RU2207510C2 - Solid-body wave gyroscope - Google Patents

Solid-body wave gyroscope Download PDF

Info

Publication number
RU2207510C2
RU2207510C2 RU2001119855A RU2001119855A RU2207510C2 RU 2207510 C2 RU2207510 C2 RU 2207510C2 RU 2001119855 A RU2001119855 A RU 2001119855A RU 2001119855 A RU2001119855 A RU 2001119855A RU 2207510 C2 RU2207510 C2 RU 2207510C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
resonator
electrodes
electrode
housing
solid
Prior art date
Application number
RU2001119855A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001119855A (en
Inventor
А.А. Кардаполов
П.К. Мачехин
С.В. Кузьмин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Ижевский электромеханический завод "Купол"
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 унитарное предприятие "Ижевский электромеханический завод "Купол" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Ижевский электромеханический завод "Купол"
Priority to RU2001119855A priority Critical patent/RU2207510C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2207510C2 publication Critical patent/RU2207510C2/en
Publication of RU2001119855A publication Critical patent/RU2001119855A/en

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: gyroscopic instrument engineering, applicable for measurement of angles in the control systems. SUBSTANCE: the solid-body wave gyroscope has a resonator in the form of an asymmetric thin-walled element, at least one electrode of the resonator fastened on the surface of the resonator, body attached to which are the resonator and a great number of body electrodes located in the immediate proximity to the resonator electrodes, the control and reference voltages are applied to the electrodes of the body and resonator, it is featured by the fact that applied to resonator electrode is the reference voltage including the components of the high-frequency voltage for feeding the capacitive movement transducer formed by the body electrodes and the resonator electrode, fed to the body electrodes in turn are the zero potential and the control voltages, the oscillation signals are taken off the resonator electrode. The supply of the zero potential to the body electrodes is synchronized with the supply of the high-frequency signal to the resonator electrode, the supply of the control signals is synchronized with the supply of the zero potential to the resonator electrode. EFFECT: enhanced precision and simplified construction of the instrument. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к гироскопическому приборостроению и может быть использовано для измерения углов в системах управления. The invention relates to gyroscopic instrumentation and can be used to measure angles in control systems.

Известен твердотельный волновой гироскоп [1], содержащий резонатор в виде осесимметричного тонкостенного элемента, способного к вибрации по меньшей мере на одной из множества мод стоячих волн, по меньшей мере один электрод резонатора, закрепленный на внешней или внутренней поверхности резонатора, по меньшей мере один электрод, закрепленный на торцевой поверхности резонатора, корпус, на котором закреплены резонатор, множество электродов датчиков и электродов управления. Электронный блок управления содержит источники опорных переменных токов высокой частоты, раздельные дифференциальные усилители-сумматоры сигналов с емкостных преобразователей перемещений по собственным осям, устройства детектирования и фильтрации низких частот для выделения сигналов колебаний резонатора. Сигналы колебаний резонатора снимаются с емкостных преобразователей перемещений, образованных электродами датчиков и электродами, закрепленными на торцевой поверхности резонатора. Known solid-state wave gyroscope [1], containing a resonator in the form of an axisymmetric thin-walled element capable of vibration in at least one of the many modes of standing waves, at least one resonator electrode mounted on the outer or inner surface of the resonator, at least one electrode mounted on the end surface of the resonator, a housing on which the resonator is fixed, a plurality of sensor electrodes and control electrodes. The electronic control unit contains sources of reference alternating currents of high frequency, separate differential amplifiers-adders of signals from capacitive displacement transducers along their own axes, devices for detecting and filtering low frequencies to extract resonator oscillation signals. The oscillation signals of the resonator are removed from the capacitive displacement transducers formed by the sensor electrodes and electrodes mounted on the end surface of the resonator.

Недостатком приведенной конструкции является то, что раздельное выделение сигналов колебаний резонатора по собственным осям приводит к появлению погрешности определения положения колебательной картины из-за неидентичности коэффициентов передачи амплитуд сигналов, связанной с различными величинами дрейфов по отдельным каналам преобразования. The disadvantage of this design is that the separate selection of the oscillation signals of the resonator along its own axes leads to the appearance of an error in determining the position of the vibrational pattern due to the non-identical transmission coefficients of the signal amplitudes associated with different values of the drifts on individual conversion channels.

