RU2665832C1 - Method of management of sensitive element and formation of output signal of vibration coriolis of gyroscopic sensor of corner speed - Google Patents
Method of management of sensitive element and formation of output signal of vibration coriolis of gyroscopic sensor of corner speed Download PDFInfo
- Publication number
- RU2665832C1 RU2665832C1 RU2017113171A RU2017113171A RU2665832C1 RU 2665832 C1 RU2665832 C1 RU 2665832C1 RU 2017113171 A RU2017113171 A RU 2017113171A RU 2017113171 A RU2017113171 A RU 2017113171A RU 2665832 C1 RU2665832 C1 RU 2665832C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- mode
- orthogonal
- proportional
- oscillations
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 32
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 9
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 9
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5607—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks
- G01C19/5614—Signal processing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в вибрационных кориолисовых гироскопических датчиках угловой скорости.The invention relates to measuring equipment and can be used in vibrational Coriolis gyroscopic angular velocity sensors.
Известен способ [1] управления, заключающийся в возбуждении автоколебаний первой моды со стабилизацией амплитуды скорости колебаний, причем фаза возбуждающей силы соответствует фазе скорости колебаний в первой моде, колебания второй (ортогональной) моды подавляются, а выходной сигнал формируют так, чтобы он был пропорционален амплитуде силы, прикладываемой для подавления колебаний второй (ортогональной) моды. Эта сила равна по величине кориолисовой силе, поэтому пропорциональна измеряемой угловой скорости.A known control method [1] is to excite self-oscillations of the first mode with stabilization of the amplitude of the oscillation velocity, the phase of the exciting force corresponding to the phase of the oscillation velocity in the first mode, the oscillations of the second (orthogonal) mode are suppressed, and the output signal is formed so that it is proportional to the amplitude the force applied to suppress the oscillations of the second (orthogonal) mode. This force is equal in magnitude to the Coriolis force, therefore, it is proportional to the measured angular velocity.
Недостаток данного способа заключается в том, что гироскопические датчики угловой скорости, в которых он реализован, имеют низкую точность. Погрешности таких датчиков имеют следующие основные составляющие:The disadvantage of this method is that the gyroscopic angular velocity sensors in which it is implemented have low accuracy. Errors of such sensors have the following main components:
- квадратичная нелинейность преобразования;- quadratic nonlinearity of the transformation;
- температурная зависимость смещения нуля, вызванная температурной зависимостью погрешностей, возникающих при усилении и фазочувствительном детектировании сигнала, пропорционального скорости колебаний второй (ортогональной) моды, т.к. эта скорость имеет очень низкий уровень из-за подавления колебаний.- the temperature dependence of the zero offset, caused by the temperature dependence of the errors arising from amplification and phase-sensitive detection of a signal proportional to the oscillation velocity of the second (orthogonal) mode, because this speed is very low due to vibration suppression.
Известен способ [2] управления, заключающийся в возбуждении автоколебаний первой моды со стабилизацией амплитуды скорости колебаний и одновременным возбуждением автоколебания второй (ортогональной) моды со стабилизацией амплитуды скорости, причем фаза возбуждающих сил при линейных колебаниях или моментах при угловых колебаниях соответствует фазе сигнала, пропорционального сумме скоростей колебаний в первой моде и во второй (ортогональной) моде, а выходной сигнал формируют так, чтобы он был пропорционален разности амплитуд возбуждающих сил или моментов.There is a control method [2], which consists in the excitation of self-oscillations of the first mode with stabilization of the amplitude of the oscillation velocity and the simultaneous excitation of self-oscillations of the second (orthogonal) mode with stabilization of the velocity amplitude, the phase of the excitation forces during linear oscillations or angular momenta corresponding to the phase of the signal proportional to the sum oscillation velocities in the first mode and in the second (orthogonal) mode, and the output signal is formed so that it is proportional to the difference in amplitudes exciting their strengths or moments.
