RU98104019A - Вибрационный датчик со слежением по углу вращения - Google Patents

Claims (44)

1. Вибрационный датчик вращения со слежением на углу вращения, содержащий резонатор, выполненный в виде осесимметричного тонкостенного объекта и способный к вибрации по меньшей мере на одной из множества мод стоячих волн, причем ориентация стоячей волны относительно опорной точки на резонаторе определяется углом ориентации, по меньшей мере один вибрирующий электрод, закрепленный на поверхности резонатора, сенсорный электронный блок, отличающийся тем, что по меньшей мере один вибрирующий электрод электрически связан с одним выходом, при этом сенсорный электронный блок, имеет вход, подключенный к выходу резонатора и предназначен для приема с выхода резонатора сигнала, величина которого определяется разностью между углом ориентации стоячей волны и углом слежения относительно опорной точки на резонаторе.

2. Вибрационный датчик по п.1, отличающийся тем, что в сигнале резонатора имеется сумма сигналов V_x(t)R_x(t) + V_y(t)R_y(t), причем V_x(t) и V_y(t) - это заданные функции от времени t, а R_x(t) и R_y(t) - это функции от времени, разности Δθ между углом ориентации стоячей волны и углом слежения, и других параметров одной или более стоячих волн, причем сенсорный электронный блок предназначен для раздельного выполнения операции O_x и O_y над сигналом резонатора и получения масштабированных сигналов R_x(t) и R_y(t), соответственно.

3. Вибрационный датчик по п.2, отличающийся тем, что операция O_x включает в себя умножение сигнала резонатора на реплику периодической функции угловой частоты ω_x и фазы ψ_x, за которыми следует фильтрация нижних частот, а операция O_y включает в себя умножение сигнала резонатора на реплику периодической функции угловой частоты ω_y и фазы ψ_y, за которыми следует фильтрация нижних частот, причем значения ω_x, ψ_x, ω_y и ψ_y - заданы.

4. Вибрационный датчик по п.2, отличающийся тем, что операция O_x включает в себя умножение сигнала резонатора на реплику периодической функции угловой частоты ω_o и фазы ψ_o, за которыми следует фильтрация нижних частот, а операция O_y включает в себя умножение сигнала резонатора на реплику периодической функции фазы (ψ_o+π/2), за которыми следует фильтрация нижних частот, причем значения ω_o и ψ_o - заданы.

5. Вибрационный датчик по п.2, отличающийся тем, что операция O_x включает в себя умножение сигнала резонатора на напряжение V_mxr(t), а операция O_y включает в себя умножение сигнала резонатора на напряжение V_myr(t), где напряжения V_mxr(t) и V_myr(t) пропорциональны заданным временным функциям прямоугольных импульсов, принимающим значения "0" и "1", причем функции прямоугольных импульсов не равны "1" в одно и то же время.

6. Вибрационный датчик по п.2, отличающийся тем, что (1) операция O_x включает в себя (а) умножение сигнала резонатора на реплику периодической функции, за которым следует фильтрация нижних частот, и (б) умножение сигнала резонатора на напряжение V_mxr(t), и (2) операция O_y включает в себя (а) умножение сигнала резонатора на реплику периодической функции, за которым следует фильтрация нижних частот и (б) умножение сигнала резонатора на напряжение V_myr(t), причем реплика периодического сигнала имеет угловую частоту ω_o и фазу ψ_o, значения ω_o и ψ_o - заданы, напряжения V_mxr(t) и V_myr(t) пропорциональны заданным временным функциям прямоугольных импульсов, принимающим значения "0" и "1", причем функции прямоугольных импульсов не равны "1" в одно и то же время.

7. Вибрационный датчик по п.2, отличающийся тем, что операция O_x включает в себя умножение сигнала резонатора на напряжение V_mxr(t), за которым следует интегрирование по заданному периоду времени Т, и операция O_y включает в себя умножение сигнала резонатора на напряжение V_myr(t), за которым следует интегрирование по заданному периоду времени Т, где напряжения V_mxr(t) и V_myr(t) пропорциональны заданным временным функциям прямоугольных импульсов, принимающим последовательности значений "-1" и "+1" в течение периода времени Т.

