RU2127867C1 - Method of dynamic measurement of angular displacements - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: method can be used to measure angles with the use of laser gyroscope with changeable support, for instance, while measuring profile of railway tracks of high-speed railways and in mix of fast platform-free inertial systems. Marking function and two sequences of counting pulses are formed from two analog signals picked off laser gyroscope with changeable support and shifted one relative to another by π/2,. Counting pulses are integrated with shift of integration start by time equal to half-period of marking function. Integration results are used to evaluate values of measured angular displacement across intervals multiple of integral number of periods of marking function. Function of changeable support is formed and sequences of counting pulses are additionally integrated across 2/h-1/time intervals formed in symmetry with reference to zero transfer of function of changeable support. In this case durations of intervals depend in certain way on period of function of changeable support. As a result of additional integration there are obtained values of increment of integral that do not depend on function of changeable support but depend on character of change of input angular speed which makes it possible to generate additional values of measured angular displacements with the aid of certain recursive algorithm. Given method makes it possible to carry out dynamic measurements of angular displacements with frequency exceeding frequency of vibrations of changeable support by factor of 2n and to increase accuracy of monitoring changes of angular displacements. EFFECT: increased monitoring accuracy of changes of angular displacements. 5 dwg

Description

Изобретение относится к угломерным измерениям, в частности к динамическим измерениям, представляющим собой периодическое измерение угла в определенные моменты времени, и может быть использовано для динамических измерений углов при помощи лазерного гироскопа с переменной подставкой (виброподвесом, зеемановской или фарадеевской подставкой), например, при измерении профиля железнодорожных путей скоростных железных дорог, а также в составе быстродействующих бесплатформенных инерциальных систем. The invention relates to goniometric measurements, in particular to dynamic measurements, which is a periodic measurement of the angle at certain points in time, and can be used for dynamic measurements of angles using a laser gyro with a variable stand (vibration suspension, Zeeman or Faraday stand), for example, when measuring the profile of railways of high-speed railways, as well as as part of high-speed strapdown inertial systems.

Известен способ измерения угловых перемещений, в котором в качестве подставки лазерного гироскопа используются крутильные колебания [1]. Способ заключается в том, что из двух аналоговых сигналов, получаемых от лазерного гироскопа и сдвинутых по фазе друг относительно друга на π/2, формируют знаковую функцию и две последовательности счетных импульсов. Последние считают (интегрируют) при помощи реверсивного счетчика, при этом результаты интегрирования снимают в моменты времени, кратные целому числу циклов крутильных колебаний. Недостатком этого способа является то, что он не позволяет проводить динамические измерения. A known method of measuring angular displacements, in which torsional vibrations are used as a stand of a laser gyroscope [1]. The method consists in the fact that of the two analog signals received from the laser gyroscope and shifted in phase relative to each other by π / 2, a sign function and two sequences of counting pulses are formed. The latter are counted (integrated) using a reversible counter, while the integration results are recorded at time instants multiple of an integer number of torsional vibration cycles. The disadvantage of this method is that it does not allow dynamic measurements.

Известен способ динамического измерения угловых перемещений, при осуществлении которого используется лазерный гироскоп со знакопеременным начальным смещением, а именно с механической знакопеременной подставкой (виброподставкой) [2] . Способ заключается в том, что из двух аналоговых сигналов, сдвинутых по фазе друг относительно друга на π/2 за счет применения двух фотоприемников, разнесенных по координате на четверть длины волны, формируют знаковую функцию и две последовательности счетных импульсов. Последние интегрируют при помощи реверсивного счетчика, причем результаты интегрирования снимают в моменты времени, кратные целому числу циклов знаковой функции. A known method of dynamic measurement of angular displacements, the implementation of which uses a laser gyro with an alternating initial displacement, namely with a mechanical alternating stand (vibration stand) [2]. The method consists in the fact that of the two analog signals phase-shifted relative to each other by π / 2 due to the use of two photodetectors separated by a quarter of the wavelength coordinate, a sign function and two sequences of counting pulses are formed. The latter are integrated using a reversible counter, and the integration results are taken at time instants multiple of an integer number of cycles of the sign function.

Этот способ позволяет измерять угловые перемещения с дискретностью (периодичностью), равной периоду функции виброподставки, поэтому для измерения быстроизменяющихся углов он не пригоден. This method allows you to measure angular displacements with a resolution (periodicity) equal to the period of the vibration support function, therefore it is not suitable for measuring rapidly changing angles.