Недостатки известного способа, обусловленные стабилизацией амплитуды скорости, проявляются при разночастотности, т.е. когда резонансная частота ƒ1 первой моды отличается от резонансной частоты ƒ2 второй (ортогональной) моды.The disadvantages of this method, due to stabilization of the amplitude of the speed, are manifested at different frequencies, i.e. when the resonant frequency ƒ 1 of the first mode is different from the resonant frequency ƒ 2 of the second (orthogonal) mode.
Скорость колебаний в моде, имеющей меньшую резонансную частоту, будет отставать по фазе от возбуждающей силы, а в моде с большей резонансной частотой - опережать. То есть, кроме составляющей, совпадающей по фазе с возбуждающей силой, появляются составляющие, смещенные на минус 90° и на +90°, амплитуды которых зависят от величины разночастотности Δƒ=ƒ1-ƒ2.The oscillation velocity in a mode with a lower resonant frequency will lag behind the exciting force in phase, and in a mode with a higher resonant frequency it will be ahead. That is, in addition to the component coinciding in phase with the exciting force, there appear components shifted by minus 90 ° and + 90 °, the amplitudes of which depend on the magnitude of the different frequencies Δƒ = ƒ 1 -ƒ 2 .
При стабилизации амплитуды скорости это приводит к смещению нуля и изменению коэффициента преобразования. Стабилизация амплитуды составляющей скорости колебаний, совпадающей по фазе с возбуждающей силой, устраняет этот недостаток.When stabilizing the amplitude of the velocity, this leads to a shift of zero and a change in the conversion coefficient. Stabilization of the amplitude of the component of the oscillation velocity, which coincides in phase with the exciting force, eliminates this disadvantage.
Технический результат заключается в повышении точности кориолисова гироскопического датчика угловой скорости.The technical result consists in increasing the accuracy of the Coriolis gyroscopic angular velocity sensor.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является стабилизация амплитуды составляющей скорости колебаний, совпадающей по фазе с возбуждающей силой.The problem to which the present invention is directed, is to stabilize the amplitude of the component of the oscillation velocity, which coincides in phase with the exciting force.
Эта задача решается за счет того, что в способе управления чувствительным элементом и формирования выходного сигнала вибрационного кориолисова гироскопического датчика угловой скорости, заключающемся в одновременном возбуждении автоколебаний первой и второй (ортогональной) мод, причем фаза возбуждающих сил при линейных колебаниях или моментов при угловых колебаниях соответствует фазе сигнала, пропорционального сумме скоростей колебаний в первой моде и во второй (ортогональной) моде, а выходной сигнал формируется так, чтобы он был пропорционален разности амплитуд возбуждающих сил или моментов, согласно изобретению стабилизируют амплитуду составляющей скорости колебаний, которую выделяют путем фазочувствительного выпрямления с использованием фазы сигнала, пропорционального сумме скоростей колебаний в первой и во второй (ортогональной) моде.This problem is solved due to the fact that in the method of controlling the sensitive element and generating the output signal of the vibrational Coriolis gyroscopic angular velocity sensor, which consists in the simultaneous excitation of self-oscillations of the first and second (orthogonal) modes, and the phase of the exciting forces during linear oscillations or moments during angular oscillations corresponds to phase of the signal proportional to the sum of the oscillation velocities in the first mode and in the second (orthogonal) mode, and the output signal is formed so that it is pr proportional to the difference of the amplitudes of the exciting forces or moments, according to the invention stabilize the amplitude of the vibration velocity component, which is isolated by phase-sensitive rectification with a signal phase that is proportional to the sum of the velocity oscillations in the first and in the second (orthogonal) fashion.
Отличительным признаком заявленного способа является стабилизация амплитуды составляющей скорости колебаний, выделяемой путем фазочувствительного выпрямления с использованием фазы сигнала, пропорционального сумме колебаний в первой и второй (ортогональной) моде.A distinctive feature of the claimed method is the stabilization of the amplitude of the component of the oscillation velocity, allocated by phase-sensitive rectification using the phase of the signal proportional to the sum of the oscillations in the first and second (orthogonal) mode.
