SE456945B - Foerfarande och anordning foer linjaer accelerationskompensation - Google Patents

Description

n» 456 945 10 15 20 25 30 35 anordning för att åstadkomma kompensationen av den linjära accelerationen. Detta har uppnåtts med de medel som framgår av den kännetecknande delen av de efterföljande patentkraven 1 och 4.

Fördelen med den föreliggande uppfinningen relativt den sistnämnda kompensationsidén är att kompensation införs redan på avkännarnivån i stället för på systemnivån. I enlig- het härmed är piezoelektriska hastighetsstrålar anordnade som en dipol och roterar med hög hastighet runt en spinnaxel. Som svar på vinkelhastigheten runt varje axel som är vinkelrät mot spinnaxeln erhålles en dynamisk utsignal, vilken genererar en elektrisk signal som är proportionell mot ingående vinkel- hastighet. De linjära accelerationseffekterna kopplas till kristalltrådarna, som genererar en icke önskvärd utsignal- komponent från strålarna. För att kompensera detta är den föreliggande uppfinningen inriktad på tillförandet av en kom- penserande piezoelektrisk stråle, som är mekaniskt och elekt- riskt ansluten till de piezoelektriska vinkelhastighetsstrål- arna. Den avkännande axeln hos den ytterligare (kompenserande} strålen är anordnad att med sin avkännande axel fullständigt ansluta de linjära accelerationseffekterna till de piezo- elektriska vinkelhastiqhetsstrålarna. En signal frånden kom- penserande strålen qraderas och fasas samt adderas därefter till signalen från vinkelhastighetsavkännaren för utjämning av icke önskvärt gensvar på den linjära accelerationen.

Föredragen utförinqsform De ovan angivna ändamålen med och fördelar hos den föreliggande uppfinningen kommer att förstås bättre i samband med beskrivningen som ges nedan under hänvisning till bifo- gade ritningar, där fig. 1 visar en förenklad illustration av en känd avkännaranurdning För vinkelhastigheten, fig. 2A-2D visar i förenklad form fyra konsekutiva lägen för detekturrotorn i anordningen enligt fig. 1, fig 3A-3D visar konsekutivt sidovyer som motsvarar vyerna enligt fig. ZA-2D, fig. ä visar utsignalen från de båda kristallerna i anordningen enligtfig. 2A-2D och 3A-ED, fig. 5 visar summan av de spänningar som genererats enligt fig. 4 och 10 15 20 25 30 35 456 945 3 fig. 6 visar en utbredd vy av en kompenserad avkännar- anordning för vinkelhastigheten i enlighet med den förelig- gande uppfinningen.

En känd vinkelhastighetsdetektor visas och finnes beskriven i det tidigare angivna patentet. I fig. 1 är även två kristaller 16 monterade på motsatta sidor av rotations- axeln 11, vilka är böjbara kring böjaxlar som är vinkelräta mot rotationsaxeln 11. Om så önskas kan en reaktionsmassa, såsom en ringformad massa 17, vara symmetriskt anordnad vid kristallernas radiellt yttre ändar. Anordningen utgör en vinkel- hastighetsdetektor som grundar sig på gyroskopisk drivning av en elastiskt inspänd kropp som roterar med hög hastighet. De båda böjningskristallerna är anordnade i en dipolform för ge- mensam modavvisning och Lröghetsbalansering. Vinkelmoment för massorna, vilket agerar som ett resultat av en pålagd vinkel- hastighet vinkelrätt mot rotationsaxelns 11 spinnaxel, resul- terar i en spänningsgenerering hos kristallerna som är sinus- formig i sin utbredning och uppvisar en frekvens som är iden- tisk med rotationsaxelns rotationshastighet.

Hastighetsgyrots funktion enligt fig. 1 kan lättare förstås under hänvisning till fig. 2A - 2D, som representerar fyra efter varandra följande lägen för kristallerna med moturs- vridning såsom den kan ses från änden av rotationsaxeln 11.