Наиболее близким к заявляемому является способ динамического измерения угловых перемещений при помощи лазерного гироскопа с переменной подставкой [3] , заключающийся в следующем. Из двух аналоговых сигналов, сдвинутых друг относительно друга на π/2, формируют знаковую функцию и две последовательности счетных импульсов. Последовательности счетных импульсов интегрируют со сдвигом начала интегрирования на время, равное половине периода знаковой функции. При этом периодичность снятия результатов интегрирования выбирают кратной целому числу периодов знаковой функции. Получаемая при этом частота измерений угловых перемещения равна удвоенной частоте переменной подставки. Closest to the claimed is a method of dynamic measurement of angular displacements using a laser gyro with a variable stand [3], which consists in the following. Of the two analog signals shifted relative to each other by π / 2, a sign function and two sequences of counting pulses are formed. Sequences of counting pulses are integrated with a shift in the start of integration by a time equal to half the period of the sign function. In this case, the frequency of taking the integration results is selected as a multiple of an integer number of periods of the sign function. The resulting frequency of measurements of angular displacement is equal to twice the frequency of the variable stand.

Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является разработка способа, обеспечивающего увеличение частоты отсчетов измеряемых угловых перемещений. The problem solved by the claimed invention is the development of a method that provides an increase in the sampling frequency of the measured angular displacements.

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем. В известном способе динамического измерения угловых перемещений, заключающемся в том, что из двух аналоговых сигналов лазерного гироскопа с переменной подставкой, сдвинутых друг относительно друга на π/2 формируют знаковую функцию и две последовательности счетных импульсов, интегрируют последовательности счетных импульсов со сдвигом начала интегрирования одной последовательности относительно другой на время, равное половине периода знаковой функции и фиксируют результаты интегрирования (значения измеряемого углового перемещения) на интервалах, кратных целому числу периодов знаковой функции, дополнительно формируют функцию переменной подставки в виде периодического сигнала таким образом, что при нулевом значении угловой скорости нуль переходы функции переменной подставки совпадают с нуль-переходами знаковой функции, получают значения V_i,k приращений интеграла путем дополнительного интегрирования последовательностей счетных импульсов на интервалах интегрирования, представляющих собой 2(n-1) временных интервалов, симметричных относительно нуль-переходов функции переменной подставки, длительности которых составляют k/n часть периода функции переменной подставки,
где n - целое число не менее 2; k - индекс временного интервала, изменяющийся от 1 до n, и определяют дополнительные значения Q_i,k углового перемещения по следующему соотношению:
Q_i,k = Q_i,k-1 + W_i,k,
где W_i,k вычисляется по следующему рекурсивному алгоритму:
W_i,k = V_i,k - V_i,k-1 - W_i-1,n-(k-1)
при условии, что V_i,0 = 0; W_1,k = 0; V_i,n = Q_i - Q_i-2,
где Q_i - результаты интегрирования за интервалы, кратные целому числу периодов знаковой функции, являющиеся значениями углового перемещения;
i - текущий номер нуль-перехода знаковой функции, являющийся номером цикла измерений;
V_i,k - значения приращений интеграла за k-тый временной интервал в i-ом цикле.The essence of the claimed invention is as follows. In the known method for dynamic measurement of angular displacements, which consists in the fact that of the two analog signals of a laser gyro with a variable stand, shifted relative to each other by π / 2 form a sign function and two sequences of counting pulses, integrate the sequence of counting pulses with a shift in the beginning of integration of one sequence relative to another for a time equal to half the period of the sign function and record the results of integration (values of the measured angular displacement) at intervals multiple of an integer number of periods of the sign function, an additional variable support function is formed in the form of a periodic signal in such a way that at zero angular velocity the zero transitions of the variable support function coincide with the zero transitions of the sign function, and they obtain the values of V _{i, k of} the integral increments by additional integration of sequences of counting pulses at integration intervals, which are 2 (n-1) time intervals symmetric with respect to the zero transitions of the functions and variable stand, the duration of which is k / n part of the period of the variable stand function,
where n is an integer of at least 2; k is the index of the time interval, varying from 1 to n, and determine additional values of Q _{i, k} angular displacement according to the following ratio:
Q _{i, k} = Q _{i, k-1} + W _{i, k} ,
where W _{i, k is} calculated by the following recursive algorithm:
W _{i, k} = V _{i, k} - V _{i, k-1} - W _i-1 , n- (k-1)
provided that V _{i, 0} = 0; W _{1, k} = 0; V _{i, n} = Q _i - Q _i-2 ,
where Q _i are the results of integration over intervals that are multiples of the integer number of periods of the sign function, which are the values of the angular displacement;
i is the current number of the zero transition of the sign function, which is the number of the measurement cycle;
V _{i, k} are the values of the increments of the integral over the k-th time interval in the i-th cycle.

