RU204706U1 - Gyroscope-magnetron with cold electrodes - Google Patents

Gyroscope-magnetron with cold electrodes Download PDF

Info

Publication number
RU204706U1
RU204706U1 RU2020137565U RU2020137565U RU204706U1 RU 204706 U1 RU204706 U1 RU 204706U1 RU 2020137565 U RU2020137565 U RU 2020137565U RU 2020137565 U RU2020137565 U RU 2020137565U RU 204706 U1 RU204706 U1 RU 204706U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetron
electrodes
angular velocity
memory device
voltage
Prior art date
Application number
RU2020137565U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Петр Калестратович Плотников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Priority to RU2020137565U priority Critical patent/RU204706U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU204706U1 publication Critical patent/RU204706U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области приборостроения и предназначена как для использования в системах ориентации и навигации кораблей, самолетов и других подвижных объектов, так и в лабораторных и других стационарных условиях для измерения угловых скоростей и интегралов от них тренажеров, поворотных столов и других устройств. Техническим результатом является применение только одного магнетрона, содержащего два холодных электрода, внешний из которых содержит резонаторы, применение реверсирования полярности напряжения между электродами, что стало возможным при исключении подогревного эмиттирующего катода, холодные электроды выполнены из одного и того же материала - из меди, цинка или другого с малой работой выхода электронов. Для определения разности частот, а также набегов фаз между выходными сигналами магнетрона в два одинаковых по длительности полупериода, длительностью по времени порядка (0,01-0,0005) с, применен микропроцессор через посредство реверсивного счетчика или интегратора накапливающий разности сигналов между каждыми двумя полупериодами реверсирования знака напряжения в запоминающем устройстве - таймере, записывающий сигналы прибора в реальном времени, хранящий его в запоминающем устройстве, а также производящий определение угловой скорости и интеграла от угловой скорости подвижного объекта вокруг измерительной оси, коллинеарной вектору магнитной индукции. За счет возможности применения высокостабильного по частоте реверсивного счетчика и запоминающего устройства - таймера, что обеспечено развитием науки и техники в области бортовых компьютеров и приборов времени, удается резко повысить точность предлагаемого прибора по отношению к прототипу. Прибор потребляет мало энергии за счет малого тока эмиссии.The utility model relates to the field of instrumentation and is intended both for use in orientation and navigation systems of ships, aircraft and other mobile objects, and in laboratory and other stationary conditions for measuring angular velocities and integrals from them of simulators, rotary tables and other devices. The technical result is the use of only one magnetron containing two cold electrodes, the outer of which contains resonators, the use of reversing the polarity of the voltage between the electrodes, which became possible with the exclusion of the heated emitting cathode, cold electrodes are made of the same material - copper, zinc or another with a low work function of electrons. To determine the frequency difference, as well as phase incursions between the output signals of the magnetron in two half periods of the same duration, with a time duration of the order of (0.01-0.0005) s, a microprocessor is used through a reversing counter or integrator, which accumulates the signal differences between each two half periods. reversing the sign of the voltage in the memory device - a timer, which records the device signals in real time, stores it in the memory device, and also determines the angular velocity and the integral of the angular velocity of the moving object around the measuring axis collinear to the magnetic induction vector. Due to the possibility of using a highly stable in frequency reversing counter and a memory device - a timer, which is ensured by the development of science and technology in the field of on-board computers and time devices, it is possible to dramatically increase the accuracy of the proposed device in relation to the prototype. The device consumes little energy due to the low emission current.

Description

Полезная модель относится к области приборостроения и предназначена как для использования в системах ориентации и навигации кораблей, самолетов и других подвижных объектов, так и в лабораторных и других стационарных условиях для измерения угловых скоростей и интегралов от них тренажеров, поворотных столов и других устройств.The utility model relates to the field of instrumentation and is intended both for use in orientation and navigation systems of ships, aircraft and other mobile objects, and in laboratory and other stationary conditions for measuring angular velocities and integrals from them of simulators, rotary tables and other devices.

Известен двухмагнетронный гироскоп [Патент изобретения №2 207511, БИ, №17, 2003 год]. Его недостаток - невозможность обеспечить высокую точность измерения угловой скорости прибором вследствие неидентичности их параметров и характеристик.Known two-magnetron gyroscope [Invention patent No. 2 207511, BI, No. 17, 2003]. Its disadvantage is the impossibility of ensuring high accuracy of measuring the angular velocity by the device due to the non-identity of their parameters and characteristics.

