RU2568147C1 - Gyro accelerometer with rotor electrostatic suspension and complete primary info - Google Patents

Gyro accelerometer with rotor electrostatic suspension and complete primary info Download PDF

Info

Publication number
RU2568147C1
RU2568147C1 RU2014132822/28A RU2014132822A RU2568147C1 RU 2568147 C1 RU2568147 C1 RU 2568147C1 RU 2014132822/28 A RU2014132822/28 A RU 2014132822/28A RU 2014132822 A RU2014132822 A RU 2014132822A RU 2568147 C1 RU2568147 C1 RU 2568147C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
measuring
axis
electrodes
rotor
Prior art date
Application number
RU2014132822/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Петр Колестратович Плотников
Александр Сергеевич Кубанцев
Алексей Викторович Полушкин
Борис Аронович Болотин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального 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 профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Priority to RU2014132822/28A priority Critical patent/RU2568147C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2568147C1 publication Critical patent/RU2568147C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: instrumentation.
SUBSTANCE: claimed invention can be used in the systems of orientation, navigation and control over moving objects. Proposed device comprises extra metering circuits, electrodes, phase-sensitive rectifiers, adders and scaling elements.
EFFECT: determination of three angles of orientation and three coordinated on moving object location.
7 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах ориентации, навигации и управления такими подвижными объектами, как самолет, корабль, автомобиль, микроробот и другими, где требуется информация об угловых скоростях и кажущихся ускорениях. Особенность прибора состоит в том, что он является микромеханическим роторного типа.The invention relates to the field of instrumentation and can be used in orientation systems, navigation and control of such moving objects as an airplane, ship, car, microrobot and others, where information about angular velocities and apparent accelerations is required. A feature of the device is that it is a micromechanical rotary type.

Известен микромеханический гироскоп, разработанный в лаборатории им. Дрейпера Массачусетского технологического института США (Barbour Ν., Conelly J., Gilmore J., e.a. "Micro-Electromechanical Instrument and Systems Development at Draper Laboratory" // 3rd Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. Part 1, May 1996, p.p.3-10.). Он является гироскопом камертонного типа и представляет собой две вибрирующие массы, подвешенные на двух гибких опорах. Это камертон с верхней и нижней ножками (торсионами). Закрепленные массы вибрируют под действием электростатических датчиков силы гребенчатой структуры во взаимно-встречных направлениях, т.е. совершают плоские противофазные колебания. При наличии измеряемой угловой скорости вокруг оси торсионов рамка с чувствительными массами под действием сил Кориолиса начинает совершать угловые колебания относительно корпуса, а также вокруг оси торсионов. Эти колебания измеряются с помощью емкостных датчиков перемещений, расположенных под чувствительными массами. Амплитуда измеренных колебаний пропорциональна величине измеряемой угловой скорости, а фаза определяет знак этой скорости.Known micromechanical gyroscope developed in the laboratory. Draper, Massachusetts Institute of Technology, USA (Barbour Ν., Conelly J., Gilmore J., ea "Micro-Electromechanical Instrument and Systems Development at Draper Laboratory" // 3 rd Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. Part 1, May 1996, pp3-10.). It is a tuning fork type gyroscope and consists of two vibrating masses suspended on two flexible supports. This is a tuning fork with upper and lower legs (torsion bars). The fixed masses vibrate under the action of electrostatic sensors of the comb structure in reciprocal directions, i.e. perform flat antiphase oscillations. In the presence of a measured angular velocity around the axis of the torsion bars, the frame with sensitive masses under the influence of Coriolis forces begins to make angular oscillations relative to the body, as well as around the axis of the torsion bars. These vibrations are measured using capacitive displacement sensors located under sensitive masses. The amplitude of the measured oscillations is proportional to the magnitude of the measured angular velocity, and the phase determines the sign of this velocity.

Известна также конструкция микромеханического гироскопа (Северов Л.А., Пономарев В.К., Панкратов А.И. и др. Микромеханические гироскопы: конструкции, характеристики, технологии, пути развития. // Изв. вузов РФ - Приборостроение. 1998, №1-2, с. 57.) с чувствительным элементом в виде кольца, закрепленного с помощью растяжек на центральной стойке, связанной с корпусом через упругие элементы. С помощью электростатических датчиков силы кольцо приводится в колебательное движение вокруг оси растяжек. Для съема информации используется емкостный преобразователь.Also known is the design of a micromechanical gyroscope (Severov L.A., Ponomarev V.K., Pankratov A.I. and others. Micromechanical gyroscopes: designs, characteristics, technologies, development paths. // Izv. Universities of the Russian Federation - Instrument Making. 1998, No. 1-2, p. 57.) with a sensing element in the form of a ring fixed with stretch marks on a central strut connected to the housing through elastic elements. Using electrostatic force sensors, the ring is driven into oscillatory motion around the axis of the stretch marks. A capacitive converter is used to retrieve information.

Недостатком обоих микромеханических гироскопов является недостаточно высокая точность из-за малой величины кинетического момента, что объясняется тем, что чувствительные элементы совершают не вращательное, а колебательные движения. В силу этого, амплитудное значение кинетического момента составляет величины 10-3-10-4 гс·см·c.The disadvantage of both micromechanical gyroscopes is not high enough accuracy due to the small magnitude of the kinetic moment, which is explained by the fact that the sensitive elements perform not rotational, but oscillatory movements. Due to this, the amplitude value of the kinetic moment is 10 -3 -10 -4 gf · cm · s.

Известен "Левитирующий микромотор" (акселерометр) (Pat. US 5187399, William N. Carr, Hong Yu, Dong-Il D. Cho, pabl. date 16.02.1993 г.), в котором указано применение этого микромотора в качестве акселерометра.Known "Levitating micromotor" (accelerometer) (Pat. US 5187399, William N. Carr, Hong Yu, Dong-Il D. Cho, pabl. Date 02.16.1993), which indicates the use of this micromotor as an accelerometer.

Недостатком является то, что данная конструкция не обеспечивает измерение угловой скорости подвижного объекта (ПО).The disadvantage is that this design does not provide a measurement of the angular velocity of a moving object (ON).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора (Пат. РФ №2158903, МПК G01C 19/24, G01P 15/14, 2000 г., авторы Чеботаревский Ю.В., Мельников А.В., Плотников П.К.), содержащий статически и динамически сбалансированный ротор в виде круглой пластины с отверстиями, имеющий электропроводящие части и окруженный статорами, в состав которых входит торцевой, нижний и верхний планарные статоры подвеса, а также нижний и верхний статоры вращающего момента. При этом торцевой статор подвеса состоит из четного числа плоских электродов, расположенных в экваториальной плоскости ротора по окружности и закрепленных в боковых стенках нижней электроизолирующей втулки, укрепленной в корпусе. В конструкцию также входят нижний и верхний одинаковые планарные статоры подвеса, каждый выполненный в виде четного числа плоских электродов, расположенных по окружности и закрепленных в нижней и верхней электроизолирующих втулках, причем последняя укреплена в крышке гироскопа-акселерометра, а каждый из двух соседних плоских электродов любого из статоров подвеса вместе с последовательно включенными с ними источником высокочастотного напряжения и дросселем образуют измерительную цепочку. Кроме того, нижний и верхний планарные статоры вращающего момента, закрепленные в нижней и верхней электроизолирующих втулках, состоящих из плоских электродов, соединены в три секции, так что в каждую секцию входят электроды, расположенные через два соседних на третий, секции соединены с тремя фазами источника переменного тока, в состав устройства входит схема обработки информации, содержащая измерительные цепочки. В схему входят эталонные резисторы, фазочувствительные выпрямители (ФЧВ), сумматоры, устройства вычитания, масштабирующие элементы, так что каждая измерительная цепочка дополнена эталонным резистором путем последовательного его включения с источником высокочастотного напряжения, дросселем и парой электродов, а также ФЧВ, первый и второй входы которого параллельно соединены с источником высокочастотного напряжения и эталонным резистором соответственно, а его выход является выходом измерительной цепочки. При этом выходы измерительных цепочек с положительными и отрицательными координатами торцевых электродов подвеса первой измерительной оси соединены с первым и вторым входами соответственно первого устройства вычитания, выход которого соединен с входом первого масштабирующего элемента, выход его является выходом по компоненту W(кажущегося ускорения, выходы измерительных цепочек торцовых электродов подвеса с положительными и отрицательными координатами соответственно по второй измерительной оси соединены с первым и вторым входами соответственно второго устройства вычитания, выход его соединен со входом второго масштабирующего устройства, выход которого является выходом по компоненту W(кажущегося ускорения, выходы двух измерительных цепочек верхних плоских электродов статоров подвеса с положительными и отрицательными координатами по первой измерительной оси соединены с первым и вторым входами соответственно третьего устройства вычитания, его выход соединен с входом третьего масштабирующего элемента, выход которого является выходом по компоненту ωξ угловой скорости. В свою очередь, выходы измерительных цепочек с положительными и отрицательными координатами верхних плоских электродов статоров подвеса по второй измерительной оси соединены с первым и вторым входами первого сумматора, выход которого соединен с первым входом четвертого устройства вычитания, а со вторым входом четвертого устройства вычитания соединен выход второго сумматора, первый вход второго сумматора соединен с выходом измерительной цепочки с положительными плоскими электродами нижнего статора подвеса по второй измерительной оси, второй вход второго сумматора соединен с выходом измерительной цепочки с отрицательными координатами нижних электродов нижнего статора подвеса по второй измерительной оси, выход четвертого устройства вычитания соединен со входом четвертого масштабирующего элемента, который является выходом по компоненту Wζ кажущегося ускорения, а первый и второй входы второго сумматора соединены с первым и вторым входами пятого устройства вычитания, выход которого соединен с входом пятого масштабирующего элемента, выход его является выходом по компоненту ωη абсолютной угловой скорости.Closest to the claimed technical solution is a gyroscope accelerometer with electrostatic suspension of the rotor (Pat. RF No. 2158903, IPC G01C 19/24, G01P 15/14, 2000, authors Chebotarevsky Yu.V., Melnikov A.V., Plotnikov P.K.), containing a statically and dynamically balanced rotor in the form of a circular plate with holes, having electrically conductive parts and surrounded by stators, which include the end, lower and upper planar suspension stators, as well as the lower and upper torque stators. At the same time, the suspension end stator consists of an even number of flat electrodes located in the equatorial plane of the rotor around the circumference and fixed in the side walls of the lower electrically insulating sleeve, mounted in the housing. The design also includes the lower and upper identical planar suspension stators, each made in the form of an even number of flat electrodes located around the circumference and fixed in the lower and upper electrically insulating bushings, the latter being fixed in the cover of the gyroscope-accelerometer, and each of two adjacent flat electrodes of any from the suspension stators, together with a high-frequency voltage source and a choke connected in series with them, they form a measuring chain. In addition, the lower and upper planar torque stators, fixed in the lower and upper electrically insulating sleeves, consisting of flat electrodes, are connected in three sections, so that each section includes electrodes located through two adjacent to the third, sections connected to three phases of the source alternating current, the device includes an information processing circuit containing measuring chains. The circuit includes reference resistors, phase-sensitive rectifiers (PCFs), adders, subtractors, scaling elements, so that each measuring chain is supplemented by a reference resistor by connecting it in series with a high-frequency voltage source, a choke and a pair of electrodes, as well as a PSF, the first and second inputs which is connected in parallel with a high-frequency voltage source and a reference resistor, respectively, and its output is the output of the measuring chain. In this case, the outputs of the measuring chains with positive and negative coordinates of the end electrodes of the suspension of the first measuring axis are connected to the first and second inputs of the first subtraction device, the output of which is connected to the input of the first scaling element, its output is the output of the W component ( apparent acceleration, the outputs of the measuring chains end electrodes of the suspension with positive and negative coordinates respectively connected along the second measuring axis with the first and second inputs respectively, of the second subtraction device, its output is connected to the input of the second scaling device, the output of which is the output of the W component ( apparent acceleration, the outputs of two measuring chains of the upper flat electrodes of the suspension stators with positive and negative coordinates along the first measuring axis are connected to the first and second inputs, respectively of the third subtraction device, its output is connected to the input of the third scaling element, the output of which is the output along the component ω ξ angularly th speed. In turn, the outputs of the measuring chains with positive and negative coordinates of the upper flat electrodes of the suspension stators along the second measuring axis are connected to the first and second inputs of the first adder, the output of which is connected to the first input of the fourth subtraction device, and the output of the second is connected to the second input of the fourth subtraction device the adder, the first input of the second adder is connected to the output of the measuring chain with positive flat electrodes of the lower suspension stator along the second measuring and a second input of the second adder connected to the output of the measuring chain with negative coordinates lower electrodes of the lower stator suspension along a second measuring axis, the fourth subtractor output coupled to an input of the fourth scaling element which is the output of the component W ζ apparent acceleration, and first and second inputs the second adder connected to the first and second inputs of the fifth subtraction device, the output of which is connected to the input of the fifth scaling element, its output is the output to component ω η of absolute angular velocity.