8. Вибрационный датчик по п.2, отличающийся тем, что сигналы R_x(t) и R_y(t) задаются уравнениями:

где d_i и d_q являются амплитудами изгибания синфазной и квадратурной мод вибрации, соответственно, ω - угловая частота вибрации резонатора, и ϕ - фаза вибрации.

9. Вибрационный датчик по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит корпус с прикрепленным резонатором, имеющий множество электродов, закрепленных в непосредственной близости от по меньшей мере одного электрода резонатора, задающий электродный блок, предназначенный для подачи напряжения V_x1(t) к первому электроду корпуса и напряжения V_y2(t) ко второму электроду корпуса, причем напряжение V_x1(t) включает составляющие напряжения V_mxr(t)cos(2θ_r)F(ω_xrt+ψ_xr) и V_myr(t)cos(2θ_r)F(ω_yrt+ψ_yr), а напряжение V_y2(t) включает составляющие напряжения V_mxr(t)sin(2θ_r)F(ω_xrt+ψ_xr) и V_myr(t)sin(2θ_r)F(ω_yrt+ψ_yr), соответственно, где напряжения V_mxr(t) и V_myr(t) являются либо заданными функциями времени t, либо константами, θ_r - угол слежения, а F(ωt+ψ) является периодической функцией времени t с частотой ω и фазой ψ, причем значения ω_xr, ψ_xr ω_yr и ψ_yr - заданы, а составляющие V_mxr(t)F(ω_xrt+ψ_xr) и V_myr(t)F(ω_yrt+ψ_yr) не влияют существенно на динамику стоячей волны резонатора.

10. Вибрационный датчик по п.9, отличающийся тем, что напряжения V_mxr(t) и V_myr(t) - константы, значения ω_xr, ω_yr и

больше, чем приблизительно 6ω, где ω является угловой частотой вибрации резонатора.

11. Вибрационный датчик по п.9, отличающийся тем, что напряжения V_mxr(t) и V_myr(t) - константы, угловые частоты ω_xr, ω_yr равны заданному значению ω_o, а разность фаз ψ_xr-ψ_yr равна π/2 радиан, причем ω_o/ больше, чем приблизительно 6ω, где ω является угловой частотой вибрации резонатора.

12. Вибрационный датчик по п.9, отличающийся тем, что значения ω_xr, ψ_xr, ω_yr и ψ_yr равны 0, а напряжения V_mxr(t) и V_myr(t) пропорциональны, соответственно, первой и второй временным функциям прямоугольных импульсов, принимающим значения "0" и "1", причем первая и вторая функции прямоугольных импульсов не равны "1" в одно и то же время.

13. Вибрационный датчик по п.9, отличающийся тем, что угловые частоты ω_xr и ω_yr равны заданному значению ω_o, фазы ψ_xr и ψ_yr равны заданному значению ψ_o, а напряжения V_mxr(t) и V_myr(t) пропорциональны, соответственно, первой и второй временным функциям прямоугольных импульсов, принимающим значения "0" и "1", причем ω_o больше, чем приблизительно 6ω, где ω - угловая частота вибрации резонатора, причем первая и вторая функции прямоугольных импульсов не равны "1" в одно и то же время.

14. Вибрационный датчик по п.9, отличающийся тем, что значения ω_xr, ψ_xr, ω_yr и ψ_yr равны "0", а напряжения V_mxr(t) и V_myr(t) пропорциональны, соответственно, первой и второй временным функциям прямоугольных импульсов, принимающим псевдослучайные последовательности значений "-1" и "+1" в течение заданного периода времени.

15. Вибрационный датчик по п.9, отличающийся тем, что напряжения V_x1(t) и V_y2(t) также включают составляющие напряжений V_cx(t)U_x1(t) и V_cy(t)U_y2(t), соответственно, причем величины V_cx(t) и V_cy(t) являются либо функциями времени t, либо константами, составляющие напряжений V_cx(t)U_x1(t) и V_cy(t)U_y2(t) формируют силы, прикладываемые к резонатору.

16. Вибрационный датчик по п. 15, отличающийся тем, что напряжения V_mxr(t), V_myr(t), V_cx(t) и V_cy(t) - константы, а

больше, чем приблизительно 6ω, причем ω является угловой частотой вибрации резонатора.

