RU2704334C1 - Method of reading and controlling oscillations of wave solid-state gyroscope - Google Patents

Method of reading and controlling oscillations of wave solid-state gyroscope Download PDF

Info

Publication number
RU2704334C1
RU2704334C1 RU2019109616A RU2019109616A RU2704334C1 RU 2704334 C1 RU2704334 C1 RU 2704334C1 RU 2019109616 A RU2019109616 A RU 2019109616A RU 2019109616 A RU2019109616 A RU 2019109616A RU 2704334 C1 RU2704334 C1 RU 2704334C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
resonator
oscillations
electrodes
dimension
mode
Prior art date
Application number
RU2019109616A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Михайлович Климов
Виктор Филиппович Журавлев
Сергей Егорович Переляев
Алексей Викторович Алехин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук
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 учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук
Priority to RU2019109616A priority Critical patent/RU2704334C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2704334C1 publication Critical patent/RU2704334C1/en

Links

Abstract

FIELD: metrology.
SUBSTANCE: invention relates to the field of metrology, in particular to gyroscopes. Method of reading and controlling oscillations of wave solid-state gyroscope (WSG) includes installation inside resonator of excitation, extraction and control unit (EEC) with odd and simple number n of information extraction electrodes uniformly installed in circumferential direction and m control electrodes, excitation in the resonator of oscillations of the second mode, recording of output signals from electrodes of information extraction and their mathematical processing with determination of parameters of one or more standing waves and feed on voltage control voltages for maintaining in the resonator oscillations of the second mode formed for each separate electrode in accordance with the ratios established for this purpose. In the WSG resonator vibrations of the third operating mode are excited simultaneously with oscillations on the second mode, and for its maintenance on control electrodes of unit EEC simultaneously with voltage of second mode maintaining voltage is supplied, formed for each separate electrode in accordance with established mathematical relationships.
EFFECT: higher accuracy of integrating gyroscope and reduced uncompensated drift.
1 cl

Description

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при создании прецизионных волновых твердотельных гироскопов и систем ориентации и навигации на их основе.The invention relates to the field of precision instrumentation and can be used to create precision wave solid-state gyroscopes and orientation systems and navigation based on them.

Известен способ считывания и управления волнового твердотельного гироскопа (ВТГ), заключающийся в том, что генерируют оптические излучения, направляют их на резонатор, имеющий светоотражающую поверхность, отражаясь от которой оптические излучения попадают на фоточувствительные приемники. Определяют параметры одной или более стоячих волн посредством выполнения действий над сигналами фоточувствительных приемников и подают управляющие сигналы. При этом генерируют когерентные оптические излучения в четном числе волоконно-оптических интерферометрах Фабри-Перо, все выходящие оптические излучения располагают равномерно по окружности, симметричной оси резонатора, и направляют по радиусам резонатора, многократно отражают между поверхностями, преобразуют в интерферометрах периодические временные распределения освещенности в периодические электрические сигналы, по которым определяют параметры одной или более стоячих волн (RU 2009 144 432 [1]). Недостатком известного способа является то, что при его реализации используется большое четное число электродов съема и управления, которое приводит к наличию в выходном сигнале интегрирующего гироскопа дополнительной четвертой гармоники погрешностей колебаний резонатора. Эта составляющая сигнала приводит к дополнительному систематическому дрейфу ВТГ, компенсация которого практически невозможна с помощью существующей системы электродов съема сигналов и силовых электродов управления. Кроме того, способ реализуется с помощью достаточно сложной системы съема информации.    A known method of reading and controlling a wave solid-state gyroscope (VTG), which consists in the fact that they generate optical radiation, direct them to a resonator having a reflective surface, reflecting from which optical radiation falls on photosensitive receivers. The parameters of one or more standing waves are determined by performing actions on the signals of the photosensitive receivers and supply control signals. In this case, coherent optical radiation is generated in an even number of Fabry-Perot fiber-optic interferometers, all outgoing optical radiation is distributed uniformly around a circle symmetrical to the axis of the resonator, and they are directed along the radius of the resonator, repeatedly reflected between surfaces, periodic periodic light distributions are converted into interferometers into periodic electrical signals that determine the parameters of one or more standing waves (RU 2009 144 432 [1]). The disadvantage of this method is that when it is implemented, a large even number of pick-up and control electrodes is used, which leads to the presence of an additional fourth harmonic of resonator oscillation errors in the output signal of the integrating gyroscope. This component of the signal leads to an additional systematic drift of the VTG, the compensation of which is almost impossible with the help of the existing system of signal pickup electrodes and power control electrodes. In addition, the method is implemented using a fairly complex system of information retrieval.

Известен способ считывания и управления твердотельного волнового гироскопа, включающий считывание сигналов колебаний резонатора и подачу управляющих сигналов при реализации которого частично решается проблема подавления квадратурных колебаний (RU 2185601 [2]). Для реализации способа генерируют оптические излучения источниками оптического излучения, направляют их на резонатор, имеющий светоотражающую поверхность, отражаясь от которой, оптические излучения попадают на фоточувствительные приемники, и определяют параметры одной или более стоячих волн посредством выполнения операций обработки сигналов фоточувствительных приемников, включающих, например, усиление и преобразование сигналов.A known method of reading and controlling a solid-state wave gyroscope, including reading the oscillation signals of the resonator and supplying control signals during the implementation of which the problem of suppressing quadrature oscillations is partially solved (RU 2185601 [2]). To implement the method, optical radiation is generated by optical radiation sources, directed to a resonator having a reflective surface, reflected from which, the optical radiation is incident on photosensitive receivers, and the parameters of one or more standing waves are determined by performing signal processing operations of photosensitive receivers, including, for example, amplification and signal conversion.