Недостатком прибора-прототипа является невозможность измерения угловой скорости по третьему компоненту угловой скорости объекта, а следовательно, невозможность определения ориентации подвижного объекта.The disadvantage of the prototype device is the inability to measure the angular velocity by the third component of the angular velocity of the object, and therefore, the inability to determine the orientation of the moving object.

Задачей данного изобретения является обеспечение проведения измерения угловой скорости по третьему компоненту угловой скорости объекта.The objective of the invention is the provision of measuring the angular velocity of the third component of the angular velocity of the object.

Технический результат изобретения состоит в том, что впервые в одном гироскопе-акселерометре в виде ротора с тремя степенями свободы измеряются три компонента кажущегося ускорения и три компонента абсолютной угловой скорости ПО, то есть полная первичная инерциальная информация. Только при ее наличии обеспечивается решение задачи определения трех углов ориентации и трех координат местоположения ПО.The technical result of the invention is that for the first time in one gyroscope-accelerometer in the form of a rotor with three degrees of freedom, three components of the apparent acceleration and three components of the absolute angular velocity of the software are measured, that is, the complete primary inertial information. Only with its availability is it possible to solve the problem of determining three orientation angles and three coordinates of the software location.

Поставленная задача решается тем, что гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора и полной первичной информацией, содержащий динамически и статически сбалансированный ротор в виде круглой пластины с отверстиями, имеющий электропроводящие части и окруженный статорами, в состав которых входят торцевой, нижний и верхний планарные статоры подвеса, а также нижний и верхний статоры вращающего момента, при этом торцевой статор подвеса состоит из четного числа плоских электродов, расположенных в экваториальной плоскости ротора по окружности и закрепленных в боковых стенках нижней электроизолирующей втулки, укрепленной в корпусе, нижний и верхний одинаковые планарные статоры подвеса, каждый выполненный в виде четного числа плоских электродов, расположенных по окружности и закрепленных на нижней и верхней электроизолирующих втулках, причем последняя укреплена в крышке гироскопа-акселерометра, кроме того, нижний и верхний планарные статоры вращающего момента, закрепленные в нижней и верхней электроизолирующих втулках, состоящих из плоских электродов, соединены в три секции так, что в каждую секцию входят электроды, расположенные через два соседних на третий, секции соединены с тремя фазами источника переменного тока, кроме того каждая пара соседних плоских электродов и эталонный резистор, последовательно включенный с источником высокочастотного напряжения, дросселем, а также фазочувствительным выпрямителем, образуют измерительную цепочку, при этом первый и второй входы фазочувствительного выпрямителя параллельно соединены с источником высокочастотного напряжения и эталонным резистором соответственно, а его выход является выходом измерительной цепочки, при этом выходы измерительных цепочек с положительными и отрицательными координатами торцевых электродов подвеса первой измерительной оси соединены с первым и вторым входами соответственно первого сумматора, выход которого соединен с входом первого масштабирующего элемента, выход его является выходом по компоненту Wξ кажущегося ускорения, выходы измерительных цепочек торцевых электродов подвеса с положительными и отрицательными координатами соответственно по второй измерительной оси соединены с помощью измерительных цепочек с первым и вторым входами соответственно второго сумматора, выход его соединен с входом второго масштабирующего устройства, выход которого является выходом по компоненту Wη кажущегося ускорения, согласно заявляемому техническому решению дополнительно содержит измерительные цепочки, содержащие две пары диаметрально расположенных торцевых электродов по положительному и отрицательному направлению третьей измерительной оси, пару электродов по положительному направлению второй измерительной оси, эталонный резистор по положительному направлению второй измерительной оси, распределенное сопротивление этой цепочки по положительному направлению второй измерительной оси, ФЧВ по положительному направлению второй измерительной оси, входы которого соединены с фильтром, третий масштабирующий элемент, выход которого служит для съема информации по третьему компоненту ωζ угловой скорости подвижного объекта. Также введены измерительные цепочки по третьей измерительной оси, выполненные с возможностью оценки зазоров между ротором и верхними и нижними плоскими электродами статоров, смещенными по второй измерительной оси в отрицательном направлении, выходы этих измерительных цепочек подключены к входам четвертого сумматора напряжений, выход которого соединен с первым входом первого устройства вычитания, ко второму инвертирующему входу его подключен выход пятого сумматора напряжений, входы которого соединены с выходами двух измерительных цепочек по третьей измерительной оси, выполненных с возможностью оценки зазоров между ротором и верхними и нижними плоскими электродами статоров, смещенными по второй измерительной оси в положительном направлении, при этом выход первого устройства вычитания соединен со входом четвертого масштабирующего элемента, выход которого является выходом по компоненту ωξ угловой скорости ПО. Выходы двух измерительных цепочек, выполненных с возможностью оценки зазоров по третьей измерительной оси между ротором и верхними и нижними плоскими электродами статоров, смещенными по отрицательному направлению первой измерительной оси, подключены к входам шестого сумматора, выходы двух измерительных цепочек, выполненных с возможностью оценки зазоров по третьей измерительной оси между ротором и верхними и нижними плоскими электродами статоров, смещенными по положительному направлению первой измерительной оси, соединены со входами седьмого сумматора напряжения, выходы шестого и седьмого сумматоров напряжений соединены со входом девятого сумматора, выход которого подключен ко входу шестого масштабирующего элемента, выход которого является выходом по компоненте Wζ кажущегося ускорения ПО. Также выходы шестого и седьмого сумматоров соединены с первым и вторым входами второго устройства вычитания, выход которого соединен с входом пятого масштабирующего элемента, выход его является выходом по компоненту ωη абсолютной угловой скорости.The problem is solved in that a gyroscope-accelerometer with an electrostatic suspension of the rotor and complete primary information, containing a dynamically and statically balanced rotor in the form of a round plate with holes, having electrically conductive parts and surrounded by stators, which include the end, lower and upper planar suspension stators as well as the lower and upper torque stators, while the suspension end stator consists of an even number of flat electrodes located in the equatorial plane of the roto and around the circumference and fixed in the side walls of the lower electrical insulating sleeve, mounted in the housing, the lower and upper identical planar suspension stators, each made in the form of an even number of flat electrodes located around the circumference and mounted on the lower and upper electrical insulating bushings, the latter being fixed in the lid gyroscope-accelerometer, in addition, the lower and upper planar torque stators, mounted in the lower and upper electrically insulating sleeves, consisting of flat electrodes, are divided into three sections so that each section includes electrodes located through two adjacent to the third, the sections are connected to three phases of the AC source, in addition, each pair of adjacent flat electrodes and a reference resistor connected in series with a high-frequency voltage source, a choke, and also a phase-sensitive rectifier, form a measuring chain, while the first and second inputs of the phase-sensitive rectifier are connected in parallel with a high-frequency voltage source and a reference resistor ohm, respectively, and its output is the output of the measuring chain, while the outputs of the measuring chains with positive and negative coordinates of the end electrodes of the suspension of the first measuring axis are connected to the first and second inputs of the first adder, the output of which is connected to the input of the first scaling element, its output is the output component W ξ apparent acceleration, the outputs of the measuring chains suspension end electrodes with positive and negative coordinates, respectively, Torah measuring axis are connected by means of measuring chains with first and second inputs respectively of the second adder and its output connected to the input of the second scaler, the output of which is the output of the component W η the apparent acceleration, according to the claimed technical solution further comprises a measuring chain comprising two pairs of diametrically located end electrodes in the positive and negative direction of the third measuring axis, a pair of electrodes in the positive direction the second measuring axis, the reference resistor in the positive direction of the second measuring axis, the distributed resistance of this chain in the positive direction of the second measuring axis, the low-pass filter in the positive direction of the second measuring axis, the inputs of which are connected to the filter, the third scaling element, the output of which serves to collect information on the third component ω ζ of the angular velocity of the moving object. Measuring chains along the third measuring axis are also introduced, made with the possibility of evaluating the gaps between the rotor and the upper and lower flat stator electrodes offset in the negative direction along the second measuring axis, the outputs of these measuring chains are connected to the inputs of the fourth voltage adder, the output of which is connected to the first input the first subtraction device, the output of the fifth voltage adder is connected to its second inverting input, the inputs of which are connected to the outputs of two measuring circuits pens on the third measuring axis, made with the possibility of evaluating the gaps between the rotor and the upper and lower flat electrodes of the stators, offset along the second measuring axis in the positive direction, while the output of the first subtractor is connected to the input of the fourth scaling element, the output of which is the output along the ω component ξ angular velocity of software. The outputs of two measuring chains, made with the possibility of evaluating the gaps on the third measuring axis between the rotor and the upper and lower flat electrodes of the stators, offset in the negative direction of the first measuring axis, are connected to the inputs of the sixth adder, the outputs of two measuring chains, made with the possibility of evaluating the gaps of the third the measuring axis between the rotor and the upper and lower flat electrodes of the stators, offset in the positive direction of the first measuring axis, are connected to the inputs and the seventh voltage adder, the outputs of the sixth and seventh voltage adders are connected to the input of the ninth adder, the output of which is connected to the input of the sixth scaling element, the output of which is the apparent acceleration of the software component W ζ . Also, the outputs of the sixth and seventh adders are connected to the first and second inputs of the second subtraction device, the output of which is connected to the input of the fifth scaling element, its output being the output of the absolute angular velocity component ω η .

Заявляемое изобретение поясняется чертежами: фиг. 1-7.The invention is illustrated by drawings: FIG. 1-7.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема гироскопа-акселерометра с электростатическим подвесом ротора и полной первичной информацией.In FIG. 1 shows a structural diagram of a gyroscope-accelerometer with an electrostatic suspension of the rotor and complete primary information.

На фиг. 2 изображена часть электрической схемы соединения элементов устройства.In FIG. 2 shows a part of the electrical circuit connecting the elements of the device.

На фиг. 3 представлена поясняющая схема выделения сигнала кажущегося ускорения по двум компонентам, перпендикулярным оси симметрии ротора (Wξ, Wη), а также компонента Wζ абсолютной угловой скорости.In FIG. Figure 3 presents an explanatory diagram of the separation of the apparent acceleration signal from two components perpendicular to the axis of symmetry of the rotor (W ξ , W η ), as well as the component W ζ of absolute angular velocity.

На фиг. 4 представлена функциональная электрическая схема выделения сигналов кажущегося ускорения по компонентам Wζ, Wη и компонента абсолютной угловой скорости ωζ.In FIG. Figure 4 shows a functional electric circuit for extracting signals of apparent acceleration from the components W ζ , W η and the component of the absolute angular velocity ω ζ .

На фиг. 5 представлена схема, поясняющая выделение сигналов по третьему компоненту кажущегося ускорения и по двум компонентам абсолютной угловой скорости (ωξ, ωη), перпендикулярным оси симметрии ротора.In FIG. 5 is a diagram explaining the selection of signals by the third component of the apparent acceleration and by two components of the absolute angular velocity (ω ξ , ω η ) perpendicular to the axis of symmetry of the rotor.

На фиг. 6 представлена функциональная электрическая схема выделения сигналов кажущегося ускорения Wζ и абсолютных угловых скоростей ωζ, ωη и зазора δ.In FIG. Figure 6 shows a functional electric circuit for extracting the signals of the apparent acceleration W ζ and the absolute angular velocities ω ζ , ω η and the gap δ.

На фиг. 7 - схема поворотов координатных трехгранников и перемещений поворотов ротора относительно корпуса.In FIG. 7 is a diagram of rotations of coordinate trihedrons and rotations of rotor rotations relative to the housing.