Rotationsaxeln antas rotera kontinuerligt. Med hänvisning till fig. 3A-3D, som återger sidovyer av anordningen som visas i motsvarande fig. 2A - 2D, antas att rotationsaxelns 11 längd- axel har förskjutits med en vinkel a. Rotationsaxeln 11 och kåpan 18 på rotationsaxeln, vari kristallerna 16 är monterade, är tillräckligt stabila så att de båda huvudsakligen momentant kan inta sitt nya läge utan deformering. Kristallernas radiellt yttre ändar förblir emellertid, på grund av gyroverkan, under en viss tid orienterade som om vinkelförskjutningen av rota- tionsaxeln 11 ej hade uppträtt. Detta är givetvis i synnerhet sant om en reaktionsmassa är förbunden med de radiellt yttre ändarna av kristallerna. Som en följd av gyroverkan böjer sig kristallerna kring sina mekaniska axlar såsom illustreras i fig. 3A - 3D, vilket resulterar i utsignalspänningar som visas i fig. H. 10 15 20 25 35 456 945 U Sålunda framgår att de momentana topparna av den resulterande växelspänningen uppträder när kristallerna sträcker sig vinkel- rätt mot vridningsaxeln kring vinkeln a. Eftersom kristallernas utsignaler är av olika polaritet är kristallerna hopkopplade i omkastat förhållande för att alstra den resulterande utsignal- spänningen enligt fig. 5.

I anordningen enligt fig. 1 - b är det uppenbart att kristallerna som användes är gyroskopiska elemenet med eller utan tillsats av reaktionsmassa, samt att påverkan av kristal- lerna är proportionell mot insignalens vinkelhastighet. Utsigna- lens amplitud är proportionell mot insignalens vinkelhastighet och utsignalens fas är relaterad till riktningen för insignalens vinkelhastighet för vinkelförskjutningen av rotationsaxeln i en riktning som är vinkelrät mot rotationsaxelns längdaxel.

Med andra ord: Om rotationsaxeln 11 vinkelmässigt förskjuts kring en axel i X/Y-planet blir utsignalen från hastighets- gyrot eller vinkelhastighetsavkännaren enligt fig. 1 propor- tionell mot rotationshastigheten kring axeln i X/Y-planet och därvid relateras utsignalspänningens fas till orienteringen av vridningsaxeln i X/Y-planet, om man äter igen antar att rotationsaxeln 11 sträcker sig i Z-riktningen.

Pig. 6 visar den förbättrade avkännaranordningen för vinkelhastigheten med organ för att kompensera de linjära accelerationseffekterna.

Den grundläggande avkännaranordningen för vinkelhastig- heten anges generellt med hänvisningsbeteckningen 20 och är helt överensstämmande med den i samband med fig. 1, 2A - 2D och 3A - 3D just diskuterade avkännaranordningen för vinkel- hastigheten. En central kåpa 22 i anordningen har en central kanal 24, vilken är koaxiell med spinnaxeln 25. Två böjbara piezoelektriska kristaller 26, 28 sträcker sig radiellt utåt från kåpan 22 och tjänar samma funktion som de böjbara kristal- lerna 16 i samband med de tidigare diskuterade figurerna och den kända tekniken. Den böjbara kristallen 26 är sammansatt av piezoelektriska kristallelement 30, 32 medan kristallen 28 är sammansatt av piezoelektriska kristallelement 3H, 36. Såsom indikeras av riktningspilen avböjes de böjbara kristallerna 10 20 25 30 35 456 945 5 26, 28 i ett plan som sammanfaller med spinnaxeln 25. Förbätt- ringen enligt den föreliggande uppfinningen, nämligen kompen- sationsanordningen 38 för den linjära accelerationen, nedbringar den icke önskvärda effekten av den linjära accelerationen hos utsignalen från den vinkelhastigheten avkännande anordningen 20, som är elektriskt förbunden med de böjbara kristallerna i anordningen 38 för att utjämna effekterna av den linjära accelerationen, såsom kommer att förklaras nedan.