При включении гироскопа происходит возбуждение колебаний резонатора на одной из собственных мод стоячих волн электродом управления, подключенным к схеме возбуждения электронного блока управления. При колебаниях резонатора изменяется величина оптического потока источников оптического излучения, отраженного от торцевой поверхности или от внутренней поверхности и попадающего на фоточувствительные приемники. При нахождении стоячей волны между фоточувствительными приемниками изменение величины оптического потока для второй собственной моды стоячей волны по соответствующим осям пропорционально удвоенному косинусу и синусу угла положения пучности стоячей волны. Изменение оптического потока вызывает изменение величины, например, светового тока для фотодиодов и, соответственно, изменение амплитуды напряжений на выходе устройства преобразования сигналов фоточувствительных приемников.When the gyroscope is turned on, resonator oscillations are excited on one of the eigenmodes of standing waves by a control electrode connected to the excitation circuit of the electronic control unit. When the resonator oscillates, the magnitude of the optical flux of the optical radiation sources changes, reflected from the end surface or from the inner surface and incident on the photosensitive receivers. When a standing wave is found between photosensitive receivers, the change in the optical flux for the second eigenmode of the standing wave along the corresponding axes is proportional to the doubled cosine and sine of the angle of the antinode position of the standing wave. A change in the optical flux causes a change in the magnitude, for example, of the light current for the photodiodes and, accordingly, a change in the amplitude of the voltages at the output of the signal conversion device of the photosensitive receivers.

Основными недостатками являются использование четного числа электродов съема и управления, которое приводит к наличию в выходном сигнале интегрирующего гироскопа дополнительной четвертой гармоники погрешностей колебаний резонатора, которая приводит к дополнительному систематическому дрейфу ВТГ, компенсация которого весьма затруднительна с помощью существующей четной системы электродов съема сигналов и силовых электродов управления.   The main disadvantages are the use of an even number of pick-up and control electrodes, which leads to the presence in the output signal of the integrating gyroscope of an additional fourth harmonic of resonator oscillation errors, which leads to an additional systematic VTG drift, the compensation of which is very difficult using the existing even system of pick-up electrodes of signals and power electrodes management.

Такое четное число электродов создает вышеназванные причины возникновения дополнительных колебаний резонатора ВТГ на четвертой гармонике, которая не может быть минимизирована или полностью скомпенсирована в существующих конструкциях гироскопа и при существующих алгоритмах съема информации и управления функционированием всего прибора и, в конечном итоге, вызывает некомпенсируемый инструментальный дрейф классического волнового гироскопа. Кроме того, способ реализуется с помощью достаточно сложной системы съема информации.Such an even number of electrodes creates the above reasons for the appearance of additional oscillations of the VTG resonator at the fourth harmonic, which cannot be minimized or completely compensated in existing gyroscope designs and with existing algorithms for acquiring information and controlling the operation of the entire device and, ultimately, causes an uncompensated instrumental drift of the classical wave gyroscope. In addition, the method is implemented using a fairly complex system of information retrieval.

Известен способ считывания и управления волнового твердотельного гироскопа (RU 2194249 [3]). Способ включает генерацию задающих напряжений, подачу задающих напряжений на электроды корпуса и резонатора и определение параметров одной или более стоячих волн. Также генерируют набор сигналов управления и опорного напряжения, причем сигналы управления включают составляющие напряжения высокой частоты для питания емкостных преобразователей перемещений, образованных электродом резонатора и электродами корпуса, и напряжения управления для стабилизации амплитуды колебаний резонатора и подавления квадратурных колебаний. Подают сигналы управления на электроды корпуса, а опорное напряжение - на электрод резонатора, выполняют операции над сигналами с емкостных преобразователей перемещений для выделения сигналов колебаний резонатора. Причем операции включают в себя дифференциальное суммирование сигналов с емкостных преобразователей перемещений, расположенных по первой основной оси колебаний резонатора, умножение полученного сигнала на временную функцию прямоугольных импульсов A0(t) и заданную функцию времени F0(t), за которым следует фильтрация нижних частот, и дифференциальное суммирование сигналов с емкостных преобразователей перемещений, расположенных по второй основной оси колебаний резонатора, умножение полученного сигнала на временную функцию прямоугольных импульсов A0(t) и заданную функцию времени F0(t), за которым следует фильтрация нижних частот.A known method of reading and controlling a wave solid-state gyroscope (RU 2194249 [3]). The method includes generating reference voltages, supplying reference voltages to the electrodes of the housing and resonator, and determining the parameters of one or more standing waves. A set of control signals and a reference voltage is also generated, the control signals including high-frequency voltage components for powering the capacitive displacement transducers formed by the resonator electrode and the body electrodes, and the control voltage to stabilize the amplitude of the resonator oscillations and suppress quadrature oscillations. They send control signals to the electrodes of the housing, and the reference voltage to the resonator electrode, perform operations on the signals from the capacitive displacement transducers to isolate the oscillation signals of the resonator. Moreover, the operations include differential summation of signals from capacitive displacement transducers located along the first main axis of resonator oscillations, multiplying the received signal by the time function of rectangular pulses A0 (t) and a given time function F0 (t), followed by low-pass filtering, and differential summation of signals from capacitive displacement transducers located along the second main axis of resonator oscillations, multiplying the received signal by the time function of rectangular pulses A0 (t) and a given time function F0 (t), followed by low-pass filtering.