Известен резонансный гироскоп сверхвысокочастотного диапазона [Пат. на ПМ РФ №116999, 2012 г, авторы Мельников Л.А и др.], в состав которого 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. При этом два митрона размещены внутри единой вакуумированной полости на единой установочной поверхности корпуса прибора компланарно, каждый резонансный анод состоит 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 ultra-high frequency gyroscope [US Pat. on PM RF No. 116999, 2012, authors LA Melnikov and others], which includes two mitrons, each of which consists of resonators installed in the evacuated cavity in the form of a cold cathode and a resonant anode concentric to it with pins and troughs, as well as an electron gun containing a filament, a heated cathode and a conical anode, the mitron also includes a constant magnetic field source and an information output electrode, and the mitron symmetry axis, which is measured in terms of the absolute angular velocity of the object, is parallel to the magnetic induction axis of the constant magnetic field source so that the measuring axes of the mitrons are directed counter-parallel. In this case, two mitrons are placed inside a single evacuated cavity on a single mounting surface of the device body in a coplanar manner, each resonant anode 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 annular, while the first of them is covered the corresponding large sector of the resonant anode around the circumference, and the second covers 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 several pins and troughs along the length, the combined resonant anodes formed in this case, consisting of small and large corresponding sectors of the anodes of the first and second mitrons, contain even the same number of pins and cavities, located with the same angular pitch.

Однако, т.к. имеются два резонатора, их полную идентичность обеспечить невозможно, и погрешность имеет место.However, since there are two resonators, their complete identity cannot be ensured, and an error occurs.

Наиболее близким техническим решением является полезная модель №163266 «Однорезонаторный гироскоп-магнетрон», кл. G01C 19/00 от 10.07. 2016 г., автор - П.К. Плотников.The closest technical solution is utility model No. 163266 "Single-resonator gyroscope-magnetron", class. G01C 19/00 from 10.07. 2016, author - P.K. Plotnikov.

Он характеризуется тем, что в однорезонаторном гироскопе-магнетроне, содержащем чувствительный элемент в виде магнетрона, представляющем собой герметичную замкнутую полость с расположенными в ней электродом для вывода информации, резонаторным анодом и холодным катодом, накальным эмитирующим катодом, управляющим коническим анодом электронной пушки; магнитную систему магнетрона, источники питающих напряжений, причем чувствительный элемент укреплен посредством кронштейна и регулируемых опор так, что ось холодного катода и резонаторного анода, являющаяся измерительной, параллельна вектору магнитной индукции источника магнитного поля, совпадает с направлением инжекции электронной пушки, перпендикулярна плоскости размещения кольцевой анодной системы, согласно заявляемому техническому решению в его состав вместо второго магнетрона введен высокостабильный измеритель времени, электрод вывода информации магнетрона и выход высокостабильного измерителя времени соединены с соответствующими входами фазового компаратора, выходы которого соединены с входами микропроцессора, выполненного с возможностью определения по алгоритмам сравнения приращения частоты магнетрона по отношению к частоте эталонного генератора, пропорциональной измеряемой угловой скорости, а также приращения фазы от приращения частоты, являющейся выходным сигналом, пропорциональным приращению интеграла от указанной угловой скорости.It is characterized by the fact that in a single-resonator gyroscope-magnetron containing a sensitive element in the form of a magnetron, which is a sealed closed cavity with an electrode located in it for information output, a resonator anode and a cold cathode, a filament emitting cathode that controls the conical anode of the electron gun; magnetic system of the magnetron, supply voltage sources, and the sensitive element is fixed by means of a bracket and adjustable supports so that the axis of the cold cathode and the resonator anode, which is the measuring axis, is parallel to the magnetic induction vector of the magnetic field source, coincides with the direction of injection of the electron gun, perpendicular to the plane of the annular anode system, according to the claimed technical solution, instead of the second magnetron, a highly stable time meter is introduced into its composition, the magnetron information output electrode and the output of the highly stable time meter are connected to the corresponding inputs of the phase comparator, the outputs of which are connected to the inputs of the microprocessor, made with the ability to determine the magnetron frequency increment by comparison algorithms with respect to the frequency of the reference generator, proportional to the measured angular velocity, as well as the phase increment from the frequency increment, which is the output signal, is proportional to increment of the integral of the indicated angular velocity.