Техническим результатом заявляемого изобретения является получение дополнительных значений измеряемых угловых перемещений, позволяющих увеличить точность слежения за изменением угловых перемещений. The technical result of the claimed invention is to obtain additional values of the measured angular displacements, allowing to increase the accuracy of tracking changes in angular displacements.

Сущность заявляемого способа поясняется следующими чертежами:
фиг. 1 - временные диаграммы, поясняющие осуществление заявляемого способа, при этом на фиг. 1а приведена функция переменной подставки (виброподвеса) и показано взаимное расположение интервалов интегрирования (временных интервалов) при n = 8, а на фиг. 1b - 1l приведены временные диаграммы сигналов, определяющих интервалы интегрирования;
фиг. 2 - функциональная схема устройства, реализующего способ;
фиг. 3 - функциональная схема блока формирования функции переменной подставки на примере виброподвеса;
фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу блока формирования функции переменной подставки;
фиг. 5 - функциональная схема блока формирования интервалов интегрирования для n = 8.The essence of the proposed method is illustrated by the following drawings:
FIG. 1 is a timing chart explaining the implementation of the proposed method, while in FIG. 1a shows the function of a variable stand (vibration suspension) and shows the relative position of the integration intervals (time intervals) at n = 8, and in FIG. 1b - 1l are timing diagrams of signals defining integration intervals;
FIG. 2 is a functional diagram of a device that implements the method;
FIG. 3 is a functional diagram of a unit for forming a function of a variable stand on the example of a vibro-suspension;
FIG. 4 is a timing diagram explaining the operation of the variable support function forming unit;
FIG. 5 is a functional block diagram of the formation of integration intervals for n = 8.

Заявляемый способ базируется на следующих свойствах определенного интеграла:

при условии, что f(t₀) = 0, а f(t) некоторая периодическая функция
в)

откуда

Исходя из того, что измеряемое угловое перемещение - Q_i пропорционально интегралу от угловой скорости Ω(t) на интервале от момента включения измерительной системы до момента t_i, то есть

где K_ЛГ - масштабный коэффициент лазерного гироскопа, а также из того, что два аналоговых сигнала, снимаемых с лазерного гироскопа с переменной подставкой, несут информацию об угловой скорости, можно получить значения измеряемого углового перемещения следующим образом. Из двух аналоговых сигналов, сдвинутых друг относительно друга на π/2, формируют две последовательности счетных импульсов и знаковую функцию, интегрируя последовательности счетных импульсов со сдвигом начала интегрирования одной последовательности относительно другой на время равное половине периода знаковой функции, снимая при этом отсчеты результатов интегрирования на интервалах, кратных целому числу периодов знаковой функции, которые и являются значениями измеряемого углового перемещения Q_i, где: i - текущий номер корня (нуль-перехода) знаковой функции.The inventive method is based on the following properties of a certain integral:

provided that f (t ₀ ) = 0, and f (t) is some periodic function
in)

where from

Based on the fact that the measured angular displacement - Q _{i is} proportional to the integral of the angular velocity Ω (t) in the interval from the moment the measuring system is turned on to the moment t _i , i.e.

where K _LG is the scale factor of the laser gyro, and also because the two analog signals taken from the laser gyro with a variable stand carry information about the angular velocity, we can obtain the values of the measured angular displacement as follows. Two sequences of counting pulses and a sign function are formed from two analog signals shifted relative to each other by π / 2, integrating sequences of counting pulses with a shift in the start of integration of one sequence relative to another for a time equal to half the period of the sign function, while taking readings of the integration results by intervals integer multiples of periods of the sign function, which are the measured values of the angular displacement Q _i, wherein: i - the current number of the root (null intersection Ode) sign function.

