RU2071033C1

RU2071033C1 - Vibratory gyro

Info

Publication number: RU2071033C1
Application number: RU93028594A
Authority: RU
Inventors: В.И. Баженов; В.Л. Будкин; А.Н. Мухин; В.А. Рязанов; В.М. Соловьев; Е.В. Фурман
Original assignee: Раменское приборостроительное конструкторское бюро
Priority date: 1993-05-26
Filing date: 1993-05-26
Publication date: 1996-12-27

Abstract

FIELD: measuring devices, particular, transducers of angular velocity. SUBSTANCE: vibratory gyro has body, plate secured to body and carrying the outer and inner gimbals interconnected by flexible connectors and having two mutually perpendicular rotation axles. Body has system for vibration excitation and position pickup. Formed in plate in direction from the plate center to its periphery are inner fixed gimbal, inner movable gimbal, outer movable gimbal. Plate is secured to body with the help of inner fixed gimbal. Position pickup members are located on body and outer movable gimbal of plate. Members of vibration excitation system are located on body and on inner movable gimbal or on outer movable gimbal, or on both of them. EFFECT: higher accuracy of measurement of angular velocity. 3 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям угловой скорости. The invention relates to the field of measuring equipment, namely to measuring angular velocity transducers.

Известен выполненный по планарной технологии вибрационный гироскоп [I]
Вибрационный гироскоп содержит корпус, установленную в нем пластину, во внутренней области которой расположены соответственно от периферии к центру внешняя и внутренняя рамки, соединенные упругими перемычками с корпусом и друг с другом так, что оси кручения перемычек образуют две взаимно перпендикулярные оси вращения рамок, содержащий систему возбуждения колебаний рамок с элементами силовых преобразователей на внешней рамке и корпусе, элементы датчика положения на внутренней рамке и корпусе.Known made according to planar technology vibration gyroscope [I]
The vibrating gyroscope contains a body, a plate installed in it, in the inner region of which the outer and inner frames are located, respectively, from the periphery to the center, connected by elastic jumpers to the body and to each other so that the torsion axes of the jumpers form two mutually perpendicular axes of rotation of the frames, containing a system excitation of oscillations of the frames with elements of power converters on the outer frame and the casing, elements of the position sensor on the inner frame and the casing.

Недостатком этого вибрационного гироскопа является ограничение точности измерения угловой скорости вследствие лимитируемого кинетического момента внутренней рамки, расположенной в центральной части пластины и имеющей малый момент инерции. The disadvantage of this vibration gyroscope is the limitation of the accuracy of measuring angular velocity due to the limited kinetic moment of the inner frame located in the central part of the plate and having a small moment of inertia.

Цель изобретения повышение точности измерения угловой скорости. The purpose of the invention is to increase the accuracy of measuring angular velocity.

Данная цель достигается в вибрационном гироскопе, содержащем корпус, закрепленную в нем пластину с внешней и внутренней рамками, соединенными друг с другом упругими перемычками и имеющими две взаимно перпендикулярные оси вращения относительно корпуса, систему возбуждения колебаний рамок с элементами силовых преобразователей на одной из рамок, элементы датчика положения на второй рамке, тем, что в пластине образованы внутренняя неподвижная рамка, отделенные от нее по периферии и друг от друга и расположенные соответственно по направлению от внутренней неподвижной рамки к периферии пластины внутренняя подвижная рамка и внешняя подвижная рамка, внутренняя подвижная рамка соединена своими двумя противоположными сторонами с внутренней неподвижной рамкой упругими перемычками, оси кручения которых образуют первую ось вращения, внешняя подвижная рамка соединена своими двумя сторонами с внутренней подвижной рамкой с помощью упругих перемычек, оси кручения которых образуют вторую ось вращения, перпендикулярную первой, пластина прикреплена к корпусу с помощью внутpенней неподвижной части, элементы датчика положения расположены на корпусе и внешней подвижной рамке пластины, элементы силовых преобразователей расположены на корпусе и на внутренней подвижной рамке или на внешней подвижной рамке, или на внутренней подвижной рамке и внешней подвижной рамке. This goal is achieved in a vibration gyroscope containing a housing, a plate fixed in it with external and internal frames connected to each other by elastic jumpers and having two mutually perpendicular axes of rotation relative to the housing, a system for exciting oscillations of frames with power transducer elements on one of the frames, elements position sensor on the second frame, in that an internal fixed frame is formed in the plate, separated from it at the periphery and from each other and located respectively in the direction From the internal fixed frame to the plate periphery, the internal moving frame and the external moving frame, the internal moving frame are connected by their two opposite sides to the internal fixed frame by elastic bridges, the torsion axes of which form the first axis of rotation, the external moving frame is connected by its two sides to the internal moving frame with the help of elastic jumpers, the torsion axes of which form the second axis of rotation perpendicular to the first, the plate is attached to the body using the internal epodvizhnoy portion position sensor elements arranged on the housing and the outer movable frame plate elements are power converters are located on the housing and on the inner movable frame, or on the outside of the movable frame, or on the inner and outer movable frame movable frame.

