RU2007125894A - Малогабаритный твердотелый волновой гироскоп - Google Patents

Claims (7)

1. Малогабаритный твердотельный волновой гироскоп, содержащий металлический вакуумируемый корпус, снабженный штенгелем, представляющим собой откачное гнездо ниппельного типа для подсоединения к технологической вакуумной камере и отстыковки от нее после вакуумирования, газопоглотителем с активируемым рабочим веществом и соответствующими установочно-присоединительными элементами, во внутренней полости которого размещен, с обеспечением фиксации, твердотельный волновой инерциальный модуль, включающий в себя изготовленные из кварцевого стекла, с металлизацией рабочих поверхностей и жестко скрепленные между собой, инерциальный чувствительный элемент вибрационного типа в виде способного приводиться в колебательное движение при помощи внешнего переменного электрического поля полусферического резонатора, с проходящим через полюс его полусферы двусторонним держателем стержневого типа, и электростатически взаимодействующие с указанной полусферой через емкостной зазор возбудитель высокочастотных эллиптических колебаний резонатора в зоне упругих деформаций с формированием в плоскости перпендикулярной полярной оси стоячей волны, с четырьмя устойчивыми к колебаниям узловьми областями и столькими же, имеющими максимальную амплитуду отклонений, пучностями, попарно ориентированными вдоль проходящих через них и равноудаленных друг от друга двух групп взаимноперпендекулярных радиальных осей, способной под воздействием входного инерциального вращения корпуса прецессировать с соответствующим изменением во времени параметров упомянутого выше поля, преобразуемым в ток, пропорциональный угловой скорости вращения, и узел съема электрических сигналов, отображающих азимутальную ориентацию колебательной картины вибрирующей оболочки резонатора, в виде плоского основания фланцевого типа с возвышающимся над ним шаровым сегментом, на наружной поверхности которого сформированы восемь, обращенных к ее поверхности и попарно действующих в областях пучностей и узлов, локальных электродов, соединенных при помощи соответствующих токопроводов через индивидуальные гнездовые контакты со штыревыми однопроводящими контактами проходных электрических гермовыводов, встроенных в изоляторы, привариваемой к нижнему срезу вакуумируемого корпуса металлической крышки, с выходом их ножек наружу, за ее внешние обводы, и сформированный отдельно от них гермовывод такого же исполнения, электрически сообщенный с металлизированной поверхностью полусферы резонатора, а также сопряженную с указанными гермовыводами многоконтурную электронную систему, обеспечивающую возбуждение и поддержание колебаний резонатора с заданной амплитудой, постоянной частотой и фазой независимо от фактической ориентации колебательной картины, и измерение, преобразование и соответствующую обработку считываемой информации, отличающийся тем, что в нем возбудитель колебаний резонатора и узел съема электрических сигналов выполнены в виде размещаемой внутри полусферы резонатора единой монолитной детали, представляющей собой комбинированную электромеханическую плату универсального назначения, используемую как для возбуждения и поддержания колебаний вибрирующей оболочки резонатора, так и для съема электрических сигналов, со сплошной, без радиальных пазов, рабочей поверхностью, сформированная на которой группа локальных электродов в совокупности образует систему соответствующих емкостных датчиков перемещения и силовых электродов одновременно и является общей для решения обеих из указанных задач, полусферическая оболочка резонатора выполнена сплошной, без балансировочных зубцов, с обеспечением прецизионного уровня геометрической и массовой осевой симметрии, достигаемой, в первом случае, путем высокоточной технологии механической обработки и контроля размеров, а во втором - посредством соответствующей балансировки резонатора с разложением массового дефекта в ряд Фурье и последующим устранением первых четырех гармоник дефекта, и, в частности, первых трех из них - до минимально возможного уровня, позволяющего снизить влияние азимутальной неравномерности демпфирования и уменьшить до необходимых пределов вибрационные воздействия на волновую картину, а массовый дефект четвертой, разночастотность, минимизировать до уровня, обеспечивающего нормальное функционирование электроники управления при малых значениях напряжения электропитания, резонатор закреплен консольно, по одноопорной схеме, только в соответствующем посадочном отверстии комбинированной электромеханической платы съема/возбуждения за вводимый в него внутренний наконечник - ножку двухстороннего стержневого держателя посредством соответствующего клеевого соединения или пайки, без использования каких-либо промежуточных деталей, а другой же его, наружный, наконечник укорочен, по сравнению с ножкой, по крайней мере, в несколько раз, и используется, преимущественно, в технологических целях, и, в частности, при шлифовке детали в центрах, транспортировке и оценке ее несбалансированности через измерение амплитуды биений указанного наконечника, упоминавшаяся выше металлическая крышка введена в состав твердотельного волнового инерциального модуля и выполнена в виде жестко скрепляемой с нижнем торцом основания комбинированной электромеханической платы съема/возбуждения посредством клеевого соединения или пайки и, обращенной к низу дном, тарели с отбортованным по краю, в зоне приварки к вакуумируемому корпусу, цилиндрическим центрирующим буртиком одинакового с торцовым фланцем платы диаметра, заглубляемым при сборке в соответствующее посадочное гнездо упомянутого корпуса такой же конфигурации и размеров до совмещения их привариваемых кромок, вакуумируемый корпус может быть выполнен в виде двух, по установочно-присоединительным элементам, модификаций цилиндрической либо квадратной в поперечном сечении конфигурации, образованной, в последнем случае, одинаковыми плоскими базовыми поверхностями, ортогонально располагаемыми по отношению друг к другу, газопоглотитель размещен в свободном объеме верхнего отсека вакуумируемого корпуса, ограниченного стенками его полости и наружными поверхностями полусферы и технологического наконечника двухстороннего стержневого держателя резонатора, и может быть выполнен в виде любой из двух эквивалентных в функциональном отношении модификаций, а именно: в нормальном или бескорпусном вариантах, причем в первом случае он представляет собой полностью законченный автономный насос с заключенным в герметизируемую корпусную оболочку кольцевидной или тороидальной формы реагентом типа титан/ванадий, способным поглощать газ, активируемым после обезгаживания и герметизации вакуумируемого корпуса посредством прожигания через оптически прозрачный стеклянный иллюминатор последнего лазерным лучом либо механического вскрытия утоненной мембраны оболочки, а во втором - рабочее вещество крепится в той же зоне непосредственно к стенкам вакуумируемого корпуса и активируется путем соответствующего нагрева указанных стенок снаружи внешним тепловым излучателем, штенгель вакуумируемого корпуса может быть выполнен в виде разъединяемого посредством оплавления стеклянного либо металлического ниппеля, пережимаемого путем пластического деформирования до полного перекрытия прохода и «холодной сварки» сближаемых стенок с одновременной его обрезкой, габариты твердотельного волнового инерциального модуля, а, следовательно, и вакуумируемого корпуса, минимизированы до пределов, обеспечивающих возможность компоновки их в крайне малых, до 40 мм по диаметру, монтажных объемах как при продольной, так и поперечной ориентации оси чувствительности, электронная система выполнена адаптивной, основные контуры ее и, в частности, измерения и управления колебаниями построены на цифровой, малочувствительной к экстремальным условиям эксплуатации, элементной базе, с минимизацией количества, размеров и рассеиваемой мощности электронных компонент, использованием импульсных сигналов управления и съема и закладкой соответствующих алгоритмов обработки данных и управления во введенный в состав указанной системы микропроцессор, обеспечивающий функционирование упомянутых контуров в импульсном режиме с формированием рабочего цикла, разделяемого во времени на интервалы измерения и управления и, использованием при регистрации выходных электрических сигналов способа «обратного» включения, когда они снимаются с ножки двухстороннего стержневого держателя резонатора.

