскопа сверхвысокочастотного диапазона, который будет выполнен на основе митронов с единым возбуждением и будет измерять фазовый угол волн стоячей картины, что позволит повысить точность выходной информации.The objective of this utility model is to create a structurally more compact ring resonant gyroscope of the microwave range, which will be based on mitrons with a single excitation and will measure the phase angle of the waves of the standing picture, which will improve the accuracy of the output information.

Поставленная задача решается тем, что кольцевой резонансный гироскоп сверхвысокочастотного диапазона, в состав которого входят два митрона, каждый из которых состоит из установленных в вакуумированной полости резонансных узлов в виде холодного катода и концентричного ему резонансного анода со штырями и впадинами, а также электронная пушка, содержащая нить накала, подогревной катод и конический анод, электронную схему обработки информации, в состав митрона также входят источник постоянного магнитного поля и два электрода вывода информации, причем ось симметрии митронов, являющаяся измерительной по абсолютной угловой скорости объекта, параллельна оси магнитной индукции источника постоянного магнитного поля, при этом измерительные оси митронов направлены встречно-параллельно, два митрона размещены внутри единой вакуумированной полости на единой установочной поверхности корпуса прибора компланарно, каждый резонансный анод состоит из малого и большого секторов, и каждый холодный катод - из малого и большого секторов, при этом большой сектор холодного катода первого митрона является неполным круговым, второго - неполным кольцевым, при этом первый из них охватывается соответствующим большим сектором резонансного анода по окружности, а второй охватывает по окружности второй большой сектор резонансного анода до центральной зоны, где напротив друг друга расположены малые секторы холодного катода и резонансного анода, содержащего по длине несколько штырей и впадин, образованные при этом совокупные резонансные аноды, состоящие из малых и больших соответствующих секторов анодов первого и второго митронов, содержат четные одинаковые количества штырей и впадин, расположенных с одинаковым угловым шагом, согласно заявляемому техническому решению дополнительно содержит устройство выделения разностной частоты в виде смесительного волновода, конструктивно выполненного в едином герметичном корпусе с митронами, при этом смесительный волновод является кольцевым герметичным резонансным волноводом с двумя входными электродами, соединенными с соответствующими электродами вывода информации митронов, так что электроды вывода информации митронов являются входными электродами смесительного волновода, а смесительный волновод расположен над митронами в параллельной плоскости, кроме этого, по периметру наружной окружности смесительного волновода расположены с одинаковым шагом несколько выходных электродов съема информации, конструктивно одинаковых с входными электродами, выходные электроды через коаксиальные кабели соединены с соответствующими входами электронной схемы обработки информации. The problem is solved in that a microwave ring resonance gyroscope, which includes two mitrons, each of which consists of resonant nodes installed in a vacuum cavity in the form of a cold cathode and a resonant anode concentric to it with pins and hollows, as well as an electron gun containing filament, heated cathode and conical anode, electronic information processing circuit, the mitron also includes a constant magnetic field source and two information output electrodes nets, and the axis of symmetry of the mitrons, which is measured by the absolute angular velocity of the object, is parallel to the axis of magnetic induction of a constant magnetic field source, while the measuring axes of the mitrons are directed counter-parallel, two mitrons are placed inside a single evacuated cavity on a single mounting surface of the device’s body coplanarly, each the resonant anode consists of small and large sectors, and each cold cathode consists of small and large sectors, while the large sector of the cold cathode of the first The mitron is incomplete circular, the second is incomplete circular, while the first one is covered by the corresponding large sector of the resonant anode around the circumference, and the second covers the second large sector of the resonant anode around the circumference to the central zone, where small sectors of the cold cathode and resonant anode are located opposite each other containing several pins and troughs in length, the resulting total resonant anodes consisting of small and large corresponding sectors of the anodes of the first and second mitrons s, contain even identical numbers of pins and troughs located with the same angular pitch, according to the claimed technical solution further comprises a difference frequency isolation device in the form of a mixing waveguide structurally made in a single sealed housing with mitrons, while the mixing waveguide is an annular hermetic resonant waveguide with two input electrodes connected to the corresponding mitron information output electrodes, so that the mit information output electrodes They are the input electrodes of the mixing waveguide, and the mixing waveguide is located above the mitrons in a parallel plane, in addition, along the perimeter of the outer circumference of the mixing waveguide, several output electrodes for collecting information are structurally identical with the input electrodes, the output electrodes are connected via coaxial cables to the corresponding the inputs of the electronic information processing circuit.