Этот недостаток устранен в вибрационном датчике вращения с мультиплексной электроникой [2], который содержит резонатор в виде осесимметричного тонкостенного элемента, по меньшей мере один электрод, закрепленный на поверхности резонатора и подключенный к сенсорному электронному блоку, входной порт которого соединен с выходным портом резонатора и предназначен для определения из сигнала на выходном порту резонатора параметров по меньшей мере одной стоячей волны, возникающей при вибрации резонатора, корпус, к которому прикреплены резонатор и восемь электродов, подключенных к задающему электронному блоку. На электроды корпуса подаются высокочастотные возбуждающие напряжения и управляющие напряжения. Сигналы колебаний резонатора получаются в результате раздельной мультиплексной обработки сигнала, снимаемого с электрода резонатора. This disadvantage is eliminated in a vibrational rotation sensor with multiplexed electronics [2], which contains a resonator in the form of an axisymmetric thin-walled element, at least one electrode mounted on the surface of the resonator and connected to a sensor electronic unit, the input port of which is connected to the output port of the resonator and is intended for determining from the signal at the output port of the resonator the parameters of at least one standing wave arising from the vibration of the resonator, a housing to which the resonators are attached op and eight electrodes connected to the master electronic control unit. High-frequency exciting voltages and control voltages are applied to the electrodes of the housing. The resonator oscillation signals are obtained as a result of separate multiplex processing of the signal taken from the resonator electrode.

В вибрационном датчике вращения с мультиплексной электроникой, который является наиболее близким по конструкции, способу считывания и управления к предлагаемому изобретению, при сложении сигналов на электроде резонатора из-за взаимного влияния сигналов по различным собственным осям колебаний резонатора происходит снижение точности измерений, а также снижение динамического диапазона работы прибора при последовательной мультиплексной подаче управляющих напряжений. In a vibrational rotation sensor with multiplexed electronics, which is the closest in design, reading and control method to the present invention, when the signals are added to the resonator electrode, due to the mutual influence of the signals along different intrinsic axes of resonator oscillations, the measurement accuracy decreases, as well as the dynamic operating range of the device with sequential multiplex supply of control voltages.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения точности и надежности твердотельных волновых гироскопов. Для получения указанного технического результата представлен твердотельный волновой гироскоп, содержащий резонатор в виде осесимметричного тонкостенного элемента, способного к вибрации по меньшей мере на одной из множества мод стоячих волн, по меньшей мере один электрод резонатора, закрепленный на поверхности резонатора, корпус, на котором закреплены резонатор и множество электродов корпуса, находящихся в непосредственной близости к одному или более электродам резонатора, электронный блок управления, содержащий устройства стабилизации амплитуды колебаний, подавления квадратурных колебаний, вычисления угла, входной блок, соединенный с электродом резонатора, задающий блок, соединенный с электродами корпуса и электродом резонатора, электродами корпуса и электродом резонатора образованны емкостные преобразователи перемещений, задающий блок предназначен для подачи на электрод резонатора опорного напряжения, включающего составляющие высокой частоты, и на электроды корпуса сигналов управления, включающих нулевой потенциал для работы емкостных преобразователей перемещений. The present invention solves the problem of increasing the accuracy and reliability of solid-state wave gyroscopes. To obtain the technical result, a solid-state wave gyroscope is presented, containing a resonator in the form of an axisymmetric thin-walled element capable of vibrating on at least one of the many modes of standing waves, at least one resonator electrode mounted on the surface of the resonator, a housing on which the resonator is mounted and a plurality of housing electrodes located in close proximity to one or more resonator electrodes, an electronic control unit comprising stabilizing devices oscillation amplitudes, suppression of quadrature oscillations, calculation of the angle, an input unit connected to the resonator electrode, a driving unit connected to the housing electrodes and the resonator electrode, capacitive displacement transducers are formed, the driving unit is designed to supply a reference voltage to the resonator electrode , including high-frequency components, and to the electrodes of the housing of control signals including zero potential for the operation of capacitive converters ne displacements.

Для первого варианта конструкции твердотельного волнового гироскопа входной блок содержит усилитель, перемножитель-демодулятор, на который подается опорное напряжение, фильтр низких частот, устройства хранения данных, сигнал на которые записывается синхронно с подачей нулевого потенциала на электроды по соответствующим осям резонатора, дифференциальные усилители для суммирования выходных сигналов и устройства формирования выходных сигналов по собственным осям колебаний резонатора. For the first embodiment of the design of a solid-state wave gyroscope, the input unit contains an amplifier, a multiplier-demodulator, to which the reference voltage is supplied, a low-pass filter, data storage devices, the signal to which is recorded synchronously with the supply of zero potential to the electrodes along the corresponding resonator axes, differential amplifiers for summing output signals and a device for generating output signals along the own axes of oscillation of the resonator.