Недостатками являются использование определенного четного числа электродов съема и управления, которое приводит к наличию в выходном сигнале интегрирующего гироскопа дополнительной четвертой гармоники погрешностей колебаний резонатора, которая приводит к дополнительному систематическому дрейфу ВТГ, компенсация которого весьма затруднительна с помощью существующей четной системы электродов съема сигналов и силовых электродов управления. Такое четное число электродов создает вышеназванные причины возникновения дополнительных колебаний резонатора ВТГ на четвертой гармонике, которая не может быть минимизирована или полностью скомпенсирована в существующих конструкциях гироскопа и при существующих алгоритмах съема информации и управления функционированием всего прибора и, в конечном итоге, вызывает некомпенсируемый инструментальный дрейф волнового гироскопа.    The disadvantages are the use of a certain even number of pickup and control electrodes, which leads to the presence of an additional fourth harmonic of oscillator oscillation errors in the output of the integrating gyroscope, which leads to additional systematic drift of the VTG, the compensation of which is very difficult using the existing even system of pickup electrodes of signals and power electrodes management. Such an even number of electrodes creates the above-mentioned reasons for the appearance of additional oscillations of the VTG resonator at the fourth harmonic, which cannot be minimized or completely compensated in existing gyroscope designs and with existing algorithms for acquiring information and controlling the operation of the entire device and, ultimately, causes an uncompensated instrumental wave drift gyroscope.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является способ считывания и управления колебаниями волнового твердотельного гироскопа (ВТГ), который включает генерацию задающих напряжений, подачу задающих напряжений на электроды блока возбуждения, съема и управления (ВСУ) и на полусферу резонатора, регистрацию выходных сигналов с электродов съема информации и их математическую обработку с определением параметров одной или более стоячих волн (RU 2670245 [4]). При этом внутри резонатора устанавливают блок возбуждения, управления и съема с установленными равномерно по окружности нечетным и простым числом n электродов съема информации и m электродов управления, при этом на управляющие электроды подают напряжение, сформированное для каждого отдельного электрода в соответствии со следующими соотношениямиClosest to the claimed in its technical essence is a method of reading and controlling oscillations of a wave solid-state gyroscope (VTG), which includes the generation of reference voltages, the supply of reference voltages to the electrodes of the excitation, removal and control unit (APU) and the hemisphere of the resonator, registration of output signals from electrodes for information retrieval and their mathematical processing with determination of the parameters of one or more standing waves (RU 2670245 [4]). At the same time, an excitation, control, and pickup unit is installed inside the resonator with an odd and simple number n of information pickup electrodes and m control electrodes installed uniformly around the circumference, while the voltage generated for each individual electrode is applied to the control electrodes in accordance with the following relations

Figure 00000001
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000002

где

Figure 00000003
– сигналы напряжений, подаваемые на m – управляющих электродов блока ВСУ, Вольт;Where
Figure 00000003
 - voltage signals supplied to m - control electrodes of the APU unit, Volt;

V0 - опорное напряжение, подаваемое на полусферу резонатора ВТГ, Вольт; V 0 - reference voltage supplied to the hemisphere of the resonator VTG, Volt;

Figure 00000004
- коэффициент обратной связи по амплитуде А колебаний полусферического резонатора ВТГ, размерность
Figure 00000005
;
Figure 00000004
 - feedback coefficient for the amplitude A of the oscillations of the VTG hemispherical resonator, dimension
Figure 00000005
 ;

Figure 00000006
- коэффициент обратной связи по квадратуре
Figure 00000007
 колебаний полусферического резонатора ВТГ, размерность 1/В ;
Figure 00000006
 - quadrature feedback coefficient
Figure 00000007
 oscillations of the VTG hemispherical resonator, dimension 1 / V;

Figure 00000008
- заданная амплитуда колебаний полусферического резонатора ВТГ, которая обеспечивается путем подачи на электроды управления блока ВСУ соответствующего напряжения, Вольт;
Figure 00000008
 - the specified amplitude of the oscillations of the VTG hemispherical resonator, which is achieved by applying to the control electrodes of the APU block the corresponding voltage, Volt;

Figure 00000009
- текущая амплитуда колебаний полусферического резонатора ВТГ, которая пропорциональна соответствующему напряжению, снимаемому с информационных электродов съема, Вольт;
Figure 00000009
 - the current amplitude of the oscillations of the VTG hemispherical resonator, which is proportional to the corresponding voltage taken from the information electrodes of removal, Volts;

Figure 00000010
- сигналы, снимаемые с n-информационных электродов блока ВСУ, на основании которых формируют два базовых сигнала:
Figure 00000010
 - signals taken from the n- information electrodes of the APU block, based on which two basic signals are formed:

Figure 00000011
.
Figure 00000012
Figure 00000011
 .
Figure 00000012

где

Figure 00000013
,
Figure 00000014
- базовые сигналы, формируемые на основании первичных сигналов
Figure 00000015
, снимаемых с n-информационных электродов блока ВСУ; Вольт.Where
Figure 00000013
 ,
Figure 00000014
 - basic signals generated on the basis of primary signals
Figure 00000015
 removed from the n- information electrodes of the APU block; Volt.

Недостатком этого способа является наличие в первичном сигнале инерциального датчика нескомпенсированного инструментального дрейфа ВТГ, отрицательно влияющего на точность измерений прибора.         The disadvantage of this method is the presence in the primary signal of the inertial sensor of an uncompensated instrumental drift of the VTG, which negatively affects the accuracy of the measurement of the device.

Заявляемый способ направлен на повышение точности интегрирующего гироскопа и уменьшение не скомпенсированного дрейфа. The inventive method is aimed at improving the accuracy of the integrating gyroscope and reducing uncompensated drift.