На чертежах приняты следующие обозначения: 1 - динамически симметричный ротор, 2 - статор торцевого подвеса, 3 - торцевые электроды, 4 - корпус, 5 - крышка, 6 - установочные поверхности, 7 - юстировочная канавка, 8 - нижняя изолирующая втулка, 9 - верхняя изолирующая втулка, 10 - нижний планарный статор подвеса, 10′ - верхний планарный статор подвеса, 11 - нижний статор вращающего момента, 11′ - верхний статор вращающего момента, 12 - электроды нижнего статора подвеса, 12′ - электроды верхнего статора подвеса, 13а, 13в, 13с - электроды нижнего статора вращающего момента, 14 - отверстия ротора, 15 - источник трехфазного напряжения, 16 - дроссель статора подвеса, 17 - эталонный резистор статора подвеса, 18 - источник высокочастотного напряжения статора подвеса, 19 - эквивалентный резистор распределенного сопротивления статора подвеса, 20 - дроссель торцевых электродов, 21 - эталонный резистор торцевых электродов, 22 - источник высокочастотного напряжения торцевых электродов, 23 - эквивалентный резистор распределенного сопротивления торцевых электродов, 24 - устройство обработки информации, 25 - первый фазочувствительный выпрямитель (ФЧВ), подключенный по положительному направлению оси ξ, 26 - второй ФЧВ, подключенный по отрицательному направлению оси ξ, 27 - третий ФЧВ, подключенный по положительному направлению оси η, 28 - четвертый ФЧВ, подключенный по отрицательному направлению оси η, 29 - первый сумматор напряжений, подключенный по оси ξ, 30 - первый масштабирующий элемент, подключенный по оси ξ, 31 - второй сумматор напряжений, подключенный по оси η, 32 - второй масштабирующий элемент, подключенный по оси η, 33 - источник низкочастотного напряжения UH, 34 - распределенное сопротивление цепи по положительному направлению оси ξ, 35 - эталонный резистор по положительному направлению оси ξ, 36 - фильтр по положительному направлению оси ξ, 37 - стабилизатор напряжения по положительному направлению оси ξ, 38 - распределенное сопротивление цепи по отрицательному направлению оси ξ, 39 - эталонный резистор по положительному направлению оси η, 40 - распределенное сопротивление цепи по положительному направлению оси η, 41 - пятый ФЧВ по положительному направлению оси η, 42 - третий масштабирующий элемент, 43 - эталонный резистор по отрицательному направлению оси η, 44 - источник высокочастотного напряжения по отрицательному направлению оси η, 45 - распределенное сопротивление цепи по отрицательному направлению оси η; 46, 47 - шестой и седьмой ФЧВ для выделения систематических сигналов о текущих зазорах

Figure 00000001
и
Figure 00000002
между ротором по положительному и отрицательному направлениям оси ζ по отношению к верхним и нижним электродам, смещенным по второй оси (в отрицательном направлении; 48, 49 - восьмой и девятый ФЧВ для выделения сигналов о текущих зазорах
Figure 00000003
и
Figure 00000004
между ротором по положительному и отрицательному направлениям оси ζ по отношению к верхним и нижним электродам, смещенным по оси ξ в отрицательном направлении; 50, 51 - десятый и одиннадцатый ФЧВ для выделения систематических сигналов о текущих зазорах
Figure 00000005
Figure 00000006
между ротором по положительному и отрицательному направлениям оси ζ по отношению к верхним и нижним электродам, смещенным по оси η в положительном направлении; 52, 53 - двенадцатый и тринадцатый ФЧВ для выделения систематических сигналов о текущих зазорах
Figure 00000007
Figure 00000008
между ротором по положительному и отрицательному направлениям оси (по отношению к верхним и нижним электродам, смещенным по оси (в положительном направлении, 54, 55, 56, 58, 59, 60, 67 - соответственно с третьего по девятый сумматоры напряжений; 57, 61, 65 - соответственно с первого по третий устройства вычитания, 62 - четвертый масштабирующий элемент для сигнала
Figure 00000009
63 - пятый масштабирующий элемент для сигнала
Figure 00000010
64 - шестой масштабирующий элемент для сигнала
Figure 00000011
66 - седьмой масштабирующий элемент для сигнала
Figure 00000012
0ζηξ - правая ортогональная система координат, связанная с корпусом 4 устройства; 0ξ - первая измерительная ось, 0η - вторая измерительная ось, 0ζ - третья измерительная ось, Wς, Wη, Wξ - компоненты вектора кажущегося ускорения точки 0 центра тяжести ротора 1, направленные по соответствующим осям системы координат Οζηξ; Ο1 - точка центра подвеса ротора, ωξ - абсолютная угловая скорость ПО вокруг оси ξ; ωη - абсолютная угловая скорость вокруг оси η; ωζ - абсолютная угловая скорость вокруг оси ζ; U, UT - выходные напряжения с эталонного резистора статора подвеса и эталонного резистора торцевых электродов соответственно; I+, I- - контуры электроники по положительному и отрицательному направлениям оси ξ; ΙΙ+, ΙI- - контуры электроники по положительному и отрицательному направлениям оси η; а, в, з, ж - зажимы источников напряжения; 3ξ-, 3ξ+- торцевые электроды для измерения перемещений ротора вдоль оси ξ с отрицательной и положительной координатой расположения по оси η; 3′ξ-, 3′ξ+ - торцевые электроды для измерения перемещений ротора вдоль оси ξ с отрицательной и положительной координатой расположения по оси η;
Figure 00000013
Figure 00000014
- дополнительно введенные торцевые электроды для измерения перемещений ротора вдоль оси ξ с положительной координатой вдоль оси ξ; 3η-, 3η+ - торцевые электроды для измерения перемещений ротора вдоль оси η с отрицательной и положительной координатой расположения по оси η; 3′η-, 3′η+ - торцевые электроды для измерения перемещений ротора вдоль оси η с отрицательной и положительной координатой расположения по оси
Figure 00000015
Figure 00000016
- дополнительно введенные торцевые электроды для измерения перемещений ротора вдоль оси (с положительной координатой вдоль оси ξ; Rξ+, Rξ- - эталонные резисторы, расположенные в цепи измерений по положительному и отрицательному направлениям оси ξ; Rη+, Rη- - эталонные резисторы, расположенные в цепи измерений по положительному и отрицательному направлениям оси η; Uη+, Uη- - выходные напряжения по положительному и отрицательному направлениям оси η; Uξ+, Uξ- - выходные напряжения по положительному и отрицательному направлениям оси ξ, xyz - система координат, жестко связанная с ротором; α, β - углы поворота ротора;
Figure 00000017
Figure 00000018
- угловые скорости поворота ротора, Ω - угловая скорость собственного вращения ротора;
Figure 00000019
Figure 00000020
- электроды правого нижнего и верхнего соответственно статоров, расположенные по отрицательному направлению оси ζ;
Figure 00000021
Figure 00000022
- электроды левого нижнего и верхнего соответственно статоров, расположенные по положительному направлению оси ζ;
Figure 00000023
Figure 00000024
- зазоры между ротором по оси положительному и отрицательному направлениям оси (по отношению к верхним и нижним электродам, смещенным по оси (в положительном направлении;
Figure 00000025
Figure 00000026
- зазоры между ротором по оси положительному и отрицательному направлениям оси ζ по отношению к верхним и нижним электродам, смещенным по оси ξ в отрицательном направлении;
Figure 00000027
Figure 00000028
- зазоры между ротором по оси положительному и отрицательному направлениям оси ζ по отношению к верхним и нижним электродам, смещенным по оси η в положительном направлении;
Figure 00000029
Figure 00000030
- зазоры между ротором по оси положительному и отрицательному направлениям оси ζ по отношению к верхним и нижним электродам, смещенным по оси η в отрицательном направлении,The following notation is used in the drawings: 1 - dynamically symmetric rotor, 2 - end suspension stator, 3 - end electrodes, 4 - housing, 5 - cover, 6 - mounting surfaces, 7 - alignment groove, 8 - lower insulating sleeve, 9 - upper insulating sleeve, 10 - lower planar suspension stator, 10 ′ - upper planar suspension stator, 11 - lower torque stator, 11 ′ - upper torque stator, 12 - electrodes of the lower suspension stator, 12 ′ - electrodes of the upper suspension stator, 13a, 13c, 13c - electrodes of the lower stator torque nta, 14 - rotor holes, 15 - three-phase voltage source, 16 - suspension stator inductor, 17 - suspension stator resistor, 18 - high-frequency suspension stator resistor, 19 - equivalent resistor of the suspension stator, 20 - end electrode choke, 21 - reference resistor of the end electrodes, 22 - source of high-frequency voltage of the end electrodes, 23 - equivalent resistor of the distributed resistance of the end electrodes, 24 - information processing device, 25 - the first phase sensor a rectifier (PCF) connected in the positive direction of the ξ axis, 26 is the second PCF connected in the negative direction of the ξ axis, 27 is the third PCV connected in the positive direction of the η axis, 28 is the fourth PCF connected in the negative direction of the η axis, 29 - the first voltage adder connected along the ξ axis, 30 - the first scaling element connected along the ξ axis, 31 - the second voltage adder connected along the η axis, 32 - the second scaling element connected along the η axis, 33 - low-frequency voltage source U H , 34 - distribution the green resistance of the circuit in the positive direction of the ξ axis, 35 is the reference resistor in the positive direction of the ξ axis, 36 is the filter in the positive direction of the ξ axis, 37 is the voltage stabilizer in the positive direction of the ξ axis, 38 is the distributed resistance of the circuit in the negative direction of the ξ axis, 39 - reference resistor in the positive direction of the η axis, 40 - distributed resistance of the circuit in the positive direction of the η axis, 41 - fifth PCF in the positive direction of the η axis, 42 - third scaling element, 43 - reference the resistor in the negative direction of the η axis, 44 is the source of high-frequency voltage in the negative direction of the η axis, 45 is the distributed resistance of the circuit in the negative direction of the η axis; 46, 47 - the sixth and seventh PSF for the allocation of systematic signals about the current gaps
Figure 00000001
and
Figure 00000002
between the rotor in the positive and negative directions of the ζ axis with respect to the upper and lower electrodes offset along the second axis (in the negative direction; 48, 49 - the eighth and ninth PSF for highlighting signals about current gaps
Figure 00000003
and
Figure 00000004
between the rotor in the positive and negative directions of the ζ axis with respect to the upper and lower electrodes offset along the ξ axis in the negative direction; 50, 51 - the tenth and eleventh PSF for the allocation of systematic signals about the current gaps
Figure 00000005
Figure 00000006
between the rotor in the positive and negative directions of the ζ axis with respect to the upper and lower electrodes offset along the η axis in the positive direction; 52, 53 - the twelfth and thirteenth PSF for the allocation of systematic signals about the current gaps
Figure 00000007
Figure 00000008
between the rotor in the positive and negative directions of the axis (with respect to the upper and lower electrodes offset along the axis (in the positive direction, 54, 55, 56, 58, 59, 60, 67 - respectively, from the third to the ninth voltage adders; 57, 61 , 65 - respectively, from the first to the third subtraction device, 62 - the fourth scaling element for the signal
Figure 00000009
63 - fifth scaling element for the signal
Figure 00000010
64 is the sixth scaling element for the signal
Figure 00000011
66 - the seventh scaling element for the signal
Figure 00000012
0ζηξ is the right orthogonal coordinate system associated with the housing 4 of the device; 0ξ is the first measuring axis, 0η is the second measuring axis, 0ζ is the third measuring axis, W ς , W η , W ξ are the components of the apparent acceleration vector of the point 0 of the center of gravity of the rotor 1, directed along the corresponding axes of the coordinate system ηζηξ; Ο 1 is the point of the center of suspension of the rotor, ω ξ is the absolute angular velocity of PO around the axis ξ; ω η is the absolute angular velocity around the axis η; ω ζ is the absolute angular velocity around the ζ axis; U, U T are the output voltages from the reference stator resistor of the suspension and the reference resistor of the end electrodes, respectively; I + , I - are the contours of the electronics along the positive and negative directions of the ξ axis; ΙΙ + , ΙI - are the contours of the electronics along the positive and negative directions of the η axis; a, c, s, g - clamps of voltage sources; 3ξ - , 3ξ + - end electrodes for measuring rotor movements along the ξ axis with a negative and positive location coordinate along the η axis; 3′ξ - , 3′ξ + - end electrodes for measuring rotor movements along the ξ axis with a negative and positive location coordinate along the η axis;
Figure 00000013
Figure 00000014
- additionally introduced end electrodes for measuring rotor movements along the ξ axis with a positive coordinate along the ξ axis; 3η - , 3η + - end electrodes for measuring rotor movements along the η axis with a negative and positive location coordinate along the η axis; 3′η - , 3′η + - end electrodes for measuring rotor movements along the η axis with a negative and positive coordinate along the axis
Figure 00000015
Figure 00000016
- additionally introduced end electrodes for measuring rotor movements along the axis (with a positive coordinate along the ξ axis; R ξ + , R ξ- are reference resistors located in the measurement chain along the positive and negative directions of the ξ axis; R η + , R η- - reference resistors located in the measurement circuit in the positive and negative directions of the η axis; U η + , U η- are the output voltages in the positive and negative directions of the η axis; U ξ + , U ξ- are output voltages in the positive and negative directions of the ξ axis , xyz - systems and coordinates rigidly connected with the rotor; α, β - rotation angles of the rotor;
Figure 00000017
Figure 00000018
- the angular velocity of rotation of the rotor, Ω is the angular velocity of the own rotation of the rotor;
Figure 00000019
Figure 00000020
- electrodes of the right lower and upper stators, respectively, located in the negative direction of the ζ axis;
Figure 00000021
Figure 00000022
- electrodes of the left lower and upper stators, respectively, located in the positive direction of the ζ axis;
Figure 00000023
Figure 00000024
- gaps between the rotor along the axis of the positive and negative directions of the axis (with respect to the upper and lower electrodes offset along the axis (in the positive direction;
Figure 00000025
Figure 00000026
- gaps between the rotor along the axis of the positive and negative directions of the ζ axis with respect to the upper and lower electrodes offset along the ξ axis in the negative direction;
Figure 00000027
Figure 00000028
- gaps between the rotor along the axis of the positive and negative directions of the ζ axis with respect to the upper and lower electrodes offset along the η axis in the positive direction;
Figure 00000029
Figure 00000030
- gaps between the rotor along the axis of the positive and negative directions of the ζ axis with respect to the upper and lower electrodes offset along the η axis in the negative direction,

