RU2362975C1 - Твердотельный волновой гироскоп - Google Patents
Твердотельный волновой гироскоп Download PDFInfo
- Publication number
- RU2362975C1 RU2362975C1 RU2008100657/28A RU2008100657A RU2362975C1 RU 2362975 C1 RU2362975 C1 RU 2362975C1 RU 2008100657/28 A RU2008100657/28 A RU 2008100657/28A RU 2008100657 A RU2008100657 A RU 2008100657A RU 2362975 C1 RU2362975 C1 RU 2362975C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonator
- gyroscope
- control unit
- electrodes
- solid
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к поворотно-чувствительным устройствам гироскопов и может быть использовано для измерения углов в системах навигации и управления. Более высокая чувствительность к изменению угла поворота в системе слежения за движением узлов вибрационных колебаний обеспечивается за счет размещения четырех дополнительных приемных электродов (44-47) и источника излучения (49), например светодиода, в оптико-электронной системе измерения приращения угла поворота узлов вибрационных колебаний на подвижной части (48) электромеханизма. Напротив источника излучения (49) с противоположной стороны модулятора излучения (39) на оболочке (6) размещен фотоприемник (50). 2 ил.
Description
Изобретение относится к гироскопам, а именно к поворотно-чувствительным устройствам с колеблющимися массами, и может быть использовано для измерения углов в системах навигации и управления.
Наиболее близким к изобретению устройством является твердотельный волновой гироскоп, описанный в патенте США №3924475, кл. G01Р 9/04, 1975 г., содержащий полусферический резонатор, основание, поддерживающее резонатор вдоль оси симметрии, проходящей через полюс полусферы, на котором выполнены приемные электроды, блок управления, к которому подсоединены приемные электроды и к выходам которого подключены блок параметрического возбуждения, блоки позиционного возбуждения и вычислитель, при этом выходы блоков параметрического и позиционного возбуждения подсоединены к блоку управления дискретными электродами.
Недостатком такого твердотельного волнового гироскопа является появление динамических погрешностей измерения угла, обусловленных смещением вибрационной картины силами Кориолиса, возникающими при принудительном вращении резонатора.
Задачей изобретения является устранение недостатка прототипа с повышением разрешающей способности при измерении углов поворота основания гироскопа.
Технический результат изобретения достигается тем, что твердотельный волновой гироскоп, содержащий полусферический резонатор, основание, поддерживающее резонатор вдоль оси симметрии, проходящей через полюс полусферы, на котором выполнены приемные электроды, блок управления, к которому подсоединены приемные электроды и к выходам которого подключены блок параметрического возбуждения, блоки позиционного возбуждения и вычислитель, причем выходы блоков параметрического и позиционного возбуждения подсоединены к блоку управления дискретными электродами, дополнительно снабжен оптико-электронной системой измерения приращения угла поворота узлов вибрационных колебаний, которая содержит источник излучения, модулятор излучения и фотоприемник, подключенный к входу формирования импульсов, выход которого подключен к реверсивному счетчику, и системой слежения за движением узлов вибрационных колебаний, которая содержит четыре дополнительных приемных электрода, подключенных к входу суммирующего усилителя, к выходу которого подсоединен электромеханизм, установленный в основании и на подвижной части которого размещены модулятор излучения и четыре выступа, на которых размещены дополнительные электроды.
На фиг.1 представлена конструкция твердотельного волнового гироскопа; на фиг.2 - то же, электрическая схема соединения элементов датчика.