Указанный результат достигается тем, что новый способ считывания и управления колебаниями волнового твердотельного гироскопа (ВТГ) включает установку внутри резонатора блока возбуждения, съема и управления (ВСУ) с равномерно установленными по окружности нечетным и простым числом n электродов съема информации и m электродов управления, возбуждение в резонаторе колебаний второй моды, регистрацию выходных сигналов с электродов съема информации и их математическую обработку с определением параметров одной или более стоячих волн и подачу на управляющие электроды напряжения для поддержания в резонаторе колебаний второй моды, сформированного для каждого отдельного электрода в соответствии со следующими соотношениямиThis result is achieved by the fact that a new method of reading and controlling oscillations of a wave solid-state gyroscope (VTG) involves installing an excitation, pickup and control unit (APU) inside the resonator with an odd and simple number n of information pickup electrodes and m control electrodes uniformly installed around the circumference, excitation in the resonator of oscillations of the second mode, registration of the output signals from the electrodes of information retrieval and their mathematical processing with the determination of the parameters of one or more standing waves and the supply and the control voltage for maintaining the electrodes in the second mode resonator oscillations generated for each individual electrode in accordance with the following relationships

Figure 00000016
(1)
Figure 00000016
 (one)

где:

Figure 00000017
– сигналы переменных напряжений, подаваемые на m – управляющих электродов блока ВСУ, для поддержания второй рабочий моды колебаний, размерность, Вольт;Where:
Figure 00000017
 - signals of alternating voltages supplied to m - control electrodes of the APU block, in order to maintain the second working vibration mode, dimension, Volt;

Figure 00000018
- опорное напряжение, подаваемое на полусферу резонатора, размерность, Вольт;
Figure 00000018
 - reference voltage supplied to the hemisphere of the resonator, dimension, Volt;

Figure 00000019
- коэффициент обратной связи по амплитуде
Figure 00000020
 колебаний полусферического резонатора на второй (N=2) рабочей моде, размерность,
Figure 00000005
;
Figure 00000019
 - amplitude feedback coefficient
Figure 00000020
 oscillations of the hemispherical resonator in the second (N = 2) working mode, dimension,
Figure 00000005
 ;

t – время, сек; t is the time, sec;

Figure 00000021
- коэффициент обратной связи по квадратуре
Figure 00000022
колебаний полусферического резонатора на второй (N=2) рабочей моде, размерность, 1/В;
Figure 00000021
 - quadrature feedback coefficient
Figure 00000022
 hemispherical resonator vibrations in the second (N = 2) working mode, dimension, 1 / V;

Figure 00000023
- заданная амплитуда колебаний полусферического резонатора на второй (N=2) рабочей моде, размерность, Вольт;
Figure 00000023
 - the given amplitude of the oscillations of the hemispherical resonator in the second (N = 2) working mode, dimension, Volt;

Figure 00000024
- текущая амплитуда колебаний полусферического резонатора на второй (N=2) рабочей моде, размерность, Вольт;
Figure 00000024
 - the current amplitude of the hemispherical resonator in the second (N = 2) working mode, dimension, Volt;

Figure 00000025
- сигналы, снимаемые с n-информационных электродов блока ВСУ, на основании которых формируют два базовых измерительных сигнала
Figure 00000025
 - signals recorded from n- information electrodes of the APU block, on the basis of which two basic measuring signals are formed

Figure 00000026
. (2)
Figure 00000026
 . (2)

где:

Figure 00000027
,
Figure 00000028
 - базовые сигналы, формируемые на второй рабочей моде коле-баний резонатора, на основании измерения первичных сигналов
Figure 00000029
, снимаемых с n-информационных электродов блока ВСУ; размерность, Вольт. Where:
Figure 00000027
,
Figure 00000028
 - basic signals generated on the second working mode of the oscillations of the resonator, based on the measurement of primary signals
Figure 00000029
removed fromn-information electrodes of the APU block; dimension, volt.

Figure 00000030
- первичные сигналы, снимаемые с n-информационных электродов,
Figure 00000031
- круговая частота вибраций резонатора на второй рабочей моде.
Figure 00000030
 - primary signals recorded from n- information electrodes,
Figure 00000031
 - the circular vibration frequency of the resonator in the second working mode.

При этом в резонаторе одновременно с колебаниями второй моды возбуждают колебания третьей моды, а для ее поддержания на управляющие электроды одновременно с напряжением поддержания второй моды подают напряжение, сформированное для каждого отдельного электрода в соответствии со следующими соотношениями:In this case, the oscillations of the third mode are simultaneously excited in the resonator along with the oscillations of the second mode, and for its maintenance, the voltage generated for each individual electrode in accordance with the following ratios is supplied to the control electrodes simultaneously with the voltage of the second mode maintenance:

Figure 00000032
(3)
Figure 00000032
 (3)

где

Figure 00000033
– сигналы переменных напряжений, подаваемые на m – управляющих электродов блока ВСУ, для поддержания третьей моды колебаний, размерность, Вольт;Where
Figure 00000033
 - signals of alternating voltages supplied to m - control electrodes of the APU block to maintain the third mode of oscillations, dimension, Volt;

Figure 00000034
- опорное напряжение, подаваемое на полусферу резонатор, размерность, Вольт;
Figure 00000034
 - reference voltage supplied to the hemisphere resonator, dimension, Volt;

Figure 00000035
- коэффициент обратной связи по амплитуде A3 колебаний полусферического резонатора на третьей (N=3) рабочей моде, размерность,
Figure 00000036
;
Figure 00000035
 is the feedback coefficient for the amplitude A 3 of the oscillations of the hemispherical resonator in the third (N = 3) working mode, dimension,
Figure 00000036
 ;

t – время, сек;t is the time, sec;

Figure 00000037
- коэффициент обратной связи по квадратуре
Figure 00000038
 колебаний полусферического резонатора на третьей (N=3) рабочей моде, размерность, 1/В;
Figure 00000037
 - quadrature feedback coefficient
Figure 00000038
 hemispherical resonator vibrations in the third (N = 3) working mode, dimension, 1 / V;

Figure 00000039
- заданная амплитуда колебаний полусферического резонатора на третьей (N=3) рабочей моде, размерность, Вольт;
Figure 00000039
 - the specified amplitude of the oscillations of the hemispherical resonator on the third (N = 3) working mode, dimension, Volt;

Figure 00000025
- сигналы, снимаемые с n-информационных электродов блока ВСУ, на основании которых формируют два базовых измерительных сигнала
Figure 00000025
 - signals recorded from n- information electrodes of the APU block, on the basis of which two basic measuring signals are formed

Figure 00000040
. (4)
Figure 00000040
 . (four)

где:

Figure 00000041
,
Figure 00000042
 - базовые сигналы, формируемые на третьей рабочей моде колебаний резонатора, на основании измерения первичных сигналов
Figure 00000029
, снимаемых с n-информационных электродов блока ВСУ; размерность, Вольт. Where:
Figure 00000041
,
Figure 00000042
 - basic signals generated on the third working mode of resonator oscillations, based on the measurement of primary signals
Figure 00000029
removed fromn-information electrodes of the APU block; dimension, volt.