Гироскоп-акселерометр (фиг. 1) с электростатическим подвесом ротора и полной первичной информацией содержит динамически и статически сбалансированный симметричный ротор 1, частично или полностью выполненный из электропроводящего материала, например полисиликона. Ротор 1 является плоским, выполненным в виде статически и динамически сбалансированной круглой пластины с отверстиями, его диаметр может лежать в пределах от нескольких десятков микрометров до единиц миллиметров при толщине от единиц до десятков микрометров. Ротор 1 окружен статорами, в состав которых входят торцевой, нижний и верхний планарные статоры подвеса, а также нижний и верхний статоры вращающего момента. В экваториальной плоскости ротора расположен статор подвеса 2, состоящий из четного числа плоских одинаковых торцевых электродов 3, расположенных по окружности и выполненных с возможностью создания электростатических сил для удержания ротора 1 вдоль осей 0ξ и 0η, связанных с корпусом 4 устройства. На корпусе 4 установлена крышка 5. Поверхности 6 вместе с юстировочной канавкой 7 обеспечивают совмещение измерительных осей 0ζ, 0η, 0ξ устройства с соответствующими строительными осями подвижного объекта 0ζηξ, на котором устройство устанавливается. Корпус 4 и крышку 5 изготавливают, например, из пирекса или из другого электроизолирующего материала. Плоские торцевые электроды 3 статора подвеса 2 закреплены в боковых стенках нижней изолирующей втулки 8, расположенной в основании корпуса 4. В крышке 5 имеется верхняя электрически изолирующая втулка 9, имеющая одинаковый внутренний диаметр с диаметром нижней втулки 8. В описании полезной модели электрические выводы, а также соединительные провода и клеммы, элементы крепления не показаны. С внутренними плоскими частями нижней и верхней втулок 8, 9 соединены нижний и верхний 10 и 10′ соответственно планарные статоры подвеса, а также нижний и верхний 11 и 11′ соответственно статоры вращающего момента. Статоры имеют одинаковую планарную конструкцию, состоят из четного числа электродов - электродов 12 нижнего статора подвеса 10 и таких же электродов 12′ верхнего статора 10′ (на виде в плане (сечение ВВ) не показаны), а также из электродов 13 (13а, 13b, 13с, …) нижнего статора 11 вращающего момента. Такие же электроды, являющиеся зеркальным отображением нижних относительно плоскости 0ξη, входят в состав верхнего статора 11′ вращающего момента. Статоры 10, 10′ , 11, 11′ могут быть выполнены фотолитографическим способом на электроизолирующих нижней и верхней втулках 8 и 9 соответственно. Таким же способом могут быть изготовлены торцевые электроды 3 статора подвеса 2. На роторе 1 выполнены отверстия 14, необходимые для обеспечения условий создания вращающего момента.A gyroscope accelerometer (Fig. 1) with an electrostatic suspension of the rotor and complete primary information contains a dynamically and statically balanced symmetric rotor 1, partially or completely made of an electrically conductive material, for example polysilicon. The rotor 1 is flat, made in the form of a statically and dynamically balanced round plate with holes, its diameter can range from several tens of micrometers to units of millimeters with a thickness of from units to tens of micrometers. The rotor 1 is surrounded by stators, which include the end, lower and upper planar suspension stators, as well as the lower and upper torque stators. A suspension stator 2 is located in the equatorial plane of the rotor, consisting of an even number of identical flat end electrodes 3 located around the circumference and configured to create electrostatic forces to hold the rotor 1 along the axes 0ξ and 0η associated with the housing 4 of the device. A cover 5 is mounted on the housing 4. The surfaces 6, together with the adjustment groove 7, provide the alignment of the measuring axes 0ζ, 0η, 0ξ of the device with the corresponding building axes of the moving object 0ζηξ on which the device is mounted. The housing 4 and the cover 5 are made, for example, of pyrex or other electrically insulating material. The flat end electrodes 3 of the suspension stator 2 are fixed in the side walls of the lower insulating sleeve 8 located at the base of the housing 4. The cover 5 has an upper electrically insulating sleeve 9 having the same inner diameter with the diameter of the lower sleeve 8. In the description of the utility model, there are electrical leads, and also connecting wires and terminals, fasteners not shown. The lower and upper 10 and 10 ′, respectively, of the planar suspension stators, as well as the lower and upper 11 and 11 ′, respectively, of the torque stators are connected to the inner flat parts of the lower and upper bushings 8, 9. The stators have the same planar design, consist of an even number of electrodes - electrodes 12 of the lower stator of the suspension 10 and the same electrodes 12 ′ of the upper stator 10 ′ (not shown in plan view (BB section)), and also of electrodes 13 (13a, 13b , 13c, ...) of the lower stator 11 of the torque. The same electrodes, which are mirror images of the lower ones relative to the plane 0ξη, are part of the upper torque stator 11 ′. The stators 10, 10 ′, 11, 11 ′ can be made by the photolithographic method on the electrically insulating lower and upper bushings 8 and 9, respectively. In the same way, the end electrodes 3 of the suspension stator 2 can be made. The holes 14 are made on the rotor 1, which are necessary to ensure the conditions for creating a torque.

На фиг. 2 изображена часть схемы включения гироскопа-акселерометра с электростатическим подвесом ротора. При этом источник трехфазного напряжения 15, где с первой фазой Vф1 соединен первый электрод 13а нижнего статора вращающего момента 11, а также все остальные электроды 13а через два на третий нижнего и верхнего соответственно статоров 11 и 11′ вращающего момента, со второй фазой Vф2 соединен первый электрод 13b и все другие электроды 13b через два на третий от него, с фазой Vф3 соединен первый электрод 13с и все другие электроды 13с через два на третий. Пара плоских соседних электродов 12 как нижнего, так и верхнего 10 и 10′ соответственно статоров подвеса соединены через дроссель 16 статора подвеса и эталонный резистор 17 статора подвеса с источником высокочастотного напряжения 18 (~V2). При этом в замкнутую цепь входит электроды 12, эквивалентный резистор 19, являющийся эквивалентом активного распределенного сопротивления дросселя 16, источника высокочастотного напряжения 18 и конденсаторов, образованных промежутками ротора 1. Аналогичные соединения выполнены для пластин 12′ верхнего статора подвеса. Подобные соединения для соседних торцевых электродов 3 статора 2 изображено на фиг. 2. Они соединены через дроссель торцевых электродов 20 и эталонный резистор 21 торцевых электродов с источником высокочастотного напряжения 22, эталонный резистор 23 является эквивалентом активного сопротивления резонансной цепи. Напряжения U, UT являются выходными: зажимы эталонных резисторов 17 и 21 соединены с соответствующими входами ФЧВ 25, 26, 27 и 28 устройства обработки информации 24.In FIG. 2 shows a part of the inclusion circuit of a gyroscope-accelerometer with an electrostatic suspension of the rotor. The three-phase voltage source 15, where the first electrode 13a of the lower torque stator 11 is connected to the first phase V f1 , as well as all other electrodes 13a through two to the third lower and upper torque stators 11 and 11 ′, with the second phase V f2 13b connected to the first electrode and all the other electrodes 13b through the third two of it, with the phase V f3 first electrode 13c is connected to all the other two electrodes 13c through the third. A pair of adjacent adjacent electrodes 12 of both the lower and upper 10 and 10 ′ of the suspension stators are connected through a suspension stator choke 16 and a suspension stator reference resistor 17 to a high-frequency voltage source 18 (~ V 2 ). In this case, the electrodes 12, the equivalent resistor 19, which is the equivalent of the active distributed resistance of the inductor 16, the high-frequency voltage source 18, and the capacitors formed by the spaces of the rotor 1, enter the closed circuit. Similar connections are made for the plates 12 ′ of the upper suspension stator. Similar connections for adjacent end electrodes 3 of stator 2 are shown in FIG. 2. They are connected through the inductor of the end electrodes 20 and the reference resistor 21 of the end electrodes to the high-frequency voltage source 22, the reference resistor 23 is the equivalent of the active resistance of the resonant circuit. Voltages U, U T are output: the clamps of the reference resistors 17 and 21 are connected to the corresponding inputs of the PCF 25, 26, 27 and 28 of the information processing device 24.

Части схем фиг. 2-6, каждая из которых состоит из двух торцевых электродов 3 (соседних или перемеженных), последовательно соединенных с эталонным резистором 21, дросселем торцевых электродов 20, эквивалентным резистором 23, источником высокочастотного напряжения 22, ФЧВ 25, 26, 27 и 28, будем называть измерительными цепочками (для торцевых электродов по оси Ο (номера 17, 16, 19, 18 соответственно; в тексте применяется указанная выше первая нумерация, т.е. 21, 20, 23, 22). При этом на один вход каждого ФЧВ параллельно подключены зажимы источника высокочастотного напряжения 22 торцевых электродов, на другой вход - зажимы от эталонного резистора 21 торцевых электродов, а его выход является выходом измерительной цепочки.Parts of the circuitry of FIG. 2-6, each of which consists of two end electrodes 3 (adjacent or interleaved), connected in series with a reference resistor 21, an end electrode choke 20, an equivalent resistor 23, a high-frequency voltage source 22, PSF 25, 26, 27, and 28, we will call measuring chains (for end electrodes along the оси axis (numbers 17, 16, 19, 18, respectively; in the text, the first numbering indicated above, i.e. 21, 20, 23, 22, is used. In this case, one input of each PSF is parallel connected terminals of the high-frequency voltage source 22 end O electrodes to the other input - terminals of the reference resistor 21, end electrodes, and its output is the output of the measuring chain.

По сравнению с прототипом в данном приборе дополнительно введены три измерительные цепочки. Каждой измерительной цепочке присваивается номер 3, 3′ для торцевых и 12, 12′ - для нижних и верхних соответственно планарных электродов. Справа от числа следует греческая буква, означающая направление оси измерения (ξ, η, ζ), справа от нее знак "+" или "-" - знак зазора по соответственно положительному или отрицательному направлению соответствующей оси измерения. Нижние греческие буквы α, β или русские н, в означают угол, для определения которого производится измерение и производится оно снизу или сверху от ротора соответственно.Compared with the prototype, three measuring chains are additionally introduced in this device. Each measuring chain is assigned a number 3, 3 ′ for the end and 12, 12 ′ for the lower and upper planar electrodes, respectively. To the right of the number is the Greek letter, which means the direction of the measurement axis (ξ, η, ζ), to the right of it is the “+” or “-” sign - the gap sign in the positive or negative direction of the corresponding measurement axis, respectively. The lower Greek letters α, β, or Russian n, in mean the angle for the determination of which the measurement is made and it is made below or above the rotor, respectively.

Первая цепочка, состоящая из дополнительных электродов

Figure 00000031
Figure 00000032
элементов 26, 20, 21 и 22, выполнена с возможностью измерения перемещения ротора 1 по оси ξ. Вторая цепочка, состоящая из электродов
Figure 00000033
Figure 00000034
элементов 20, 21, 22, 27, выполнена с возможностью измерения перемещений ротора 1 вдоль оси η. Третья измерительная и силовая цепочка, состоящая из электродов
Figure 00000035
Figure 00000036
, элементов 33, 34, 35 и 37, выполнена с возможностью возбуждения низкочастотных колебаний ротора 1 с круговой частотой ΩΒ и измерения параметров этих колебаний с выделением посредством фильтра 36 постоянной составляющей перемещения по оси ξ. Дополнительные электроды выполнены одинаковой конструкции с основными.The first chain consisting of additional electrodes
Figure 00000031
Figure 00000032
elements
26, 20, 21 and 22, is configured to measure the movement of the rotor 1 along the axis ξ. The second chain consisting of electrodes
Figure 00000033
Figure 00000034
elements
20, 21, 22, 27, is configured to measure the movements of the rotor 1 along the axis η. The third measuring and power circuit, consisting of electrodes
Figure 00000035
Figure 00000036
, elements 33, 34, 35 and 37, is configured to excite low-frequency vibrations of the rotor 1 with a circular frequency Ω Β and measure the parameters of these vibrations with the allocation of a constant component of displacement along the ξ axis through the filter 36. Additional electrodes are made of the same design with the main ones.

На фиг. 4 показаны контуры I+ и I- - это измерительные цепочки для измерения зазоров в торцевых электродах с положительными и отрицательными координатами их расположения вдоль оси ξ.In FIG. Figure 4 shows the contours I + and I - are measuring chains for measuring gaps in end electrodes with positive and negative coordinates of their location along the ξ axis.

Аналогично электроды 3η+ и 3′η+ с положительными координатами по второй измерительной оси (т.е. оси 0η) соединены в свою измерительную цепочку ΙΙ+, электроды 3η- и 3′η- с отрицательными координатами расположения по измерительной оси 0η соединены в свою измерительную цепочку II-.Similarly, 3η + and 3′η + electrodes with positive coordinates along the second measuring axis (i.e., the 0η axis) are connected to their ΙΙ + measuring chain, 3η– and 3′η- electrodes with negative coordinates along the measuring axis 0η are connected to your measuring chain II-.

На фиг. 4 выделяются шесть измерительных цепочек.In FIG. 4, six measurement chains stand out.