Description

Известны приборы подобного типа, например, микроволновый гироскоп (US №386220, МПК G01P 15/08, 1975). Прибор содержит волноводный контур, на выходах которого наблюдаются два сигнала СВЧ, которым соответствуют две частоты электромагнитных колебаний микроволновых волн. Сигналы с выходов волноводного контура подаются на схему супергетеродинного типа, где с помощью схем радиоэлектроники (низкочастотных фильтров, усилителей, смесителей и других элементов) выделяется разность частот выходных сигналов волновода, пропорциональная измеряемой угловой скорости подвижного объекта.Known devices of this type, for example, a microwave gyroscope (US No. 386220, IPC G01P 15/08, 1975). The device contains a waveguide circuit, at the outputs of which two microwave signals are observed, which correspond to two frequencies of electromagnetic waves of microwave waves. The signals from the outputs of the waveguide circuit are fed to a superheterodyne type circuit, where, using radio electronics (low-pass filters, amplifiers, mixers, and other elements), the frequency difference of the output signals of the waveguide is proportional to the measured angular velocity of the moving object.

Недостатком прибора являются большая сложность радиоэлектронной схемы супергетеродинного типа аппаратного исполнения и необходимость в периодическом ее тестировании на предмет определения и списания погрешностей.The disadvantage of this device is the great complexity of the radio electronic circuit of the superheterodyne type of hardware design and the need for periodic testing for determining and writing off errors.

Известен резонансный гироскоп сверхвысокочастотного диапазона (RU №116999, МПК G01C 19/64, опубл. 10.06.2012) - прототип. В его состав входят два митрона, каждый из которых состоит из установленных в вакуумированной полости резонаторов в виде холодного катода и концентричного ему резонансного анода со штырями и впадинами, а также электронная пушка, содержащая нить накала, подогревной катод и конический анод. В состав митрона также входят источник постоянного магнитного поля и электрод вывода информации, причем ось симметрии митронов, являющаяся измерительной по абсолютной угловой скорости объекта, параллельна оси магнитной индукции источника постоянного магнитного поля так, что измерительные оси митронов направлены встречно-параллельно. Два митрона размещены внутри единой вакуумированной полости на единой установочной поверхности корпуса прибора компланарно. Каждый резонансный анод состоит из малого и большого секторов, и каждый холодный катод - из малого и большого секторов, при этом большой сектор холодного катода первого митрона является неполным круговым, второго -неполным кольцевым, при этом первый из них охватывается соответствующим большим сектором резонансного анода по окружности, а второй охватывает по окружности второй большой сектор резонансного анода до центральной зоны, где напротив друг друга расположены малые секторы холодного катода и резонансного анода, содержащего по длине несколько штырей и впадин, образованные при этом совокупные резонансные аноды, состоящие из малых и больших соответствующих секторов анодов первого и второго митронов, содержат четные одинаковые количества штырей и впадин, расположенные с одинаковым угловым шагом.Known resonant gyroscope microwave range (RU No. 116999, IPC G01C 19/64, publ. 10.06.2012) - prototype. It consists of two mitrons, each of which consists of resonators installed in a vacuum cavity in the form of a cold cathode and a resonant anode concentric to it with pins and hollows, as well as an electron gun containing a filament, a heated cathode, and a conical anode. The composition of the mitron also includes a constant magnetic field source and an information output electrode, and the axis of symmetry of the mitrons, which is measured by the absolute angular velocity of the object, is parallel to the axis of magnetic induction of the source of constant magnetic field so that the measuring axes of the mitrons are directed counter-parallel. Two mitrons are placed inside a single evacuated cavity on a single mounting surface of the instrument housing coplanarly. Each resonant anode consists of small and large sectors, and each cold cathode consists of small and large sectors, while the large sector of the cold cathode of the first mitron is incomplete circular, the second is incomplete ring, and the first one is covered by the corresponding large sector of the resonant anode in circumference, and the second around the circumference of the second large sector of the resonant anode to the Central zone, where opposite each other are small sectors of the cold cathode and the resonant anode containing length e several pins and troughs, the resulting total resonant anodes, consisting of small and large corresponding sectors of the anodes of the first and second mitrons, contain even identical numbers of pins and troughs located with the same angular pitch.