Для получения дополнительных значений измеряемых угловых перемещений формируют функцию переменной подставки и дополнительно интегрируют последовательности счетных импульсов на 2(n-1) интервалах, формируемых, как показано на фиг. 1b...1l, симметрично относительно нуль-переходов функции переменной подставки. При этом длительности интервалов зависят от периода функции переменной подставки следующим образом:

где k - индекс временного интервала, принимающий значения от 1 до n;
n - любое целое число, не менее 2;
T_k - длительность k-го интервала;
T_ВП - период функции переменной подставки.To obtain additional values of the measured angular displacements, the function of the variable stand is formed and the sequences of counting pulses are additionally integrated at 2 (n-1) intervals formed as shown in FIG. 1b ... 1l, symmetrically with respect to the null transitions of the variable support function. In this case, the duration of the intervals depends on the period of the function of the variable stand as follows:

where k is the index of the time interval, taking values from 1 to n;
n is any integer no less than 2;
T _k is the duration of the kth interval;
T _VP - the period of the variable support function.

Все сформированные относительно одного нуль-перехода интервалы определяют один цикл измерений. All intervals formed with respect to one zero transition define one measurement cycle.

В результате дополнительного интегрирования получают значения приращений интеграла - V_i,k, которые не зависят от функции переменной подставки, а зависят от характера изменения входной угловой скорости Ω(t), где i - номер нуль-перехода знаковой функции или номер цикла, а V_i,k - приращение интеграла в i-ом цикле за период T_k.As a result of additional integration, we obtain the values of the increments of the integral - V _{i, k} , which do not depend on the function of the variable support, but depend on the nature of the change in the input angular velocity Ω (t), where i is the zero-transition number of the sign function or the cycle number, and V _{i, k} is the increment of the integral in the i-th cycle over the period T _k .

Исходя из свойств определенного интеграла, приведенных выше, и указанного порядка формирования интервалов дополнительного интегрирования, можно получить значения приращений интеграла W_i,k на интервалах, равных 1/2(T_k - T_k-1) следующим образом. Задав условие, что W_i,k = 0; V_i,0 = 0; n = 8 с учетом того, что V_i,8 = Q_i - Q_i-2, значения W_i,k получают, исходя из следующего рекурсивного алгоритма:
W_i,1 = V_i,1 - V_i,0 - W_(i-1),8,
W_i,2 = V_i,2 - V_i,1 - W_(i-1),7;
W_i,3 = V_i,3 - V_i,2 - W_(i-1),6;
W_i,4 = V_i,4 - V_i,3 - W_(i-1),5;
W_i,5 = V_i,5 - V_i,4 - W_(i-1),4;
W_i,6 = V_i,6 - V_i,5 - W_(i-1),3;
W_i,7 = V_i,7 - V_i,6 - W_(i-1),2;
W_i,8 = V_i,8 - V_i,7 - W_(i-1),1;
При этом дополнительные значения Q_i,k измеряемых угловых перемещений получают, исходя из соотношения:
Q_i,k = Q_i,k-1 + W_i,k.Based on the properties of a certain integral given above and the indicated order of formation of intervals of additional integration, we can obtain the increment values of the integral W _{i, k} at intervals equal to 1/2 (T _k - T _k-1 ) as follows. By setting the condition that W _{i, k} = 0; V _{i, 0} = 0; n = 8, taking into account the fact that V _{i, 8} = Q _i - Q _i-2 , the values of W _{i, k} are obtained based on the following recursive algorithm:
W _{i, 1} = V _{i, 1} - V _{i, 0} - W _{(i-1), 8} ,
W _{i, 2} = V _{i, 2} - V _{i, 1} - W _{(i-1), 7} ;
W _{i, 3} = V _{i, 3} - V _{i, 2} - W _{(i-1), 6} ;
W _{i, 4} = V _{i, 4} - V _{i, 3} - W _{(i-1), 5} ;
W _{i, 5} = V _{i, 5} - V _{i, 4} - W _{(i-1), 4} ;
W _{i, 6} = V _{i, 6} - V _{i, 5} - W _{(i-1), 3} ;
W _{i, 7} = V _{i, 7} - V _{i, 6} - W _{(i-1), 2} ;
W _{i, 8} = V _{i, 8} - V _{i, 7} - W _{(i-1), 1} ;
In this case, additional values of Q _{i, k of the} measured angular displacements are obtained based on the ratio:
Q _{i, k} = Q _{i, k-1} + W _{i, k} .