В приборе, как указано выше, дополнительно введены 6 силовых торцевых электродов 3 на корпусе и роторе (фиг. 4) - два электрода:

Figure 00000037
Figure 00000038
два электрода:
Figure 00000039
Figure 00000040
два электрода
Figure 00000041
Figure 00000042
Кроме того, введена схема задания гармонического низкочастотного напряжения UH на пластины-электроды
Figure 00000043
Figure 00000044
являющаяся первой дополнительно введенной измерительной цепочкой. Она предназначена для возбуждения колебаний ротора 1 по оси Οξ и состоит из источника 33 указанного низкочастотного напряжения, из распределенного сопротивления цепи 34 по положительному направлению оси ξ, эталонного резистора 35 по положительному направлению оси ξ, фильтра 36 по положительному направлению оси ξ, стабилизатора напряжения 37 по положительному направлению оси ξ. В нее входит схема компенсации постоянного смещения ротора 1 вдоль оси Οξ, состоящая из зажимов а и в, связанных с выходами а и в, фильтра 36 по положительному направлению оси ξ, распределенного сопротивления 34 по положительному направлению оси ξ, эталонного резистора 35 по положительному направлению оси ξ и торцевых электродов
Figure 00000045
Figure 00000046
In the device, as indicated above, 6 power end electrodes 3 are additionally introduced on the body and rotor (Fig. 4) - two electrodes:
Figure 00000037
Figure 00000038
two electrodes:
Figure 00000039
Figure 00000040
two electrodes
Figure 00000041
Figure 00000042
In addition, a scheme is introduced for setting the harmonic low-frequency voltage U H on the plate-electrodes
Figure 00000043
Figure 00000044
which is the first additionally introduced measuring chain. It is designed to excite oscillations of the rotor 1 along the Οξ axis and consists of a source 33 of the indicated low-frequency voltage, from the distributed resistance of the circuit 34 in the positive direction of the ξ axis, reference resistor 35 in the positive direction of the ξ axis, filter 36 along the positive direction of the ξ axis, voltage stabilizer 37 in the positive direction of the ξ axis. It includes a compensation scheme for the constant displacement of the rotor 1 along the Οξ axis, consisting of clamps a and b connected to the outputs a and b, a filter 36 in the positive direction of the ξ axis, distributed resistance 34 in the positive direction of the ξ axis, and a reference resistor 35 in the positive direction axis ξ and end electrodes
Figure 00000045
Figure 00000046

Аналогично, по отрицательному значению координаты первой измерительной оси 0ξ, диаметрально расположенного к дополнительно введенным электродам

Figure 00000047
Figure 00000048
введены электроды (с возможностью создания постоянной силы, компенсирующей ее от воздействия UH)
Figure 00000049
Figure 00000050
распределенное сопротивление цепи 38 по положительному направлению оси ξ, зажимы а, в схемы I-. При этом выходы этих измерительных цепочек с положительными и отрицательными координатами торцевых электродов подвеса первой измерительной оси 0ξ соединены с первым и вторым входами соответственно первого сумматора, 29 выход которого соединен с входом первого масштабирующего элемента 30, выход которого является выходом по компоненту Wξ кажущегося ускорения.Similarly, by the negative value of the coordinate of the first measuring axis 0ξ, diametrically located to the additionally introduced electrodes
Figure 00000047
Figure 00000048
introduced electrodes (with the possibility of creating a constant force that compensates for it from exposure to U H )
Figure 00000049
Figure 00000050
distributed resistance of circuit 38 in the positive direction of the ξ axis, terminals a , in circuit I - . The outputs of these measuring chains with positive and negative coordinates of the end electrodes of the suspension of the first measuring axis 0ξ are connected to the first and second inputs of the first adder, 29, the output of which is connected to the input of the first scaling element 30, the output of which is the output of the apparent acceleration component W ξ .

Выход третьего ФЧВ 27, подключенного по положительному направлению оси η, и выход четвертого ФЧВ 28, подключенного по отрицательному направлению оси η, являющиеся выходами измерительных цепочек торцевых электродов подвеса с положительными и отрицательными координатами соответственно по второй измерительной оси, соединены с первым и вторым входами второго сумматора напряжений 31, выход которого соединен со входом второго масштабирующего элемента 32, выход которого является выходом по компоненту Wη кажущегося ускорения в виде оценки

Figure 00000051
The output of the third PCF 27 connected in the positive direction of the η axis, and the output of the fourth PCF 28 connected in the negative direction of the η axis, which are the outputs of the measuring chains of the suspension end electrodes with positive and negative coordinates, respectively, along the second measuring axis, are connected to the first and second inputs of the second voltage adder 31, the output of which is connected to the input of the second scaling element 32, the output of which is the output of the apparent acceleration component W η in the form of an estimate
Figure 00000051

Введена также измерительная цепочка ΙI+, выполненная с возможностью измерения колебаний ротора вдоль второй измерительной оси Οη и оценки выходного сигнала

Figure 00000052
по третьему компоненту угловой скорости ПО, содержащая две пары диаметрально расположенных торцевых электродов 3′ξ-,
Figure 00000053
и 3′ξ+,
Figure 00000054
пару электродов
Figure 00000055
Figure 00000056
с подключенным к ним эталонным резистором 39 по положительному направлению оси η, распределенное сопротивление 40 этой цепочки по положительному направлению оси η, пятый ФЧВ 41 по положительному направлению оси η, входы которого соединены с фильтром 36, а выход с третьим масштабирующим элементом 42, выход которого служит для съема информации по третьему компоненту
Figure 00000057
угловой скорости подвижного объекта.A measuring chain ΙI + has also been introduced, made with the possibility of measuring rotor vibrations along the second measuring axis Οη and evaluating the output signal
Figure 00000052
the third component of the angular velocity PO containing two pairs of diametrically located end electrodes 3′ξ-,
Figure 00000053
and 3′ξ +,
Figure 00000054
a pair of electrodes
Figure 00000055
Figure 00000056
with a reference resistor 39 connected to them in the positive direction of the η axis, distributed resistance 40 of this chain in the positive direction of the η axis, fifth PCF 41 in the positive direction of the η axis, the inputs of which are connected to the filter 36, and the output with the third scaling element 42, the output of which serves to retrieve information on the third component
Figure 00000057
angular velocity of a moving object.

На фиг. 5, 6 представлены 8 измерительных цепочек, аналогичных по структуре. Каждая состоит из пары пластинок-электродов 12ζ с соответствующими индексами, дросселя 20, эталонного резистора 43 по отрицательному направлению оси η, источника высокочастотного напряжения 44 по отрицательному направлению оси η, распределенного сопротивления 45 по отрицательному направлению оси η. Зажимы 0, II эталонного резистора 43 и зажимы 0, I источника высокочастотного напряжения 44 соединены с первым и вторым входами соответствующих фазочувствительных выпрямителей 46-53 (ФЧВ). Номера указаны для элементов только одной измерительной цепочки, в остальных - такие же номера элементов. Выходами измерительных цепочек являются выходы ФЧВ 46-53.In FIG. 5, 6, 8 measuring chains are presented, similar in structure. Each consists of a pair of plate-electrodes 12ζ with corresponding indices, an inductor 20, a reference resistor 43 in the negative direction of the η axis, a high-frequency voltage source 44 in the negative direction of the η axis, and a distributed resistance 45 in the negative direction of the η axis. The terminals 0, II of the reference resistor 43 and the terminals 0, I of the high-frequency voltage source 44 are connected to the first and second inputs of the corresponding phase-sensitive rectifiers 46-53 (PCF). Numbers are indicated for elements of only one measuring chain, in the rest - the same element numbers. The outputs of the measuring chains are the outputs of the PCF 46-53.

Выходы шестого и седьмого ФЧВ 46 и 47 для выделения систематических сигналов о текущих зазорах

Figure 00000058
и
Figure 00000059
между ротором по оси положительному и отрицательному направлениям оси ξ по отношению к верхним и нижним электродам, смещенным по оси η в отрицательном направлении, подключены к входам четвертого сумматора напряжений 55. Выходы восьмого и девятого ФЧВ 48 и 49 для выделения систематических сигналов о текущих зазорах
Figure 00000060
и
Figure 00000061
по положительному и отрицательному направлениям оси ζ между ротором и верхним и нижним электродами, смещенными по оси ξ в отрицательном направлении, подключены к входам шестого и восьмого сумматоров напряжений 58 и 60. Выходы десятого и одиннадцатого ФЧВ 50 и 51 для выделения систематических сигналов о текущих зазорах
Figure 00000062
Figure 00000063
по оси положительному и отрицательному направлениям оси ζ между ротором и верхним и нижним электродами, смещенными по оси η в положительном направлении, подключены к пятому сумматору напряжений 56. Выходы двенадцатого и тринадцатого ФЧВ 52 и 53 для выделения систематических сигналов о текущих зазорах
Figure 00000064
Figure 00000065
по положительному и отрицательному направлениям оси ζ между ротором и верхним и нижним электродами, смещенными по оси ξ в положительном направлении, подключены к седьмому сумматору напряжений 59. При этом одновременно выходы девятого и тринадцатого ФЧВ 49 и 53 подключены к двум входам третьего сумматора напряжений 54.The outputs of the sixth and seventh PSF 46 and 47 to highlight systematic signals about the current gaps
Figure 00000058
and
Figure 00000059
between the rotor along the axis of the positive and negative directions of the ξ axis with respect to the upper and lower electrodes offset along the η axis in the negative direction, are connected to the inputs of the fourth voltage adder 55. The outputs of the eighth and ninth PSFs 48 and 49 to highlight systematic signals about the current gaps
Figure 00000060
and
Figure 00000061
in the positive and negative directions of the ζ axis between the rotor and the upper and lower electrodes offset along the ξ axis in the negative direction, are connected to the inputs of the sixth and eighth voltage combiners 58 and 60. The outputs of the tenth and eleventh PCFs 50 and 51 to highlight systematic signals about current gaps
Figure 00000062
Figure 00000063
along the axis of the positive and negative directions of the ζ axis between the rotor and the upper and lower electrodes offset along the η axis in the positive direction, are connected to the fifth voltage adder 56. The outputs of the twelfth and thirteenth PSFs 52 and 53 to highlight systematic signals about the current gaps
Figure 00000064
Figure 00000065
in the positive and negative directions of the ζ axis between the rotor and the upper and lower electrodes offset along the ξ axis in the positive direction, are connected to the seventh voltage adder 59. At the same time, the outputs of the ninth and thirteenth PCFs 49 and 53 are connected to two inputs of the third voltage adder 54.

Выходы четвертого и пятого сумматоров напряжений 55 и 56 соединены с входами первого устройства вычитания 57, так что из сигнала четвертого сумматора напряжений 55 вычитают сигнал пятого сумматора напряжений 56. Выход первого устройства вычитания 57 соединен со входом четвертого масштабирующего элемента 62, выходом которого является оценка

Figure 00000066
компонента
Figure 00000067
угловой скорости ПО.The outputs of the fourth and fifth voltage adders 55 and 56 are connected to the inputs of the first subtractor 57, so that the signal of the fifth voltage adder 56 is subtracted from the signal of the fourth voltage adder 55. The output of the first subtractor 57 is connected to the input of the fourth scaling element 62, the output of which is the estimate
Figure 00000066
component
Figure 00000067
angular velocity software.

Выходы шестого и седьмого сумматоров напряжений 58 и 59 соединены со входом девятого сумматора напряжений 67, выход которого соединен со входом шестого масштабирующего элемента 64, выходом которого является оценка

Figure 00000068
The outputs of the sixth and seventh voltage combiners 58 and 59 are connected to the input of the ninth voltage combiner 67, the output of which is connected to the input of the sixth scaling element 64, the output of which is the estimate
Figure 00000068

Выход седьмого сумматора напряжений 59 соединен со входом второго устройства вычитания 61, инвертирующий вход которого соединен с выходом шестого сумматора напряжений 58. Выход пятого масштабирующего устройства 63, вход которого соединен с выходом второго устройства вычитания 61, пропорционален оценке

Figure 00000069
угловой скорости ПО.The output of the seventh voltage adder 59 is connected to the input of the second subtractor 61, the inverting input of which is connected to the output of the sixth voltage adder 58. The output of the fifth scaling device 63, the input of which is connected to the output of the second subtractor 61, is proportional to the estimate
Figure 00000069
angular velocity software.