Недостатком прототипа является то, что выделение разностной частоты выходных сигналов митронов, пропорциональной измеряемой абсолютной угловой скорости подвижного объекта, производится с помощью схемы вычитания на основе резисторов, а передача сигнала осуществляется по каоксиальным кабелям. Это приводит к появлению дополнительных погрешностей при неидентичности сопротивлений резисторов и потерям сигнала. Погрешность увеличивается для высоких несущих частот митронов, при которых возрастает влияние распределенных паразитных индуктивностей и емкостей переменных резисторов. Сама конструкция достаточно громоздка.The disadvantage of the prototype is that the allocation of the differential frequency of the output signals of the mitrons, proportional to the measured absolute angular velocity of the moving object, is carried out using a subtraction circuit based on resistors, and the signal is transmitted through coaxial cables. This leads to the appearance of additional errors with the non-identical resistances of the resistors and signal loss. The error increases for high carrier frequencies of mitrons, at which the influence of distributed parasitic inductances and capacitances of variable resistors increases. The design itself is quite bulky.

Технический результат полезной модели заключается в обеспечении условий повышения точности измерения прибором абсолютной угловой скорости подвижного объекта.The technical result of the utility model is to provide conditions for increasing the accuracy of measuring the absolute angular velocity of a moving object by the device.

Поставленная задача решается тем, что кольцевой резонансный гироскоп сверхвысокочастотного диапазона, в состав которого входят два митрона, каждый из которых состоит из установленных в вакуумированной полости резонансных узлов в виде холодного катода и концентричного ему резонансного анода со штырями и впадинами, а также электронная пушка, содержащая нить накала, подогревной катод и конический анод, электронную схему обработки информации, в состав митрона также входят источник постоянного магнитного поля и два электрода вывода информации, причем ось симметрии митронов, являющаяся измерительной по абсолютной угловой скорости объекта, параллельна оси магнитной индукции источника постоянного магнитного поля, при этом измерительные оси митронов направлены встречно-параллельно, два митрона размещены внутри единой вакуумированной полости на единой установочной поверхности корпуса прибора компланарно, каждый резонансный анод состоит из малого и большого секторов, и каждый холодный катод - из малого и большого секторов, при этом большой сектор холодного катода первого митрона является неполным круговым, второго - неполным кольцевым, при этом первый из них охватывается соответствующим большим сектором резонансного анода по окружности, а второй охватывает по окружности второй большой сектор резонансного анода до центральной зоны, где напротив друг друга расположены малые секторы холодного катода и резонансного анода, содержащего по длине несколько штырей и впадин, образованные при этом совокупные резонансные аноды, состоящие из малых и больших соответствующих секторов анодов первого и второго митронов, содержат четные одинаковые количества штырей и впадин, расположенных с одинаковым угловым шагом, согласно заявляемому техническому решению дополнительно содержит устройство выделения разностной частоты в виде смесительного волновода, конструктивно выполненного в едином герметичном корпусе с митронами, при этом смесительный волновод является кольцевым герметичным резонансным волноводом с двумя входными электродами, соединенными с соответствующими электродами вывода информации митронов, так что электроды вывода информации митронов являются входными электродами смесительного волновода, а смесительный волновод расположен над митронами в параллельной плоскости, кроме этого, по периметру наружной окружности смесительного волновода расположены с одинаковым шагом несколько выходных электродов съема информации, конструктивно одинаковых с входными электродами, выходные электроды через коаксиальные кабели соединены с соответствующими входами электронной схемы обработки информации.The problem is solved in that a microwave ring resonance gyroscope, which includes two mitrons, each of which consists of resonant nodes installed in a vacuum cavity in the form of a cold cathode and a resonant anode concentric to it with pins and hollows, as well as an electron gun containing filament, heated cathode and conical anode, electronic information processing circuit, the mitron also includes a constant magnetic field source and two information output electrodes nets, and the axis of symmetry of the mitrons, which is measured by the absolute angular velocity of the object, is parallel to the axis of magnetic induction of a constant magnetic field source, while the measuring axes of the mitrons are directed counter-parallel, two mitrons are placed inside a single evacuated cavity on a single mounting surface of the device’s body coplanarly, each the resonant anode consists of small and large sectors, and each cold cathode consists of small and large sectors, while the large sector of the cold cathode of the first The mitron is incomplete circular, the second is incomplete circular, while the first one is covered by the corresponding large sector of the resonant anode around the circumference, and the second covers the second large sector of the resonant anode around the circumference to the central zone, where small sectors of the cold cathode and resonant anode are located opposite each other containing several pins and troughs in length, the resulting total resonant anodes consisting of small and large corresponding sectors of the anodes of the first and second mitrons s, contain even identical numbers of pins and troughs located with the same angular pitch, according to the claimed technical solution further comprises a difference frequency isolation device in the form of a mixing waveguide structurally made in a single sealed housing with mitrons, while the mixing waveguide is an annular hermetic resonant waveguide with two input electrodes connected to the corresponding mitron information output electrodes, so that the mit information output electrodes They are the input electrodes of the mixing waveguide, and the mixing waveguide is located above the mitrons in a parallel plane, in addition, along the perimeter of the outer circumference of the mixing waveguide, several output electrodes for collecting information are structurally identical with the input electrodes, the output electrodes are connected via coaxial cables to the corresponding the inputs of the electronic information processing circuit.