Для второго варианта конструкции твердотельного волнового гироскопа входной блок содержит усилитель, два устройства хранения данных, запись в которые осуществляется только при подаче нулевого потенциала сигналов управления на электроды по соответствующим осям резонатора синхронно с составляющими высокой частоты, входящими в опорное напряжение, подаваемое на электрод резонатора, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и цифровой процессор обработки сигналов для выделения из полученных массивов данных параметров колебаний резонатора по собственным осям. For the second embodiment of the design of a solid-state wave gyroscope, the input unit contains an amplifier, two data storage devices, which are recorded only when the potential of the control signals is applied to the electrodes along the respective axes of the resonator synchronously with the high-frequency components included in the reference voltage supplied to the resonator electrode, differential amplifier, analog-to-digital converter and digital signal processing processor for extracting parameters from the received data arrays s resonator on its own axis.

Отличительными признаками в заявляемой конструкции твердотельного волнового гироскопа является то, что:
- сигналы колебаний резонатора снимаются с емкостных преобразователей перемещения [3], образованных электродом резонатора и электродами корпуса, в режиме считывания сигналов на электрод резонатора подается опорное напряжение высокой частоты, не влияющее существенно на динамику резонатора, на электроды корпуса подается нулевой потенциал, работа преобразователей на высокочастотном переменном токе позволяет избежать появления составляющих ухода, вызванных постоянными токами утечки, и повысить точность измерения положения колебательной картины;
- сигналы колебаний резонатора проходят через один общий тракт усиления, детектирования и фильтрации для первого варианта конструкции и через единственный общий тракт усиления, хранения, дифференциального суммирования и аналого-цифрового преобразования для второго варианта конструкции, что повышает точность измерения положения колебательной картины;
- одновременная подача сигналов управления при нулевом потенциале на электроде резонатора обеспечивает увеличение динамического диапазона работы прибора.
Distinctive features in the claimed design of a solid-state wave gyroscope is that:
- the resonator oscillation signals are removed from the capacitive displacement transducers [3] formed by the resonator electrode and the body electrodes; in the signal reading mode, a high-frequency reference voltage is supplied to the resonator electrode, which does not significantly affect the resonator dynamics, the potential is supplied to the body electrodes, the operation of the transducers high-frequency alternating current avoids the appearance of care components caused by direct leakage currents and improves the accuracy of measuring the position of the oscillatory th pattern;
- the oscillation signals of the resonator pass through one common path of amplification, detection and filtering for the first design option and through a single common path of amplification, storage, differential summation and analog-to-digital conversion for the second design option, which increases the accuracy of measuring the position of the oscillatory pattern;
- the simultaneous supply of control signals at zero potential on the resonator electrode increases the dynamic range of the device.

Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг.1-5. The invention is illustrated by drawings, presented in figures 1-5.

Фиг.1 показывает общий вид конструкции твердотельного волнового гироскопа с металлизированной внутренней полусферической поверхностью резонатора, электродами корпуса, закрепленными на внешней полусферической поверхности нижнего основания корпуса. Figure 1 shows a General view of the design of a solid-state wave gyro with a metallized inner hemispherical surface of the resonator, housing electrodes mounted on the outer hemispherical surface of the lower base of the housing.

Фиг. 2 показывает функциональную схему включения задающего и входного блоков электронного блока управления для первого варианта конструкции твердотельного волнового гироскопа. FIG. 2 shows a functional diagram of the inclusion of the master and input blocks of the electronic control unit for the first embodiment of the design of a solid-state wave gyroscope.

Фиг. 3 показывает функциональную схему включения задающего и входного блоков электронного блока управления для второго варианта конструкции твердотельного волнового гироскопа. FIG. 3 shows a functional diagram of the inclusion of the master and input blocks of the electronic control unit for the second embodiment of the design of a solid-state wave gyroscope.

Фиг. 4, 5 показывают временные диаграммы сигналов управления задающего электронного блока. Фиг.4 соответствует работе первого варианта конструкции твердотельного волнового гироскопа, фиг.5 соответствует работе второго варианта конструкции твердотельного волнового гироскопа. FIG. 4, 5 show timing diagrams of control signals of the master electronic unit. Figure 4 corresponds to the work of the first embodiment of the solid-state wave gyroscope, Figure 5 corresponds to the work of the second embodiment of the solid-state wave gyro.

Твердотельный волновой гироскоп (фиг.1) содержит полусферический кварцевый резонатор 1 с металлизированной внутренней поверхностью 2, ножкой 3, шестнадцатью электродами корпуса 4, кольцевым электродом корпуса 5, нижнее основание корпуса 6. Solid-state wave gyroscope (figure 1) contains a hemispherical quartz resonator 1 with a metallized inner surface 2, leg 3, sixteen electrodes of the housing 4, the ring electrode of the housing 5, the lower base of the housing 6.