Таким образом, заявляемый способ позволяет производить динамические измерения угловых перемещений с частотой, равной 2nf_ВП, для n = 8 частота равна 16f_ВП (см. фиг. 1m), где f_ВП - частота колебаний переменной подставки.Thus, the inventive method allows dynamic measurements of angular displacements with a frequency equal to 2nf _VP , for n = 8 the frequency is 16f _VP (see Fig. 1m), where f _VP is the oscillation frequency of a variable stand.

Устройство, реализующее заявляемый способ, представлено на фиг. 2 и состоит из лазерного гироскопа 1 с переменной подставкой (виброподвесом), блока 2 формирования счетных импульсов, блока 3 формирования знаковой функции, основных реверсивных счетчиков 4 и 5, дополнительных реверсивных счетчиков 6, блока 7 формирования функции переменной подставки (виброподвеса), блока 8 формирования интервалов дополнительного интегрирования, мультиплексора 9 и блока 10 обработки. A device implementing the inventive method is shown in FIG. 2 and consists of a laser gyro 1 with a variable stand (vibro-suspension), a unit 2 for generating counting pulses, a unit 3 for generating a sign function, basic reversing counters 4 and 5, additional reversing counters 6, a unit 7 for forming a function for a variable stand (vibro-suspension), block 8 forming intervals of additional integration, multiplexer 9 and processing unit 10.

Дополнительных реверсивных счетчиков 6, в зависимости от схемы включения при n = 8, может быть от восьми до одиннадцати. Additional reverse counters 6, depending on the switching circuit with n = 8, can be from eight to eleven.

Пример выполнения блока 8 формирования интервалов дополнительного интегрирования приведен на фиг. 5. Схема выполнена в предположении непрерывной аналоговой функции виброподвеса для n = 8. An example of the implementation of block 8 forming intervals of additional integration is shown in FIG. 5. The circuit is made under the assumption of a continuous analog function of the vibration suspension for n = 8.

Блок 8 содержит:
удвоители частоты 11, 12;
дифференциатор 13;
компараторы 14, 15, 16;
инверторы 17, 18, 19;
схемы "И" 20, 21, 22;
двухвходовые схемы "И-НЕ" 23, 24, 25, 26, 27;
трехвходовые схемы "И-НЕ" 28, 29.Block 8 contains:
frequency doublers 11, 12;
differentiator 13;
comparators 14, 15, 16;
inverters 17, 18, 19;
schemes "And" 20, 21, 22;
two-input circuits "AND NOT" 23, 24, 25, 26, 27;
three-input circuits "AND NOT" 28, 29.

Удвоители 11 и 12 частоты могут быть выполнены, например, на двухполупериодных выпрямителях и усилителях переменного тока. Frequency doublers 11 and 12 can be performed, for example, on half-wave rectifiers and AC amplifiers.

Дифференциатор 13 позволяет получить функцию, сдвинутую по фазе на π/2 относительно функции виброподвеса. The differentiator 13 allows you to get a function that is out of phase by π / 2 relative to the function of the vibro-suspension.

Компараторы 14, 15, 16 выделяют корни соответствующих сигналов и формируют временные последовательности типа "меандр" второй и четвертой гармоник, а также первой гармоники функции виброподвеса, сдвинутой по фазе на π/2. Из этих временных последовательностей с помощью логических схем 17 - 29 формируют все интервалы дополнительного интегрирования, временные диаграммы которых представлены на фиг. 1. Диаграммы фиг. 1 (a, b...j) соответствуют входному сигналу a и выходным сигналам b - j блока 8 формирования интервалов интегрирования, схема которого приведена на фиг. 5. Comparators 14, 15, 16 identify the roots of the corresponding signals and form time sequences of the meander type of the second and fourth harmonics, as well as the first harmonic of the vibration suspension function, phase shifted by π / 2. From these time sequences, using logic circuits 17-29, all intervals of additional integration are formed, the time diagrams of which are presented in FIG. 1. The diagrams of FIG. 1 (a, b ... j) correspond to the input signal a and output signals b - j of the unit 8 for forming integration intervals, the circuit of which is shown in FIG. 5.