17. Вибрационный датчик по п. 15, отличающийся тем, что напряжения V_mxr(t), V_myr(t), V_cx(t) и V_cy(t) - константы, угловые частоты ω_xr и ω_yr равны заданному числу ω_o, а разность фаз ψ_xr-ψ_yr равна π/2 радиан, причем ω_o больше, чем приблизительно 6ω, где ω является угловой частотой вибрации резонатора.

18. Вибрационный датчик по п. 15, отличающийся тем, что значения ω_xr, ψ_xr, ω_yr и ψ_yr равны "0", а напряжения V_mxr(t), V_myr(t), V_cx(t) и V_cy(t) пропорциональны, соответственно, первой, второй, третьей и четвертой временным функциям прямоугольных импульсов, принимающим значения "0" и "1", причем первая, вторая, третья и четвертая функции прямоугольных импульсов не равны "1" в одно и то же время.

19. Вибрационный датчик по п.15, отличающийся тем, что угловые частоты ω_xr и ω_yr равны заданному значению ω_o, фазы ψ_xr и ψ_yr равны заданному значению ψ_o, а напряжения V_mxr(t), V_myr(t), V_cx(t) и V_cy(t) пропорциональны, соответственно, первой, второй, третьей и четвертой временным функциям прямоугольных импульсов, принимающим значения "0" и "1", причем ω_o больше, чем приблизительно 6ω, где ω является угловой частотой вибрации резонатора, причем первая, вторая, третья и четвертая функции прямоугольного импульса не равны "1" в одно и то же время.

20. Вибрационный датчик по п.15, отличающийся тем, что напряжение V_x1(t) также включает составляющие напряжений V_cax(t)U_ax1(t), V_cqx(t)U_qx1(t) и V_crx(t)U_rx1(t), и напряжение V_y2(t) также включает составляющие напряжений V_cay(t)U_ay2(t), V_cqy(t)U_qy2(t) и V_cry(t)U_ry2(t), причем значения ω_x, ω_y, ψ_x и ψ_y равны 0, величины V_mxr(t), V_myr(t), V_cax(t), V_cqx(t), V_crx(t), V_cay(t), V_cqy(t) и V_cry(t) пропорциональны, соответственно, первой, второй, третьей, четвертой, пятой, шестой, седьмой и восьмой временным функциям прямоугольных импульсов, принимающим значения "0" и "1", причем первая, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая, седьмая и восьмая функции прямоугольных импульсов не равны "1" в одно и то же время.

21. Вибрационный датчик по п.15, отличающийся тем, что напряжение V_x1(t) также включает составляющие напряжений V_cax(t)U_ax1(t), V_cqx(t)U_qx1(t) и V_crx(t)UV_rx1(t), и напряжение V_y2(t) также включает составляющие напряжений V_cay(t)U_ay2(t), V_cqy(t)U_qy2(t) и V_cry(t)U_ry2(t), причем угловые частоты ω_x и ω_y равны заданному значению ω_o, фазы ψ_x и ψ_y равны заданному значению ψ_o, причем ω_o больше, чем приблизительно 6ω, где ω является угловой частотой вибрации резонатора, величины V_mxr(t), V_myr(t), V_cax(t), V_cgx(t), V_crx(t), V_cay(t), V_cqy(t) и V_cry(t) пропорциональны, соответственно, первой, второй, третьей, четвертой, пятой, шестой, седьмой и восьмой временным функциям прямоугольных импульсов, которые принимают значения "0" и "1", причем первая, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая, седьмая и восьмая функции прямоугольных импульсов не равны "1" в одно и то же время.

22. Вибрационный датчик по п. 15, отличающийся тем, что значения ω_xr, ψ_xr, ω_yr и ψ_yr равны "0", а напряжения V_mxr(t) и V_myr(t) пропорциональны, соответственно, первой и второй функциям прямоугольных импульсов, принимающих псевдослучайные последовательности значений "-1" и "+1", причем величины V_cx(t) и V_cy(t) являются константами.

23. Вибрационный датчик по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит корпус с закрепленным резонатором, имеющий множество электродов, закрепленных в непосредственной близости от по меньшей мере одного электрода резонатора, задающий электронный блок, предназначенный для подачи управляющего напряжения к по меньшей мере одному электроду генерирования угла слежения с тем, чтобы угол слежения был равным константе или функции по меньшей мере одной из набора переменных, включающих время, ориентацию стоячей волны и переменные, получаемые из внешних источников.