Недостатком прототипа является его сложность. Кроме того, из-за высокой частоты гироскопа-магнетрона трудно обеспечить измерение малых угловых скоростей. У эталонного измерителя времени и частоты максимальная измеряемая частота должна быть выше частоты гироскопа-магнетона на 6-7 порядков, что труднодостижимо.The disadvantage of the prototype is its complexity. In addition, because of the high frequency of the gyroscope-magnetron, it is difficult to ensure the measurement of low angular velocities. For a reference meter of time and frequency, the maximum measured frequency must be 6-7 orders of magnitude higher than the frequency of the gyroscope-magneton, which is difficult to achieve.

Задачей данной полезной модели является существенное уменьшение этих недостатков, т.е. повышение точности измерения.The objective of this utility model is to significantly reduce these disadvantages, i.e. improved measurement accuracy.

Техническим результатом является применение магнетрона, содержащего два холодных электрода, внешний из которых содержит резонаторы, применение реверсирования полярности напряжения между электродами, что стало возможным при исключении подогревного эмиттирующего катода, холодные электроды выполнены из одного и того же материала - из меди, цинка или другого с малой работой выхода электронов. Для определения разности частот, а также набегов фаз между выходными сигналами магнетрона в два одинаковых по длительности полупериода, длительностью по времени порядка (0.01-0.0005) с, применен микропроцессор, через посредство реверсивного счетчика или интегратора накапливающий разности сигналов между каждыми двумя полупериодами реверсирования знака напряжения в запоминающем устройстве - таймере, записывающий сигналы прибора в реальном времени, хранящий его в запоминающем устройстве, а также производящий определение угловой скорости и интеграла от угловой скорости подвижного объекта вокруг измерительной оси, коллинеарной вектору магнитной индукции. За счет возможности применения высокостабильного по частоте реверсивного счетчика и запоминающего устройства - таймера, что обеспечено развитием науки и техники в области бортовых компьютеров и приборов времени, удается резко повысить точность предлагаемого прибора по отношению к прототипу. Прибор потребляет мало энергии за счет малого тока эмиссии.The technical result is the use of a magnetron containing two cold electrodes, the outer of which contains resonators, the use of reversing the polarity of the voltage between the electrodes, which became possible with the exclusion of a heated emitting cathode, cold electrodes are made of the same material - copper, zinc or another with low work function of electrons. To determine the frequency difference, as well as the phase incursions between the output signals of the magnetron in two half periods of the same duration, with a time duration of the order of (0.01-0.0005) s, a microprocessor was used, which, through a reversing counter or integrator, accumulates the signal differences between each two half periods of voltage sign reversal in a memory device - a timer that records the instrument signals in real time, stores it in a memory device, and also determines the angular velocity and the integral of the angular velocity of the moving object around the measuring axis collinear to the magnetic induction vector. Due to the possibility of using a highly stable in frequency reversing counter and a memory device - a timer, which is ensured by the development of science and technology in the field of on-board computers and time devices, it is possible to dramatically increase the accuracy of the proposed device in relation to the prototype. The device consumes little energy due to the low emission current.