Твердотельный волновой гироскоп работает следующим образом. При включении гироскопа происходит возбуждение колебаний резонатора на одной из собственных мод стоячих волн электродом корпуса, подключенным к схеме возбуждения электронного блока управления. При колебаниях резонатора изменяется интегральная величина зазора емкостных преобразователей перемещения, образованных электродами корпуса 4 и металлизированной поверхностью резонатора 2. Если пучность стоячей волны находится в центре электрода, изменение величины зазора максимально, а при нахождении в центре электрода узла стоячей волны изменения величины зазора не происходит. При нахождении стоячей волны между электродами изменение величины зазора в датчиках для второй собственной моды стоячей волны по соответствующим осям пропорционально удвоенному косинусу и синусу угла положения пучности стоячей волны. Изменение зазора вызывает изменение величины емкости в емкостных преобразователях перемещений и, соответственно, изменение амплитуды высокочастотных напряжений на выходе. A solid-state wave gyroscope operates as follows. When the gyroscope is turned on, resonator oscillations are excited on one of the eigenmodes of standing waves by the body electrode connected to the excitation circuit of the electronic control unit. When the resonator oscillates, the integral gap value of the capacitive displacement transducers formed by the electrodes of the housing 4 and the metallized surface of the resonator 2 changes. If the antinode of the standing wave is in the center of the electrode, the gap changes to the maximum, and when the node of the standing wave is in the center of the electrode, the gap does not change. When a standing wave is found between the electrodes, the change in the gap in the sensors 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 gap causes a change in the value of the capacitance in the capacitive displacement transducers and, accordingly, a change in the amplitude of the high-frequency voltage at the output.

Задающий блок формирует сигналы управления U1-U6, подаваемые к группам электродов корпуса, расположенным по соответствующим осям резонатора, U7 - к кольцевому электроду корпуса, опорное напряжение U8 - к электроду резонатора, причем сигналы управления U1, U2, U3, U4 включают составляющие A1(t), A2(t), A3(t), A4(t) и B1(t)V1(t), B2(t)V2(t), B3(t)V3(t), B4(t)V4(t), где A1(t), A2(t), A3(t), A4(t) и B1(t), B2(t), B3(t), B4(t) являются заданными функциями времени t, V1(t), V2(t), V3(t), V4(t) являются управляющими напряжениями устройства подавления квадратурных колебаний, сигналы управления U5, U6 включают составляющие B5(t)V5(t), B6(t)V6(t), где B5(t), B6(t) являются заданными функциями времени t, V5(t), V6(t) являются управляющими напряжениями устройства подавления квадратурных колебаний, сигнал управления U7 включает составляющие C7(t)V7(t), где C7(t) является заданной функцией времени t, V7(t) является управляющим напряжением устройства стабилизации амплитуды колебаний, опорное напряжение U8 включает составляющие D8(t)F8(t), где D8(t) является заданной функцией времени t, F8(t) является периодической функцией времени t, составляющая опорного напряжения U8 D8(t) пропорциональна временной функции прямоугольных импульсов, принимающей значения 1 и 0, составляющие A1(t), A2(t), A3(t) и A4(t) пропорциональны временным функциям, принимающим значения 0 и высокого импеданса, причем функции A1(t), A2(t), A3(t) и A4(t) не равны 0 одновременно и принимают значение 0 при значении функции D8(t) равном 1, составляющие B1(t), B2(t), B3(t), B4(t), B5(t), B6(t) и C7(t) пропорциональны временной функции B0(t), принимающей значения высокого импеданса и 1, причем функция B0(t) принимает значение 1 при значении функции D8(t) равном 0, функция F8(t) - заданная периодическая функция времени t с частотой, большей 6Ω, где Ω является угловой частотой вибрации резонатора. The master unit generates control signals U1-U6 supplied to the groups of housing electrodes located along the respective axes of the resonator, U7 to the ring electrode of the housing, the reference voltage U8 to the resonator electrode, and the control signals U1, U2, U3, U4 include components A1 ( t), A2 (t), A3 (t), A4 (t) and B1 (t) V1 (t), B2 (t) V2 (t), B3 (t) V3 (t), B4 (t) V4 (t), where A1 (t), A2 (t), A3 (t), A4 (t) and B1 (t), B2 (t), B3 (t), B4 (t) are given functions of time t, V1 (t), V2 (t), V3 (t), V4 (t) are the control voltages of the quadrature oscillation suppression device, control signals U5, U6 include components B5 (t) V 5 (t), B6 (t) V6 (t), where B5 (t), B6 (t) are given functions of time t, V5 (t), V6 (t) are the control voltages of the quadrature oscillation suppression device, control signal U7 includes components C7 (t) V7 (t), where C7 (t) is a given function of time t, V7 (t) is the control voltage of the oscillation amplitude stabilization device, the reference voltage U8 includes components D8 (t) F8 (t), where D8 (t) is a given function of time t, F8 (t) is a periodic function of time t, the component of the reference voltage U8 D8 (t) is proportional to the time function rectangular pulses taking values 1 and 0, components A1 (t), A2 (t), A3 (t) and A4 (t) are proportional to time functions taking values 0 and high impedance, and functions A1 (t), A2 (t ), A3 (t) and A4 (t) are not equal to 0 at the same time and take the value 0 with the value of the function D8 (t) equal to 1, components B1 (t), B2 (t), B3 (t), B4 (t), B5 (t), B6 (t) and C7 (t) are proportional to the time function B0 (t), which takes on high impedance values and 1, and the function B0 (t) takes the value 1 when the value of the function D8 (t) is 0, the function F8 (t) is a given periodic function of time t with a frequency greater than 6Ω, where Ω is the angular vibration frequency of the resonator.