Figure 00000030
-первичные сигналы, снимаемые с n-информационных электродов,
Figure 00000043
- круговая частота вибраций резонатора на третьей рабочей моде.
Figure 00000030
 primary signals recorded from n- information electrodes,
Figure 00000043
 - the circular vibration frequency of the resonator in the third working mode.

Отличительными признаками заявляемого способа являются возбуждение колебаний третьей моды одновременно с колебаниями второй моды и подача напряжения для их поддержания на управляющие электроды блока ВСУ одновременно с напряжением поддержания второй моды. Причем управляющее напряжение сформировано для каждого отдельного электрода в соответствии с приведенными в формуле изобретения соотношениями. Distinctive features of the proposed method are the excitation of oscillations of the third mode simultaneously with the oscillations of the second mode and the supply of voltage to maintain them on the control electrodes of the APU unit simultaneously with the voltage to maintain the second mode. Moreover, the control voltage is generated for each individual electrode in accordance with the ratios given in the claims.

Реализация принципиально нового синтезированного алгоритма «пушпульного» управления интегрирующим гироскопом возможна с помощью нечетного числа электродов съема информации и нечетного числа электродов управления, входящих в состав комбинированного электромеханического узла возбуждения, съема/управления (ВСУ) и бортового модуля цифровой обработки сигналов на базе современной программируемой логической интегральной схемы обеспечивает полную компенсацию с помощью нового алгоритма съема/управления дополнительной четвертой гармоники погрешностей колебаний полусферического резонатора (ПСР) интегрирующего ВТГ, которая неизбежно возникает и всегда имеет место для второй рабочей моды, и отсутствует для третьей рабочей моды колебаний, что позволит существенно снизить величину нескомпенсированного случайного дрейфа нового гироскопа на один-два порядка и как следствие, повысить точности измерения угла поворота или угловой скорости объекта, на котором предлагается установка инерциального прибора. The implementation of a fundamentally new synthesized algorithm of “push-pull” control by an integrating gyroscope is possible with the help of an odd number of information pickup electrodes and an odd number of control electrodes that are part of the combined electromechanical excitation, pick-up / control (APU) unit and an onboard digital signal processing module based on modern programmable logic integrated circuit provides full compensation with the new pick-up / control algorithm for an additional fourth garm the errors of oscillations of the hemispherical resonator (RPS) of the integrating VTG, which inevitably arises and always takes place for the second working mode, and is absent for the third working mode of oscillations, which will significantly reduce the value of the uncompensated random drift of the new gyroscope by one or two orders of magnitude and, as a result, to increase the accuracy of measuring the angle of rotation or angular velocity of the object on which the installation of an inertial device is proposed.

Сущность заявляемого способа поясняется примером его реализации.The essence of the proposed method is illustrated by an example of its implementation.

Способ реализуется следующим образом.  The method is implemented as follows.

Задаем простое число электродов съема и управления равное семи (n=m=7). Известным образом возбуждаем в теле ВТГ колебания второй рабочей моды. Тогда алгоритм съема и управления формируется следующим образом. Пусть

Figure 00000044
– сигналы, снимаемые с n-информационных электродов, где индексом
Figure 00000045
 обозначен номер электрода, с которого снимается сигнал (
Figure 00000046
). Соседние электроды, как съема информации, так и управления, отстоят друг от друга на фиксированный и заранее известный угол
Figure 00000047
. По этим семи информационным сигналам формируются два сигнала, которые будем называть базовымиWe set a simple number of pick-up and control electrodes equal to seven (n = m = 7). In a known manner, we excite the oscillations of the second working mode in the HTG body. Then the removal and control algorithm is formed as follows. Let be
Figure 00000044
 - signals taken from n-information electrodes, where the index
Figure 00000045
 the number of the electrode from which the signal is taken (
Figure 00000046
 ) Neighboring electrodes, both information retrieval and control, are separated from each other by a fixed and predetermined angle
Figure 00000047
 . Based on these seven information signals, two signals are formed, which we will call basic

Figure 00000048
. (5)
Figure 00000048
 . (5)

Эти сигналы являются функциями времени, и их можно представить в виде           These signals are functions of time, and they can be represented as

Figure 00000049
(6)
Figure 00000049
 (6)

При помощи известной процедуры детектирования выделяются косинусные (основные) составляющие             Using the well-known detection procedure, cosine (main) components are distinguished

Figure 00000050
Figure 00000050
иand
Figure 00000051
Figure 00000051
 , а также синусные (квадратурные) составляющие , as well as sinus (quadrature) components
Figure 00000052
Figure 00000052
 и  and
Figure 00000053
Figure 00000053
 ::

Figure 00000054
(7)
Figure 00000054
 (7)

Величины

Figure 00000055
позволяют, так же, как и в обычной классической схеме волнового твердотельного гироскопа (например, 8 съема и/или 16 управляющих электродов) вычислить используемые далее при формировании управления полную амплитуду рассматриваемой моды колебаний резонатора и ее квадратуру             Quantities
Figure 00000055
 allow, in the same way as in the usual classical scheme of a wave solid-state gyroscope (for example, 8 pickups and / or 16 control electrodes), to calculate the full amplitude of the resonator vibration mode under consideration and its quadrature used later in the formation of the control

Figure 00000056
(8)
Figure 00000056
 (8)

Эти же величины позволяют определять (вычислять) и угол поворота стоячей волны относительно тела резонатора и/или инерциального пространства.The same values allow you to determine (calculate) the angle of rotation of the standing wave relative to the resonator body and / or inertial space.