Вход третьего устройства вычитания 65 соединен с выходом третьего сумматора напряжений 54, инвертирующий его вход соединен с выходом восьмого сумматора напряжений 60. Выход третьего устройства вычитания 65 соединен со входом седьмого масштабирующего устройства 66, выходом которого является напряжение, пропорциональное оценке зазора

Figure 00000070
The input of the third subtractor 65 is connected to the output of the third voltage adder 54, the inverting input is connected to the output of the eighth voltage adder 60. The output of the third subtractor 65 is connected to the input of the seventh scaling device 66, the output of which is a voltage proportional to the gap estimate
Figure 00000070

Работает гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора следующим образом. Перед включением питания прибор устанавливают на корпусе ПО, ориентируют его с помощью установочных поверхностей 6 и юстировочной канавки 7, затем закрепляют винтами через отверстия ротора 14. При включении питающих источников высокочастотных напряжений статоры 18 (22) подвеса 2, 3, 10, 10′, 12 и 12′ устанавливают ротор 1 в исходное положение, т.е. ротор 1 начинает левитировать (парить) относительно статоров под действием устанавливающих электростатических сил. Крышка 5 вместе с корпусом 4 и нижней и верхней изолирующими втулками 8, 9 обеспечивают герметичность внутренней полости устройства. После этого устройство обработки информации 24 подключает питающее трехфазное напряжение к верхнему 11′ и нижнему 11 статорам вращающего момента. Под действием тангенциальных электростатических сил от электродов 13а, 13в, 13с нижнего статора подвеса и отверстий 14 ротор 1 разгоняется и приобретает угловую скорость Ω и кинетический момент Н, равный Н=JΩ, где J - полярный момент инерции ротора 1. При движении ПО возникают кажущиеся ускорения Wζ, Wη, Wξ и абсолютные угловые скорости ωζ, ωη, ωξ, которые измеряются заявляемым прибором.A gyroscope accelerometer with an electrostatic suspension of the rotor operates as follows. Before turning on the power, the device is installed on the software housing, orientated with the help of mounting surfaces 6 and the adjustment groove 7, then fixed with screws through the holes of the rotor 14. When turning on the power sources of high-frequency voltage, the stators 18 (22) of the suspension 2, 3, 10, 10 ′, 12 and 12 ′ set the rotor 1 to its original position, i.e. rotor 1 begins to levitate (soar) relative to the stators under the action of establishing electrostatic forces. The cover 5 together with the housing 4 and the lower and upper insulating sleeves 8, 9 ensure the tightness of the internal cavity of the device. After that, the information processing device 24 connects the three-phase supply voltage to the upper 11 ′ and lower 11 torque stators. Under the influence of tangential electrostatic forces from the electrodes 13a, 13b, 13c of the lower suspension stator and holes 14, the rotor 1 accelerates and acquires an angular velocity Ω and a kinetic moment H equal to H = JΩ, where J is the polar moment of inertia of the rotor 1. When the PO moves, accelerations W ζ , W η , W ξ and absolute angular velocities ω ζ , ω η , ω ξ , which are measured by the claimed device.

При движении ПО с ускорениями Wξ, Wη возникают инерционные силы, которые в установившемся режиме уравновешиваются результирующими силами Fξ, Fη электростатического подвеса. В итоге получаем:When moving software with accelerations Wξ, Wηinertial forces arise, which in steady state are balanced by the resulting forces Fξ, Fη electrostatic suspension. As a result, we get:

Figure 00000071
Figure 00000071

где m - масса ротора.where m is the mass of the rotor.

С одной стороны, силы Fξ, Fη пропорциональны приращениям напряжений между электродами статора и ротора Ιξ, Ιη, протекающим через электроды подвеса в каждой соответствующей паре. С другой стороны, эти токи пропорциональны при линейности характеристики подвеса, имеющей место для малых перемещений, перемещениям (и η:On the one hand, the forces F ξ , F η are proportional to the voltage increments between the electrodes of the stator and rotor Ι ξ , Ι η flowing through the suspension electrodes in each corresponding pair. On the other hand, these currents are proportional to the linearity of the suspension characteristic, which occurs for small displacements, displacements (and η:

Figure 00000072
Figure 00000072

где Κξ, Κη - коэффициенты жесткости подвеса по соответствующим осям.where Κ ξ , Κ η are the stiffness coefficients of the suspension along the corresponding axes.

Из (1) и (2) имеем:From (1) and (2) we have:

Figure 00000073
Figure 00000073

Формулы (3) образуют алгоритм пересчета сигналов о соответствующих перемещениях ξ и η ротора 1 относительно исходного положения в сигналы кажущихся ускорений. Ниже они выражаются через напряжения.Formulas (3) form an algorithm for converting signals about the corresponding displacements ξ and η of the rotor 1 relative to the initial position into signals of apparent accelerations. Below they are expressed through stress.

Из фиг. 4 и фиг. 6 следует, что сигналы о перемещениях по координате ξ получают по напряжению Uξ+ на выходе ФЧВ 25 по положительному направлению оси ξ измерительной цепочки Ι+, включающей электроды 3ξ + и 3′ξ+ и состоящей из элементов 20, 21, 22 торцевого статора подвеса 3, а также по напряжению Uζ- с выхода ФЧВ 26 аналогичной измерительной цепочки, включающей аналогичные элементы 20, 21, 22, 23 (на фиг. 2 обозначены 16, 17, 18, 19). На выходе сумматора напряжений 29, на входы которого поступают сигналы от первого и второго ФЧВ 25 и 26, имеет место напряжение Uξ, равное:From FIG. 4 and FIG. 6 it follows that signals about movements along the coordinate ξ are received by the voltage U ξ + at the output of the PCF 25 along the positive direction of the axis ξ of the measuring chain Ι +, including electrodes 3ξ + and 3′ξ + and consisting of elements 20, 21, 22 of the end stator suspension 3, as well as the voltage U ζ- from the output of the PCF 26 of a similar measuring chain, including similar elements 20, 21, 22, 23 (in Fig. 2, 16, 17, 18, 19 are indicated). At the output of the voltage adder 29, the inputs of which receive signals from the first and second PCFs 25 and 26, there is a voltage U ξ equal to:

Figure 00000074
Figure 00000074

После первого масштабирующего элемента 30 получают оценку компонента

Figure 00000075
кажущегося ускоренияAfter the first scaling element 30, a component estimate is obtained.
Figure 00000075
apparent acceleration

Figure 00000076
Figure 00000076

где χξ - коэффициент передачи измерительной цепочки по оси Οξ ротора.where χ ξ is the transmission coefficient of the measuring chain along the Οξ axis of the rotor.

На ускорение Wη реагируют измерительные цепочки II+ и II-. Аналогично с выхода второго сумматора напряжений 31, на вход которого поступают сигналы от третьего и четвертого ФЧВ 27 и 28, имеет место напряжение Uη, равное Uη=Uη--Uη+, которое на выходе второго масштабирующего элемента 32 преобразуют в оценку

Figure 00000077
компонента Wη кажущегося ускорения:Measuring chains II + and II- react to acceleration W η . Similarly, from the output of the second voltage adder 31, the input of which receives signals from the third and fourth PCFs 27 and 28, there is a voltage U η equal to U η = U η- -U η + , which is converted to the estimate at the output of the second scaling element 32
Figure 00000077
component W η of apparent acceleration:

Figure 00000078
Figure 00000078

где χη - коэффициент передачи измерительной цепочки по оси Ο(ротора.where χ η is the transmission coefficient of the measuring chain along the Ο axis (of the rotor.

Поясним процесс определения сигнала об угловой скорости ωζ (фиг. 4) (Теоретическая предпосылка изложена в статье - Журавлев В.Ф. Бесплатформенная инерциальная навигационная система маятникового типа (БИНС МТ) // Изв - РАН. МТТ., 2014, №1, с. 6-17.). Для этого от источника 33 гармонического низкочастотного напряжения UH, амплитуду которого стабилизируют стабилизатором напряжения 37, через распределенное сопротивление 34 по положительному направлению оси ξ и эталонный резистор 35 по положительному направлению оси ξ сигнал переменного напряжения подводят к торцевым электродам 3ξ+ и 3′ξ+, который возбуждает колебания ротора 1 вдоль оси Οξ через силы электростатического взаимодействия Fξ.Let us explain the process of determining the signal about the angular velocity ω ζ (Fig. 4) (The theoretical premise is described in the article - V. Zhuravlev. Inertial pendulum-type inertial navigation system (SINS MT) // Izv. - RAS. MTT., 2014, No. 1, p. 6-17.). To do this, from a source 33 of harmonic low-frequency voltage U H , the amplitude of which is stabilized by a voltage stabilizer 37, through an distributed resistance 34 in the positive direction of the ξ axis and reference resistor 35 in the positive direction of the ξ axis, an alternating voltage signal is supplied to the end electrodes 3ξ + and 3′ξ + , which excites the oscillations of the rotor 1 along the Οξ axis through the electrostatic interaction forces F ξ .

При подведении к указанным электродам напряжения UH=Ua sinΩвt за счет электростатических сил возникают колебания ротора, что следует из уравнения движенияWhen applying voltage U H = U a sinΩ to t to the indicated electrodes, rotor vibrations arise due to electrostatic forces, which follows from the equation of motion

Figure 00000079
Figure 00000079

В установившемся режиме движение ротора определяется по формуламIn the steady state, the rotor motion is determined by the formulas

Figure 00000080
Figure 00000080

Figure 00000081
Figure 00000081

где Ua - амплитуда; ΩΒ - частота напряжения возбуждения; С - емкость между двумя последовательно соединенными соседними электродами с промежутками электрод - ротор; lo - начальный торцевой зазор; Ω0 - частота собственных недемпфированных колебаний ротора вдоль оси Οξ; h - показатель затухания; kξ - коэффициент жесткости подвеса; φ - фазовый сдвиг между координатой колебаний ротора вдоль оси Οξ и напряжением UH, n - коэффициент демпфирования.where ua - amplitude; ΩΒ - frequency of the excitation voltage; C is the capacitance between two successively connected adjacent electrodes with electrode-rotor gaps; lo - initial end clearance; Ω0 - the frequency of the intrinsic undamped rotor vibrations along the Οξ axis; h is the attenuation index; kξ - suspension stiffness coefficient; φ is the phase shift between the coordinate of the oscillations of the rotor along the Οξ axis and the voltage UH, n is the damping coefficient.

Наличие постоянного смещения ротора 1 устраняют частью схемы, содержащей фильтр 36 по положительному направлению оси ξ, зажимы а, в и последовательно соединенные распределенное сопротивление 38, а также электроды

Figure 00000082
Figure 00000083
создающие постоянную электростатическую компенсирующую силу.The presence of a constant displacement of the rotor 1 is eliminated by a part of the circuit containing the filter 36 along the positive direction of the ξ axis, clamps a, b and the distributed resistance 38 connected in series and also the electrodes
Figure 00000082
Figure 00000083
creating a constant electrostatic compensating force.

Сила Кориолиса, возникающая за счет взаимодействия относительной скорости ξ и угловой скорости ωζ и массы ротора m, равна:The Coriolis force arising from the interaction of the relative velocity ξ and the angular velocity ω ζ and the rotor mass m is equal to:

Figure 00000084
Figure 00000084

Она является за счет

Figure 00000085
периодической и вызывает колебания ротора вдоль второй измерительной оси Οη, воспринимаемые электродами. Амплитуда колебаний пропорциональна величине, а сдвиг фазы несет информацию о знаке этой скорости. Амплитуда и фазовый сдвиг φ колебаний по ξ определяют с помощью сигналов электродов
Figure 00000086
Figure 00000087
с помощью второго ФЧВ 26.She is due
Figure 00000085
periodic and causes oscillations of the rotor along the second measuring axis Οη, perceived by the electrodes. The amplitude of the oscillations is proportional to the value, and the phase shift carries information about the sign of this speed. The amplitude and phase shift φ of oscillations in ξ are determined using the signals of the electrodes
Figure 00000086
Figure 00000087
using the second PSF 26.

Сигналы с электродов

Figure 00000088
и
Figure 00000089
через эталонный резистор 39 и распределенное сопротивление 40 по положительному направлению оси η подводят к одним входам, а опорное напряжение UH от зажимов ж, з - к другим входам пятого ФЧВ 41. Его выход соединен со входом третьего масштабирующего элемента 42, выходом которого является оценка
Figure 00000090
соответствующего компонента ωζ угловой скорости ПО.Signals from the electrodes
Figure 00000088
and
Figure 00000089
through the reference resistor 39 and the distributed resistance 40 along the positive direction of the η axis, lead to one input, and the reference voltage U H from the terminals w, s to the other inputs of the fifth PCF 41. Its output is connected to the input of the third scaling element 42, the output of which is the estimate
Figure 00000090
corresponding component ω ζ of the angular velocity of PO.

Фильтр 36 по положительному направлению оси ξ вырабатывает постоянное напряжение, которое через зажимы а, в и распределенное сопротивление 38 подводят к электродам

Figure 00000091
Figure 00000092
прикладывающим постоянную силу, компенсирующую противоположно направленную силу от электродов:
Figure 00000093
Figure 00000094
The filter 36 along the positive direction of the axis ξ generates a constant voltage, which through the terminals a , b and the distributed resistance 38 is supplied to the electrodes
Figure 00000091
Figure 00000092
applying a constant force compensating for the oppositely directed force from the electrodes:
Figure 00000093
Figure 00000094

Принцип выделения сигналов по ускорению Wζ, угловым скоростям ωξ, ωη поясняется фиг. 5 и фиг. 6, 7.The principle of signal extraction by acceleration W ζ , angular velocities ω ξ , ω η is illustrated in FIG. 5 and FIG. 6, 7.