Для первого варианта конструкции электронный блок управления (фиг.2) содержит задающий блок 7, формирующий сигналы управления U1-U8, которые подаются на шестнадцать электродов корпуса 4, кольцевой электрод 5 и электрод резонатора 2. Работа схемы поясняется временной диаграммой (фиг.4). При значениях функции D8(t), равных единице, нулевой потенциал последовательно подключается к электродам по соответствующим осям, остальные электроды при этом находятся в состоянии высокого импеданса (разомкнуты), на электрод резонатора при этом подается высокочастотное напряжение через опорный резистор R. Сигнал с электрода резонатора 2 подается на входной блок 8, содержащий усилитель 9, перемножитель-демодулятор 10, на который подается опорная частота F8(t), фильтр низких частот 11, устройства хранения данных 12, сигнал на которые записывается синхронно с подачей нулевого потенциала на электроды по соответствующим осям, дифференциальные усилители 13, устройства формирования выходных сигналов 14, содержащие, например, сглаживающие фильтры. Напряжения с выходов устройств формирования выходных сигналов Vc и Vs, пропорциональные сигналам колебаний резонатора по соответствующим осям, подаются на входы устройства стабилизации амплитуды колебаний, устройства возбуждения и подавления квадратурных составляющих колебаний, устройства вычисления угла электронного блока управления. При значениях функции D8(t), равных нулю, на электрод резонатора подается нулевой потенциал, на электроды корпуса одновременно подаются сигналы управления. For the first embodiment, the electronic control unit (figure 2) contains a master unit 7, which generates control signals U1-U8, which are supplied to sixteen electrodes of the housing 4, the ring electrode 5 and the electrode of the resonator 2. The operation of the circuit is illustrated by a time chart (figure 4) . When the values of the function D8 (t) equal to unity, the zero potential is connected in series with the electrodes along the corresponding axes, while the remaining electrodes are in a high impedance state (open), and a high-frequency voltage is applied to the resonator electrode through the reference resistor R. The signal from the electrode the resonator 2 is fed to the input unit 8, containing an amplifier 9, a multiplier-demodulator 10, to which a reference frequency F8 (t), a low-pass filter 11, a storage device 12, the signal to which is recorded synchronously with the supply of zero potential to the electrodes along the respective axes, differential amplifiers 13, output signal generating devices 14, containing, for example, smoothing filters. The voltages from the outputs of the devices for generating the output signals Vc and Vs, which are proportional to the oscillation signals of the resonator along the corresponding axes, are applied to the inputs of the oscillation amplitude stabilization device, the device for excitation and suppression of the quadrature oscillation components, and the device for calculating the angle of the electronic control unit. When the values of the function D8 (t) are equal to zero, a zero potential is applied to the resonator electrode, and control signals are simultaneously applied to the electrodes of the housing.