Кроме того,
1. Внешняя подвижная рамка, внутренняя подвижная рамка, внутренняя неподвижная рамка и упругие перемычки выполнены единым элементом из монокристаллического кремния методом анизотропного травления;
2. Элементы датчика положения на корпусе выполнены в виде расположенных симметрично относительно второй оси вращения пар линий задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ), на внешней подвижной рамке образованы металлизированные участки, расположенные напротив линий задержки, расстояния d между поверхностями металлизированных участков и линий задержки составляет около

где λ длина волны ПАВ;
f максимальное суммарное перемещение внешней подвижной рамки на верхнем пределе измерений и при работе система возбуждения колебаний.Moreover,
1. The outer movable frame, the inner movable frame, the inner fixed frame and elastic jumpers are made by a single element of single-crystal silicon by anisotropic etching;
2. Elements of the position sensor on the housing are made in the form of pairs of delay lines on surface acoustic waves (SAWs) located symmetrically with respect to the second axis of rotation, metallized sections are formed on the external movable frame, located opposite the delay lines, the distance d between the surfaces of the metallized sections and delay lines is about

where λ is the wavelength of the surfactant;
f the maximum total displacement of the external movable frame at the upper limit of measurements and during operation, the system of excitation of oscillations.

Путем образования внутренней неподвижной рамки, внутренней подвижной рамки, внешней подвижной рамки, двух взаимно перпендикулярных осей вращения с помощью упругих перемычек, соединяющих рамки, внешняя подвижная рамка располагается на периферии пластины, играет роль чувствительного элемента гироскопа и имеет повышенный момент инерции, что увеличивает действующий на внешнюю подвижную рамку гироскопический момент и повышает точность измерений угловой скорости. By forming an internal fixed frame, an internal moving frame, an external moving frame, two mutually perpendicular axes of rotation with the help of elastic jumpers connecting the frames, the external moving frame is located on the periphery of the plate, plays the role of a sensitive element of the gyroscope and has an increased moment of inertia, which increases the effect on the external movable frame gyroscopic moment and increases the accuracy of measuring angular velocity.

При расположении внешней подвижной рамки на периферии пластины, креплении пластины к корпусу с помощью внутренней неподвижной пластины устраняется передача напряжений деформации корпуса на внешнюю подвижную рамку, в результате чего уменьшаются ложные сигналы гироскопа, повышается точность измерения угловой скорости. When the external movable frame is located on the periphery of the plate, the plate is fixed to the body with the help of the internal fixed plate, transmission of stresses of deformation of the body to the external movable frame is eliminated, as a result of which the false signals of the gyroscope are reduced, and the accuracy of measuring angular velocity is increased.

Путем расположения внешней подвижной рамки на периферии пластины, образования на ней элементов датчика положения увеличивается коэффициент преобразования датчика положения, что повышает разрешающую способность гироскопа и точность измерения угловой скорости. By arranging the outer movable frame on the periphery of the plate, forming the position sensor elements on it, the conversion coefficient of the position sensor increases, which increases the resolution of the gyroscope and the accuracy of measuring angular velocity.

При расположении элементов силовых преобразователей на внешней подвижной рамке или на внутренней подвижной рамке и внешней подвижной рамке повышается действующий на ротор момент, что повышает кинетический момент ротора и, следовательно, точность измерения угловой скорости. When the elements of the power converters are located on an external movable frame or on an internal movable frame and an external movable frame, the moment acting on the rotor increases, which increases the kinetic moment of the rotor and, therefore, the accuracy of measuring angular velocity.

Путем выполнения внешней подвижной рамки, внутренней подвижной рамки, внутренней неподвижной рамки и упругих перемычек единым элементом из монокристаллического кремния методом анизотропного травления достигается однородность конструкции ротора гироскопа, что позволяет уменьшить температурные деформации элементов гироскопа, уменьшить его температурную погрешность и повысить точность измерения угловой скорости. By performing an external movable frame, an internal movable frame, an internal fixed frame, and elastic bridges with a single element of single-crystal silicon by anisotropic etching, uniformity of the gyro rotor design is achieved, which reduces the temperature deformation of the gyro elements, reduces its temperature error and improves the accuracy of measuring angular velocity.