На фиг. 1 рассмотрен случай для n = 8. При этом:
на фиг. 1b показан сигнал управляющий интегрированием на интервале; T₁ = T_ВП/8 = T₈/8;
на фиг. 1c показан сигнал, управляющий интегрированием на интервале T₂ = 2/8T_ВП;
на фиг. 1d показан сигнал, управляющий интегрированием на интервале T₃ = 3/8T_ВП;
на фиг. 1e, 1f показан сигнал, управляющий интегрированием на интервале T₄ = 4/8T_ВП;
на фиг. 1g, 1h показан сигнал, управляющий интегрированием на интервале T₅ = 5/8T_ВП;
на фиг. 1i, 1j показан сигнал, управляющий интегрированием на интервале T₆ = 6/8T_ВП;
на фиг. 1k, 1l показан сигнал, управляющий интегрированием на интервале T₇ = 7/8T_ВП.In FIG. 1, we consider the case for n = 8. Moreover:
in FIG. 1b shows a signal controlling integration over an interval; T ₁ = T _VI / 8 = T _8/8;
in FIG. 1c shows a signal that controls integration over the interval T ₂ = 2 / 8T _VP ;
in FIG. 1d shows a signal that controls integration over the interval T ₃ = 3 / 8T _VP ;
in FIG. 1e, 1f shows a signal that controls integration over the interval T ₄ = 4 / 8T _VP ;
in FIG. 1g, 1h shows the signal that controls integration over the interval T ₅ = 5 / 8T _VP ;
in FIG. 1i, 1j shows a signal that controls integration over the interval T ₆ = 6 / 8T _VP ;
in FIG. 1k, 1l shows the signal that controls the integration on the interval T ₇ = 7 / 8T _VP .

Интервалы T₈ совпадают с периодом функции виброподвеса T_ВП.The intervals T ₈ coincide with the period of the function of the vibration suspension T _VP .

Блок 7 формирования функции переменной подставки, в случае применения виброподвеса, может быть выполнен либо в виде датчика положения резонатора относительно корпуса лазерного гироскопа с виброподвесом, либо, как представлено на фиг. 3, в виде датчика тока виброподвеса, в качестве которого используется резистор 30, удвоителя частоты, состоящего из диодного выпрямителя 31 и операционного усилителя 32, и фазовращателя 33, позволяющего компенсировать электромеханическую задержку виброподвеса. В последнем случае необходима настройка, заключающаяся в совмещении корней функции виброподвеса и знаковой функции при Ω(t) = 0. Работа блока 7 поясняется временными диаграммами на фиг. 4, где на диаграмме (n) показана знаковая функция. The unit 7 for forming the function of the variable stand, in the case of using a vibro-suspension, can be made either in the form of a position sensor of the resonator relative to the laser gyro housing with a vibro-suspension, or, as shown in FIG. 3, in the form of a current sensor of a vibro-suspension, which uses a resistor 30, a frequency doubler, consisting of a diode rectifier 31 and an operational amplifier 32, and a phase shifter 33, which allows to compensate for the electromechanical delay of the vibro-suspension. In the latter case, a setting is necessary, which consists in combining the roots of the vibration suspension function and the sign function for Ω (t) = 0. The operation of block 7 is illustrated by the timing diagrams in FIG. 4, where the sign function is shown in diagram (n).

При использовании зеемановской или фарадеевской переменных подставок для формирования функции переменной подставки можно регистрировать ток, образующий переменное магнитное поле. When using the Zeeman or Faraday variable supports to form the function of the variable support, it is possible to register a current generating an alternating magnetic field.

Мультиплексор 9 (см. фиг. 2) служит для коммутации цифровых выходов реверсивных счетчиков 4, 5, 6 на входную шину блока 10 обработки. Управляется мультиплексор 9 сигналами блока 8 формирования интервалов дополнительного интегрирования. The multiplexer 9 (see Fig. 2) serves for switching the digital outputs of the reversible counters 4, 5, 6 to the input bus of the processing unit 10. The multiplexer 9 is controlled by the signals of block 8 forming intervals of additional integration.

Блок 10 обработки реализует в реальном времени алгоритм, описанный выражениями (4) и (5), причем отсчеты на выходе блока 10 обработки регистрируются с частотой равной 2nf_ВП, для n = 8 частота равна 16f_ВП (см. фиг. 1m), где f_ВП - частота колебаний переменой подставки.Processing unit 10 implements in real time the algorithm described by expressions (4) and (5), moreover, samples at the output of processing unit 10 are recorded with a frequency equal to 2nf _VP , for n = 8 the frequency is 16f _VP (see Fig. 1m), where f _VP - the oscillation frequency by changing the stand.