На фиг.1 представлена конструктивная схема кольцевого резонансного гироскопа сверхвысокочастотного диапазона (вид с одной и противоположной сторон со снятой крышкой).Figure 1 presents a structural diagram of a ring resonant gyro of the microwave range (view from one or the opposite side with the cover removed).

Позициями на конструктивной схеме обозначены: 1 - первый резонансный узел; 2 - второй резонансный узел; 3 - малый сектор холодного катода; 4 - малый сектор резонансного анода; 5, 6 - электроды вывода информации митронов из резонансных узлов 1 и 2 соответственно; 7 - металлический герметичный корпус гироскопа; 8 - большой сектор катода узла 1, 9 - большой сектор анода узла 1, 10 - большой сектор катода узла 2; 11 - большой сектор анода узла 2; 12 - изоляционные прокладки; 13 - смесительный волновод; 14 и 15 - входные электроды смесительного волновода 4; 16 - стенка; 17 и 18 - перегородки первого и второго ответвителей; 19 - выходной электрод съема информации; 20, 21 - зубцы и впадины замедляющей системы. Не представлено подробное изображение единых корпуса, крышек, магнитной системы гироскопа, нужных для конструкции, но не влияющих на существо изменений кольцевого резонансного гироскопа СВЧ диапазона.The positions on the structural diagram indicate: 1 - the first resonant node; 2 - the second resonant node; 3 - a small sector of the cold cathode; 4 - a small sector of the resonant anode; 5, 6 - electrodes for outputting mitron information from resonant nodes 1 and 2, respectively; 7 - metal sealed gyroscope case; 8 - large sector of the cathode of node 1, 9 - large sector of the anode of node 1, 10 - large sector of the cathode of node 2; 11 - a large sector of the anode of the node 2; 12 - insulating gaskets; 13 - mixing waveguide; 14 and 15 - input electrodes of the mixing waveguide 4; 16 - wall; 17 and 18 - partitions of the first and second taps; 19 - output electrode of information retrieval; 20, 21 - teeth and troughs of the retarding system. A detailed image of a single case, covers, and gyro magnetic system is not presented, which are necessary for the design, but do not affect the essence of changes in the microwave ring resonance gyroscope.

Кольцевой резонансный гироскоп СВЧ диапазона включает первый резонансный узел 1, «электронную пушку», источник постоянного магнитного поля и электрод 5 вывода информации из резонансного узла 1, образующие первый митрон. Второй митрон состоит из тех же элементов, за исключением того, что в нем другими являются резонансный узел 2 и электрод 6 вывода информации. Электронная пушка содержит нить накала, подогревной катод и конический анод. Митроны установлены внутри единой вакуумированной полости на единой установочной поверхности металлического герметичного корпуса 7 кольцевого резонансного гироскопа СВЧ диапазона компланарно. Причем ось симметрии митронов, являющаяся измерительной по абсолютной угловой скорости объекта, параллельна оси магнитной индукции источника постоянного магнитного поля, при этом измерительные оси митронов направлены встречно-параллельно.The microwave microwave resonance gyroscope includes a first resonant assembly 1, an “electron gun”, a constant magnetic field source, and an information output electrode 5 from the resonance assembly 1, forming the first mitron. The second mitron consists of the same elements, except that the others are the resonant node 2 and the information output electrode 6. The electron gun contains a filament, a heated cathode and a conical anode. Mitrons are mounted inside a single evacuated cavity on a single mounting surface of a metal sealed enclosure 7 of a microwave ring resonant gyroscope of a microwave range. Moreover, the axis of symmetry of the mitrons, which is measured by the absolute angular velocity of the object, is parallel to the axis of the magnetic induction of the source of constant magnetic field, while the measuring axes of the mitrons are directed counter-parallel.

