RU2688834C2

RU2688834C2 - Method for determining mass imbalance of hemispherical resonator for solid-state wave gyroscope

Info

Publication number: RU2688834C2
Application number: RU2017136029A
Authority: RU
Inventors: Сергей Борисович Назаров; Георгий Александрович Трутнев; Александр Вячеславович Кривов; Константин Кимович Перевозчиков
Original assignee: Акционерное общество "Ижевский электромеханический завод "Купол"
Priority date: 2017-10-10
Filing date: 2017-10-10
Publication date: 2019-05-22
Also published as: RU2017136029A; RU2017136029A3

Abstract

FIELD: measuring equipment.SUBSTANCE: invention relates to the production of solid-state wave gyroscopes. Method of determining the mass imbalance of the hemispherical resonator of a solid-state wave gyroscope further comprises the steps of measuring the response in the support at the point of attachment of the resonator, and the mathematical processing of the signal consists in determining the magnitude of the amplitude and the angular position of the oscillations relative to the excitation sensors, calculated using theformula, where ais the amplitude of the signal from the first piezoelectric sensor, ais the amplitude of the signal from the second piezoelectric sensor, ais the amplitude of the signal from the third piezoelectric sensor, A is the oscillation amplitude;where ϕ – the angular position of the oscillations of the legs relative to the excitation sensors.EFFECT: technical result – improving the accuracy of determining the defects of the resonator.3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к производству твердотельных волновых гироскопов. При производстве резонатора твердотельного волнового гироскопа (ТВГ) из-за технологических дефектов появляются погрешности, которые приводят к расщеплению собственных частот резонатора, снижению добротности вследствие конструктивного демпфирования. Все эти дефекты отрицательно сказываются на точностных характеристиках прибора. Ряд дефектов устраняется балансировкой. В ходе балансировки влияние дефектов компенсируется путем удаления небольшого количества вещества из определенных мест полусферического резонатора.The invention relates to the production of solid-state wave gyroscopes. In the production of a solid-state wave gyroscope resonator (TVG), due to technological defects, errors appear that lead to splitting of the natural frequencies of the resonator, reducing the quality factor due to constructive damping. All these defects adversely affect the accuracy characteristics of the device. A number of defects are eliminated by balancing. During balancing, the effect of defects is compensated by removing a small amount of a substance from certain places in a hemispherical resonator.

Известен способ балансировки полусферического резонатора волнового твердотельного гироскопа и устройство для его осуществления (RU 2147117, публ. 27.03.2000 г.), включающий закрепление резонатора за ножку, установку датчиков возбуждения и измерения и удаление неуравновешенной массы. Пьезоэлектрический датчик устанавливают на свободном конце ножки резонатора для измерения его перемещения, возбуждают колебания резонатора, измеряют напряжение пьезоэлектрического датчика для различных ориентаций стоячей волны в резонаторе, рассчитывают неуравновешенную массу путем математической обработки полученных экспериментальных данных и удаляют неуравновешенную массу с поверхности полусферической оболочки резонатора.There is a method of balancing a hemispherical resonator wave solid-state gyroscope and a device for its implementation (RU 2147117, publ. 03/27/2000), including attaching the resonator to the leg, installing excitation sensors and measuring and removing unbalanced mass. The piezoelectric sensor is installed at the free end of the resonator legs to measure its movement, excite the resonator oscillations, measure the voltage of the piezoelectric sensor for different orientations of the standing wave in the resonator, calculate the unbalanced mass by mathematical processing of the experimental data and remove the unbalanced mass from the surface of the hemispherical shell of the resonator.

Недостатком известного способа является отсутствие возможности регистрировать реакцию в опоре крепления и определять момент сил, позволяющий проводить балансировку по всей поверхности полусферы. Так же из-за ограниченного количества измерительных датчиков ограничивается точность измерений.The disadvantage of this method is the inability to register the reaction in the support mounting and to determine the moment of forces that allows balancing over the entire surface of the hemisphere. Also, due to the limited number of measurement sensors, measurement accuracy is limited.

Задачей заявляемого способа является повышение точности определения дефектов резонатора.The objective of the proposed method is to improve the accuracy of determining the defects of the resonator.