На фиг. 1, 2 показаны поведения во времени скоростей автоколебаний 1-й моды и 2-й моды соответственно.In FIG. Figures 1 and 2 show the time behavior of the self-oscillation velocities of the 1st mode and 2nd mode, respectively.
На фиг. 3: 1 – сигнал, пропорциональный сумме скоростей колебаний в 1-й моде и 2-й (ортогональной) моде; 2 - поведение во времени возбуждающей силы 1-й моды; 3 - поведение во времени возбуждающих сил 2-й моды фазы сигналов возбуждающих сил 1-й и 2-й мод колебаний равны и пропорциональны сумме скоростей колебаний в 1-й и 2-й (ортогональной) моде; 4 - разность амплитуд возбуждающих сил.In FIG. 3: 1 - a signal proportional to the sum of the oscillation velocities in the 1st mode and the 2nd (orthogonal) mode; 2 - behavior in time of the exciting force of the 1st mode; 3 - the behavior in time of the driving forces of the 2nd mode of the phase of the signals of the driving forces of the 1st and 2nd modes of vibration are equal and proportional to the sum of the velocities of the waves in the 1st and 2nd (orthogonal) modes; 4 - the difference in the amplitudes of the exciting forces.
На фиг. 4 изображен процесс фазочувствительного выпрямления амплитуды скорости колебаний 1-й моды, где 1 - поведение во времени составляющей скорости колебаний 1-й моды, 2 - поведение возбуждающей силы во времени 1-й моды колебаний.In FIG. 4 shows the process of phase-sensitive rectification of the amplitude of the oscillation velocity of the 1st mode, where 1 is the behavior in time of the component of the oscillation velocity of the 1st mode, 2 is the behavior of the exciting force in time of the 1st oscillation mode.
На фиг. 5 изображен процесс фазочувствительного выпрямления амплитуды скорости колебаний 2-й (ортогональной) моды, где 1 - поведение во времени составляющей скорости колебаний 2-й (ортогональной) моды, 2 - поведение возбуждающей силы во времени 2-й (ортогональной) моды колебаний.In FIG. Figure 5 shows the process of phase-sensitive rectification of the amplitude of the vibration velocity of the 2nd (orthogonal) mode, where 1 is the behavior in time of the component of the vibration velocity of the 2nd (orthogonal) mode, 2 is the behavior of the exciting force in time of the 2nd (orthogonal) mode.
Способ может быть реализован следующим образом. Для одновременного возбуждения автоколебаний первой и второй (ортогональной) моды со стабилизацией амплитуды скорости колебаний устройство, реализующее способ, должно содержать два контура возбуждения и стабилизации. Каждый контур возбуждения и стабилизации состоит из датчика скорости колебаний моды (например, реализованного в виде проводящей дорожки на чувствительном элементе, первый контакт которой является информационным, а второй соединен с общей шиной питания, и части общей магнитной системы, которая создает магнитный поток, ортогональный осевой линии проводящей дорожки и направлению колебаний) и усилителя сигнала (выполнен на базе операционного усилителя). Сигнал с датчика скорости колебаний моды ЭДС с проводящей дорожки сигнал пропорциональный скорости колебаний, с выхода усилителя поступает на вход фазочувствительного выпрямителя (построенного, например, на управляемых ключах). Сформированный фазочувствительным усилителем сигнал, пропорциональный амплитуде составляющей скорости колебаний, поступает на один из входов элемента сравнения (например, дифференциального усилителя). Усиленный сигнал рассогласования (напряжение), сформированный элементом сравнения, поступает на вход схемы коммутации. Устройство, реализующее способ, должно также содержать датчик силы (например, состоящий из проводящей дорожки, параллельной токопроводящей дорожке датчика скорости колебаний и находящейся в том же рабочем зазоре части общей магнитной системы).The method can be implemented as follows. For the simultaneous excitation of self-oscillations of the first and second (orthogonal) modes with stabilization of the amplitude of the oscillation velocity, the device that implements the method should contain two excitation and stabilization circuits. Each excitation and stabilization circuit consists of a mode vibration velocity sensor (for example, implemented