способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом
Классы МПК: | G01C19/42 для индикации скорости поворота; для суммирования скоростей поворота G01P9/02 с использованием вращающихся гироскопов |
Автор(ы): | Савельев В.В., Лукашкина Т.П. |
Патентообладатель(и): | Тульский государственный университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-05-27 публикация патента:
20.08.2003 |
Изобретение относится к гироскопическим приборам, а именно к двухстепенным роторным вибрационным гироскопам (РВГ) с переменной угловой скоростью привода, используемым для измерения угловой скорости подвижных объектов, в частности к двухстепенным РВГ, применяемым для измерения угловой скорости относительно экваториальной оси вращающегося летательного аппарата (ЛА), в которых приводом является сам вращающийся по крену ЛА. Из электрического сигнала датчика угла чувствительного элемента (ЧЭ) по отношению к корпусу выделяется информация об угловой скорости привода, в соответствии с которой вычисляется коэффициент передачи РВГ, соответствующий текущему значению угловой скорости привода. Затем сигнал с датчика угла ЧЭ РВГ делится на величину, равную текущему значению коэффициента передачи, и после этого поступает в измерительную цепь. Амплитуда поступающего в измерительную цепь электрического сигнала пропорциональна величине измеряемой угловой скорости и не зависит от угловой скорости привода. Техническим результатом является повышение точности динамически ненастроенного двухстепенного РВГ при переменной угловой скорости привода. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом (РВГ), в котором формируют выходной сигнал, не зависящий от изменений угловой скорости привода, отличающийся тем, что электрический сигнал датчика угла чувствительного элемента РВГ подают на делитель и на частотомер, выходное напряжение которого пропорционально скорости вращения привода, вычисляют чувствительность РВГ по формуле![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-16t.gif)
где
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-17t.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210062/969.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-18t.gif)
k - угловая жесткость элементов подвеса чувствительного элемента;
А, В, С - моменты инерции чувствительного элемента относительно осей подвеса;
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210066/958.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-19t.gif)
b - коэффициент демпферирования,
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-20t.gif)
затем вычисляют отношение выходного сигнала чувствительного элемента к чувствительности РВГ, соответствующей текущему значению угловой скорости привода, и по результату деления определяют искомую угловую скорость.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к гироскопическим приборам, а именно к двухстепенным роторным вибрационным гироскопам (РВГ) с переменной угловой скоростью привода, используемым для измерения угловой скорости подвижных объектов, в частности к двухстепенным РВГ, применяемым для измерения угловой скорости относительно экваториальной оси вращающегося летательного аппарата (ЛА), в которых приводом является сам вращающийся по крену ЛА. Упрощенное уравнение движения чувствительного элемента (ЧЭ) под действием постоянных угловых скоростей![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210062/969.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210062/969.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-2t.gif)
или
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-3t.gif)
где
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210006/946.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210062/969.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-4t.gif)
к - угловая жесткость элементов подвеса;
А, В, С - моменты инерции ЧЭ относительно осей подвеса;
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-5t.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210066/958.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-6t.gif)
b - коэффициент демпфирования,
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-7t.gif)
Вынужденные колебания ЧЭ РВГ при постоянной угловой скорости привода (при этом
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-8t.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210062/969.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210062/969.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-9t.gif)
где Крвг - коэффициент передачи (чувствительность) РВГ;
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-10t.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210006/949.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-11t.gif)
Из выражении (7) следует, что чувствительность, а следовательно, точность РВГ зависит от угловой скорости привода. Известен способ устранения влияния угловой скорости привода на точность РВГ [Пельпор Д.С., Осокин Ю.А., Рахтеенко Е.Р. Гироскопические приборы систем ориентации и стабилизации. - М.: Машиностроение, 1977 - с.83-87], который реализуется путем обеспечения условия резонансной динамической настройки, т.е. когда добиваются равенства
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-12t.gif)
при котором чувствительность РВГ
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-13t.gif)
не зависит от угловой скорости привода. Однако, при малых габаритах РВГ и небольшой скорости вращения привода (сотни радиан в секунду), что имеет место при использовании в качестве привода вращающегося ЛА, требуются упругие элементы подвеса весьма малой угловой жесткости:
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-14t.gif)
что во многих случаях сложно реализовать технически. Кроме того, в случае резонансной динамической настройки чувствительность РВГ возрастает до максимального значения, что приводит к ограничению величины измеряемой угловой скорости. Известен способ уменьшения влияния угловой скорости на точность микромеханического РВГ, при котором основным моментом, уравновешивающим измеряемый момент, является момент демпфирования [Коновалов С.Ф., Кулешов А.В., Фролов Е.Н. Микромеханический датчик угловой скорости для вращающегося носителя// Приборы и системы. Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции "Приборы и приборные системы". Тула, 2001 г., с.25-28]. В этом случае значение чувствительности РВГ приближенно определяется формулой (10). Большой коэффициент демпфирования ЧЭ РВГ в обсуждаемом способе удалось достигнуть благодаря возможностям технологии твердотельной микроэлектроники. При этом ЧЭ вибрирует в малом зазоре (измеряемом микронами), заполненном азотом. Получить столь значительный коэффициент демпфирования в РВГ обычной механической схемы затруднительно. Кроме того, коэффициент демпфирования сильно зависит от температуры, что нежелательно при использовании РВГ на вращающемся ЛА. Нестабильность коэффициента передачи рассмотренной схемы достигает 30%. Задачей настоящего изобретения является повышение точности динамически ненастроенного двухстепенного РВГ при переменной угловой скорости привода. Техническим результатом решения поставленной задачи является обеспечение пропорциональности поступающего в измерительную цепь сигнала величине измеряемой угловой скорости и его независимость от угловой скорости привода. Поставленная задача достигается тем, что из электрического сигнала датчика угла ЧЭ по отношению к корпусу выделяется информация об угловой скорости привода, в соответствии с которой по формуле (7) вычисляется чувствительность РВГ, соответствующая текущему значению угловой скорости. Затем сигнал с датчика угла ЧЭ РВГ делится на величину, равную текущему значению чувствительности Крвг, и после этого поступает в измерительную цепь. Амплитуда поступающего в измерительную цепь электрического сигнала пропорциональна величине измеряемой угловой скорости
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210062/969.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210062/969.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210025/947.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210062/969.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210025/947.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210736/2210736-15t.gif)
При вращении корпуса РВГ вокруг оси х с угловой скоростью
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210062/969.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210062/969.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210062/969.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210025/947.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210062/969.gif)
![способ измерения угловой скорости двухстепенным роторным вибрационным гироскопом, патент № 2210736](/images/patents/260/2210025/947.gif)
Класс G01C19/42 для индикации скорости поворота; для суммирования скоростей поворота
Класс G01P9/02 с использованием вращающихся гироскопов