Поставленная задача решается тем, что в однорезонаторном гироскопе-магнетроне, содержащем чувствительный элемент в виде магнетрона, представляющего собой герметичную вакуумированную замкнутую полость с электродами, источниками магнитной индукции, источником высокостабильного напряжения, устройства съема сигнала, микропроцессора, причем чувствительный элемент укреплен посредством кронштейна и регулируемых опор так, что ось холодных электродов, являющаяся измерительной, параллельна вектору магнитной индукции источника магнитного поля, перпендикулярна плоскости размещения кольцевой анодной системы, согласно заявляемому техническому решению, в герметичной полости расположены холодные электроды, выполненные из одинакового материала с низкой работой выхода электронов, причем наружный электрод содержит четное количество цилиндрических резонаторов, имеется электрод-петля для вывода информации, источник реверсируемых высокостабильных по амплитуде и времени прямоугольных питающих напряжений, в его состав введен высокоточный измеритель импульсов времени, электрод вывода информации магнетрона и измерителя времени соединены с соответствующими входами микропроцессора, который имеет возможность через посредство реверсивного счетчика или интегратора накапливать разность сигналов между каждыми двумя полупериодами реверсирования знака напряжения в запоминающем устройстве - таймере, записывать сигналы прибора в реальном времени с сохранением его в запоминающем устройстве, с целью обеспечения условий определения угловой скорости и интеграла от угловой скорости подвижного объекта вокруг измерительной оси.The problem is solved by the fact that in a single-cavity gyroscope-magnetron containing a sensitive element in the form of a magnetron, which is a sealed evacuated closed cavity with electrodes, sources of magnetic induction, a source of highly stable voltage, a signal pickup device, a microprocessor, and the sensitive element is reinforced by means of a bracket and adjustable supports so that the axis of the cold electrodes, which is the measuring one, is parallel to the magnetic induction vector of the magnetic field source, perpendicular to the plane of the annular anode system, according to the claimed technical solution, cold electrodes are located in the sealed cavity, made of the same material with a low work function of electrons, and the outer the electrode contains an even number of cylindrical resonators, there is a loop electrode for information output, a source of reversible rectangular supply voltages highly stable in amplitude and time, in e The composition includes a high-precision time pulse meter, the information output electrode of the magnetron and the time meter is connected to the corresponding inputs of the microprocessor, which has the ability, through a reversing counter or integrator, to accumulate the signal difference between each two half periods of voltage sign reversal in a memory device - a timer, record the device signals in real time with storing it in a memory device, in order to ensure the conditions for determining the angular velocity and the integral of the angular velocity of the moving object around the measuring axis.

На фиг. 1 представлена конструктивная схем в прибора, на фиг. 2 -функциональная электрическая схема прибора.FIG. 1 shows a structural diagram of the device, FIG. 2 - functional electrical diagram of the device.

На фиг. 1-2 приняты следующие обозначения:FIG. 1-2, the following designations are adopted:

1 - внешний резонаторный электрод,1 - external resonator electrode,

2 - внутренний электрод,2 - inner electrode,

3 - пластиковый, например, керамический корпус прибора,3 - plastic, for example, a ceramic device case,

4 - резонансная полость,4 - resonant cavity,

5 - электрод вывода выходной информации прибора5 - electrode for outputting the device output information

6 - магнит,6 - magnet,

7 - герметичный металлический корпус прибора,7 - sealed metal case of the device,

8 - корпус (фюзеляж) подвижного объекта,8 - body (fuselage) of a moving object,

9 - балластный резистор,9 - ballast resistor,

10 - стабилизаторы тока и напряжения,10 - current and voltage stabilizers,

11 - устройство переключения полярности напряжения,11 - voltage polarity switching device,

12 - интерфейс,12 - interface,

13 - источник эталонной счетной частоты и времени,13 - source of reference counting frequency and time,

14 - микропроцессор.14 - microprocessor.