При выполнении элементов датчика положения в виде линий задержки на поверхностных акустических волнах на корпусе, образовании металлизированных участков на внешней подвижной рамке, расположении металлизированных участков от линий задержки на определенном расстоянии обеспечивается получение частотного сигнала с основной частотой в десятки МГц и глубиной модуляции до 5-10 что позволяет увеличить разрешающую способность и точность измерения угловой скорости. When performing position sensor elements in the form of delay lines on surface acoustic waves on the case, the formation of metallized areas on an external moving frame, the location of metallized areas from the delay lines at a certain distance, a frequency signal with a fundamental frequency of tens of MHz and a modulation depth of 5-10 which allows to increase the resolution and accuracy of measuring angular velocity.

Путем образования пар линий задержки, расположенных симметрично второй оси вращения, достигается компенсация температурных изменений характеристик линий задержки, что устраняет температурную погрешность и повышает точность измерения угловой скорости. By forming pairs of delay lines located symmetrically to the second axis of rotation, compensation is achieved for temperature changes in the characteristics of the delay lines, which eliminates the temperature error and improves the accuracy of measuring angular velocity.

На фиг. 1 показан общий вид вибрационного гироскопа в разрезе; на фиг. 2 пластина гироскопа; на фиг. 3, 4 даны виды двух частей корпуса гироскопа; фиг. 5 представляет схему возбуждения колебаний ротора гироскопа; фиг.6 - схему датчика положения; на фиг. 7 дан пример выполнений линий задержки на ПАВ на корпусе гироскопа; фиг. 8 представляет схему датчика положения на линиях задержки на ПАВ. In FIG. 1 shows a general sectional view of a vibrating gyroscope; in FIG. 2 gyro plate; in FIG. 3, 4 are views of two parts of the gyroscope body; FIG. 5 is a diagram of an excitation of oscillations of a gyro rotor; 6 is a diagram of a position sensor; in FIG. 7 shows an example of executing delay lines on a SAW on the gyroscope case; FIG. 8 is a schematic diagram of a position sensor on SAW delay lines.

Вибрационный гироскоп (фиг. 1) имеет корпус, состоящий из двух частей 1.1. Между стойками 2,2 двух частей 1,1 корпуса закреплена внутренняя неподвижная рамка 3 пластины, содержащей также внутреннюю подвижную рамку 4 и внешнюю подвижную рамку 5. Внутренняя неподвижная рамка 3 расположена в центральной части пластины (фиг. 2). Внутренняя подвижная рамка 4 расположена на периферии от внутренней неподвижной рамки 3 и отделена от нее, исключая места расположения упругих перемычек 6, 6, которые соединяют две противоположные стороны внутренней неподвижной рамки 3 и внутренней подвижной рамки 4. Внешняя подвижная рамка 5 находится на периферии от внутренней подвижной рамки 4 и отделена от нее по двум противоположным сторонам, а двумя другими противоположными сторонами соединена с ней только с помощью упругих перемычек 7,7. Оси кручения упругих перемычек 6,6 образуют первую ось вращения x-x. Упругие перемычки 7,7 так расположены относительно упругих перемычек 6,6, что образованная осями кручения перемычек 7,7, вторая ось вращения y-y перпендикулярна первой оси вращения x-x. The vibrating gyroscope (Fig. 1) has a housing consisting of two parts 1.1. Between the racks 2.2 of the two parts 1.1 of the casing, an internal fixed frame 3 of the plate is fixed, which also contains the internal movable frame 4 and the external movable frame 5. The internal fixed frame 3 is located in the central part of the plate (Fig. 2). The inner movable frame 4 is located on the periphery from the inner fixed frame 3 and is separated from it, excluding the location of the elastic jumpers 6, 6, which connect two opposite sides of the inner fixed frame 3 and the inner movable frame 4. The outer movable frame 5 is on the periphery from the inner movable frame 4 and is separated from it by two opposite sides, and two other opposite sides are connected to it only with the help of elastic jumpers 7,7. The torsion axis of the elastic bridges 6.6 form the first axis of rotation x-x. The elastic bridges 7,7 are so located relative to the elastic bridges 6,6 that formed by the torsion axes of the bridges 7,7, the second axis of rotation y-y is perpendicular to the first axis of rotation x-x.