Ускорение объекта вдоль оси 0ζ приводит к появлению инерционной силы, которая уравновешивается электростатическими силами, так что имеемThe acceleration of the object along the 0ζ axis leads to the appearance of an inertial force, which is balanced by electrostatic forces, so that we have

Figure 00000095
Figure 00000095

где Κζ - коэффициент жесткости электростатического подвеса ротора 1 вдоль оси 0ζ. Если объект, а следовательно, корпус 4 вращается с угловыми скоростями ωξ, ωη, то возникающие вследствие этого гироскопические моменты уравновешиваются моментами сил Μ(и Μ(электростатического подвеса:where Κ ζ is the stiffness coefficient of the electrostatic suspension of rotor 1 along the 0 ζ axis. If the object, and therefore the body 4 rotates with angular velocities ω ξ , ω η , then the gyroscopic moments that arise as a result of this are balanced by the moments of forces Μ ( and Μ ( electrostatic suspension:

Figure 00000096
Figure 00000096

где kα, kβ - коэффициенты жесткости подвеса по соответствующим углам отклонения ротора 1 из исходного положения, что видно из фиг. 5, 6, 7.where k α , k β are the stiffness coefficients of the suspension at the corresponding deflection angles of the rotor 1 from the initial position, as can be seen from FIG. 5, 6, 7.

Реализация приведенных соотношений поясняется на основе фиг. 5, и фиг. 6 с помощью восьми измерительных цепочек, содержащих восемь пар электродов от

Figure 00000097
до
Figure 00000098
включенных последовательно с элементами 42, 43, 44, 45. Сигналы с их выходов подают на ФЧВ с 46 по 53.The implementation of the above relationships is illustrated based on FIG. 5 and FIG. 6 using eight measuring chains containing eight pairs of electrodes from
Figure 00000097
before
Figure 00000098
connected in series with elements 42, 43, 44, 45. The signals from their outputs are fed to the PCF from 46 to 53.

Сигналы пар электродов 12 и 12′ нижнего и верхнего статоров подвеса 10 и 10′ соответственно, симметричных относительно осей 0ζ и 0η, содержат в себе информацию о перемещениях ζ и углах поворота ротора α и β и, следовательно, об измеряемых параметрах движения ωξ, ωη, Wζ. Вычисляя суммы и разности сигналов с выходов измерительных цепочек, содержащих пары электродов, расположенных с положительными и отрицательными координатами 0ζ и 0η, получают необходимую информацию о ωξ, ωη, Wζ.The signals of the pairs of electrodes 12 and 12 ′ of the lower and upper stators of the suspension 10 and 10 ′, respectively, symmetric with respect to the axes 0ζ and 0η, contain information on the displacements ζ and the rotation angles of the rotor α and β and, therefore, on the measured motion parameters ω ξ , ω η , W ζ . By calculating the sums and differences of the signals from the outputs of the measuring chains containing pairs of electrodes located with positive and negative coordinates 0 ζ and 0η, we obtain the necessary information about ω ξ , ω η , W ζ .

Изменяющиеся за счет перемещения ротора ξ вдоль оси οζ и поворотов α, β между подвижными электродами ротора и неподвижными нижними и верхними электродами статоров в точках А, А1, В, В1 зазоры описывают следующими соотношениями:Changes due to the displacement of the rotor ξ along the axis οζ and the rotations α, β between the movable electrodes of the rotor and the stationary lower and upper electrodes of the stators at points A, A 1 , B, B 1, the gaps are described by the following relationships:

- для нижних электродов (фиг. 7)- for the lower electrodes (Fig. 7)

Figure 00000099
Figure 00000099

- для верхних электродов (фиг. 7)- for the upper electrodes (Fig. 7)

Figure 00000100
Figure 00000100

Рассмотрим работу элементов схемы фиг. 6, используемых для определения ускорения Wζ. С учетом схемы фиг. 7 перемещений и поворотов ротора 1, а также формул (11), (12), отмечаем, что напряжение с эталонного резистора 21, пропорционально изменяющемуся зазору

Figure 00000101
(формула 4d) между зазором и соответствующей парой верхних плоских электродов
Figure 00000102
смещенных от ПО вдоль оси οη, поступает на вход О, II шестого ФЧВ 46, а на вход О, I поступает опорное напряжение от источника высокочастотного напряжения 22. С выхода шестого ФЧВ 46 выпрямленное напряжение поступает на один из входов четвертого сумматора 55. На его второй вход поступает выпрямляющее напряжение с седьмого ФЧВ 47, на вход О, II которого подают напряжение с эталонного резистора 43, пропорциональное переменному зазору
Figure 00000103
(формула 3d). В свою очередь, напряжение с эталонных резисторов, сигналы которых пропорциональны
Figure 00000104
и
Figure 00000105
поступают на входы О, II десятого и одиннадцатого ФЧВ 50 и 51 соответственно, а сигналы с их входов суммируются в пятом сумматоре напряжений 56. Сигнал с выхода четвертого сумматора напряжений 55 поступает на основной, а сигнал с выхода пятого сумматора 56 поступает на инвертирующий вход первого устройства вычитания 57, с выхода которого напряжение подводят к четвертому масштабирующему элементу 62 в соответствии с алгоритмом:Consider the operation of the circuit elements of FIG. 6 used to determine the acceleration W ζ . In view of the circuitry of FIG. 7 movements and rotations of the rotor 1, as well as formulas (11), (12), we note that the voltage from the reference resistor 21 is proportional to the changing gap
Figure 00000101
(formula 4d) between the gap and the corresponding pair of upper flat electrodes
Figure 00000102
offset from the PO along the οη axis, it goes to the input O, II of the sixth PSF 46, and the input O, I receives the reference voltage from the high-frequency voltage source 22. From the output of the sixth PSF 46, the rectified voltage is supplied to one of the inputs of the fourth adder 55. At its the second input receives the rectifying voltage from the seventh PCF 47, to the input O, II of which voltage is supplied from the reference resistor 43, proportional to the variable gap
Figure 00000103
(3d formula). In turn, the voltage from the reference resistors whose signals are proportional
Figure 00000104
and
Figure 00000105
arrive at inputs O, II of the tenth and eleventh PSFs 50 and 51, respectively, and the signals from their inputs are summed in the fifth voltage adder 56. The signal from the output of the fourth voltage adder 55 is fed to the main one, and the signal from the output of the fifth adder 56 is fed to the inverting input of the first a subtraction device 57, the output of which the voltage is applied to the fourth scaling element 62 in accordance with the algorithm:

Figure 00000106
Figure 00000106

где

Figure 00000107
- оценка угла α; R - радиус неподвижных электродов.Where
Figure 00000107
- estimate of the angle α; R is the radius of the stationary electrodes.

В четвертом масштабирующем элементе 62 вычисляют оценку

Figure 00000108
компонента ωξ угловой скорости ПО по алгоритму, следующему из уравнений (10):In the fourth scaling element 62, an estimate is calculated
Figure 00000108
the component ω ξ of the angular velocity of the software according to the algorithm following from equations (10):

Figure 00000109
Figure 00000109

где Kα - коэффициент жесткости электростатического подвеса по углу α. Сигнал

Figure 00000110
является оценкой абсолютных угловых скоростей объекта по компоненту ωξ.where K α is the stiffness coefficient of the electrostatic suspension along the angle α. Signal
Figure 00000110
is an estimate of the absolute angular velocities of the object with respect to the component ω ξ .

В работе прибора по определению компонента угловой скорости ωη участвуют электроды для измерения переменных зазоров

Figure 00000111
смещенные вдоль оси οξ относительно центра подвеса в положительном и отрицательном направлениях на величину R. Напряжения с эталонных резисторов, пропорциональные указанным выше зазорам, подаются на входы О, II пар восьмого и девятого ФЧВ 48, 49, а также двенадцатого и тринадцатого ФЧВ 52,53. Напряжения выходов восьмого и девятого ФЧВ 48, 49 поступают на входы шестого сумматора напряжений 58, а сигнал с его выхода поступает на инвертирующий вход второго устройства вычитания 61. Выходы пары двенадцатого и тринадцатого ФЧВ 52, 53 поступают на входы седьмого сумматора напряжений 59, а его выходной сигнал поступает на прямой вход второго устройства вычитания 61. На его выходе сигнал пропорционален оценке угла
Figure 00000112
определяемой по алгоритму:In the work of the device to determine the component of the angular velocity ω η , electrodes are used to measure variable gaps
Figure 00000111
offset along the οξ axis relative to the center of the suspension in the positive and negative directions by R. The voltages from the reference resistors, proportional to the above gaps, are applied to the inputs O, II of the pairs of the eighth and ninth PSF 48, 49, as well as the twelfth and thirteenth PSF 52.53 . The output voltages of the eighth and ninth PSFs 48, 49 are fed to the inputs of the sixth voltage combiner 58, and the signal from its output is fed to the inverting input of the second subtractor 61. The outputs of the twelfth and thirteenth PSFs 52, 53 are fed to the inputs of the seventh voltage combiner 59, and its the output signal goes to the direct input of the second subtraction device 61. At its output, the signal is proportional to the angle estimate
Figure 00000112
determined by the algorithm:

Figure 00000113
Figure 00000113

С выхода второго устройства вычитания 61 снимают напряжение по оценке

Figure 00000114
а на выходе пятого масштабирующего элемента 63 напряжение, пропорциональное оценке
Figure 00000115
определяемой на основе уравнений (10) по алгоритму:From the output of the second subtraction device 61 remove the voltage according to the assessment
Figure 00000114
and at the output of the fifth scaling element 63, the voltage is proportional to the estimate
Figure 00000115
determined on the basis of equations (10) according to the algorithm:

Figure 00000116
Figure 00000116

Сигнал

Figure 00000117
является оценкой абсолютной угловой скорости по компоненту ωη.Signal
Figure 00000117
is an estimate of the absolute angular velocity from the component ω η .

В работе прибора по определению компонента ωζ кажущиеся ускорения объекта задействованы электроды, измеряющие переменные зазоры

Figure 00000118
эталонные резисторы 43, напряжения которых пропорциональны указанным зазорам и поступающие на пары восьмого и девятого ФЧВ 48,49, а также двенадцатого и тринадцатого ФЧВ 52,53. Сигналы шестого и седьмого сумматоров напряжений 58 и 59 складывают в девятом сумматоре 67 по алгоритму:In the work of the device to determine the component ω ζ, the apparent acceleration of the object involves electrodes measuring variable gaps
Figure 00000118
reference resistors 43, the voltages of which are proportional to the indicated gaps and supplied to the pairs of the eighth and ninth PSF 48.49, as well as the twelfth and thirteenth PSF 52.53. The signals of the sixth and seventh adders voltage 58 and 59 add in the ninth adder 67 according to the algorithm:

Figure 00000119
Figure 00000119

где

Figure 00000120
- оценка перемещения центра тяжести ротора относительно центра подвеса. Выходной сигнал девятого сумматора напряжений 67 поступает на вход шестого масштабирующего элемента 64, в котором по следующему алгоритму (вида (9)) определяют оценку компонента
Figure 00000121
кажущегося ускорения ПО.Where
Figure 00000120
- assessment of the displacement of the center of gravity of the rotor relative to the center of the suspension. The output signal of the ninth voltage adder 67 is fed to the input of the sixth scaling element 64, in which, according to the following algorithm (of the form (9)), the component estimate
Figure 00000121
apparent software acceleration.

Figure 00000122
Figure 00000122

Этот сигнал является шестым выходом прибора. Элементы 54, 60, 65, 66 определяют первоначальный зазор (фиг. 7) в приборе в виде оценки

Figure 00000123
не являющейся выходной информацией, а используемой в технологических целях.This signal is the sixth output of the device. Elements 54, 60, 65, 66 define the initial clearance (Fig. 7) in the device as an estimate
Figure 00000123
not being output, but used for technological purposes.

При этом полной первичной инерциальной информацией является такая, которая содержит три компонента вектора абсолютной угловой скорости и три компонента вектора кажущегося ускорения подвижного объекта. Она необходима и достаточна для полного решения задач определения трех углов ориентации и трех координат местоположения объекта в пространстве по дифференциальным уравнениям бесплатформенной инерциальной навигационной системы.Moreover, the complete primary inertial information is such that it contains three components of the absolute angular velocity vector and three components of the apparent acceleration vector of the moving object. It is necessary and sufficient for the complete solution of the problems of determining three orientation angles and three coordinates of an object’s location in space according to the differential equations of the strapdown inertial navigation system.

Технический результат полезной модели состоит в том, что впервые в одном гироскопе - акселерометре в виде ротора с тремя степенями свободы измеряются три компонента кажущегося ускорения и три компонента абсолютной угловой скорости ПО, то есть полная первичная инерциальная информация. Только при ее наличии обеспечивается решение задачи определения трех углов ориентации и трех координат местоположения ПО. Ранее для определения полной первичной инерциальной информации нужно было применять два прибора, т.е. два гироскопа - акселерометра по прототипу данной полезной модели. Из сказанного ясно, что кроме того, снижены масса и габариты устройства для определения полной первичной информации.The technical result of the utility model is that for the first time in one gyroscope - an accelerometer in the form of a rotor with three degrees of freedom, three components of the apparent acceleration and three components of the absolute angular velocity of the software are measured, that is, the complete primary inertial information. Only with its availability is it possible to solve the problem of determining three orientation angles and three coordinates of the software location. Previously, to determine the complete primary inertial information, it was necessary to use two devices, i.e. two gyroscopes - an accelerometer based on the prototype of this utility model. From the foregoing, it is clear that, in addition, the mass and dimensions of the device for determining the complete primary information are reduced.