as a conductive track on a sensing element, the first contact of which is informational, and the second is connected to a common power bus, and a part of the common magnetic system that creates a magnetic flux orthogonal to the axial the line of the conductive track and the direction of oscillation) and the signal amplifier (based on the operational amplifier). The signal from the EMF mode vibration velocity sensor from the conducting track is a signal proportional to the oscillation speed, from the amplifier output goes to the input of a phase-sensitive rectifier (built, for example, on controlled keys). The signal generated by the phase-sensitive amplifier, proportional to the amplitude of the component of the oscillation velocity, is fed to one of the inputs of the comparison element (for example, a differential amplifier). The amplified error signal (voltage) generated by the comparison element is fed to the input of the switching circuit. A device that implements the method should also contain a force sensor (for example, consisting of a conductive path parallel to the conductive path of the vibration velocity sensor and part of the common magnetic system located in the same working gap).
Устройство также должно содержать источник опорного сигнала (источник опорного напряжения). Опорный сигнал с него поступает на вторые входы элементов сравнения. Для формирования сигнала, пропорционального сумме скоростей колебаний, в устройстве можно использовать сумматор (выполненный, например, на базе операционного усилителя), на первый вход которого поступает сигнал, пропорциональный скорости колебаний первой моды, с усилителя сигнала контура возбуждения первой моды, а на второй - с усилителя сигнала контура возбуждения второй (ортогональной) моды, источник и элемент формирования выходного сигнала, пропорционального разности амплитуд возбуждающих сил.The device must also contain a reference signal source (reference voltage source). The reference signal from it is supplied to the second inputs of the comparison elements. To generate a signal proportional to the sum of the oscillation velocities, an adder (made, for example, based on an operational amplifier) can be used in the device, the first input of which receives a signal proportional to the oscillation velocity of the first mode from the signal amplifier of the excitation circuit of the first mode, and to the second from the signal amplifier of the excitation circuit of the second (orthogonal) mode, the source and the element for generating the output signal proportional to the difference in the amplitudes of the exciting forces.
Источники информацииInformation sources
1. Weinberg М. et al. A Micromachined Comb Drive Tuning Fork Gyroscope for Commercial Applications. - The 2nd Saint Petersburg International Conference on Gyroscopic Technology and Navigation. - CSRI "Elektropribor", 1995. - Part 2. - P. 79.1. Weinberg M. et al. A Micromachined Comb Drive Tuning Fork Gyroscope for Commercial Applications. - The 2nd Saint Petersburg International Conference on Gyroscopic Technology and Navigation. - CSRI "Elektropribor", 1995. -
2. Былинкин С.Ф. и другие. Способ управления чувствительным элементом и формирования выходного сигнала вибрационного кориолисова гироскопического датчика угловой скорости и устройство для его осуществления - Патент РФ №2315953 (прототип).2. Bylinkin S.F. and others. A method of controlling a sensitive element and generating an output signal of a vibrational Coriolis gyroscopic angular velocity sensor and a device for its implementation - RF Patent No. 2315953 (prototype).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017113171A RU2665832C1 (en) | 2017-04-17 | 2017-04-17 | Method of management of sensitive element and formation of output signal of vibration coriolis of gyroscopic sensor of corner speed |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017113171A RU2665832C1 (en) | 2017-04-17 | 2017-04-17 | Method of management of sensitive element and formation of output signal of vibration coriolis of gyroscopic sensor of corner speed |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2665832C1 true RU2665832C1 (en) | 2018-09-04 |