Рассмотрим выполнение элементов датчика положения и силовых преобразователей системы возбуждения колебаний на корпусе и на пластине на примере электростатических силовых преобразователей и емкостных преобразователей положения. В этом случае подвижные электроды силовых преобразователей и емкостных преобразователей положения образованы либо путем выполнения из электропроводного материала пластины с внутренней неподвижной рамкой 3, внутренней подвижной рамкой 4 и внешней подвижной рамкой 5, либо путем напыления металлизированных участков на поверхности внутренней подвижной рамки 4 и внешней подвижной рамки 5 пластины из электроизоляционного материала. Consider the implementation of the elements of the position sensor and power converters of the excitation system of oscillations on the housing and on the plate using electrostatic power converters and capacitive position converters as an example. In this case, the movable electrodes of the power converters and capacitive position converters are formed either by making a plate with an internal conductive material 3 from the electrically conductive material, an internal movable frame 4 and an external movable frame 5, or by spraying metallized areas on the surface of the internal movable frame 4 and the external movable frame 5 plates of electrical insulating material.

Тогда на первой части 1 корпуса (фиг. 3) образованы первые неподвижные электроды 8,8 дифференциального емкостного преобразователя положения, первые неподвижные электроды 9,9 первого и второго силового преобразователя. Then, on the first part 1 of the housing (Fig. 3), the first stationary electrodes 8.8 of the differential capacitive position transducer, the first stationary electrodes 9.9 of the first and second power transducers are formed.

На второй части 1 корпуса (фиг. 4) образованы вторые неподвижные электроды 10,10 дифференциального емкостного преобразователя положения, вторые неподвижные электроды 11,11 первого и второго силового преобразователя. On the second part 1 of the housing (Fig. 4), the second stationary electrodes 10.10 of the differential capacitive position transducer, the second stationary electrodes 11.11 of the first and second power transducer are formed.

Электроды 8,8, 9,9, 10,10, 11,11 образуются либо путем напыления металлизированных участков на поверхности первой и второй частей 1,1 корпуса из электроизоляционного материала, либо путем расположения пластин из электроизоляционного материала с металлизированными участками на них на поверхностях первой и второй частей 1,1 корпуса. The electrodes 8.8, 9.9, 10.10, 11.11 are formed either by spraying metallized areas on the surface of the first and second parts 1.1 of the housing from electrical insulation material, or by arranging plates of electrical insulation material with metallized areas on them on surfaces the first and second parts 1.1 of the body.

Система возбуждения колебаний содержит два электростатических силовых преобразователя и генератор 12 возбуждения колебаний (фиг. 5). Первый силовой преобразователь имеет подвижный электрод в виде металлизированных поверхностей внутренней подвижной рамки 4 и неподвижные электроды 9, 11 на первой и второй частях 1,1 корпуса. Второй силовой преобразователь состоит из того же подвижного электрода внутренней подвижной рамки 4 и неподвижные электроды 9, 11 на первой и второй частях 1,1 корпуса. Электроды 9, 11 подсоединены к первому выходу генератора 12, электроды 9, 11 к второму выходу генератора 12. Общая линия первого и второго выходов генератора 12 подключена к металлизированным участкам внутренней подвижной рамки 4. The oscillation excitation system comprises two electrostatic power converters and an oscillation excitation generator 12 (Fig. 5). The first power converter has a movable electrode in the form of metallized surfaces of the inner movable frame 4 and fixed electrodes 9, 11 on the first and second parts 1.1 of the housing. The second power converter consists of the same movable electrode of the inner movable frame 4 and the stationary electrodes 9, 11 on the first and second parts 1.1 of the housing. The electrodes 9, 11 are connected to the first output of the generator 12, the electrodes 9, 11 to the second output of the generator 12. The common line of the first and second outputs of the generator 12 is connected to the metallized sections of the inner movable frame 4.

Датчик положения гироскопа выполнен по мостовой схеме, содержащей конденсаторы C₁, C₂ и резисторы R₁, R₂ (фиг. 6). Конденсатор С₁ образованы подвижным электродом в виде металлизированной поверхности внешней подвижной рамки 5 и соединенными вместе неподвижными электродами 8, 10, на первой и второй частях 1,1 корпуса. Конденсатор С₂ образован тем же подвижным электродом в виде металлизированной поверхности внешней подвижной рамки 5 и соединенными вместе с неподвижными электродами 8, 10 на первой и второй частях 1,1 корпуса. В одну диагональ мостовой схемы датчика положения включен источник питания 13 переменного напряжения, сигнал датчика положения снимается со второй диагонали датчика положения.The gyroscope position sensor is made according to a bridge circuit containing capacitors C ₁ , C ₂ and resistors R ₁ , R ₂ (Fig. 6). The capacitor C _{1 is} formed by a movable electrode in the form of a metallized surface of the outer movable frame 5 and fixed electrodes 8, 10 connected together on the first and second parts 1.1 of the housing. The capacitor C _{2 is} formed by the same movable electrode in the form of a metallized surface of the outer movable frame 5 and connected together with the stationary electrodes 8, 10 on the first and second parts 1.1 of the housing. An alternating voltage power supply 13 is included in one diagonal of the bridge circuit of the position sensor, the signal of the position sensor is removed from the second diagonal of the position sensor.