24. Вибрационный датчик по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит корпус с закрепленным резонатором, имеющий множество электродов, закрепленных в непосредственной близости от по меньшей мере одного электрода резонатора, задающий электронный блок, предназначенный для подачи управляющего напряжения к по меньшей мере одному электроду и генерирования угла слежения, а также определения угла ориентации стоячей волны путем прибавления угла слежения к разности между углом ориентации и углом слежения.

25. Способ управления и считывания сигналов вибрационного датчика вращения со слежением по углу вращения, содержащего резонатор, имеющего по меньшей мере один электрод, соединенный с единственным выходным портом, и корпус, имеющий набор электродов в непосредственной близости к по меньшей мере одному электроду резонатора, причем резонатор способен вибрировать на одной или более модах стоячей волны, которая определяется набором параметров, а ориентация стоячей волны относительно опорной точки на резонаторе определяется углом ориентации, отличающийся тем, что (а) определяют угол слежения относительно опорной точки на резонаторе, (б) генерируют набор побуждающих напряжений, которые являются функциями угла слежения, (в) прикладывают побуждающее напряжение к каждому из набора электродов корпуса, (г) определяют разность между углом ориентации стоячей волны и углом слежения путем выполнения действий над сигналом резонатора, появляющимся на выходном порту резонатора.

26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что каждое задающее напряжение включает в себя первое возбуждающее напряжение и второе возбуждающее напряжение, причем частотные спектры первого и второго возбуждающих напряжений ограничены разделенными частотными полосами.

27. Способ по п.25, отличающийся тем, что число различных задающих напряжений составляет два, причем каждое задающее напряжение включает в себя первое возбуждающее напряжение и второе возбуждающее напряжение, и каждое возбуждающее напряжение является периодической функцией времени с заданной частотой и заданной фазой, частоты первого и второго возбуждающих напряжений одинаковы, а фазы отличаются на четверть цикла.

28. Способ по п. 25, отличающийся тем, что каждое задающее напряжение включает в себя первое возбуждающее напряжение и второе возбуждающее напряжение, причем каждое из первого и второго возбуждающих напряжений пропорционально уникальному прямоугольному импульсу, который принимает значения "0" и "1", причем только один из прямоугольных импульсов принимает значение "1" в любое данное время.

29. Способ по п. 25, отличающийся тем, что каждое задающее напряжение включает в себя первое возбуждающее напряжение и второе возбуждающее напряжение, причем каждое из первого и второго возбуждающих напряжений пропорционально произведению периодической функции, имеющей заданную частоту и фазу, и уникального прямоугольного импульса, который принимает значения "0" и "1", причем только один из прямоугольных импульсов принимает значение "1" в любое заданное время.

30. Способ по п. 25, отличающийся тем, что каждое задающее напряжение включает в себя первое возбуждающее напряжение и второе возбуждающее напряжение, причем каждое из первого и второго возбуждающих напряжений пропорционально уникальному прямоугольному импульсу, который принимает значения "-1" и "+1" в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью.

31. Способ по п. 25, отличающийся тем, что каждое задающее напряжение включает в себя первое возбуждающее напряжение и второе возбуждающее напряжение, причем первое возбуждающее напряжение включает мультипликативный коэффициент, равный косинусу удвоенного угла слежения, второе возбуждающее напряжение включает мультипликативный коэффициент, равный синусу удвоенного угла слежения.

32. Способ по п.25, отличающийся тем, что каждое из по меньшей мере двух задающих напряжений включает в себя первое возбуждающее напряжение, второе возбуждающее напряжение и вынуждающее напряжение, причем частотные спектры первого и второго возбуждающих напряжений ограничены разделенными частотными полосами, частотный спектр вынуждающих напряжений ограничен частотной полосой, отделенной от частотных полос, связанных с первым и вторым возбуждающими напряжениями.

33. Способ по п.25, отличающийся тем, что число различных задающих напряжений составляет два, причем каждое задающее напряжение включает в себя первое возбуждающее напряжение, второе возбуждающее напряжение и вынуждающее напряжение, причем каждое из первого и второго возбуждающих напряжений является периодической функцией с заданной частотой и заданной фазой, частоты первого и второго возбуждающих напряжений одинаковы, а фазы отличаются на четверть цикла, частотный спектр вынуждающих напряжений ограничен частотной полосой, отделенной от частоты первого и второго возбуждающих напряжений.