Твердотельный волновой гироскоп (фиг.1) содержит полусферический резонатор 1 со стержнем 2, изготовленный из плавленого кварца. Полусфера металлизирована слоем 3 электропроводящего материала. Основание 4 поддерживает резонатор 1 вдоль оси симметрии, проходящей через полюс полусферы. Электрический контакт с металлизированной поверхностью резонатора 1 осуществляется через металлизированные поверхности 5 основания 4 и стержня 2. Гироскоп имеет полусферическую оболочку 6 из диэлектрического материала, окружающую с зазором (≈0,1 мм) резонатор 1. На основании 4 выполнены приемные элементы, например электроды 7-14, на определенном расстоянии от нижнего обреза полусферы вдоль осей, разнесенных, например, на угол 45°. Электрический контакт с приемными элементами осуществляется через герметичные токовводы 15 и 16. На внутренней поверхности оболочки 6 с полярной осью 17 сформированы, например, напылением поля 18 дискретных электродов. Форма каждого из электродов 19-34 - параллелограмм. Электрический контакт с дискретными электродами осуществляется через герметичный токоввод 35. В основание 4 встроено приспособление 36, на котором размещен электромеханизм 37, подвижная часть 38 которого содержит модулятор излучения 39 в виде кольца, выполненного из прозрачного материала с нанесенной на него растровой картинкой, и четыре выступа 40-43. На выступах 40-43 размещены четыре дополнительных приемных электрода 44-47. На подвижной части 48 электромеханизма размещен источник излучения 49, например светодиод. Напротив источника излучения с противоположной стороны модулятора излучения 39 на оболочке 6 размещен фотоприемник 50, электрический контакт с которым осуществляется через гермовывод 35. Электрические контакты с электродами 44-47, обмотками электромеханизма 37 и источником излучения 49 осуществляются через герметичные выводы 51 и 52. Сборка из резонатора 1, оболочки 6, основания 4, приспособления 36 и электромеханизма 37 помещается в герметизируемый корпус 53.
Приемные электроды 7-14 подсоединены к блоку 54 управления колебаниями. Блок 54 управления колебаниями, например, содержит предусилители, схемы первоначального возбуждения, стабилизации амплитуды, автоподстройки частоты, управления фазой колебаний резонатора.
Блок 54 управления колебаниями имеет три выхода. К первому выходу блока 54 управления колебаниями подключен блок 55 параметрического возбуждения. Таким образом, первый выход блока 54 обеспечивает параметрическое поддержание вибрационных колебаний резонатора, остальные выходы блока 54 управления колебаниями служат для обеспечения фазового контроля колебаний резонатора и подсоединены к блокам 56-60 позиционного возбуждения, а также для вычисления и подсоединены к вычислителю 61.
Блоки 56-60 представляют собой регулируемые источники постоянного тока. Выходы блоков 55-56 подсоединены к блоку 62, представляющему собой схему управления дискретными электродами 19-34, известную в литературе [1]. Дополнительные приемные электроды 44-47 подключены на вход суммирующего усилителя 63, к выходу которого подсоединен электромеханизм 37, механически связанный с дополнительными приемными электродами 44-47 и модулятором излучения 39. Источник излучения 49 подключен к источнику питающего напряжения и через модулятор излучения 39 оптически связан с фотоприемником 50, подключенным на вход формирователя импульсов 64, выход которого подсоединен к входу реверсного счетчика 65.
Для определения ориентации рисунка вибрационных колебаний первоначальное возбуждение колебаний резонатора осуществляется позиционным способом с помощью двух дискретных электродов, например 19 и 27. После достижения требуемой амплитуды колебаний резонатора схема первоначального позиционного возбуждения блока 54 отключается и поддержание колебаний осуществляется параметрически с помощью дискретных электродов 19-34, что обеспечивает стационарные вибрационные колебания резонатора с произвольно ориентированными (не связанными с основанием) главными осями. Собственные вибрационные колебания полусферического резонатора частотой ω имеют четыре узла и четыре пучности. При повороте полусферы резонатора 1 на угол φ (совместно с основанием) рисунок вибрационных колебаний из-за влияния сил Кориолиса поворачивается на угол φ1=k1φ относительно неподвижной системы координат. Регистрация положения рисунка вибрационных колебаний дает информацию об угле φ поворота полусферы и позволяет использовать полусферу в качестве датчика, определяющего угловое перемещение прибора и изделия относительно неподвижной системы координат. Угол θ поворота рисунка вибрационных колебаний относительно полусферы (и электродов 7-14) вычисляется в вычислителе 61 из сигналов напряжения вида
U7=U0sin2θsinωt;
U9=U0cos2θsinωt,
воспринимаемых приемными электродами 7-14, например, по формуле
θ=1/2 arctg U7/U9, тогда φ=k2θ,
где k2 - масштабный коэффициент ТВГ.