В первом варианте конструкции входной блок выполняет операции умножения сигнала, поступающего с емкостного преобразователя перемещений, на заданную функцию времени F8(t), за которым следует фильтрация нижних частот, записи полученных значений в устройства хранения данных с емкостных преобразователей перемещений по соответствующим осям резонатора, причем каждая операция записи синхронизирована с нулевым значением функций A1(t), A2(t), A3(t) и A4(t), дифференциального суммирования сигналов с устройств хранения данных и подачи полученных сигналов в устройства формирования выходных сигналов по собственным осям колебаний резонатора. In the first embodiment, the input unit performs the operations of multiplying the signal from the capacitive displacement transducer by a predetermined function of time F8 (t), followed by low-pass filtering, recording the values obtained in the data storage devices from the capacitive displacement transducers along the corresponding resonator axes, each recording operation is synchronized with the zero value of the functions A1 (t), A2 (t), A3 (t) and A4 (t), differential summation of signals from data storage devices and supply of received signals in the device for generating output signals along the own axes of oscillation of the resonator.

Для второго варианта конструкции электронный блок управления (фиг.3) содержит задающий блок 7, формирующий сигналы управления U1-U8, которые подаются на шестнадцать электродов корпуса 4, кольцевой электрод 5 и электрод резонатора 2. Работа схемы поясняется временной диаграммой (фиг.5). При значениях функции D8(t), равных единице, нулевой потенциал последовательно подключается к электродам по соответствующим осям, остальные электроды при этом находятся в состоянии высокого импеданса (разомкнуты), на электрод резонатора при этом подается высокочастотное напряжение через опорный резистор R. Сигнал с электрода резонатора 2 подается на входной блок 8, содержащий усилитель 9, устройства хранения данных 10 и 11. Функции A1(t), A2(t), A3(t) и A4(t) синхронизированы с частотой заданной периодической функции времени F8(t), например длительность импульсов может составлять четверть периода, при этом в устройство хранения записывается максимальное значение амплитуды сигнала. Сигналы с устройств хранения данных поступают на дифференциальный усилитель 12, аналого-цифровой преобразователь 13, работа которого синхронизирована с функциями A3(t) и A4(t). Цифровые данные поступают в соответствующие регистры памяти цифрового процессора обработки сигналов 14, обрабатывающего получающиеся массивы данных, для выделения параметров колебаний резонатора по собственным осям. Цифровой процессор обработки сигналов может также использоваться для вычисления угла положения колебательной картины, вычисления функций управления. For the second embodiment, the electronic control unit (Fig. 3) contains a master unit 7, which generates control signals U1-U8, which are supplied to sixteen electrodes of the housing 4, the ring electrode 5 and the resonator electrode 2. The operation of the circuit is illustrated by a time diagram (Fig. 5) . When the values of the function D8 (t) equal to unity, the zero potential is connected in series with the electrodes along the corresponding axes, while the remaining electrodes are in a high impedance state (open), and a high-frequency voltage is applied to the resonator electrode through the reference resistor R. The signal from the electrode the resonator 2 is supplied to the input unit 8, containing the amplifier 9, data storage devices 10 and 11. Functions A1 (t), A2 (t), A3 (t) and A4 (t) are synchronized with the frequency of the specified periodic time function F8 (t) e.g. duration and pulses may be a quarter period, with the storage device is recorded the maximum signal amplitude. The signals from the storage devices are fed to a differential amplifier 12, an analog-to-digital converter 13, whose operation is synchronized with the functions A3 (t) and A4 (t). Digital data is supplied to the corresponding memory registers of the digital signal processing processor 14, which processes the resulting data arrays, in order to extract resonator oscillation parameters along its own axes. A digital signal processing processor can also be used to calculate the angle of the position of the oscillatory pattern, and to calculate control functions.

Во втором варианте конструкции гироскопа входной блок выполняет операции записи сигнала емкостного преобразователя перемещений в первое устройство хранения данных, записи сигнала емкостного преобразователя перемещений во второе устройство хранения данных, причем каждая операция записи синхронизирована с нулевым значением функций A1(t), A2(t), A3(t) и A4(t), а функции A1(t), A2(t), A3(t) и A4(t) синхронизированы с частотой заданной периодической функции времени F8(t), дифференциального суммирования сигналов с устройств хранения данных, аналого-цифрового преобразования полученного сигнала и записи полученных данных в соответствующий регистр памяти цифрового процессора обработки сигналов. In the second embodiment of the gyroscope design, the input unit performs the operations of recording the signal of the capacitive displacement transducer in the first data storage device, recording the signal of the capacitive displacement transducer in the second data storage device, each recording operation being synchronized with the zero value of the functions A1 (t), A2 (t), A3 (t) and A4 (t), and the functions A1 (t), A2 (t), A3 (t) and A4 (t) are synchronized with the frequency of the specified periodic time function F8 (t), differential summation of signals from data storage devices analog-to-digital eobrazovaniya received signal and records the received data to the corresponding memory register of the digital signal processor.