При выполнении элементов датчика положения в виде одной пары линий задержки на ПАВ на одной части 1 корпуса расположена первая линия задержки с входным встречно-штыревым преобразователем (ВШП) 14 и выходным встречно-штыревым преобразователем ВШП 14 и выходным ВШП 15 (фиг. 7). Симметрично первой линии задержки относительно второй оси вращения y-y расположена вторая линия задержки с входным ВШП 14 и выходным ВШП 15. В случае выполнения корпуса из пьезоэлектрического или электроизоляционного материала ВШП 14,14, 15,15 образуются путем напыления металлических электродов на пьезоэлектрик или пьезоэлектрическую пленку, нанесенную на электроизоляционную поверхность корпуса. When performing the elements of the position sensor in the form of one pair of delay lines on the SAW on one part 1 of the housing, the first delay line is located with the input interdigital transducer (IDT) 14 and the output interdigital transducer IDT 14 and the output IDT 15 (Fig. 7). Symmetrically of the first delay line relative to the second axis of rotation yy, there is a second delay line with an input IDT 14 and an output IDT 15. In the case of a case made of a piezoelectric or insulating material, IDTs 14.14, 15.15 are formed by spraying metal electrodes on a piezoelectric or piezoelectric film, applied to the insulating surface of the housing.

Если корпус выполнен из электропроводного материала, то ВШП 14,14, 15,15 могут быть образованы на пьезоэлектрических пластинах 16,16, располагаемых на корпусе. If the housing is made of electrically conductive material, then IDT 14,14, 15,15 can be formed on the piezoelectric plates 16,16 located on the housing.

Напротив каждой из линий задержки на ПАВ на внешней подвижной рамке 5 расположен металлизированный участок: являющийся либо поверхностью электропроводной пластины, либо специально нанесенного на поверхность внешней подвижной рамки 5 металлического покрытия. Opposite each of the delay lines on the surfactant on the external movable frame 5 is a metallized area: which is either the surface of the conductive plate, or a metal coating specially applied to the surface of the external movable frame 5.

Расстояние d (фиг. 1) между поверхностями металлизированных участков на внешней подвижной рамке 5 и линиями задержки на части корпуса 1 составляет около

где λ длина волны ПАВ;
f максимальное суммарное перемещение внешней подвижной рамки на верхнем пределе измерения и при работе системы возбуждения колебаний.The distance d (Fig. 1) between the surfaces of the metallized areas on the outer movable frame 5 and the delay lines on the part of the housing 1 is about

where λ is the wavelength of the surfactant;
f the maximum total movement of the external movable frame at the upper limit of measurement and during operation of the oscillation excitation system.

На фиг. 7 показана примерная конфигурация неподвижных электродов 9,9 электростатических силовых преобразователей на корпусе в случае расположения элементов силовых преобразователей на внутренней подвижной рамке 4 и внешней подвижной рамке 5. In FIG. 7 shows an exemplary configuration of the fixed electrodes of 9.9 electrostatic power converters on the housing in the case of the arrangement of the elements of the power converters on the inner movable frame 4 and the outer movable frame 5.

Датчик положения гироскопа с линиями задержки на ПАВ имеет два автогенератора (фиг. 8). Первый автогенератор образован включением усилителя 17 между входными ВШП 14 и выходным ВШП 15 первой линии задержки. Второй автогенератор получен путем включения усилителя 17 между входным ВШП 14 и выходным ВШП 15 второй линии задержки на ПАВ. Выходы автогенераторов подключены к двум входам смесителя частот 18, выход которого подключен к входу частотомера 19. С выхода частотомера 19 снимается выходной сигнал датчика положения гироскопа. The gyroscope position sensor with delay lines on the surfactant has two oscillators (Fig. 8). The first oscillator is formed by the inclusion of an amplifier 17 between the input IDT 14 and the output IDT 15 of the first delay line. The second oscillator is obtained by turning on the amplifier 17 between the input IDT 14 and the output IDT 15 of the second SAW delay line. The outputs of the oscillators are connected to two inputs of the frequency mixer 18, the output of which is connected to the input of the frequency meter 19. The output signal of the gyroscope position sensor is taken from the output of the frequency meter 19.