Кольцевой резонансный гироскоп СВЧ диапазона дополнительно содержит устройство выделения разностной частоты в виде смесительного волновода 13, конструктивно выполненного в едином герметичном корпусе с митронами, при этом смесительный волновод 13 является кольцевым герметичным резонансным волноводом с двумя входными электродами 14 и 15, соединенными с соответствующими электродами вывода информации митронов 5 и 6, так что электроды вывода информации митронов 5 и 6 являются входными электродами смесительного волновода 14 и 15, а смесительный волновод 13 расположен над митронами в параллельной плоскости, кроме этого, по периметру наружной окружности смесительного волновода 13 расположены с одинаковым шагом несколько выходных электродов съема информации 19, конструктивно одинаковых с входными электродами 14 и 15, выходные электроды 19 через коаксиальные кабели соединены с соответствующими входами электронной схемы обработки информации. Выходной электрод 19 съема информации может быть выполнен, например в виде штыря гироскопа. В зависимости от длины волны общее количество штырей может достигать 8-16 штук, и они могут занимать не все кольцо, а его часть. На длине несущей волны укладываются 8 штырей, могут применяться штыри и для отвода лишней энергииThe microwave microwave resonance gyroscope further comprises a differential frequency extraction device in the form of a mixing waveguide 13, structurally made in a single sealed enclosure with mitrons, while the mixing waveguide 13 is an annular sealed resonant waveguide with two input electrodes 14 and 15 connected to the corresponding information output electrodes mitrons 5 and 6, so that the electrodes for outputting information of mitrons 5 and 6 are the input electrodes of the mixing waveguide 14 and 15, and the mixing the olnovod 13 is located above the mitrons in a parallel plane, in addition, along the perimeter of the outer circumference of the mixing waveguide 13, several output electrodes of information collection 19 are arranged with the same pitch, structurally identical with the input electrodes 14 and 15, the output electrodes 19 are connected via coaxial cables to the corresponding inputs of the electronic information processing schemes. The output electrode 19 of the information retrieval can be performed, for example, in the form of a gyro pin. Depending on the wavelength, the total number of pins can reach 8-16 pieces, and they can occupy not all of the ring, but part of it. At the length of the carrier wave, 8 pins are stacked, pins can also be used to remove excess energy

Резонансный узел 1 состоит из больших секторов катода 8, концентричного ему анода 9, а также из малых секторов катода 3 и анода 4, предназначенных для обеспечения левостороннего вращения электронного потока «электронной спицы». Резонансный узел 2 сосгоит из больших секторов катода 10, анода 11, а также малых секторов катода 3 и анода 4, предназначенных для обеспечения правостороннего вращения электронного потока «электронной спицы».The resonant assembly 1 consists of large sectors of the cathode 8, anode 9 concentric to it, as well as small sectors of the cathode 3 and anode 4, designed to provide left-side rotation of the electron beam electron beam. The resonant assembly 2 consists of large sectors of the cathode 10, anode 11, as well as small sectors of the cathode 3 and anode 4, designed to provide right-hand rotation of the electron beam of the "electron needle".

Каждый резонансный анод состоит из малого 3 и больших 9, 11 секторов, и каждый холодный катод - из малого 4 и больших 8, 10 секторов. При этом большой сектор холодного катода 8 первого митрона является неполным круговым, второго 10 - неполным кольцевым, при этом первый из них охватывается соответствующим большим сектором резонансного анода 9 по окружности, а второй охватывает по окружности второй большой сектор резонансного анода 11 до центральной зоны, где друг против друга расположены малые секторы холодного катода 3 и резонансного анода 4, содержащего по длине несколько штырей и впадин, образованные при этом совокупные резонансные аноды, состоящие из малых и больших соответствующих секторов анодов первого и второго митронов, содержат четные одинаковые количества штырей и впадин, расположенных с одинаковым угловым шагом.Each resonant anode consists of small 3 and large 9, 11 sectors, and each cold cathode consists of small 4 and large 8, 10 sectors. In this case, the large sector of the cold cathode 8 of the first mitron is incomplete circular, the second 10 is incomplete ring, while the first one is covered by the corresponding large sector of the resonant anode 9 around the circumference, and the second covers the second large sector of the resonant anode 11 around the circumference to the central zone, where small sectors of the cold cathode 3 and the resonant anode 4 are located opposite each other, containing several pins and troughs in length, and the combined resonant anodes, consisting of small and large co tvetstvuyuschih sectors anodes of the first and second Mitronov contain the same even number of pins and recesses, arranged with identical angular pitch.

Малое число зубцов и впадин 20, 21 у малого сектора анода 4 необходимо для обеспечения отсутствия синхронизации двух встречных потоков «электронных спиц». Их число (N), в резонансных узлах 1 и 2 с учетом промежутков между ними должно быть четным для обеспечения резонанса и вращения «электронных спиц». Аналогичные требования идентичности относятся и к угловому расстоянию между зубцами и промежутками. Это должно учитываться и для переходов от элемента 3 к элементу 10 и от элемента 4 к элементу 9.A small number of teeth and depressions 20, 21 in a small sector of the anode 4 is necessary to ensure the absence of synchronization of two oncoming streams of "electronic spokes". Their number (N), in the resonant nodes 1 and 2, taking into account the gaps between them, should be even to ensure resonance and rotation of the "electron spokes". Similar identity requirements apply to the angular distance between the teeth and the gaps. This should be taken into account for transitions from element 3 to element 10 and from element 4 to element 9.