34. Способ по п.25, отличающийся тем, что каждое из по меньшей мере двух задающих напряжений включает в себя первое возбуждающее напряжение, второе возбуждающее напряжение и вынуждающее напряжение, причем каждое из первого и второго возбуждающих напряжений пропорционально уникальному прямоугольному импульсу, который принимает значения "0" и "1", а каждое вынуждающее напряжение включает мультипликативный коэффициент, пропорциональный прямоугольному импульсу, который принимает значения "0" и "1", причем только один из прямоугольных импульсов, связанных с возбуждающим и вынуждающим напряжениями, принимает значение "1" в любое заданное время.

35. Способ по п.25, отличающийся тем, что каждое из по меньшей мере двух задающих напряжений включает в себя первое возбуждающее напряжение, второе возбуждающее напряжение и вынуждающее напряжение, причем каждое из первого и второго возбуждающих напряжений пропорционально произведению периодической функции, имеющей заданную частоту и заданную фазу, и уникального прямоугольного импульса, который принимает значения "0" и "1", а каждое вынуждающее напряжение включает мультипликативный коэффициент, пропорциональный прямоугольному импульсу, который принимает значения "0" и "1", причем только один из прямоугольных импульсов, связанных с возбуждающим и вынуждающим напряжениями, принимает значение "1" в любое заданное время.

36. Способ по п.25, отличающийся тем, что каждое из по меньшей мере двух задающих напряжений включает в себя первое возбуждающее напряжение, второе возбуждающее напряжение и вынуждающее напряжение, причем каждое из первого и второго возбуждающих напряжений пропорционально уникальному прямоугольному импульсу, который принимает значения "-1" и "+1" в соответствии с заданной псевдослучайной последовательностью, частотный спектр вынуждающих напряжений ограничен частотной полосой, отделенной от частотной полосы, связанной с возбуждающими напряжениями.

37. Способ по п.25, отличающийся тем, что сигнал резонатора является суммой двух составляющих, которые являются функциями параметров стоячей волны и угла слежения, при этом шаг (г) заключается в том, что (г1) выделяют каждый из двух составляющих из сигнала резонатора, (г2) определяют разность между углом ориентации одной из стоячих волн и углом слежения путем выполнения действий над двумя составляющими.

38. Способ по п.37, отличающийся тем, что две составляющие занимают разделенные частотные полосы, причем каждую составляющую выделяют путем выполнения над сигналом резонатора действий, которые различаются для разделенных частотных полос.

39. Способ по п.37, отличающийся тем, что две составляющие представляют собой периодические функции, имеющие одинаковую частоту и фазы, которые отличаются на одну четверть цикла, причем каждую составляющую выделяют путем выполнения над сигналом резонатора действий, которые различаются в зависимости от фаз двух составляющих.

40. Способ по п.37, отличающийся тем, что две составляющие присутствуют в сигнале резонатора в течение различных периодов времени, причем каждую составляющую выделяют путем выполнения над сигналом резонатора действий, которые различаются для различных периодов времени.

41. Способ по п.37, отличающийся тем, что две составляющие представляют собой псевдослучайные последовательности нулей "0" и единиц "1", причем взаимная корреляция двух псевдослучайных последовательностей равна нулю, а каждую составляющую выделяют путем выполнения над сигналом резонатора действий, которые различаются для двух псевдослучайных последовательностей.

42. Способ по п.37, отличающийся тем, что каждая из двух составляющих представляет собой сумму двух членов, один член, содержащий синус разности между углом ориентации и углом слежения, другой член, содержащий косинус разности между углом ориентации и углом слежения.

43. Способ по п.37, отличающийся тем, что дополнительно (д) поддерживают угол слежения таким, чтобы он был равен константе или функции одной или более из набора переменных, причем набор переменных включает в себя время, ориентацию стоячей волны и переменные, получаемые из внешних источников.

44. Способ по п.43, отличающийся тем, что (е) вычисляют угол ориентации путем прибавления угла слежения к измеренной разности между углом ориентации и углом слежения.