Испытания заявляемой конструкции твердотельного волнового гироскопа проводились с резонатором диаметром 60 мм и частотой собственных колебаний 2,7 кГц, с металлизацией внутренней поверхности, при ширине электродов 10 мм, высоте электродов 5 мм, рабочем зазоре 100 мкм. Частота опорного переменного напряжения составляла 126 кГц, частота среза фильтров 10 кГц. Tests of the claimed design of a solid-state wave gyroscope were carried out with a resonator with a diameter of 60 mm and a natural frequency of 2.7 kHz, with metallization of the inner surface, with an electrode width of 10 mm, an electrode height of 5 mm, a working gap of 100 μm. The frequency of the reference AC voltage was 126 kHz, and the cutoff frequency of the filters was 10 kHz.

При амплитуде колебаний резонатора на воздухе 2 мкм и коэффициенте усиления 1000 амплитуда выходного сигнала для схемы фиг.2 составляла около 300 мВ. With an oscillation amplitude of the resonator in air of 2 μm and a gain of 1000, the amplitude of the output signal for the circuit of FIG. 2 was about 300 mV.

Экспериментальные испытания заявляемой конструкции твердотельного волнового гироскопа подтверждают эффективность ее применения, приводящую к повышению точности измерения параметров колебаний резонатора и значительному упрощению конструкции твердотельного волнового гироскопа. Experimental tests of the claimed design of a solid-state wave gyroscope confirm the effectiveness of its application, leading to an increase in the accuracy of measuring the oscillation parameters of the resonator and a significant simplification of the design of a solid-state wave gyroscope.

Источники информации
1. Патент РФ 2168702, G 01 C 19/56 (опубл. 10.06.2001).
Sources of information
1. RF patent 2168702, G 01 C 19/56 (publ. 10.06.2001).

2. Патент США 5763780, G 01 C 19/00 (опубл. 09.06.1998). 2. US patent 5763780, G 01 C 19/00 (publ. 09.06.1998).

3. Ацюковский В.А. Емкостные преобразователи перемещения. М.-Л.: Энергия, 1966 г. 3. Atsyukovsky V.A. Capacitive displacement transducers. M.-L.: Energy, 1966

Claims (3)

1. Твердотельный волновой гироскоп, содержащий резонатор в виде осесимметричного тонкостенного элемента, способного к вибрации по меньшей мере на одной из множества мод стоячих волн, по меньшей мере один электрод резонатора, закрепленный на поверхности резонатора, корпус, на котором закреплены резонатор и множество электродов корпуса, находящихся в непосредственной близости к одному или более электродам резонатора, электронный блок управления, содержащий устройства стабилизации амплитуды колебаний, подавления квадратурных колебаний, вычисления угла, входной блок, соединенный с электродом резонатора, задающий блок, соединенный с электродами корпуса и электродом резонатора, электродами корпуса и электродом резонатора образованы емкостные преобразователи перемещений, отличающийся тем, что задающий блок предназначен для подачи на электрод резонатора опорного напряжения, включающего составляющие высокой частоты, и на электроды корпуса сигналов управления, включающих нулевой потенциал для работы емкостных преобразователей перемещений. 1. A solid-state wave gyroscope containing a resonator in the form of an axisymmetric thin-walled element capable of vibrating at least one of the many modes of standing waves, at least one resonator electrode mounted on the surface of the resonator, a housing on which a resonator and a plurality of housing electrodes are mounted located in close proximity to one or more electrodes of the resonator, an electronic control unit containing devices for stabilizing the amplitude of the oscillations, suppressing quadrature oscillations, calculating the angle, an input unit connected to the resonator electrode, a driving unit connected to the housing electrodes and the resonator electrode, housing electrodes and the resonator electrode are formed capacitive displacement transducers, characterized in that the driving unit is designed to supply a reference voltage to the resonator electrode, including components of high frequency, and to the electrodes of the housing control signals, including zero potential for the operation of capacitive displacement transducers. 2. Твердотельный волновой гироскоп по п.1, отличающийся тем, что входной блок содержит усилитель, перемножитель-демодулятор, на который подается опорное напряжение, фильтр низких частот, устройства хранения данных, сигнал на которые записывается синхронно с подачей нулевого потенциала на электроды по соответствующим осям резонатора, дифференциальные усилители для суммирования выходных сигналов и устройства формирования выходных сигналов по собственным осям колебаний резонатора. 2. The solid-state wave gyroscope according to claim 1, characterized in that the input unit contains an amplifier, a multiplier-demodulator, to which a reference voltage, a low-pass filter, data storage devices are fed, the signal to which is recorded synchronously with the supply of zero potential to the electrodes according to the corresponding the axes of the resonator, differential amplifiers for summing the output signals and a device for generating output signals along the own axes of oscillation of the resonator. 3. Твердотельный волновой гироскоп по п.1, отличающийся тем, что входной блок содержит усилитель, два устройства хранения данных, запись в которые осуществляется только при подаче нулевого потенциала сигналов управления на электроды по соответствующим осям резонатора синхронно с составляющими высокой частоты опорного напряжения, подаваемого на электрод резонатора, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и цифровой процессор обработки сигналов для выделения из полученных массивов данных параметров колебаний резонатора по собственным осям. 3. The solid-state wave gyroscope according to claim 1, characterized in that the input unit contains an amplifier, two data storage devices, which are recorded only when the potential of the control signals is applied to the electrodes along the respective resonator axes synchronously with the high-frequency components of the reference voltage supplied to a resonator electrode, a differential amplifier, an analog-to-digital converter, and a digital signal processor for extracting resonance parameters from the received data arrays nator on own axes.
RU2001119855A 2001-07-19 2001-07-19 Solid-body wave gyroscope RU2207510C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001119855A RU2207510C2 (en) 2001-07-19 2001-07-19 Solid-body wave gyroscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001119855A RU2207510C2 (en) 2001-07-19 2001-07-19 Solid-body wave gyroscope