При выполнении внешней подвижной рамки 5, внутренней подвижной рамки 4, внутренней неподвижной рамки 3, упругих перемычек 6,6, 7,7 из монокристаллического кремния они выполняются единым элементом методом анизотропного травления кремния. В этом случае электропроводные поверхности внешней подвижной рамки 5, внутренней подвижной рамки 5, внутренней подвижной рамки 4 играют роль подвижных электродов емкостных преобразователей датчика положения гироскопа или металлизированных участков датчика положения на линиях задержки на ПАВ, подвижных электродов силовых преобразователей при такой конфигурации неподвижных электродов на корпусе, при которой в качестве подвижных электродов используются поверхности внутренней подвижной рамки 4 или внешней подвижной рамки 5, или внутренней подвижной рамки 4 и внешней подвижной рамки 5. When performing an external movable frame 5, an internal movable frame 4, an internal fixed frame 3, elastic jumpers 6.6, 7.7 of single-crystal silicon, they are performed by a single element by anisotropic etching of silicon. In this case, the electrically conductive surfaces of the outer movable frame 5, the inner movable frame 5, the inner movable frame 4 play the role of the movable electrodes of the capacitive transducers of the gyroscope position sensor or metallized portions of the position sensor on the delay lines on the SAW, the movable electrodes of the power transducers with this configuration of the stationary electrodes on the housing in which the surfaces of the inner movable frame 4 or the outer movable frame 5, or inner are used as the movable electrodes s movable frame 4 and outer movable frame 5.

Вибрационный гироскоп работает следующим образом. Генератор 12 возбуждения колебаний выдается с каждого выхода периодические однополярные электрические сигналы, причем сигнал с второго выхода сдвинут по фазе на 180^o относительно сигнала с первого выхода. При поступлении с первого выхода генератора 12 сигнала на неподвижные электроды 9, 11 на первой и второй частях 1,1 корпуса противоположные стороны внутренней подвижной рамки 4 притягиваются к расположенным противоположно по отношению к плоскости пластины частям корпуса 1,1.Vibration gyroscope works as follows. The oscillation excitation generator 12 generates periodic unipolar electrical signals from each output, the signal from the second output being shifted in phase by 180 ^° relative to the signal from the first output. Upon receipt from the first output of the signal generator 12 to the stationary electrodes 9, 11 on the first and second parts 1.1 of the housing, the opposite sides of the inner movable frame 4 are attracted to the parts of the housing 1.1 located opposite to the plane of the plate.

Поэтому вследствие наличия свободы углового движения относительно первой оси вращения x-x внутренняя подвижная рамка 4 получает угловое перемещение относительно оси x-x. Затем с второго выхода генератора 12 поступает сигнал не неподвижные электроды 9, 11 на первой и второй частях 1,1 корпуса. В результате происходит угловое перемещение внутренней подвижной рамки 4 в противоположную сторону. Вместе с внутренней подвижной рамкой 4 вследствие связи с ней с помощью упругих перемычек 7,7 получает угловые перемещения и внешняя подвижная рамка 5. Таким образом осуществляется колебательное угловое движение относительно оси x-x ротора гироскопа, состоящего из внутренней подвижной рамки 4 и внешней подвижной рамки 5, и создается переменный кинетический момент ротора, направленный по оси x-x. Therefore, due to the freedom of angular movement relative to the first axis of rotation x-x, the inner movable frame 4 receives angular displacement relative to the x-x axis. Then, from the second output of the generator 12, a signal is received: non-stationary electrodes 9, 11 on the first and second parts 1.1 of the housing. The result is an angular movement of the inner movable frame 4 in the opposite direction. Together with the internal movable frame 4, due to communication with it using elastic jumpers 7,7, angular displacements and an external movable frame 5 are obtained. Thus, the oscillatory angular movement relative to the xx axis of the gyro rotor is made up of an internal movable frame 4 and an external movable frame 5, and creates an alternating kinetic moment of the rotor directed along the xx axis.

При наличии угловой скорости вращения по входной оси гироскопа, перпендикулярной образованной осями x-x и y-y плоскости, создается направленный по оси y-y и действующий на внешнюю подвижную рамку 5 гироскопический момент, который вызывает угловое перемещение внешней подвижной рамки 4. Величина углового перемещения внешней подвижной рамки 5 пропорциональна угловой скорости вращения. If there is an angular velocity of rotation along the input axis of the gyroscope perpendicular to the plane formed by the xx and yy axes, a gyroscopic moment is created that is directed along the yy axis and acts on the external movable frame 5, which causes the angular displacement of the external movable frame 4. The angular displacement of the external movable frame 5 is proportional angular velocity of rotation.