Таким образом формируется первое напряжение - для управления и поддержания второй рабочей моды колебаний резонатораThus, the first voltage is formed - to control and maintain the second working mode of resonator oscillations

Figure 00000057
(9)
Figure 00000057
 (9)

Одновременно с колебаниями второй моды известным образом возбуждаем и поддерживаем в ВТГ колебания третьей рабочей моды. Для управления третьей рабочей модой колебаний резонатора формируется второе напряжение, которое подается на управляющие электроды одновременно с первым:Simultaneously with the oscillations of the second mode, in a known manner, we excite and support in the VTG oscillations of the third working mode. To control the third working mode of resonator vibrations, a second voltage is formed, which is supplied to the control electrodes simultaneously with the first:

Figure 00000058
(10)
Figure 00000058
 (10)

Использование полученной информации для управления колебаниями ВТГ. Подаем на семь управляющих электродов необходимое напряжение, сформированное для каждого отдельного электрода в соответствии с приведенными выше соотношениями (9) и (10). Сформированное указанным выше образом распределение напряжений на одних и тех же семи управляющих электродах будет поддерживать заданную амплитуду

Figure 00000059
колебаний кромки высокодобротного резонатора ВТГ и равную нулю квадратуру
Figure 00000060
Figure 00000061
 на второй рабочей моде, а также заданную амплитуду
Figure 00000062
 колебаний кромки резонатора и равную нулю квадратуру
Figure 00000063
Figure 00000064
 на третьей рабочей моде. Такое управление также устойчивое, и оно не будет иметь интерференции каналов. Using the information obtained to control the fluctuations of the VTG. We apply the necessary voltage generated for each individual electrode to the seven control electrodes in accordance with the above relations (9) and (10). The voltage distribution formed in the above manner on the same seven control electrodes will maintain a given amplitude
Figure 00000059
 oscillations of the edge of the high-Q resonator VTG and zero quadrature
Figure 00000060
Figure 00000061
 on the second working mode, as well as a given amplitude
Figure 00000062
 oscillations of the edge of the resonator and a zero-square
Figure 00000063
Figure 00000064
 on the third working mode. Such control is also stable, and it will not have channel interference.

Claims (25)