Claims (1)

Гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора и полной первичной информацией, содержащий динамически и статически сбалансированный ротор в виде круглой пластины с отверстиями, имеющий электропроводящие части и окруженный статорами, в состав которых входят торцевой, нижний и верхний планарные статоры подвеса, а также нижний и верхний статоры вращающего момента, при этом торцевой статор подвеса состоит из четного числа плоских электродов, расположенных в экваториальной плоскости ротора по окружности и закрепленных в боковых стенках нижней электроизолирующей втулки, укрепленной в корпусе, нижний и верхний одинаковые планарные статоры подвеса, каждый выполненный в виде четного числа плоских электродов, расположенных по окружности и закрепленных на нижней и верхней электроизолирующих втулках, причем последняя укреплена в крышке гироскопа-акселерометра, кроме того, нижний и верхний планарные статоры вращающего момента, закрепленные в нижней и верхней электроизолирующих втулках, состоящих из плоских электродов, соединены в три секции так, что в каждую секцию входят электроды, расположенные через два соседних на третий, секции соединены с тремя фазами источника переменного тока, кроме того, каждая пара соседних плоских электродов и эталонный резистор, последовательно включенный с источником высокочастотного напряжения, дросселем, а также фазочувствительным выпрямителем, образуют измерительную цепочку, при этом первый и второй входы фазочувствительного выпрямителя параллельно соединены с источником высокочастотного напряжения и эталонным резистором соответственно, а его выход является выходом измерительной цепочки,
при этом выходы измерительных цепочек с положительными и отрицательными координатами торцевых электродов подвеса первой измерительной оси соединены с первым и вторым входами соответственно первого сумматора, выход которого соединен с входом первого масштабирующего элемента, выход его является выходом по компоненту Wξ кажущегося ускорения,
выходы измерительных цепочек торцевых электродов подвеса с положительными и отрицательными координатами соответственно по второй измерительной оси соединены с помощью измерительных цепочек с первым и вторым входами соответственно второго сумматора, выход его соединен с входом второго масштабирующего устройства, выход которого является выходом по компоненту Wη кажущегося ускорения,
отличающийся тем, что
дополнительно введены измерительные цепочки, содержащие две пары диаметрально расположенных торцевых электродов по положительному и отрицательному направлению третьей измерительной оси, пару электродов по положительному направлению второй измерительной оси, эталонный резистор по положительному направлению второй измерительной оси, распределенное сопротивление этой цепочки по положительному направлению второй измерительной оси, ФЧВ по положительному направлению второй измерительной оси, входы которого соединены с фильтром, третий масштабирующий элемент, выход которого служит для съема информации по третьему компоненту ωζ угловой скорости подвижного объекта,
также введены измерительные цепочки по третьей измерительной оси, выполненные с возможностью оценки зазоров между ротором и верхними и нижними плоскими электродами статоров, смещенными по второй измерительной оси в отрицательном направлении, выходы этих измерительных цепочек подключены к входам четвертого сумматора напряжений, выход которого соединен с первым входом первого устройства вычитания, ко второму инвертирующему входу его подключен выход пятого сумматора напряжений, входы которого соединены с выходами двух измерительных цепочек по третьей измерительной оси, выполненных с возможностью оценки зазоров между ротором и верхними и нижними плоскими электродами статоров, смещенными по второй измерительной оси в положительном направлении, при этом выход первого устройства вычитания соединен со входом четвертого масштабирующего элемента, выход которого является выходом по компоненту ωξ угловой скорости ПО,
выходы двух измерительных цепочек, выполненных с возможностью оценки зазоров по третьей измерительной оси между ротором и верхними и нижними плоскими электродами статоров, смещенными по отрицательному направлению первой измерительной оси, подключены к входам шестого сумматора, выходы двух измерительных цепочек, выполненных с возможностью оценки зазоров по третьей измерительной оси между ротором и верхними и нижними плоскими электродами статоров, смещенными по положительному направлению первой измерительной оси, соединены со входами седьмого сумматора напряжения, выходы шестого и седьмого сумматоров напряжений соединены со входом девятого сумматора, выход которого подключен ко входу шестого масштабирующего элемента, выход которого является выходом по компоненте Wζ кажущегося ускорения ПО,
также выходы шестого и седьмого сумматоров соединены с первым и вторым входами второго устройства вычитания, выход которого соединен с входом пятого масштабирующего элемента, выход его является выходом по компоненту ωη абсолютной угловой скорости.
A gyroscope-accelerometer with an electrostatic suspension of the rotor and complete primary information, containing a dynamically and statically balanced rotor in the form of a round plate with holes, having electrically conductive parts and surrounded by stators, which include the end, lower and upper planar suspension stators, as well as the lower and upper stators of torque, while the end stator of the suspension consists of an even number of flat electrodes located in the equatorial plane of the rotor around the circumference and fixed in side the walls of the lower electrically insulating sleeve, mounted in the housing, the lower and upper identical planar suspension stators, each made in the form of an even number of flat electrodes arranged in a circle and mounted on the lower and upper electrically insulating bushings, the latter being mounted in the cover of the gyroscope-accelerometer, in addition , the lower and upper planar torque stators, fixed in the lower and upper electrically insulating sleeves, consisting of flat electrodes, are connected in three sections so that in every sec The electrodes are located in two adjacent to the third, sections are connected to three phases of the AC source, in addition, each pair of adjacent flat electrodes and a reference resistor connected in series with a high-frequency voltage source, inductor, and phase-sensitive rectifier form a measuring chain, the first and second inputs of the phase-sensitive rectifier are connected in parallel with the high-frequency voltage source and the reference resistor, respectively, and its output is I output the measuring chain,
the outputs of the measuring chains with positive and negative coordinates of the end electrodes of the suspension of the first measuring axis are connected to the first and second inputs of the first adder, the output of which is connected to the input of the first scaling element, its output is the output of the apparent acceleration component W ξ ,
the outputs of the measuring chains of the end electrodes of the suspension with positive and negative coordinates, respectively, along the second measuring axis are connected using measuring chains with the first and second inputs, respectively, of the second adder, its output is connected to the input of the second scaling device, the output of which is the output of the apparent acceleration component W η ,
characterized in that
additionally introduced measuring chains containing two pairs of diametrically located end electrodes in the positive and negative direction of the third measuring axis, a pair of electrodes in the positive direction of the second measuring axis, a reference resistor in the positive direction of the second measuring axis, the distributed resistance of this chain in the positive direction of the second measuring axis, PSF in the positive direction of the second measuring axis, the inputs of which are connected to the filter, t its scaling element, the output of which serves to retrieve information on the third component ω ζ of the angular velocity of the moving object,
measuring chains along the third measuring axis are also introduced, made with the possibility of evaluating the gaps between the rotor and the upper and lower flat electrodes of the stators, offset along the second measuring axis in the negative direction, the outputs of these measuring chains are connected to the inputs of the fourth voltage adder, the output of which is connected to the first input the first subtraction device, the output of the fifth voltage adder is connected to its second inverting input, the inputs of which are connected to the outputs of two measuring circuits pens on the third measuring axis, made with the possibility of evaluating the gaps between the rotor and the upper and lower flat electrodes of the stators, offset along the second measuring axis in the positive direction, while the output of the first subtractor is connected to the input of the fourth scaling element, the output of which is the output along the ω component ξ angular velocity
the outputs of two measuring chains made with the possibility of evaluating the gaps on the third measuring axis between the rotor and the upper and lower flat electrodes of the stators offset in the negative direction of the first measuring axis are connected to the inputs of the sixth adder, the outputs of two measuring chains made with the possibility of evaluating the gaps of the third the measuring axis between the rotor and the upper and lower flat electrodes of the stators, offset in the positive direction of the first measuring axis, are connected to the inputs and the seventh voltage adder, the outputs of the sixth and seventh voltage adders are connected to the input of the ninth adder, the output of which is connected to the input of the sixth scaling element, the output of which is the apparent software acceleration component W ζ ,
also the outputs of the sixth and seventh adders are connected to the first and second inputs of the second subtraction device, the output of which is connected to the input of the fifth scaling element, its output is the output along the component ω η of absolute angular velocity.
RU2014132822/28A 2014-08-08 2014-08-08 Gyro accelerometer with rotor electrostatic suspension and complete primary info RU2568147C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014132822/28A RU2568147C1 (en) 2014-08-08 2014-08-08 Gyro accelerometer with rotor electrostatic suspension and complete primary info

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014132822/28A RU2568147C1 (en) 2014-08-08 2014-08-08 Gyro accelerometer with rotor electrostatic suspension and complete primary info

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2568147C1 true RU2568147C1 (en) 2015-11-10

Family

ID=54537335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014132822/28A RU2568147C1 (en) 2014-08-08 2014-08-08 Gyro accelerometer with rotor electrostatic suspension and complete primary info

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2568147C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2637185C1 (en) * 2016-07-05 2017-11-30 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method of weighing gyroscope rotor in electrostatic suspension
RU181082U1 (en) * 2018-02-27 2018-07-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) GYROSCOPE-ACCELROMETER WITH ELECTROSTATIC ROTOR SUSPENSION
RU2746236C1 (en) * 2020-08-21 2021-04-09 Александр Александрович Скрипкин Combined system of orientation and navigation of moving object

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5353656A (en) * 1992-08-18 1994-10-11 Satcon Technology Corporation Electrostatically controlled micromechanical gyroscope
US5719335A (en) * 1993-07-06 1998-02-17 Tokimec Inc. Electrostatic rate gyroscope
RU2158903C1 (en) * 1999-06-29 2000-11-10 Саратовский государственный технический университет Gyroscope-accelerometer with electrostatic suspension of rotor
RU2301970C1 (en) * 2006-01-20 2007-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Micro-mechanical vibration gyroscope

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5353656A (en) * 1992-08-18 1994-10-11 Satcon Technology Corporation Electrostatically controlled micromechanical gyroscope
US5719335A (en) * 1993-07-06 1998-02-17 Tokimec Inc. Electrostatic rate gyroscope
RU2158903C1 (en) * 1999-06-29 2000-11-10 Саратовский государственный технический университет Gyroscope-accelerometer with electrostatic suspension of rotor
RU2301970C1 (en) * 2006-01-20 2007-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Micro-mechanical vibration gyroscope

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2637185C1 (en) * 2016-07-05 2017-11-30 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method of weighing gyroscope rotor in electrostatic suspension
RU181082U1 (en) * 2018-02-27 2018-07-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) GYROSCOPE-ACCELROMETER WITH ELECTROSTATIC ROTOR SUSPENSION
RU2746236C1 (en) * 2020-08-21 2021-04-09 Александр Александрович Скрипкин Combined system of orientation and navigation of moving object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10436588B2 (en) Vibrating-mass gyroscope systems and method
CN1813192B (en) Six degree-of-freedom micro-machined multi-sensor
KR101828771B1 (en) Gyroscope structure and gyroscope with improved quadrature compensation
US20090241662A1 (en) Systems and methods for acceleration and rotational determination from an out-of-plane mems device
US11390517B2 (en) Systems and methods for bias suppression in a non-degenerate MEMS sensor
JP6583547B2 (en) Improved microelectromechanical accelerometer
JP2008122371A (en) Force rebalancing and parametric amplification for mems inertial sensor
JP2010217165A (en) Microelectromechanical gyroscope with enhanced rejection of acceleration noise
JP2018531377A6 (en) Improved microelectromechanical accelerometer
RU2568147C1 (en) Gyro accelerometer with rotor electrostatic suspension and complete primary info
JP5259598B2 (en) Micro electro mechanical sensor and method of operating micro electro mechanical sensor
JP2003531359A (en) Vibrating micro gyroscope
RU163835U1 (en) THREE-COMPONENT ANGULAR SPEED MEASURER BASED ON THE GYROSCOPE OF THE KOVALEV SPHERICAL FORM WITH ELECTROSTATIC SUSPENSION
RU155046U1 (en) THREE-COMPONENT ANGULAR SPEED MEASURER BASED ON A SPHERICAL GYROSCOPE WITH ELECTROSTATIC SUSPENSION
RU181082U1 (en) GYROSCOPE-ACCELROMETER WITH ELECTROSTATIC ROTOR SUSPENSION
RU2158903C1 (en) Gyroscope-accelerometer with electrostatic suspension of rotor
EP3237844B1 (en) Method for suppresion of g-sensitivity of mems gyroscope
RU175218U1 (en) Three-component angular velocity meter based on a Kovalevskaya gyroscope with a spring suspension
RU2573616C1 (en) Inertial element
JP6704443B2 (en) Vibration mass gyroscope system
RU2490592C1 (en) Prof vavilov's microgyro
RU2279634C2 (en) Micromechanical gyroscope
RU2370733C1 (en) Vibration-type micromechanical gyro
RU2471149C2 (en) Compensation-type micromechanical gyroscope
CN110573835A (en) Resonator configured to be incorporated into an inertial angle sensor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180809