Разрешающая способность определения угла θ ограничена чувствительностью электронной схемы к изменению уровней напряжения U7 и U9 за счет изменения амплитуд колебаний резонатора в местах установки приемных электродов 7, 9. Поэтому наряду с измерением угла измеряется и его приращение Δθ. Измерение приращения угла осуществляется следующим образом. С помощью следящей системы, содержащей четыре дополнительных приемных электрода 44-47, усилитель 63 и электромеханизм 37 путем установки приемных электродов 44-47 в положение, в котором суммарный сигнал с них минимален, отслеживается движение узлов вибрационных колебаний. Слежение за движением узлов вибрационных колебаний сопровождается поворотом модулятора излучения 39 оптико-электронной системы. При этом излучаемый поток света источником излучения 49 модулируется и с помощью фотоприемника 50 и формирователя импульсов 64 преобразуется в последовательность импульсов, число которых, подсчитываемое реверсным счетчиком, пропорционально приращению угла Δθ за время подсчета. Разрешающая способность измерения приращения угла определяется линейным периодом растровой картинки h и определяется формулой [2] Δθ=h/2R,
где R - радиус кольцевого модулятора.
При этом при h=5*10-6 м, R=3*10-2 м, Δθ=2 угл. сек.
Таким образом, применение заявляемого изобретения позволит повысить разрешающую способность и точность измерения угла поворота, что особенно важно для высокоманевренных подвижных объектов.
Источники информации
1. Патент США №3924475, кл. G01P 9/04, 1975 (прототип).
2. Преснухин Л.Н. и др. Муаровые растровые датчики положения и их применение. - М.: Машиностроение, 1969.
Claims (1)
- Твердотельный волновой гироскоп, содержащий корпус, полусферический резонатор, блок позиционного возбуждения, блок параметрического возбуждения, блок управления колебаниями резонатора, вычислитель и приемные электроды, присоединенные к блоку управления колебаниями и вычислителю, отличающийся тем, что гироскоп снабжен оптико-электронной системой измерения приращения угла поворота узлов вибрационных колебаний, содержащей источник излучения, модулятор излучения и фотоприемник, подключенный к входу формирователя импульсов, выход которого подсоединен к реверсивному счетчику, кроме того, гироскоп снабжен системой слежения за движением узлов вибрационных колебаний, содержащей четыре дополнительных приемных электрода, подключенных к входу суммирующего усилителя, и электромеханизм, подсоединенный к выходу суммирующего усилителя и механически связанный с дополнительными приемными электродами и модулятором излучения.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008100657/28A RU2362975C1 (ru) | 2008-01-09 | 2008-01-09 | Твердотельный волновой гироскоп |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008100657/28A RU2362975C1 (ru) | 2008-01-09 | 2008-01-09 | Твердотельный волновой гироскоп |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2362975C1 true RU2362975C1 (ru) | 2009-07-27 |
Family
ID=41048503
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008100657/28A RU2362975C1 (ru) | 2008-01-09 | 2008-01-09 | Твердотельный волновой гироскоп |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2362975C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2498218C1 (ru) * | 2009-11-12 | 2013-11-10 | Сажем Дефанс Секюрите | Частично металлизированный резонатор |