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2207510C2 true RU2207510C2 (en) 2003-06-27
RU2001119855A RU2001119855A (en) 2003-07-10

Family

ID=29210040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001119855A RU2207510C2 (en) 2001-07-19 2001-07-19 Solid-body wave gyroscope

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2207510C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2476823C2 (en) * 2007-12-21 2013-02-27 Сажем Дефанс Секюрите Method to measure with gyroscopic system
RU2546987C1 (en) * 2013-12-24 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Annular gap setting method during assembly of wave solid-state gyroscope
RU2708907C1 (en) * 2019-05-21 2019-12-12 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" Solid-state wave gyroscope
CN110836665A (en) * 2019-11-22 2020-02-25 陕西航天时代导航设备有限公司 Method for realizing orthogonal control of cup-shaped gyroscope

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2476823C2 (en) * 2007-12-21 2013-02-27 Сажем Дефанс Секюрите Method to measure with gyroscopic system
RU2546987C1 (en) * 2013-12-24 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Annular gap setting method during assembly of wave solid-state gyroscope
RU2708907C1 (en) * 2019-05-21 2019-12-12 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" Solid-state wave gyroscope
CN110836665A (en) * 2019-11-22 2020-02-25 陕西航天时代导航设备有限公司 Method for realizing orthogonal control of cup-shaped gyroscope
CN110836665B (en) * 2019-11-22 2023-03-17 陕西航天时代导航设备有限公司 Method for realizing orthogonal control of cup-shaped gyroscope

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3894587B2 (en) Micromachined speed sensor system for sensing rotational speed and method for minimizing parasitic drive voltage
KR100592985B1 (en) Vibration type angular velocity sensor
US7779688B2 (en) Vibration gyro sensor
US4793195A (en) Vibrating cylinder gyroscope and method
JPWO2005068939A1 (en) Detection circuit, detection method and physical quantity measuring apparatus
JPH05288774A (en) Acceleration sensor
JP3223156B2 (en) Vibratory rotation sensor, method for controlling and reading out the same, and apparatus for performing the method
RU2207510C2 (en) Solid-body wave gyroscope
JPH0914974A (en) Angular-velocity measuring instrument
JPH08278336A (en) Electrostatic sensor device
JPH095088A (en) Angular-velocity measuring instrument and angular-velocity measuring method
JPH08152328A (en) Angular speed sensor and its using method
JPH06294654A (en) Oscillation gyro
RU2196964C1 (en) Solid-body wave gyroscope
RU2296301C1 (en) Method and device for measuring movement of movable mass of micro-mechanical gyroscope along axis of secondary oscillations
RU2194249C1 (en) Method and device for reading and controlling solid-body wave gyroscope
JPH08210860A (en) Angular speed sensor
RU2182312C1 (en) Solid wave gyroscope
RU2168702C1 (en) Solid wave gyroscope
JPH08184443A (en) Oscillation gyro
JPH0914969A (en) Vibrator driving device
JPH07198364A (en) Touch signal probe
RU2185601C1 (en) Solid wave gyroscope with optical sensor of vibration of resonator and process of reading and control over solid wave gyroscope
JP2548679B2 (en) Vibrating gyroscope
RU2001119855A (en) Solid state wave gyroscope

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20130328

PD4A Correction of name of patent owner