Способ считывания и управления колебаниями волнового твердотельного гироскопа (ВТГ), включающий установку внутри резонатора блока возбуждения, съема и управления (ВСУ) с равномерно установленными по окружности нечетным и простым числом n электродов съема информации и m электродов управления, возбуждение в резонаторе колебаний второй моды, регистрацию выходных сигналов с электродов съема информации и их математическую обработку с определением параметров одной или более стоячих волн и подачу на управляющие электроды напряжения для поддержания в резонаторе колебаний второй моды, сформированного для каждого отдельного электрода в соответствии со следующими соотношениями:A method for reading and controlling oscillations of a wave solid-state gyroscope (VTG), including installing an excitation, pickup and control unit (APU) inside the resonator with an odd and simple number n of information pickup electrodes and m control electrodes uniformly installed around the circumference, excitation of a second mode oscillation resonator, registration of output signals from information pickup electrodes and their mathematical processing with determination of the parameters of one or more standing waves and applying voltage to the control electrodes for holding in the resonator of the oscillations of the second mode, formed for each individual electrode in accordance with the following ratios:
Figure 00000065
 (1)
Figure 00000065
 (one) где
Figure 00000066
 – сигналы переменных напряжений, подаваемые на m управляющих электродов блока ВСУ, для поддержания второй рабочий моды колебаний, размерность, вольт;Where
Figure 00000066
 - signals of alternating voltages supplied to m control electrodes of the APU block to maintain the second working mode of oscillations, dimension, volt;
Figure 00000067
 - опорное напряжение, подаваемое на полусферу резонатора, размерность, вольт;
Figure 00000067
 - reference voltage supplied to the hemisphere of the resonator, dimension, volt;
Figure 00000068
 - коэффициент обратной связи по амплитуде
Figure 00000069
 колебаний полусферического резонатора на второй (N=2) рабочей моде, размерность,
Figure 00000070
;
Figure 00000068
 - amplitude feedback coefficient
Figure 00000069
 oscillations of the hemispherical resonator in the second (N = 2) working mode, dimension,
Figure 00000070
 ; t – время, с; t is the time, s;
Figure 00000071
 - коэффициент обратной связи по квадратуре
Figure 00000072
колебаний полусферического резонатора на второй (N=2) рабочей моде, размерность, 1/В;
Figure 00000071
 - quadrature feedback coefficient
Figure 00000072
 hemispherical resonator vibrations in the second (N = 2) working mode, dimension, 1 / V;
Figure 00000073
 - заданная амплитуда колебаний полусферического резонатора на второй (N=2) рабочей моде, размерность, вольт;
Figure 00000073
 - the specified amplitude of the oscillations of the hemispherical resonator in the second (N = 2) working mode, dimension, volt;
Figure 00000074
 - текущая амплитуда колебаний полусферического резонатора на второй (N=2) рабочей моде, размерность, вольт;
Figure 00000074
 - the current amplitude of the hemispherical resonator in the second (N = 2) working mode, dimension, volt;
Figure 00000075
 - сигналы, снимаемые с n информационных электродов блока ВСУ, на основании которых формируют два базовых измерительных сигнала
Figure 00000075
 - signals taken from n information electrodes of the APU block, on the basis of which two basic measuring signals are formed
Figure 00000076
. (2)
Figure 00000076
 . (2) где Uc(2), Us(2) - базовые сигналы, формируемые на второй рабочей моде колебаний резонатора, на основании измерения первичных сигналов
Figure 00000077
, снимаемых с n-информационных электродов блока ВСУ; размерность, вольт.where U c (2), U s (2) are the basic signals generated on the second working mode of resonator oscillations, based on the measurement of the primary signals
Figure 00000077
 removed from the n- information electrodes of the APU block; dimension, volt.
Figure 00000078
 - первичные сигналы, снимаемые с n-информационных электродов,
Figure 00000079
 - круговая частота вибраций резонатора на второй рабочей моде, отличающийся тем, что в резонаторе одновременно с колебаниями второй моды возбуждают колебания третьей моды, а для ее поддержания на управляющие электроды одновременно с напряжением поддержания второй моды подают напряжение, сформированное для каждого отдельного электрода в соответствии со следующими соотношениями:
Figure 00000078
 - primary signals recorded from n- information electrodes,
Figure 00000079
 - the circular vibration frequency of the resonator in the second working mode, characterized in that in the resonator simultaneously with the oscillations of the second mode, oscillations of the third mode are excited, and to maintain it, the control electrodes are supplied with the voltage generated for each individual electrode in accordance with the voltage of the second mode in accordance with the following relationships:
Figure 00000080
 (3)
Figure 00000080
 (3) где
Figure 00000081
 – сигналы переменных напряжений, подаваемые на m управляющих электродов блока ВСУ, для поддержания третьей моды колебаний, размерность, вольт;Where
Figure 00000081
 - signals of alternating voltages supplied to m control electrodes of the APU block to maintain the third mode of oscillations, dimension, volt;
Figure 00000082
 - опорное напряжение, подаваемое на полусферу резонатор, размерность, вольт;
Figure 00000082
 - reference voltage supplied to the hemisphere resonator, dimension, volts;
Figure 00000083
 - коэффициент обратной связи по амплитуде A3 колебаний полусферического резонатора на третьей (N=3) рабочей моде, размерность,
Figure 00000084
;
Figure 00000083
 is the feedback coefficient for the amplitude A 3 of the oscillations of the hemispherical resonator in the third (N = 3) working mode, dimension,
Figure 00000084
 ; t – время, с;t is the time, s;
Figure 00000085
 - коэффициент обратной связи по квадратуре σ3 колебаний полусферического резонатора на третьей (N=3) рабочей моде, размерность, 1/В;
Figure 00000085
 - feedback coefficient σ 3 quadrature hemispherical resonator oscillations at the third (N = 3) working mode, the dimension of 1 / B;
Figure 00000086
 - заданная амплитуда колебаний полусферического резонатора на третьей (N=3) рабочей моде, размерность, вольт;
Figure 00000086
 - the specified amplitude of the oscillations of the hemispherical resonator on the third (N = 3) working mode, dimension, volt;
Figure 00000087
 - текущая амплитуда колебаний полусферического резонатора на третьей (N=3) рабочей моде, размерность, вольт;
Figure 00000087
 - the current amplitude of the hemispherical resonator in the third (N = 3) working mode, dimension, volt;
Figure 00000088
 - сигналы, снимаемые с n информационных электродов блока ВСУ, на основании которых формируют два базовых сигнала
Figure 00000088
 - signals taken from n information electrodes of the APU block, on the basis of which two basic signals are formed
Figure 00000089
. (4)
Figure 00000089
 . (four) где
Figure 00000090
,
Figure 00000091
 - базовые сигналы, формируемые на третьей рабочей моде колебаний резонатора, на основании измерения первичных сигналов
Figure 00000092
, снимаемых с n информационных электродов блока ВСУ; вольт.Where
Figure 00000090
 ,
Figure 00000091
 - basic signals generated on the third working mode of resonator oscillations, based on the measurement of primary signals
Figure 00000092
 taken from n information electrodes of the APU block; volt.
Figure 00000093
 - первичные сигналы, снимаемые с n информационных электродов,
Figure 00000094
 - круговая частота вибраций на третьей рабочей моде.
Figure 00000093
 - primary signals taken from n information electrodes,
Figure 00000094
 - circular vibration frequency in the third working mode.
RU2019109616A 2019-04-02 2019-04-02 Method of reading and controlling oscillations of wave solid-state gyroscope RU2704334C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019109616A RU2704334C1 (en) 2019-04-02 2019-04-02 Method of reading and controlling oscillations of wave solid-state gyroscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019109616A RU2704334C1 (en) 2019-04-02 2019-04-02 Method of reading and controlling oscillations of wave solid-state gyroscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2704334C1 true RU2704334C1 (en) 2019-10-28

Family

ID=68500499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019109616A RU2704334C1 (en) 2019-04-02 2019-04-02 Method of reading and controlling oscillations of wave solid-state gyroscope

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2704334C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783189C1 (en) * 2021-06-07 2022-11-09 Акционерное общество "Ижевский электромеханический завод "Купол" Method for controlling the physical parameters of the resonator of a solid-state wave gyroscope