Устройство (см. фиг. 2) работает следующим образом. Из двух аналоговых сигналов, поступающих с выхода лазерного гироскопа 1 и сдвинутых друг относительно друга на π/2, блок 2 формирует последовательность суммируемых и последовательность вычитаемых импульсов, а блок 3 формирует знаковую функцию. При этом частота счетных импульсов пропорциональна проекции на ось чувствительности суммарного воздействия угловой скорости Ω(t) и угловой скорости виброподвеса ω_ВП(t) на резонатор лазерного гироскопа, а знаковая функция имеет те же корни, что и у суммарного воздействия, т.е. нуль-переходы суммарного воздействия совпадают с фронтами знаковой функции.The device (see Fig. 2) works as follows. Of the two analog signals coming from the output of the laser gyroscope 1 and shifted relative to each other by π / 2, block 2 forms a sequence of summed and subtracted pulses, and block 3 forms a sign function. In this case, the frequency of the counting pulses is proportional to the projection on the sensitivity axis of the total effect of the angular velocity Ω (t) and the angular velocity of the vibro-suspension ω _VP (t) on the laser gyro resonator, and the sign function has the same roots as the total effect, i.e. zero transitions of the total effect coincide with the fronts of the sign function.

Основные реверсивные счетчики 4 и 5 запускаются со сдвигом относительно друг друга на половину периода знаковой функции и интегрируют счетные импульсы непрерывно. Информация с основных реверсивных счетчиков 4 и 5 (полное значение интеграла) снимается в моменты окончания периодов знаковой функции. The main reversible counters 4 and 5 are started with a shift relative to each other by half the period of the sign function and integrate the counting pulses continuously. Information from the main reverse counters 4 and 5 (the full value of the integral) is taken at the end of periods of the sign function.

Блок 7 формирует сигнал a (см. фиг. 4) являющийся функцией переменной подставки, таким образом, чтобы при Ω(t) = 0 его нуль-переходы совпадали с фронтами сигнала n (см. фиг. 4), являющийся знаковой функцией. Block 7 generates a signal a (see Fig. 4), which is a function of the variable stand, so that for Ω (t) = 0 its zero transitions coincide with the edges of signal n (see Fig. 4), which is a sign function.

Блок 8 формирует из функции виброподвеса, поступающей с выхода блока 7, импульсные сигналы b - l (фиг. 5). Эти сигналы управляют работой дополнительных реверсивных счетчиков 6, которые измеряют приращения интеграла за доли периода функции виброподвеса. Block 8 generates pulse signals b - l from the function of the vibro-suspension coming from the output of block 7 (Fig. 5). These signals control the operation of additional reversible counters 6, which measure the increments of the integral over a fraction of the period of the vibration suspension function.

По переднему фронту сигналов b - l (см. фиг. 1), поступающих с блока 8, происходит обнуление соответствующих дополнительных реверсивных счетчиков 6, а во время действия единичного уровня этих сигналов на счетные входы счетчиков 6 подаются счетные импульсы с выхода блока 2 формирования счетных импульсов. On the leading edge of the signals b - l (see Fig. 1) coming from block 8, the corresponding additional reversible counters 6 are zeroed, and during the action of a single level of these signals, counting pulses from the output of the counting generation unit 2 are fed to the counting inputs of the counters 6 pulses.

Таким образом, на входные шины мультиплексора 9 с выходов основных реверсивных счетчиков 4 и 5 поступают текущие значения полного интеграла Q_i, а с выходов дополнительных реверсивных счетчиков 6 - значения приращений интеграла V_i,k.Thus, on the input buses of the multiplexer 9 from the outputs of the main reversal counters 4 and 5, the current values of the full integral Q _i are received, and from the outputs of the additional reverse counters 6, the values of the increments of the integral V _{i, k} .

Блок 10 обработки выполняет следующие операции:
обнуляет все реверсивные счетчики, причем основные 4 и 5 - с сдвигом на половину периода знаковой функции;
управляет мультиплексором 9;
осуществляет считывание значений Q_i и V_i,k и запись их в буферную память блока 10 обработки;
вычисляет значения W_i,k по рекурсивному алгоритму (4);
вычисляет значения Q_i,k и формирует их на выходе блока 10 - выходной шине устройства.The processing unit 10 performs the following operations:
resets all reversible counters, and the main 4 and 5 - with a shift of half the period of the sign function;
controls the multiplexer 9;
reads the values of Q _i and V _{i, k} and writes them to the buffer memory of the processing unit 10;
calculates the values of W _{i, k} according to the recursive algorithm (4);
calculates the values of Q _{i, k} and generates them at the output of block 10 - the output bus of the device.