Указанный технический результат достигается тем, что способ определения дисбаланса масс полусферического резонатора твердотельного волнового гироскопа включает закрепление резонатора за ножку, установку датчиков возбуждения и измерения, возбуждение колебаний резонатора, регистрацию сигналов с датчиков для различных ориентации стоячей волны в резонаторе, расчет неуравновешенной массы путем математической обработки полученных экспериментальных данных для дальнейшей балансировки резонатора, при этом дополнительно измеряют реакцию в опоре в месте крепления резонатора.This technical result is achieved in that the method for determining the mass imbalance of a hemispherical resonator of a solid-state wave gyro includes attaching a resonator to a leg, installing excitation and measurement sensors, exciting resonator oscillations, recording signals from sensors for different orientations of a standing wave in the resonator, calculating an unbalanced mass by mathematical processing the experimental data obtained to further balance the resonator, while additionally measuring the response You are in a support in the place where the resonator is attached.

В месте крепления резонатора устанавливают, по крайней мере, один дискретный измерительный датчик, а также измерительные датчики устанавливают на свободном конце ножки со стороны внешней полусферы.At least one discrete measuring sensor is installed in the mounting location of the resonator, and the measuring sensors are installed on the free end of the leg from the outer hemisphere.

Дискретный контакт в месте крепления ножки резонатора позволяет ввести в зону сопряжения датчики, число которых три или более, и провести более точные измерения перемещений во время возбуждения резонатора для различных ориентаций стоячей волны. Большее число датчиков позволяет провести более точную обработку полученных сигналов и повысить точность балансировки путем удаления неуравновешенной массы с поверхности полусферической оболочки резонатора.The discrete contact at the point of attachment of the resonator leg allows you to enter into the interface zone sensors, the number of which is three or more, and to make more accurate measurements of movements during the excitation of the resonator for different orientations of the standing wave. A larger number of sensors allows for more accurate processing of the received signals and improving the balancing accuracy by removing the unbalanced mass from the surface of the hemispherical shell of the resonator.

Устройство для определения дисбаланса масс полусферического резонатора ТВГ поясняется рисунком и содержит резонатор 1, датчики возбуждения 2, опору для установки ножки резонатора (цанговый зажим) 3, датчики измерения 4. Датчики 4 установлены как в месте крепления резонатора, так и на свободном конце ножки резонатора.A device for determining the mass imbalance of a hemispherical tug resonator is illustrated by a pattern and contains a resonator 1, excitation sensors 2, a support for mounting the resonator legs (collet clamp) 3, measurement sensors 4. Sensors 4 are installed both at the mounting location of the resonator and at the free end of the resonator foot .

Дополнительные датчики позволяют измерять реакцию в опоре крепления резонатора для определения потери энергии колебаний резонатора в месте крепления. Число дискретных датчиков превышает число возможных уравнений равновесия, больше трех, что путем пересчета позволяет получить более точный результат о дисбалансе.Additional sensors allow you to measure the response in the mounting support of the resonator to determine the energy loss of the oscillations of the resonator at the mounting location. The number of discrete sensors exceeds the number of possible equilibrium equations, more than three, which, by recalculation, allows us to obtain a more accurate unbalance result.

Как частный случай можно выбрать три пьезоэлектрических датчика, расположенных в месте зажима резонатора. Датчики должны располагаться на равном удалении и под равным углом друг относительно друга.As a special case, you can choose three piezoelectric sensors located at the clamping point of the resonator. Sensors should be located at equal distance and at an equal angle relative to each other.

Способ для определения дисбаланса масс полусферического резонатора ТВГ реализуют следующим образом.The method for determining the mass imbalance of a hemispherical resonator tug implemented as follows.

Закрепляют резонатор 1 за ножку в месте зажима 3 с датчиками измерения 4, устанавливают датчики возбуждения 2. Датчики измерения 4 устанавливают в месте зажима для измерения реакций в опоре и на свободном конце ножки резонатора 1. Возбуждают колебания резонатора 1, регистрируют сигналы с датчиков 4 для различных ориентаций стоячей волны в резонаторе. Рассчитывают неуравновешенные массы путем математической обработки полученных экспериментальных данных для дальнейшей балансировки резонатора.Fix the resonator 1 by the leg at the clamping point 3 with measurement sensors 4, excitation sensors 2 are installed. Measurement sensors 4 are installed at the clamping point to measure reactions in the support and at the free end of the resonator foot 1. The oscillations of the resonator 1 are excited, signals from sensors 4 are recorded for different orientations of the standing wave in the resonator. Unbalanced masses are calculated by mathematical processing of the obtained experimental data for further balancing of the resonator.