Kompensationsanordningen 38 innefattar ett centralt block H0 tillverkat av ett lämpligt material såsom keramik och uppvisande en kanal H2, som är koaxiell med spinnaxeln 25.

En böjbar piezoelektrisk kristall HU, som omfattar kristall- elementen H6, H8, sträcker sig vinkelrätt mot spinnaxeln 25.

Såsom indikeras med riktningspilarna avböjes kompensations- anordningens 38 böjbara kristall nu i ett plan vinkelrätt mot spinnaxeln 25. En rotationsaxel 52 är lämpligen införd i kanal- erna 2H, H2 i avkännaranordningen 20 respektive kompensations- anordningen 38 för anordningarnas montering på en gemensam spinnaxel.

Tack vare orienteringen av kompensationsanordningens böjbara kristall UH kommer den ej att ge något särskilt gensvar på vinkelhastigheten utan ger ett fullständigt gensvar på den linjära accelerationen. Genom lämplig förläggning av kompensa- tionsanordningen 38 på rotationsaxeln 52 är en unik vinkelför- skjutning erhållbar för generering av en signal som svar på den linjära accelerationen, som har samma fas som den vinkel- accelerationssignal som genereras av den vinkelhastigheten av- kännande anordningen 20. Den verkliga orienteringen av den böjbara kristallen HH relativt de böjbara kristallerna 26, 28 uppnås genom utprovning på grund av enskilda olikheter hos det piezoelektriska kristallmaterialet i jämförelse med de ideellt utformade kristallstrukturerna. Ett justerbart viktelement 50 utskjuter vid den böjbara kristallens H0 ytterände, så att en utjämningsamplitud kan uppnås vilken passar till den för den linjära accelerationseffekten. Viktelementet 50 kan utgöras av lödmetall och genom tillföring eller borttagning av lödmetall vid änden av den böjbara kristallen HH kan en exakt utjämnings- 10 15 20 25 30 35 456 945 6 amplitud uppnås från kompensationsanordningen 38.

För att få kompensationsanordningen 38 att fungera i en kompenserande utjämningsmod måste den vara elektriskt an- sluten till de piezoelektriska böjbara kristallerna i avkännar- anordningen 20 för vinkelhastigheten. Därför är en tråd 54 ansluten mellan kristallelementet 34 i avkännaranordningen 20 och kristallelementet 46 i kompensationsanordningen 38.

På liknande sätt är en tråd 56 ansluten mellan kristallele- mentet 32 i avkännaranordningen 30 och kristallelementet H8 i kompensationsanordningen 38. En överkopplingstråd 58 är an- sluten mellan kristallelementen 36 och 30 i avkännaranordningen 20 för vinkelhastigheten.

Vid hopmontering av den kompenserade enheten enligt fig. 6 vrids kompensationsanordningen 38 på rotationsaxeln S2 tills en exakt utjämningsfas uppnås. Därefter fixeras det centrala blocket 40 på kåpan 22 i avkännaranordningen 20 medelst ett lämpligt lim av epoxytyp. Alternativ infästning kan erhållas om rotationsaxeln 52 är gängad så att anordningen 38 kan vridas fritt relativt spinnaxeln och därefter fästas på avkännaranordningen 20 för vinkelhastigheten när fixeringen fastskruvas.

Följaktligen ger den föreliggande uppfinningen en förbättrad vinkelhastighetsdetektor för att kompensera effekt- erna av den linjära accelerationen på densamma. Kompensations- anordningen 38 genererar, såsom den just beskrivits, en signal som är anpassad och infasad samt adderas till signalen från avkännaranordningen för vinkelhastigheten för att utjämna det icke önskvärda gensvaret på den linjära accelerationen.