2. Малогабаритный ТВГ по п.1, отличающийся тем, что в нем упоминавшийся выше отдельный проходной гермовывод, сообщенный с металлизированной поверхностью полусферы резонатора, размещен на комбинированной электромеханической плате съема/возбуждения со встраиванием гнездового контакта, непосредственно, в ножку двухстороннего стержневого держателя резонатора и расположением сопрягаемого с ним штыревого однопроводящего контакта прямо по центру дна тарельчатой металлической крышки твердотельного волнового инерциального модуля.

3. Малогабаритный ТВГ по п.1, отличающийся тем, что в нем величина емкостною зазора, между обращенными друг к другу поверхностями полусферы резонатора и локальных электродов комбинированной электромеханической платы съема/возбуждения, порядка 100 мкм выбрана, исходя из низковольтного питания электроники и возможности технической осуществимости геометрического контроля его при сборке.

4. Малогабаритный ТВГ по п.1, отличающийся тем, что в нем регистрация электрических сигналов и управления колебаниями резонатора замкнуты на одни и те же электроды, соединенными с однотипными проходными электрическими гермовыводами комбинированной электромеханической платы съема/возбуждения, упомянутого выше исполнения.

5. Малогабаритный ТВГ по п.1, отличающийся тем, что в нем электронная система сопряжена с проходными электрическими гермовыводами комбинированной электромеханической платы через подсоединяемый к располагаемым снаружи ножкам их штыревых контактов предварительный усилитель сигналов.

6. Малогабаритный ТВГ по п.1, отличающийся тем, что в нем выходящие наружу ножки штыревых контактов проходных электрических гермовыводов комбинированной электромеханической платы и подсоединенный к ним предварительный усилитель сигналов обеспечены общей экранировкой при помощи пристыковываемого к вакуумируемому корпусу тонкостенного защитного металлического кожуха.

7. Малогабаритный ТВГ по п.1, отличающийся тем, что в нем токопроводы предварительного усилителя сформированы в компактный жгут, выводимый наружу сквозь эластичный проход в донной части кожуха.