Векторы кинетического момента и угловой скорости направлены так, что при угловом перемещении внешней подвижной рамки 5 под действием гироскопического момента происходит сближение внешней подвижной рамки 5 с неподвижными электродами 8, 10 на первой и второй частях 1,1 корпуса и удаление внешней подвижной рамки 5 от неподвижных электродов 8, 10. Тогда емкость конденсатора С₁ увеличивается, емкость конденсатора С₂ уменьшается, происходит разбалансировка мостовой схемы датчика положения, и с выхода датчика положения поступает сигнал, обусловленный величиной угловой скорости. При изменении направления угловой скорости вращения на противоположное фаза выходного сигнала датчика положения изменяется на 180^o.The vectors of kinetic moment and angular velocity are directed so that when the external moving frame 5 is angled under the action of a gyroscopic moment, the external moving frame 5 approaches the stationary electrodes 8, 10 on the first and second parts 1.1 of the body and the external moving frame 5 is removed from the stationary the electrodes 8, 10. Then the capacitance of the capacitor C ₁ increases, the capacitance of the capacitor C ₂ is reduced, unbalancing the bridge circuit occurs the position sensor and the output from the position sensor signal is received, conditioned by ny magnitude of the angular velocity. When you change the direction of the angular velocity of rotation to the opposite phase of the output signal of the position sensor changes by 180 ^o .

Таким образом измеряются величина и направление угловой скорости. In this way, the magnitude and direction of the angular velocity are measured.

При выполнении элементов датчика положения в виде линий задержки на ПАВ при отсутствии угловой скорости и выключенной системе возбуждения колебаний металлизированные участки на внешней подвижной рамке 5 находятся от поверхностей ВШП 14, 14, 15,15 первой и второй линий задержки на расстоянии, равном разности между четвертью длины волны ПАВ и максимальным суммарным перемещением внешней подвижной рамки 5 при измерении угловой скорости и системы возбуждения колебаний. Тогда металлизированные участки на внешней подвижной рамке 5 оказывают одинаковое шунтирующее влияние на прохождение электрических сигналов от входных ВШП к выходным ВШП, т.е. металлизированные участки одинаковым образом закорачивают возникающие при прохождении ПАВ электрические поля в диэлектрике для обеих линий задержки. Поэтому частоты первого и второго автогенераторов равны, на входы смесителя частот 18 поступают сигналы равных частот от обоих автогенераторов, и на выходе смесителя частот 18 получается сигнал разности частот, равный нулю. Частотомер 19 измеряет равный нулю сигнал разности частот со смесителя частот 18 и дает показание соответствующее отсутствию угловой скорости. When performing the position sensor elements in the form of delay lines on the surfactant in the absence of angular velocity and the excitation system turned off, the metallized sections on the external movable frame 5 are located from the IDT surfaces 14, 14, 15.15 of the first and second delay lines at a distance equal to the difference between the quarter the wavelength of the surfactant and the maximum total displacement of the external movable frame 5 when measuring the angular velocity and the system of excitation of oscillations. Then the metallized areas on the external movable frame 5 have the same shunting effect on the passage of electrical signals from the input IDT to the output IDT, i.e. metallized sections in the same way short-circuit the electric fields arising during the passage of the surfactant in the dielectric for both delay lines. Therefore, the frequencies of the first and second oscillators are equal, equal frequency signals from both oscillators are received at the inputs of the frequency mixer 18, and a frequency difference signal equal to zero is obtained at the output of the frequency mixer 18. Frequency meter 19 measures the zero-difference signal from the frequency mixer 18 and gives an indication corresponding to the absence of angular velocity.

При отсутствии угловой скорости и работе системы возбуждения колебаний металлизированные участки на внешней подвижной рамке 5 сначала, например, своими противоположными концами приближаются к входным ВШП 14,14 и удаляются от выходных ВШП 15,15, а затем удаляются от входных ВШП 14,14 и сближаются с выходными ВШП 15,15. Так как при этом среднее положение металлизированных участков остается равным разности между четвертью длины волны ПАВ и перемещением внешней подвижной рамки 5, то металлизированные участки оказывают одинаковое шунтирующее воздействие на обе линии задержки, частоты обоих автогенераторов остаются равными, и с выхода частотомера 19 идет сигнал, показывающий отсутствие угловой скорости. In the absence of angular velocity and the operation of the excitation system of oscillations, the metallized sections on the external movable frame 5 first, for example, approach the input IDT 14.14 with their opposite ends and move away from the output IDT 15.15, and then move away from the input IDT 14.14 and move closer with weekend IDT 15.15. Since the average position of the metallized sections remains equal to the difference between a quarter wavelength of the surfactant and the movement of the external movable frame 5, the metallized sections have the same shunt effect on both delay lines, the frequencies of both oscillators remain equal, and a signal is shown from the output of the frequency counter 19 lack of angular velocity.