Конструкция и материалы кольцевого резонансного гироскопа СВЧ диапазона - обычные для магнетронов и митронов. Все электроэлементы должны быть изолированы друг от друга и от корпусных частей прибора.The design and materials of the microwave ring resonance gyroscope are common for magnetrons and mitrons. All electrical elements must be isolated from each other and from the body parts of the device.

Работает кольцевой резонансный гироскоп СВЧ диапазона следующим образом. При включении питающих напряжений от источника питания в герметичной вакуумированной полости, заключенной в приборном корпусе 7, резонансные узлы 1 и 2 обеспечивают возбуждение электромагнитных волн. Это происходит за счет нагревания нитью накала катода, который эмиттирует электронное облако, устремляющееся благодаря положительному анодному напряжению анода в пространство непосредственного взаимодействия малых секторов катода 3 и анода 4, составляющих части резонаторов 1 и 2. Под влиянием электрического поля и магнитной индукции, создаваемой источником магнитного поля, т.е. в скрещенных электрическом и магнитном полях, траектории электронных потоков искривляются и приобретают две почти круговые траектории, одна из них располагается между большими секторами катода 8 и анода 9, другая, выходя из промежутка между малыми секторами катода 3 и анода 4, располагается между, большими секторами катода 10 и анода 11. Соответствующие двум траекториям два электронных потока образуют в областях больших секторов 8-9 и 10-11 вращающиеся в противоположных направлениях «электронные спицы». В меньшей по протяженности области между малыми секторами катода 3 и анода 4 непосредственного взаимодействия имеют место параллельные однонаправленные электронные потоки от взаимодействия скрещенных электрического и магнитного полей.A microwave resonant gyroscope operates in the microwave range as follows. When you turn on the supply voltage from the power source in a sealed evacuated cavity enclosed in the instrument housing 7, the resonant nodes 1 and 2 provide the excitation of electromagnetic waves. This occurs due to heating by the filament of the cathode, which emits an electron cloud rushing due to the positive anode voltage of the anode into the space of direct interaction of small sectors of the cathode 3 and anode 4, which are parts of the resonators 1 and 2. Under the influence of the electric field and magnetic induction created by the magnetic source fields i.e. in crossed electric and magnetic fields, the trajectories of electron flows bend and acquire two almost circular paths, one of them is located between the large sectors of the cathode 8 and the anode 9, the other, leaving the gap between the small sectors of the cathode 3 and the anode 4, is located between large sectors cathode 10 and anode 11. Corresponding to two paths, two electron fluxes form “electron spokes” rotating in opposite directions in the areas of large sectors 8–9 and 10–11. In a shorter region between the small sectors of the cathode 3 and the anode 4 of direct interaction, parallel unidirectional electron flows from the interaction of crossed electric and magnetic fields take place.

При невращающемся подвижном объекте, а, значит, и корпусе 7 (ω=0) частоты встречных электронных потоков одинаковы. Поэтому на выходных электродах 5 и 6 наблюдаются СВЧ сигналы одинаковой частоты v [Лебедев И.В. Техника и приборы сверхвысоких частот, т.2. М.: ВШ. 1972 с.270-271]:With a non-rotating moving object, and, therefore, with the housing 7 (ω = 0), the frequencies of the oncoming electron flows are the same. Therefore, at the output electrodes 5 and 6, microwave signals of the same frequency v are observed [I. Lebedev Technique and devices of superhigh frequencies, t.2. M .: VS. 1972 p. 270-271]:

где λ - длина электромагнитной волны в свободном пространстве (вакууме); с - скорость света; ν, Ω - частоты колебаний в свободном пространстве и в РГСВЧД; N - число штырей (впадин); n - число, определяющее сдвиг фаз в соседних впадинах; р=0; ±1; ±2… - число, кратное периоду (времени) пробега волны между соседними щелями, «+» соответствует положительному, «-» - отрицательному направлению вращения «электронных спиц». Обеспечению условий их наличия способствует блок источников питания.where λ is the length of the electromagnetic wave in free space (vacuum); c is the speed of light; ν, Ω are the frequencies of oscillations in free space and in the RHSF; N is the number of pins (troughs); n is a number that determines the phase shift in neighboring depressions; p is 0; ± 1; ± 2 ... is the number that is a multiple of the period (time) of the wave travel between adjacent slots, “+” corresponds to the positive, “-” to the negative direction of rotation of the “electronic spokes”. Ensuring the conditions of their presence contributes to the block of power sources.

