Устройство для измерения угловой скорости

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике-, предназначено ;щя использования в системах инерциальной навигации и является усовершенствованнем основного авт.св. «f 1478823, Излучение источника через устройство 3 ввода-вывода лопадает в волоконный контур световод 8 ло которому распространяется во встречных направлениях и выходит на фот приемник 2, Фазовая модуляция осуществляется модуляторами 6, 7 с помощью задающих генераторов 4, 5. С выхода фотоприемника сигнал поступает в два идентичных блока обработки сигнала БОС, каждый из которых coцepжнf последовательно включенные синхронный детектор ,0(U). гребенчатый фГтр - П( 15), компаратор 12(16) нулевого уровня и измерители 13(17) доитель г ; : да генератора 5 непосредственно,я . на управляющий вхрд второго - через удвоитель 9 частоты. Измеритель 18 длительности подключен к выходу гене- Ратора 4. Информационнь,е сигналы с выходов измерителей 13,17.18 даительн.сти подаются на входь, огиГц Рового блока 19, содержащего блок 20 выбора каналов, блок 21 выбора поддиа-, пазона, реверсивный счетчик 22 пеТобпок ««-ь 23 констант. блок 24 аппроксимации функции arctgCKsin ) и сумматор-вычитатель 25. Блок 20(выбора каналов состоит из сумматоров 26.27. вычислителей 28. 29, компаратора 30, коммутатора 31 и делителя 32. Блок 21 выбора поддиапазона состоит из регистров 33 34 дешифраторов 35, 36 элементов И 37, 38 и блока 39 синхронизации. Цель изобретения - расширение динами:::::с °ей и-еряемь« скоростей - достигается также выбором коэффигшентов усиления гребенча-.- .тых фильтров. 5ил., 2 з.п. ф-лы о СП О5

C0IO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.,SU;„, 1605776

{51) 5 G 01 P 3/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬП ИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИЯ :::- -::--:- :- :::,. !.".,:,, H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 07. 03, 92, Бюл. Р 9

Изобретение относится к контрольнс-измерительной технике, предназначено для использования в систе" мах инерциальной навигации и является усовершенствованием основного авт. св..Р 1478823, (61) 1478823 (21) 4660241/10 (22) 09.03,89 (713 Институт радиотехники и электроники AH СССР и Специял? ное конструкторское бюро AH СССР Институ та радиотехники и электроники (72) Э.И. Алексеев, И С. Арион, K. H. Базаров, В. Г. 11зряслян, С.II. Козлов, В.А. Клрпенко, А.В. Кунта и Е.JI.Èóõèí (53) 532, 574(088. 8) (56) Авторское с виде тельство СССР

1478823, кл. G 01 Р 3/36, 1987, (54) УстРОЙстВО Лл1; и3л1Г,РВ11иЯ УГлоВОЙ

СКОРОСТИ (57) Изобрет,ние относитеH к контрольно-измерительной технике, предназначено для использования в системах инерциальной навигации и является усовершенствованием основного авт.св, е" 1478823, Излучение источника 1 через устройство 3 ввода-выводя попада-. ет в волоконный контур световод 8, по которому распространяется во встречных направлениях и выходит на фотоприемник 2. Фазовая модуляция осуществляется модуляторами 6, 7 с помощью задающих генераторов 4, 5. С выхода фотоприемника сигнал поступает в два идентичных блока обработки сигна 2 ла БОС, каждый иэ которых содержит последовательно включенные синхронный детектор 10(14)., гребенчатый фильтр