Конструкция по фиг 1 по сравнению с аналогами и прототипом существенно проще: устранены электронная пушка с накальным катодом, значительно снижено энергопотребление, т.к. прибор индикаторный. Электроды выполнены из одного и того же материала (железа, меди, кадмия или другого с низким выходом энергии электронов). Их обращенные друг к другу поверхности желательно покрывать активирующими материалами и иметь определенную шероховатость с целью улучшения выхода электронов. Напряжение порядка 80-100 В и ток порядка 1 - 5 мА стабилизируются с помощью стабилизаторов 10 для обеспечения высокой точности прибора. На фиг. 1 провода, элементы крепления прибора не показаны. Электроды электроизолированы и крепятся к металлическому кожуху прибора 8 с помощью электроизолирующего стакана 3. Герметичный кожух 8 крепится с заданной точностью к фюзеляжу подвижного объекта 7. Северный и южный полюсы магнита 6 закреплены внутри кожуха прибора 8, а он, в свою очередь, установлен в корпусе (фюзеляже) ПО 7. При этом его измерительная ось ох с высокой точностью совпадет с одной из трех взаимно - перпендикулярных осей ПО. Обозначено: ωζ - измеряемая абсолютная угловая скорость ПО; В - вектор индукции, создаваемой магнитом 6. Резонансный электрод 1 содержит 8 цилиндрических резонаторов (может быть другое число резонаторов [3]). Для съема СВЧ - информации предназначен виток 5. Нетрудно видеть, что предложенная конструкция намного проще, чем у прототипа. Блок электроники предназначен для переключения полярности через периоды 0.005-0.01 с высокостабильных периодических импульсов напряжения, подаваемого на холодные электроды. Для стабилизации импульсов тока и напряжения предназначен блок 10, а для их формирования - блок 11. Интерфейс 12 предназначен для отсечки сигналов от 5 при положительных и отрицательном напряжениях на электродах 1 и 2. Эта информация запоминается в микропроцессоре 14, где информация обрабатывается по приведенным ниже алгоритмам и выводится в виде оценок угловой скорости ПО и интеграла от этой скорости. Процесс работы прибора.The design according to Fig. 1 is much simpler in comparison with analogs and the prototype: an electron gun with a filament cathode is eliminated; indicator device. The electrodes are made of the same material (iron, copper, cadmium or other with a low electron energy yield). It is desirable to cover their facing surfaces with activating materials and have a certain roughness in order to improve the electron yield. A voltage of the order of 80-100 V and a current of the order of 1-5 mA are stabilized by means of stabilizers 10 to ensure high accuracy of the device. FIG. 1 wires, fastening elements of the device are not shown. The electrodes are electrically insulated and attached to the metal casing of the device 8 with the help of an insulating cup 3. The sealed casing 8 is attached with a predetermined accuracy to the fuselage of the moving object 7. The north and south poles of the magnet 6 are fixed inside the casing of the device 8, which, in turn, is installed in the casing (fuselage) PO 7. In this case, its measuring axis oh with high accuracy coincides with one of the three mutually perpendicular axes of the PO. Designated: ω ζ - measured absolute angular velocity of the software; B - vector of induction created by magnet 6. Resonant electrode 1 contains 8 cylindrical resonators (there may be a different number of resonators [3]). For the removal of microwave information, coil 5 is intended. It is easy to see that the proposed design is much simpler than that of the prototype. The electronics unit is designed for polarity switching through periods 0.005-0.01 from highly stable periodic voltage pulses applied to cold electrodes. Block 10 is intended to stabilize current and voltage pulses, and block 11 is intended to generate them. Interface 12 is designed to cut off signals from 5 at positive and negative voltages on electrodes 1 and 2. This information is stored in microprocessor 14, where the information is processed according to the information given below. algorithms and is deduced in the form of estimates of the angular velocity PO and the integral of this velocity. The process of the device.

В условиях движения, при появлении измеряемой угловой скорости ωζ ПО вокруг измерительной оси прибора, частота магнетрона изменяется и становится равной:In motion, when the measured angular velocity ω ζ PO appears around the measuring axis of the device, the frequency of the magnetron changes and becomes equal to:

Figure 00000001
Figure 00000001

Частоту магнетрона ν0 определяют, например, по книге [Шевчик В.Н. Электронные приборы сверхвысоких частот.- Саратов, Изд-во Сарат. ун-та, 1980. -416 с.]The frequency of the magnetron ν 0 is determined, for example, according to the book [Shevchik V.N. Electronic devices of ultrahigh frequencies. - Saratov, Publishing house of Sarat. University, 1980. -416 p.]

На выходе микропроцессора наблюдают разность частот ν0-ν, где ν0 - частота генератора. Имеют [Патент РФ №116999]:At the output of the microprocessor, the frequency difference ν 0 -ν is observed, where ν 0 is the frequency of the generator. Have [RF Patent No. 116999]:

Figure 00000002
Figure 00000002

гдеWhere

r - средний радиус окружности в зазоре между резонаторными анодом и катодом;r is the average radius of the circle in the gap between the resonator anode and the cathode;

λ - длина волны магнетрона в свободном пространстве;λ is the wavelength of the magnetron in free space;

Кз- коэффициент замедления [Лебедев И.А. Техника и приборы СВЧ. Том2-М.: «Высшая школа» -376 с.],K z - coefficient of deceleration [Lebedev I.A. Microwave equipment and devices. Volume2-M .: "High school" -376 p.],

n - целое число, характеризующее сдвиг фаз электромагнитных колебаний в соседних резонаторах (основной сдвиг фаз 180°);n is an integer characterizing the phase shift of electromagnetic oscillations in adjacent resonators (the main phase shift is 180 °);

р - номер пространственной гармоники, знак при р характеризует направление бегущих волн;p is the number of the spatial harmonic, the sign at p characterizes the direction of the traveling waves;

с - скорость света;c is the speed of light;

N - число резонаторов;N is the number of resonators;

L, s - периметр и площадь средней в зазоре окружности {L=2πr; s=πr2);L, s - perimeter and area of the middle circle in the gap {L = 2πr; s = πr 2 );

ωζ - измеряемая угловая скорость ПО.ω ζ - measured angular velocity PO.