Источники информации
1. Патент Великобритании N 1296786.Sources of information
1. British patent N 1296786.

2. Лукьянов Д.П., Филатов Ю.В. Основы квантовой гироскопии: Учеб. пособие/Ленингр. электротехн. ин-т им. В.И. Ульянова (Ленина). - Л., 1987. 2. Lukyanov D.P., Filatov Yu.V. Fundamentals of quantum gyroscopy: Textbook. allowance / Leningrad. electrical engineer Institute of them. IN AND. Ulyanov (Lenin). - L., 1987.

3. Руководство по технической эксплуатации к инерциальной системе И-432-1С. Раменский приборостроительный завод. 194100 Моск. обл, г. Раменск, ул. Михайлевича, 39. 3. Manual on technical operation of the inertial system I-432-1C. Ramensky Instrument-Making Plant. 194100 Moscow region, Ramensk, st. Mikhailovich, 39.

Claims (1)

Способ динамического измерения угловых перемещений, заключающийся в том, что из двух аналоговых сигналов лазерного гироскопа с переменной подставкой, сдвинутых друг относительно друга на π/2, формируют знаковую функцию и две последовательности счетных импульсов, интегрируют последовательности счетных импульсов со сдвигом начала интегрирования одной последовательности относительно другой на время, равное половине периода знаковой функции, и фиксируют результаты интегрирования, являющиеся значениями измеряемого углового перемещения, за интервалы, кратные целому числу периодов знаковой функции, отличающийся тем, что дополнительно формируют функцию переменной подставки в виде периодического сигнала таким образом, что при нулевом значении угловой скорости нуль-переходы функции переменной подставки совпадают с нуль-переходами знаковой функции, получают значения V_i,k приращений интеграла путем дополнительного интегрирования последовательностей счетных импульсов на интервалах интегрирования, представляющих собой 2(n-1) временных интервалов, симметричных относительно нуль-переходов функции переменной подставки, длительности которых составляют k/n часть периода функции переменной подставки, где n - целое число, не менее 2, k - индекс временного интервала, изменяющийся от 1 до n, и определяет дополнительные значения Q_i,k углового перемещения по следующему соотношению:
Q_i,k = Q_i,k-1 + W_i,k,
где W_i,k вычисляется по следующему рекурсивному алгоритму:
W_i,k = V_i,k - V_i,k-1 - W_{i-1,n- (k-1)},
при условии, что V_i,o = 0; W_i,k = 0; V_i,n = Q_i - Q_i-2,
где Q_i - результаты интегрирования за интервалы, кратные целому числу периодов знаковой функции, являющиеся значениями углового перемещения;
i - текущий номер нуль-перехода знаковой функции, являющийся номером цикла измерений;
V_i,k - значения приращений интеграла за k-тый временной интервал в i-ом цикле.A method for dynamically measuring angular displacements, consisting in the fact that from two analog signals of a laser gyro with a variable stand shifted relative to each other by π / 2, a sign function and two sequences of counting pulses are formed, sequences of counting pulses are integrated with a shift in the beginning of integration of one sequence with respect to another for a time equal to half the period of the sign function, and record the results of integration, which are the values of the measured angular displacement For intervals which are multiples of an integer number of periods of the sign function, characterized in that it additionally form a function of the variable pedestal in the form of a periodic signal such that at zero angular velocity zero-crossings function variable stand coincide with the zero transitions sign function giving the values of V _{i, k} increments of the integral by additional integration of sequences of counting pulses on the integration intervals, which are 2 (n-1) time intervals symmetric with respect to about null transitions of the variable support function, the durations of which are k / n part of the period of the variable support function, where n is an integer, at least 2, k is the index of the time interval, varying from 1 to n, and determines additional values Q _{i, k} angular displacement in the following ratio:
Q _{i, k} = Q _{i, k-1} + W _{i, k} ,
where W _{i, k is} calculated by the following recursive algorithm:
W _{i, k} = V _{i, k} - V _{i, k-1} - W _{i-1, n- (k-1)} ,
provided that V _{i, o} = 0; W _{i, k} = 0; V _{i, n} = Q _i - Q _i-2 ,
where Q _i are the results of integration over intervals that are multiples of the integer number of periods of the sign function, which are the values of the angular displacement;
i is the current number of the zero transition of the sign function, which is the number of the measurement cycle;
V _{i, k} are the values of the increments of the integral over the k-th time interval in the i-th cycle.

Images