Följaktligen utförs den föreliggande kompensationen på avkän- narnivân i stället för attmanskall förlita sig på extern signal- bearbetning för kompensationens genomförande.

Det bör inses att uppfinningen ej är begränsad till exakt de konstruktiva detaljer som visas på ritningarna och beskrivits ovan utan den omfattar jämväl uppenbara modifi- eringar, som alltså en fackman lätt inser. il n

Claims (6)

1. lt) 15 20 25 30 456 945 PATENTKRAV

1. Förfarande för kompensation av den linjära accelera- tionskomponenten i en signal som genereras av en avkännaran- ordning (20) för vinkelhastighet, vilken avkännaranordning har en kåpa (22) som roterar kring en spinnaxel (25) och uppvisar första och andra piezoelektriska böjbara kristall- organ (26, 28) som sträcker sig radiellt utåt från kåpan, k ä n n e t e c k n a t av att ett tredje böjbart piezo- elektriskt kristallorgan (44), som är anordnat i ett på av- stånd koaxiellt kopplat förhållande till kåpan (22),gene- rerar en signal som indikerar effekten av linjär accelera- tion, vilken signal är kopplad att utjämna den linjära acce- lerationskomponenten i den signal som genereras av de första och andra böjbara piezoelektriska krístallorganen (26, 28), samt av att en vikt (50) på det tredje böjbara kristallorganet (44) anpassas till sin storlek tills amplituden för den lin- jära acceleratíonssignalen som erhålles från detta för ett värde som är tillräckligt för att utjämna den icke önskvärda linjära accelerationssignalen från de första och andra kris- Lallorganen (26, 28). Z. förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k- n a t av att det tredje böjbara kristallorganets (44) vin- kelorientering regleras relativt den för de första och andra kristallorganen (26, 28) tills fasen för den linjära acce- lerationssignalen från det tredje böjbara kristallorganet i huvudsak motsvarar fasen för signalen från de första och andra kristallorganen.

3. förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e- t c c k kristallorganets (44) vinkelorienteríng sker periodiskt. n a t av att regleringen av det tredje böjbara

4. Anordning för kompensation av den linjära accelera- tionskomponentcn i en signal som genereras av en avkännar- anordning för vinkelhastighet omfattande en första sektion (20) med en kåpa (22) som är koaxiell med en spinnaxel (25) samt åtminstone ett par piezoelektriska böjbara kristall- organ (26, 28) som sträcker sig radiellt utåt från kåpan för att generera en sammansatt signal innefattande en önskad 10 15 25 456 945 komponent, vilken motsvarar vinkelhastigheten kring spinn- axeln, och en icke önskvärd komponent relaterad till linjär acceleration, k ä n n e t e c k n a d av en andra sektion (38) innefattande en central kropp (40) som är koaxiell med spinnaxeln (25), ett tredje piezoelektriskt böjbart kristall- organ (44) som sträcker sig utåt från den centrala kroppen för att alstra en signal som svarar mot den linjära accele- rationen, varvid ledare (54, 55, 56) sammankopplar de tre böjbara kristallorganen (26, 28, 44) för utjämning av effek- terna av den linjära accelerationen och organ är anordnade för att hålla de första och andra sektionerna (20, 38) mon- terade på avstånd från varandra och med det tredje kristall- organets vinkelläge rcglerbart relativt de båda första och andra kristallorganen för reglering av fasen hos signalen från den andra sektionen, varvid reglerbara viktorgan (S0) är anordnade på den yttre änden av det tredje böjbara kristall- organet (44) för bestämning av amplituden på den signal som erhålles från det tredje böjbara kristallorganet.

5. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k- n a d av att monteringsorganen omfattar ett låsdon som är infäst inuti centrala öppningar (24, 42) i kåpan (22) och i den centrala kroppen (40), vilket medger vinkelmässig inreglering av sektionerna (20, 38) vid monteringen samt ett fixerat förhållande mellan dem efter montaget.

6. Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k- n a d av att låsdonet är gängat. IH