Из (2) представляют выражение для масштабного коэффициента прибора:From (2), an expression for the scale factor of the device is presented:

Figure 00000003
Figure 00000003

Справедлива формула, аналогичная формуле (4)A formula similar to formula (4) is valid

Figure 00000004
Figure 00000004

Для получения интегральной информации интегрируют (4):To obtain integral information, integrate (4):

Figure 00000005
Figure 00000005

Для первого полупериода времени (0, …, Т/2) переключения знака напряжения электродов имеем:For the first half-period of time (0, ..., T / 2) of switching the sign of the voltage of the electrodes, we have:

Figure 00000006
Figure 00000006

Включение реверсивного счетчика (интегратора) целесообразно произвести при t=0 и Φ(0)=0. Поэтому для первого полупериода получаем:It is advisable to turn on the reverse counter (integrator) at t = 0 and Φ (0) = 0. Therefore, for the first half-period we get:

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Во второй полупериод переключения знака напряжения на электродах (172, …, Т), когда вследствие этого направление движения электромагнитных волн и электронных «спиц» сменилось на обратное, как и фазовый угол Φ01, так что будет иметь местоIn the second half-period of switching the sign of the voltage on the electrodes (172, ..., T), when, as a result of this, the direction of movement of electromagnetic waves and electronic "spokes" was reversed, as well as the phase angle Φ 01 , so that

Figure 00000009
Figure 00000009

В итоге имеем приращение фазового угла за первый период переключения напряжения между электродами:As a result, we have an increment in the phase angle for the first period of switching the voltage between the electrodes:

Figure 00000010
Figure 00000010

На 2, 3, 4, 5 … периодах формулы повторяются со сменой индексов, так что будем иметь после n-го периода соотношения:At 2, 3, 4, 5 ... periods, the formulas are repeated with the change of indices, so after the n-th period we will have the following ratios:

Figure 00000011
Figure 00000011

Или, в развернутой форме:Or, in expanded form:

Figure 00000012
Figure 00000012

Угловая скорость подвижного объекта определяется с учетом того, что период переключения знака напряжения Т на 1-2 порядка меньше периода качки подвижного объекта (ПО). Считая на периоде Т угловую скорость ПО постоянной, имеем из (6) и (7) формулу:The angular velocity of the moving object is determined taking into account the fact that the period of switching the voltage sign T is 1-2 orders of magnitude less than the rolling period of the moving object (RO). Assuming the angular velocity PO constant on the period T, we have from (6) and (7) the formula:

Figure 00000013
Figure 00000013

Из этого выражения получаем формулу для оценки угловой скорости ПО:From this expression, we obtain the formula for estimating the angular velocity of the software:

Figure 00000014
Figure 00000014

Формула означает, что угловая скорость подвижного объекта может быть определена на каждом периоде смены знака напряжения, подводимого к холодным электродам.The formula means that the angular velocity of a moving object can be determined at each period of the change in the sign of the voltage applied to the cold electrodes.

Приращение фазы измеряют через приращения Δτ времени, задаваемое генератором 2 в микропроцессоре 4:The phase increment is measured through the time increments Δτ set by the generator 2 in the microprocessor 4:

Figure 00000015
Figure 00000015

Рассмотрим пример.Let's look at an example.

Разработан однорезонаторный гироскоп-магнетрон со следующими параметрами: r=3.82 см,A single-resonator gyroscope-magnetron with the following parameters has been developed: r = 3.82 cm,

N=4; к=12 - условие резонансаN = 4; k = 12 - resonance condition

n=2 - это означает, что обеспечен π - вид колебаний в магнетроне;n = 2 - this means that π is provided - the type of oscillations in the magnetron;

λ=2 см;λ = 2 cm;

p=1, где k=2πr/λ=12-условие резонанса.p = 1, where k = 2π r / λ = 12 is the resonance condition.