При появлении угловой скорости подвижного объекта ω частота колебаний в резонаторе 1, например, уменьшится, а в резонаторе 2 увеличится так, что частота ν₁ и ν₂ будут различными.When the angular velocity of the moving object ω appears, the oscillation frequency in the resonator 1, for example, decreases, and in the resonator 2 increases so that the frequencies ν ₁ and ν ₂ are different.

Попадая от электродов 5 и 6 митронов на электроды 14 и 15 смесительного волновода 13, электрические напряжения частот ν₁ и ν₂ вызывают возникновение вокруг штырей 14 и 15 электромагнитных волн, распространяющихся встречно. Расстояния от каждого из штырей 14 и 15 до стенки 16 обеспечено конструкцией и составляет четверть длины волны в смесительном волноводе λ_c (См. книгу: В.Ф.Власов. Курс радиотехники. Госэнергоиздат, 1962 г., гл.9). При этом соотношении размеров обеспечивается согласование сигналов митронов с направленными ответвителями. Электромагнитные волны начинают распространяться в противоположные от стенок стороны, т.е. во встречных направлениях. Длина перегородки (См. книгу В.Ф.Власова) должна быть больше половины длины волны λ_c. Этому будет соответствовать длина каждой перегородки в угловом измерении (30-60) угл. град. Колебания поляризованы, что обеспечивается конструкцией металлического волновода, прямоугольного или иного сечения с тонкими гладкими стенками. Соотношения между размерами стенок и длиной волны несущего излучения обеспечивают существование электромагнитных волн. По выходе из ответвителей, создаваемых пространствами между стенкой смесительного волновода 16, перегородками 17 и 18 и крышками смесительного волновода 13, электромагнитные волны занимают все внутреннее пространство. Для этого перегородки 17 и 18 должны быть удалены на равные расстояния от стенок смесительного волновода 13.Getting from the electrodes 5 and 6 of the mitrons to the electrodes 14 and 15 of the mixing waveguide 13, the voltage of the frequencies ν ₁ and ν ₂ cause the appearance of electromagnetic waves propagating counterpropagating around the pins 14 and 15. The distance from each of the pins 14 and 15 to the wall 16 is provided by the design and is a quarter of the wavelength in the mixing waveguide λ _c (See book: V.F. Vlasov. Radio Engineering Course. Gosenergoizdat, 1962, Ch. 9). With this aspect ratio, matching of mitron signals with directional couplers is ensured. Electromagnetic waves begin to propagate in opposite directions from the walls, i.e. in opposite directions. The length of the septum (see the book by V.F. Vlasov) should be more than half the wavelength λ _c . The length of each partition in the angular measurement (30-60) angles will correspond to this. hail. The oscillations are polarized, which is ensured by the design of a metal waveguide, rectangular or other section with thin smooth walls. The relationship between the size of the walls and the wavelength of the carrier radiation ensures the existence of electromagnetic waves. Upon leaving the couplers created by the spaces between the wall of the mixing waveguide 16, the partitions 17 and 18 and the covers of the mixing waveguide 13, electromagnetic waves occupy the entire internal space. For this, the partitions 17 and 18 must be removed at equal distances from the walls of the mixing waveguide 13.

При интерференции двух встречных потоков электромагнитных волн образуется квазистоячая волна Δν, частота которой пропорциональна угловой скорости ω подвижного объекта, выраженной в герцах.When two opposing flows of electromagnetic waves interfere, a quasi-standing wave Δν is formed, the frequency of which is proportional to the angular velocity ω of the moving object, expressed in hertz.

где r-радиус больших секторов катода 11 и анода 13; V_s - замедленная резонаторами 1 и 2 скорость электромагнитной волны [См. патент RU №2207511]. Эта разность частот, пропорциональная измеряемой угловой скорости подвижного объекта, соответствует квазистатической волне в волноводе 13 (например, по патенту №2207511 или патенту №111632).where r is the radius of the large sectors of the cathode 11 and the anode 13; V _s is the speed of the electromagnetic wave slowed down by the resonators 1 and 2 [See RU patent No. 2207511]. This frequency difference, proportional to the measured angular velocity of the moving object, corresponds to a quasistatic wave in the waveguide 13 (for example, according to patent No. 2207511 or patent No. 111632).