Family
ID=63460152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017113171A RU2665832C1 (en) | 2017-04-17 | 2017-04-17 | Method of management of sensitive element and formation of output signal of vibration coriolis of gyroscopic sensor of corner speed |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2665832C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2085849C1 (en) * | 1995-12-27 | 1997-07-27 | ТОО-Научно-производственная компания "Вектор" | Micromechanical vibratory gyroscope (versions) |
| US5893054A (en) * | 1993-09-07 | 1999-04-06 | Boeing North American, Inc. | Amplitude detection and automatic gain control of a sparsely sampled sinusoid by computation including a hilbert transform |
| RU2194249C1 (en) * | 2001-05-04 | 2002-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ижевский электромеханический завод "Купол" | Method and device for reading and controlling solid-body wave gyroscope |
| RU2315953C1 (en) * | 2006-05-30 | 2008-01-27 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Method of control of sensitive element and forming output signal of vibration corolis gyroscopic angular-rate sensor and device for realization of this method |
-
2017
- 2017-04-17 RU RU2017113171A patent/RU2665832C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5893054A (en) * | 1993-09-07 | 1999-04-06 | Boeing North American, Inc. | Amplitude detection and automatic gain control of a sparsely sampled sinusoid by computation including a hilbert transform |
| RU2085849C1 (en) * | 1995-12-27 | 1997-07-27 | ТОО-Научно-производственная компания "Вектор" | Micromechanical vibratory gyroscope (versions) |
| RU2194249C1 (en) * | 2001-05-04 | 2002-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ижевский электромеханический завод "Купол" | Method and device for reading and controlling solid-body wave gyroscope |
| RU2315953C1 (en) * | 2006-05-30 | 2008-01-27 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Method of control of sensitive element and forming output signal of vibration corolis gyroscopic angular-rate sensor and device for realization of this method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6321598B1 (en) | Angular velocity sensor device having oscillators | |
| Hu et al. | A parametrically amplified MEMS rate gyroscope | |
| JP2009025283A (en) | Integrated accelerometer and angular velocity meter system | |
| JP2007513344A (en) | Method for compensating quadrature bias in a Coriolis angular velocity meter, and Coriolis angular velocity meter suitable therefor | |
| KR100454045B1 (en) | Angular velocity sensor | |
| JP2009229152A (en) | Angular velocity sensor | |
| JP2005249646A (en) | Tuning fork type oscillator for angular velocity sensor, angular velocity sensor using the oscillator, and automobile using the angular velocity sensor | |
| JP2012037499A (en) | Gyro sensor driving device | |
| RU2665832C1 (en) | Method of management of sensitive element and formation of output signal of vibration coriolis of gyroscopic sensor of corner speed | |
| JP3170977B2 (en) | Vibrator drive detection circuit | |
| RU2315953C1 (en) | Method of control of sensitive element and forming output signal of vibration corolis gyroscopic angular-rate sensor and device for realization of this method | |
| KR100415076B1 (en) | Method of detecting angular velocity and vibrating gyroscope | |
| JPH0656300B2 (en) | Vibration type angular velocity detector | |
| JP2975262B2 (en) | Vibrating gyroscope detection circuit | |
| JPS62148812A (en) | Gyroscope device | |
| JPH10206166A (en) | Vibration-type gyroscope | |
| JP2998248B2 (en) | Angular velocity sensor device | |
| KR940005945A (en) | Oscillator Gyroscope Measuring Device | |
| JP2548679B2 (en) | Vibrating gyroscope | |
| RU2393428C1 (en) | Compensation-type micromechanical gyroscope | |
| JP3035161B2 (en) | Vibrating gyroscope | |
| JP3166484B2 (en) | Vibrating gyro | |
| JP2000136934A (en) | Detection-signal processor for angular velocity sensor | |
| JP4591787B2 (en) | Vibrator and angular velocity measuring device | |
| JPS6350716A (en) | Vibration type angular velocity detector |