В работающем гироскопе при наличии угловой скорости такого направления, при котором один металлизированный участок на одной стороне внешней подвижной рамки 5 приближается к ВШП 14, 15 одной линии задержки, а второй металлизированный участок на другой стороне внешней подвижной рамки 5 удаляется от ВШП 14, 15 второй линии задержки, расстояние между металлизированным участком и ВШП 14, 15 еще более уменьшается по сравнению с четвертью длины волны ПАВ, а расстояние между металлизированным участком и ВШП 14, 15 приближается к четверти длины волны ПАВ. При этом один металлизированный участок на внешней подвижной рамке 5 вследствие его приближения к ВШП 14,15 оказывает большее шунтирующее воздействие на первую линию задержки, в результате чего частота первого автогенератора увеличивается. Второй металлизированный участок на внешней подвижной рамке 5 вследствие его удаления от ВШП 14, 15 оказывает меньшее шунтирующее воздействие на вторую линию задержки, вызывая уменьшение частоты второго автогенератора. Так как частота первого автогенератора больше частоты второго автогенератора, то в результате с выхода смесителя частот 18 на вход частотомера 19 поступает сигнал разности частот, отличный от нуля. Частотомер 19 измеряет, в результате, угловую скорость, выраженную частотным сигналом. При изменении направления угловой скорости частота первого автогенератора уменьшается, второго увеличивается. In a working gyroscope, if there is an angular velocity in such a direction that one metallized area on one side of the outer movable frame 5 approaches the IDT 14, 15 of one delay line, and the second metallized area on the other side of the external movable frame 5 is removed from the IDT 14, 15 of the second the delay line, the distance between the metallized section and IDT 14, 15 is further reduced compared to a quarter of the wavelength of the surfactant, and the distance between the metallized section and IDT 14, 15 is close to a quarter of the wavelength of the surfactant. Moreover, one metallized area on the external movable frame 5 due to its approach to IDT 14.15 has a greater shunt effect on the first delay line, as a result of which the frequency of the first oscillator increases. The second metallized area on the outer movable frame 5 due to its removal from the IDT 14, 15 has a smaller shunt effect on the second delay line, causing a decrease in the frequency of the second oscillator. Since the frequency of the first oscillator is greater than the frequency of the second oscillator, as a result, the output of the frequency mixer 18 to the input of the frequency meter 19 receives a signal of the frequency difference other than zero. The frequency meter 19 measures, as a result, the angular velocity expressed by the frequency signal. When the direction of the angular velocity changes, the frequency of the first oscillator decreases, the second increases.

Claims

1. A vibration gyroscope comprising a housing, a plate fixed thereon with external and internal frames connected to each other by elastic jumpers and having two mutually perpendicular axes of rotation relative to the housing, a frame vibration excitation system and a position sensor, the fixed elements of which are respectively power and measuring transducers placed on the housing, characterized in that an internal fixed frame is formed in the plate, separated from it on the periphery and from each other and located respectively In the direction from the internal fixed frame to the plate periphery, the internal and external movable frames, the internal movable frame are connected by their two opposite sides to the internal fixed frame by elastic bridges, the torsion axes of which form the first axis of rotation, the external movable frame is connected by its two sides to the internal movable frame with the help of elastic jumpers, the torsion axes of which form a second axis of rotation perpendicular to the first, the plate is attached to the body using internally a fixed frame, the movable member position sensor transducers are arranged on the outer movable frame plate, and movable elements of the system power converters excitation oscillations frames placed on the inner movable frame, or on the outside of the movable frame.

2. The gyroscope according to claim 1, characterized in that the external movable frame, the internal movable frame, the internal fixed frame and the elastic jumpers are made of a single element of single crystal silicon by anisotropic etching.

3. The gyroscope according to claim 1 or claims 1 and 2, characterized in that the stationary elements of the position transmitter measuring transducers on the housing are made in the form of pairs of a delay line on surface acoustic waves (SAWs) located symmetrically with respect to the second axis of rotation, on an external moving frame metallized sections opposite the delay lines are formed, the distance d between the surfaces of the metallized sections and the delay lines is

where λ is the wavelength of the surfactant;
f the maximum total movement of the movable frame at the upper limit of measurements and during operation of the oscillation excitation system.