RU2527319C2 (ru) * | 2009-11-12 | 2014-08-27 | Сажем Дефанс Секюрите | Резонатор с защитным слоем, вибрационный датчик, включающий в себя такой резонатор, и способ изготовления резонатора |
RU2526585C2 (ru) * | 2012-07-16 | 2014-08-27 | Закрытое акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (ЗАО "ИТТ") | Способ определения угла ориентации стоячей волны в твердотельном волновом гироскопе |
RU2540249C2 (ru) * | 2009-11-12 | 2015-02-10 | Сажем Дефанс Секюрите | Гироскопический датчик |
RU2541711C1 (ru) * | 2013-08-21 | 2015-02-20 | Закрытое акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (ЗАО "ИТТ") | Твердотельный волновой гироскоп |
-
2008
- 2008-01-09 RU RU2008100657/28A patent/RU2362975C1/ru active
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2498218C1 (ru) * | 2009-11-12 | 2013-11-10 | Сажем Дефанс Секюрите | Частично металлизированный резонатор |
RU2527319C2 (ru) * | 2009-11-12 | 2014-08-27 | Сажем Дефанс Секюрите | Резонатор с защитным слоем, вибрационный датчик, включающий в себя такой резонатор, и способ изготовления резонатора |
RU2540249C2 (ru) * | 2009-11-12 | 2015-02-10 | Сажем Дефанс Секюрите | Гироскопический датчик |
RU2526585C2 (ru) * | 2012-07-16 | 2014-08-27 | Закрытое акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (ЗАО "ИТТ") | Способ определения угла ориентации стоячей волны в твердотельном волновом гироскопе |
RU2541711C1 (ru) * | 2013-08-21 | 2015-02-20 | Закрытое акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (ЗАО "ИТТ") | Твердотельный волновой гироскоп |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2362975C1 (ru) | Твердотельный волновой гироскоп | |
US4523120A (en) | Precise bearing support ditherer with piezoelectric drive means | |
KR100693347B1 (ko) | 디지털 회전형 각속도 검출장치 | |
US11782263B2 (en) | Capacitive charge based self-sensing and position observer for electrostatic MEMS mirrors | |
US7004024B1 (en) | Horizontal and tuning fork vibratory microgyroscope | |
KR100459887B1 (ko) | 삼차원 빗살 가진 구조물 및 이를 채용한 관성 감지 센서와 액츄 | |
US9227840B2 (en) | Micro-electro mechanical apparatus with PN-junction | |
JPS6293668A (ja) | 角速度・加速度検出器 | |
JP2004518969A (ja) | ヨーレートセンサ | |
KR20050111788A (ko) | 발진 장치를 이용하는 전위 측정 장치, 화상 형성 장치, 및전위 측정 방법 | |
JPH09250923A (ja) | 一軸水平センサ | |
WO1992014159A1 (en) | Coriolis inertial rate and acceleration sensor | |
US4264838A (en) | Force balanced piezoelectric vibratory rate sensor | |
EP2706324A2 (en) | Ring laser gyro | |
RU155046U1 (ru) | Трехкомпонентный измеритель угловой скорости на основе сферического гироскопа с электростатическим подвесом | |
RU2544295C1 (ru) | Гирокомпас | |
RU2524687C2 (ru) | Космический измеритель приращения скорости | |
SU1138647A1 (ru) | Датчик угла наклона | |
RU81799U1 (ru) | Микромеханический гироскоп-акселерометр | |
RU2176404C1 (ru) | Сейсмометр-наклономер-деформометр | |
JP2535396B2 (ja) | 角速度測定装置 | |
RU23974U1 (ru) | Микромеханический гироскоп | |
SU1176172A1 (ru) | Устройство дл измерени углов наклона | |
Xing et al. | A Broadband and Low Damping Piezoelectric MEMS Vibration Platform for 6-DOF Inertial Motion | |
JP2585771Y2 (ja) | 傾き自動補正装置を具備する測量装置 |