Напряжения от выходных штырей 19 передаются в электронную схему обработки обработки выходной информации, пересчитываются и преобразуются к форме, удобной для использования, и сигнал об угловой скорости ω, либо об интеграле от этой угловой скорости поступает в систему ориентации и навигации (Патент РФ №11632).The voltages from the output pins 19 are transferred to an electronic processing circuit for processing the output information, converted and converted to a convenient form for use, and the signal about the angular velocity ω or the integral of this angular velocity is fed to the orientation and navigation system (RF Patent No. 11632) .

Ниже представлен вывод алгоритма для определения гироскопом интеграла по времени от измеряемой угловой скорости. Частоту Δν представим как производную по времени от фазового угла ψ интерференционной картиныBelow is the output of the algorithm for determining by the gyroscope the integral over time of the measured angular velocity. We represent the frequency Δν as the time derivative of the phase angle ψ of the interference pattern

Интегрируя по времени, для нулевых начальных условий получили:Integrating over time, for zero initial conditions, we obtained:

Этот угол определяется в электронной схеме обработки выходной информации на основе сигналов выходных штырей 19. Нетрудно видеть, что для точного определения угла ψ на длине волны λ_c должно размещаться 8-16 выходных штырей 19 с равными расстояниями между ними.This angle is determined in the electronic circuit for processing the output information based on the signals of the output pins 19. It is easy to see that for the exact determination of the angle ψ at the wavelength λ _c , 8-16 output pins 19 should be placed with equal distances between them.

Технико-экономический эффект достигнут тем, что точность кольцевого резонансного гироскопа сверхвысокочастотного диапазона заявленной модели гораздо выше, чем точность по прототипу. Эффект достигнут за счет того, что у двух митронов имеется единая система возбуждения, а вычитание частот производится в одном смесительном волноводе, а не на двух элементах (переменные резисторы-прототип). Также устройство выделения разностной частоты (смесительный волновод) выполнено конструктивно в едином герметичном корпусе с митронами, а выходные штыри митронов являются входными штырями смесительного волновода. Это позволяет уменьшить потери на передачу сигнала и снизить габаритные размеры устройства.The technical and economic effect is achieved by the fact that the accuracy of the ring resonant gyro of the microwave range of the claimed model is much higher than the accuracy of the prototype. The effect is achieved due to the fact that the two mitrons have a single excitation system, and the frequencies are subtracted in one mixing waveguide, and not on two elements (prototype variable resistors). Also, the difference frequency isolation device (mixing waveguide) is made constructively in a single sealed enclosure with mitrons, and the output mitron pins are input pins of the mixing waveguide. This allows you to reduce the loss of signal transmission and reduce the overall dimensions of the device.

Таким образом, поставленная задача в полезной модели достигнута.Thus, the task in the utility model is achieved.

Claims

A microwave ring resonance gyroscope, which includes two mitrons, each of which consists of resonant nodes installed in a vacuum cavity in the form of a cold cathode and a resonant anode concentric to it with pins and hollows, as well as an electron gun containing a filament, a heated cathode, and conical anode, an electronic information processing circuit, the composition of the mitron also includes a constant magnetic field source and two information output electrodes, the axis of symmetry of the mitrons, i measuring by the absolute angular velocity of the object is parallel to the axis of magnetic induction of a constant magnetic field source, while the measuring axes of the mitrons are directed counter-parallel, two mitrons are placed inside a single evacuated cavity on a single mounting surface of the instrument housing coplanarly, each resonant anode consists of a small and a large sectors, and each cold cathode is made up of small and large sectors, while the large sector of the cold cathode of the first mitron is incomplete circular, in or the incomplete annular one, the first one being surrounded by a corresponding large sector of the resonant anode around the circumference, and the second one surrounding the second large sector of the resonant anode to the central zone, where small sectors of the cold cathode and resonant anode containing several the pins and depressions, the resulting total resonant anodes, consisting of small and large corresponding sectors of the anodes of the first and second mitrons, contain even identical quantities two pins and troughs located with the same angular pitch, characterized in that it further comprises a differential frequency isolation device in the form of a mixing waveguide structurally made in a single sealed housing with mitrons, the mixing waveguide being an annular sealed resonant waveguide with two input electrodes connected with the corresponding mitron information output electrodes, so that the mitron information output electrodes are the input electrodes of the mixing waveguide a, and the mixing waveguide is located above the mitrons in a parallel plane, in addition, along the perimeter of the outer circumference of the mixing waveguide, several output electrodes of information collection are structurally identical with the input electrodes, the output electrodes are connected via coaxial cables to the corresponding inputs of the electronic information processing circuit .