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Значит Δν=3,82ωζ рад/с, где Δν выражается в рад/с.Hence Δν = 3.82ω ζ rad / s, where Δν is expressed in rad / s.

Δφ=3,82ωζ (t-t0) рад.Δφ = 3.82ω ζ (tt 0 ) rad.

Сравнив масштабный коэффициент (3) с аналогичным коэффициентом двухрезонаторного гироскопа ПМ №116999, получили, что в данном случае он в 2 раза меньше. Но в то же время погрешность измерения прибора может быть снижена в 104…105 раз по отношению к прототипу в зависимости от точности эталонного генератора.Comparing the scale factor (3) with a similar coefficient of the PM No. 116999 two-resonator gyroscope, we found that in this case it is 2 times less. But at the same time, the measurement error of the device can be reduced by 10 4 ... 10 5 times in relation to the prototype, depending on the accuracy of the reference generator.

Источники информацииInformation sources

1. Пат РФ №2 207511, кл. G01C 19/64, опубликовано 27.06.2003 г, автор П.К. Плотников.1. Patent of the Russian Federation No. 2 207511, class. G01C 19/64, published on June 27, 2003, by P.K. Plotnikov.

2. Пат. на ПМ РФ №116999, 2012 г, авторы Мельников Л.А и др.2. Pat. on PM RF No. 116999, 2012, authors L.A. Melnikov and others.

3. Лебедев И.А. Техника и приборы СВЧ. Том 2-М.: «Высшая школа» - 376 с.3. Lebedev I.A. Microwave equipment and devices. Volume 2-M .: "High School" - 376 p.

4. http://www.kvarz.com/general/chl-76a.html4.http: //www.kvarz.com/general/chl-76a.html

5. http://www.joomla3-templates.html5.http: //www.joomla3-templates.html

6. Шевчик В.Н. Электронные приборы сверхвысоких частот. - Саратов, Изд-во Сарат. ун-та, 1980. - 416 с.6. Shevchik V.N. Microwave electronic devices. - Saratov, Publishing house Sarat. University, 1980 .-- 416 p.

Claims (1)

Однорезонаторный гироскоп-магнетрон, содержащий чувствительный элемент в виде магнетрона, представляющего собой герметичную вакуумированную замкнутую полость с электродами, источниками магнитной индукции, источником высокостабильного напряжения, устройства съема сигнала, микропроцессора, причем чувствительный элемент укреплен посредством кронштейна и регулируемых опор так, что ось холодных электродов, являющаяся измерительной, параллельна вектору магнитной индукции источника магнитного поля, перпендикулярна плоскости размещения кольцевой анодной системы, отличающийся тем, что в герметичной полости расположены холодные электроды, выполненные из одинакового материала с низкой работой выхода электронов, причем наружный электрод содержит четное количество цилиндрических резонаторов, имеется электрод-петля для вывода информации, источник реверсируемых высокостабильных по амплитуде и времени прямоугольных питающих напряжений, в его состав введен высокоточный измеритель импульсов времени, электрод - петля вывода информации магнетрона и измерителя времени соединены с соответствующими входами микропроцессора, который имеет возможность через посредство реверсивного счетчика или интегратора накапливать разность сигналов между каждыми двумя полупериодами реверсирования знака напряжения в запоминающем устройстве - таймере, записывать сигналы прибора в реальном времени с сохранением и накоплением его в запоминающем устройстве, с возможностью обеспечения условий определения зависимостей угловой скорости и интеграла от угловой скорости подвижного объекта вокруг измерительной оси.A single-resonator gyroscope-magnetron containing a sensitive element in the form of a magnetron, which is a sealed evacuated closed cavity with electrodes, sources of magnetic induction, a source of highly stable voltage, a signal pickup device, a microprocessor, and the sensitive element is strengthened by means of a bracket and adjustable supports so that the axis of cold electrodes , which is measuring, is parallel to the vector of magnetic induction of the source of the magnetic field, perpendicular to the plane of placement of the annular anode system, characterized in that cold electrodes are located in the sealed cavity, made of the same material with a low work function of electrons, and the outer electrode contains an even number of cylindrical resonators, there is loop electrode for information output, a source of reversible rectangular supply voltages, highly stable in amplitude and time, a high-precision time pulse meter is introduced into its composition; ctrode - the loop for outputting information of the magnetron and the time meter is connected to the corresponding inputs of the microprocessor, which has the ability, through a reversing counter or integrator, to accumulate the difference of signals between each two half-periods of voltage sign reversal in a memory device - a timer, to record device signals in real time with storage and accumulation it in a memory device, with the possibility of providing conditions for determining the dependences of the angular velocity and the integral on the angular velocity of the moving object around the measuring axis.
RU2020137565U 2020-11-16 2020-11-16 Gyroscope-magnetron with cold electrodes RU204706U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020137565U RU204706U1 (en) 2020-11-16 2020-11-16 Gyroscope-magnetron with cold electrodes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020137565U RU204706U1 (en) 2020-11-16 2020-11-16 Gyroscope-magnetron with cold electrodes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU204706U1 true RU204706U1 (en) 2021-06-07