Математическая обработка сигнала заключается в определении величины амплитуды и углового положения колебаний относительно датчиков возбужденияMathematical signal processing is to determine the magnitude of the amplitude and the angular position of the oscillations relative to the excitation sensors

, где

where

a1 - амплитуда сигнала с первого пьезоэлектрического датчика;a1 is the amplitude of the signal from the first piezoelectric sensor;

а2 - амплитуда сигнала со второго пьезоэлектрического датчика;A2 is the amplitude of the signal from the second piezoelectric sensor;

а3 - амплитуда сигнала с третьего пьезоэлектрического датчика;a3 is the amplitude of the signal from the third piezoelectric sensor;

А - амплитуда колебаний.And - the amplitude of oscillation.

, где

where

ϕ - угловое положение колебаний ножки относительно датчиков возбуждения.ϕ - the angular position of the oscillations of the legs relative to the excitation sensors.

Способ позволяет проводить измерение одновременно несколькими датчиками, определять колебания всей ножки, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении, рассчитывать момент колебаний ножки для определения расположения дефекта масс не только на кромке резонатора, но и на всей полусфере. Наличие нескольких измерительных датчиков позволяет получить более точную информацию о дисбалансе.The method allows to measure simultaneously by several sensors, to determine the oscillations of the entire leg, both in the horizontal and in the vertical direction, to calculate the moment of oscillation of the leg to determine the location of the mass defect not only on the edge of the resonator, but also on the whole hemisphere. The presence of several measuring sensors provides more accurate information about the imbalance.

Способ позволяет определять момент действующих сил [1], что позволяет определить не только угловое положение дефекта на кромке резонатора, но и определять расположение дефекта по всей поверхности полусферы резонатора.The method allows to determine the moment of acting forces [1], which allows to determine not only the angular position of the defect on the edge of the resonator, but also to determine the location of the defect over the entire surface of the resonator hemisphere.

Данный способ позволяет проводить измерение реакций непосредственно в опоре закрепления. Использование датчиков на наружной ножке резонатора дополняет информацию о колебательной картине резонатора.This method allows measurement of reactions directly in the fixing support. The use of sensors on the outer leg of the resonator complements the information on the oscillatory pattern of the resonator.

1. Жбанов Ю.К., Каленова Н.В. «Поверхностный дебаланс волнового твердотельного гироскопа» // Изв. РАН. МТТ. 2001. №3. С. 11-18.1. Zhbanov Yu.K., Kalenova N.V. “Surface unbalance of a wave solid-state gyroscope” // Izv. RAS. MTT. 2001. №3. Pp. 11-18.

Claims

1. The method of determining the mass imbalance of a hemispherical resonator of a solid-state wave gyroscope, including attaching a resonator to a leg, installing excitation and measurement sensors, exciting resonator oscillations, recording signals from sensors for different orientations of the standing wave in the resonator, calculating the experimental data for further balancing the resonator, characterized in that it additionally measures the response in the support at the place of attachment of the resonator a and mathematical signal processing is to determine the magnitude of the amplitude and angular position with respect to the excitation vibrations sensors, calculated by the formula

where a1 is the amplitude of the signal from the first piezoelectric sensor;

A2 is the amplitude of the signal from the second piezoelectric sensor;

a3 is the amplitude of the signal from the third piezoelectric sensor;

And - the amplitude of oscillation;

where ϕ - the angular position of the oscillations of the legs relative to the excitation sensors.

2. The method according to p. 1, characterized in that the measuring sensors are installed on the free end of the legs from the outer hemisphere.

3. The method according to p. 1, characterized in that determine the moment of the acting forces, allowing to determine not only the angular position of the defect on the edge of the resonator, but also to determine the location of the defect over the entire surface of the resonator hemisphere.