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5577073A (en) * 1993-09-07 1996-11-19 Rockwell International Corporation Frequency and phase-locked two-phase digital synthesizer
US5801310A (en) * 1997-02-18 1998-09-01 Litton Systems, Inc. Vibratory rotation sensor with whole-angle tracking
US5850041A (en) * 1997-03-21 1998-12-15 Litton Systems, Inc. Vibratory rotation sensor with AC forcing and sensing electronics
US6158282A (en) * 1999-07-07 2000-12-12 Litton Systems Inc. Extraction of double-oscillation-frequency sinusoids in vibratory rotation sensors
US6289733B1 (en) * 1999-05-12 2001-09-18 Hughes Electronics Corporation Planar vibratory gyroscopes
US20060037417A1 (en) * 2004-07-29 2006-02-23 The Boeing Company Parametrically disciplined operation of a vibratory gyroscope
GB2424706A (en) * 2005-03-30 2006-10-04 Europ Technology For Business Solid-state gyroscopes
US20070240508A1 (en) * 2006-04-18 2007-10-18 Watson William S Vibrating inertial rate sensor utilizing skewed drive or sense elements
WO2008079930A1 (en) * 2006-12-22 2008-07-03 The Boeing Company Vibratory gyroscope with parasitic mode damping
EP2256460A1 (en) * 2002-04-22 2010-12-01 Northrup Grumman Corporation Quadrature Compensation Technique for Vibrating Gyroscopes
RU2670245C1 (en) * 2018-02-02 2018-10-19 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) Method of reading and control oscillations of wave solid-state gyroscope

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5577073A (en) * 1993-09-07 1996-11-19 Rockwell International Corporation Frequency and phase-locked two-phase digital synthesizer
US5801310A (en) * 1997-02-18 1998-09-01 Litton Systems, Inc. Vibratory rotation sensor with whole-angle tracking
US5850041A (en) * 1997-03-21 1998-12-15 Litton Systems, Inc. Vibratory rotation sensor with AC forcing and sensing electronics
US6289733B1 (en) * 1999-05-12 2001-09-18 Hughes Electronics Corporation Planar vibratory gyroscopes
US6158282A (en) * 1999-07-07 2000-12-12 Litton Systems Inc. Extraction of double-oscillation-frequency sinusoids in vibratory rotation sensors
EP2256460A1 (en) * 2002-04-22 2010-12-01 Northrup Grumman Corporation Quadrature Compensation Technique for Vibrating Gyroscopes
US20060037417A1 (en) * 2004-07-29 2006-02-23 The Boeing Company Parametrically disciplined operation of a vibratory gyroscope
GB2424706A (en) * 2005-03-30 2006-10-04 Europ Technology For Business Solid-state gyroscopes
US20070240508A1 (en) * 2006-04-18 2007-10-18 Watson William S Vibrating inertial rate sensor utilizing skewed drive or sense elements
WO2008079930A1 (en) * 2006-12-22 2008-07-03 The Boeing Company Vibratory gyroscope with parasitic mode damping
RU2670245C1 (en) * 2018-02-02 2018-10-19 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) Method of reading and control oscillations of wave solid-state gyroscope

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЖУРАВЛЁВ В.Ф. ВОЛНОВОЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ГИРОСКОП, СОДЕРЖАЩИЙ M ИНФОРМАЦИОННЫХ И N УПРАВЛЯЮЩИХ ЭЛЕКТРОДОВ //; ИЗВЕСТИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК. МЕХАНИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА, N4, 2015. *
ЖУРАВЛЁВ В.Ф. ВОЛНОВОЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ГИРОСКОП, СОДЕРЖАЩИЙ M ИНФОРМАЦИОННЫХ И N УПРАВЛЯЮЩИХ ЭЛЕКТРОДОВ //; ИЗВЕСТИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК. МЕХАНИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА, N4, 2015. Климов Д. М. и др. КВАРЦЕВЫЙ ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР // М.: Ким Л.А., 2017 (стр. 97-98). *
Климов Д. М. и др. КВАРЦЕВЫЙ ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР // М.: Ким Л.А., 2017 (стр. 97-98) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783189C1 (en) * 2021-06-07 2022-11-09 Акционерное общество "Ижевский электромеханический завод "Купол" Method for controlling the physical parameters of the resonator of a solid-state wave gyroscope

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2327110C2 (en) Method of measuring angular velocities/accelerations with use of coriolis gyroscope-angular velocity sensor, as well as coriolis gyroscope, which is suitable for this purpose
KR100592985B1 (en) Vibration type angular velocity sensor
JP6404656B2 (en) Method and apparatus for tracking / rocking the free spectral range of a resonator and its application to a resonator fiber optic gyroscope
US5359413A (en) System for substantially eleminating lock-in in a ring laser gyroscope
FR2889586B1 (en) GYROSCOPE WITH VIBRATION MASS AND METHOD FOR MINIMIZING THE SYSTEMATIC ERRORS OF SUCH A GYROSCOPE
JPH03210417A (en) Fiber visual sense measuring device, gyrometer centralized navigation and stabilizing system
JPS5933994B2 (en) Methods for reducing backscatter in ring lasers and vibrating ring lasers
CN115406481A (en) Laser interferometer
RU2670245C1 (en) Method of reading and control oscillations of wave solid-state gyroscope
RU2704334C1 (en) Method of reading and controlling oscillations of wave solid-state gyroscope
JP2001066142A (en) Resonance-type optical gyro
EP2706324B1 (en) Ring laser gyro
GB2310284A (en) A piezo-electric effect vibrating gyrometric device
JP4502931B2 (en) Ring laser gyro
RU2616348C2 (en) Laser gyro ring resonator adjustment method
US5337141A (en) Method and apparatus for distortion free measurements
US7251900B2 (en) Methods and systems utilizing intermediate frequencies to control multiple coriolis gyroscopes
CN114964352A (en) Laser interferometer
EP2413099A1 (en) Variable path length control modulation frequency
KR20070078334A (en) Method for dither stripping in ring laser gyroscope
RU2570096C1 (en) Method to reject ring resonators of laser gyroscopes
JP2008064567A (en) Optical path length control circuit for ring laser gyro, angular velocity signal generation circuit, and ring laser gyro system
JP3415461B2 (en) Resonant optical fiber gyro
RU2731656C1 (en) Inertial measuring device with digital control device
RU2805770C1 (en) Method for stabilizing and regulating perimeter of four-frequency zeeman laser gyroscope with alternating magneto-optical frequency base in the shape of meander