Family

ID=76314050

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020137565U RU204706U1 (en) 2020-11-16 2020-11-16 Gyroscope-magnetron with cold electrodes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU204706U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5196905A (en) * 1988-06-22 1993-03-23 Litton Systems, Inc. Radio frequency excited ring laser gyroscope
RU161198U1 (en) * 2015-10-12 2016-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) RESONANT GYROSCOPE BASED ON A MAGNETRON
RU163266U1 (en) * 2016-01-11 2016-07-10 Петр Колестратович Плотников SINGLE-RESONATOR GYROSCOPE-MAGNETRON
RU174674U1 (en) * 2017-06-05 2017-10-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Single-magnetron gyroscope with magnetic induction vector reversal

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5196905A (en) * 1988-06-22 1993-03-23 Litton Systems, Inc. Radio frequency excited ring laser gyroscope
RU161198U1 (en) * 2015-10-12 2016-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) RESONANT GYROSCOPE BASED ON A MAGNETRON
RU163266U1 (en) * 2016-01-11 2016-07-10 Петр Колестратович Плотников SINGLE-RESONATOR GYROSCOPE-MAGNETRON
RU174674U1 (en) * 2017-06-05 2017-10-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Single-magnetron gyroscope with magnetic induction vector reversal

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ramsey Experiments with separated oscillatory fields and hydrogen masers
Hall et al. The rotation of liquid helium II I. Experiments on the propagation of second sound in uniformly rotating helium II
US6564658B2 (en) Electromagnetic method of liquid level monitoring
CA1308551C (en) Electronic digital compass
Ruderfer First-order terrestrial ether drift experiment using the Mössbauer radiation
RU204706U1 (en) Gyroscope-magnetron with cold electrodes
RU163266U1 (en) SINGLE-RESONATOR GYROSCOPE-MAGNETRON
RU174674U1 (en) Single-magnetron gyroscope with magnetic induction vector reversal
RU161198U1 (en) RESONANT GYROSCOPE BASED ON A MAGNETRON
Petley Time and frequency in fundamental metrology
Ness et al. Magnetic field fluctuations on the earth and in space
RU128710U1 (en) OVER HIGH FREQUENCY RING RESONANCE GYRO
CN114623888A (en) Measurement detection system, measurement method thereof and measurement meter
RU116999U1 (en) RESONANCE GYROSCOPE OF THE ULTRA HIGH FREQUENCY RANGE
Meservey Proposed ammeter using flux quantization
Tsujino STUDIES ON THE RING TYPE MAGNETIC ULTRASONIC WIBRATION DETECTOR
RU161217U1 (en) SUPER HIGH FREQUENCY RESONANT GYROSCOPE WITH PULSE-PERIODIC EXCITATION
CN213579546U (en) Measurement detection system and measurement instrument
Hastings et al. Nitrogen‐14 Nuclear Quadrupole Resonance Study of Lithium Hydrazinium Sulfate
JPS58174809A (en) Azimuth sensor
US2659865A (en) Snap action electrometer
RU2107261C1 (en) Electromagnetic angle-data transmitter of gyroscope rotating rotor
SU711511A1 (en) Magnetic susceptibility measuring arrangement
RU111632U1 (en) OVER HIGH FREQUENCY RING RESONANCE GYRO
JPS5824215Y2 (en) Cross coil indicator