11(J5), компаратор 12(16) нулевого уровня и измерители 13(17) длительности импульсов. На управляющий вход первого БОС сигнал поступает с выхода генератора 5 непосредственно, я на управляющий вход второго — через удвоитель 9 частоты. Измеритель 18

j ",øòåëüíîñòH подключен к выходу генератора 4. Информационные сигналы с выходов измерителей !3,17,18 длительн сти подаются на входы логико-цифрового блока 19, содержащего блок 20 выбора каналов, блок 21 выбора поддиа- а е паз она, р еверсивный счетчик 22 периодов,. постоянную память 23 констант> блок 24 аппроксимации функции

arctg(Ksin ) и сумматор-вычитатель

25. Блок 20(выбора каналов)состоит из сумматоров 26,27, вычислителей 28, 29, компаратора 30, коммутатора 31 фй и делителя 32. Блок 21 выбора под- ф. диапазона состоит из регистров 33, 34, дешифраторов 35, 36 элементов

И 37, 38 и блока 39 синхронизации.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона измеряемых угловых скоростей — достигается также выбором коэффициентов усиления гребенча-?тых фильтров. 5 ил., 2 э.п. ф-лы, Цель изобретения — расширение дина- мического диапазона измеренных угловых скоростей.

Ня фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - блок-схема логико-цифрового

1605776 блока; на фиг. 3 — блок-схсма блока выбора канала; на фиг. 4 — блок-схема блока выбора поддиапазона; на фиг.Sдиаграмма пояСняющая работу логико2

5 цифрового блока, Устройство содержит (фиг. 1 излу" чающий модуль 1, блок фотоприемника 2, устройство 3 ввода-вывода, первый и. второй генераторы 4,5 возбуждения, первый и второй фазовые модуляторы 6, 7, волоконный контур 8, удвоитель 9 частоты второго генератора возбуждения, первый блок обработки сигнала, включающий первый синхронный детектор 10, гребенчатый фильтр 11, первый

„ компаратор 12 нулевого уровня, первый измеритель 13 длительности импульсов, содержит также второй блок обработки сигнала БОС, включающий второй син- 20 хронный детектор 14, второй гребенчатый фильтр 15, второй компаратор 1.6 нулевого уровня, второй измеритель

17 длительности импульсов, измеритель

18 длительности периода второго гене-.25 ратора возбуждения и логико-цифровой блок 19 °

Логико"цифровой блок 19 содержит (фиг,2) блок 20 выбора канала, блок

Z1 выбора поддиапазона, реверсивный счетчик 22 периодов, постоянную па" мять 23 констант,блок 24 аппроксимации функции arctg(Ksin ) и..сумматорвычитатель 25.

Ълок 20 выбора канала (фиг.З) состоит из двух сумматоров 26. и 27 двух вычислителей модуля числа 28 и

29, компаратора 30, коммутатора 31 и делителя 32, Блок 21 выбора поддиапазона .(фиг.4)4 . состоит иэ двух регистров 33 и 34, двух дешифраторав 35 и 36, двух эле-. ментов.И 37 и 38 и блока 39 синхронизации.. устройство работает следующим 45 образом, Излучение,.от источника 1 через устройство 3 поступает на два входа, контура 8, распространяется по нему во встречных направлениях и с помощью того жв устройства 3 поступает на фо50 топриемник 2, где происходит интер" ференция встречных волн.. Для устройстsa, вращающегося в плоскости контура, между волнами возникает разность фаэ ЬЦ согласно эффекту Саньяка

4((й, вЧ)е + ()р где R — радиус кольца, L — длина сввтовода в контуре Я вЂ” длина волны иэ лучения в вакууме — со скоростью света, Q — угловая скорость вращения, Для фазового модулятора, установленного на входе в контур, возникает до- . бавочная переменная разность фаз. Для двух фазовых модуляторов, возбуждаемых по синусоидальному закону на частотах Q,и Яг, разность фаз составит

У „„=Щ,зing t+Щз п Я,t, (2) где Дц), и КЦ вЂ” эффективные амплитуды модуляции, Ток фотоприемника определяется следующим соотношением: (1 fl+qcos(gtfc+()g,sin(),t+Aql sing tj) (3)

Ток на выходе первого синхронного детектора в первом БОС, настроенного на первую гармонику частоты g onpe1 деля ет ся со о тношением:

i,T.,qI, (ДЦ,)1а Х (ДСУ )з nhq,—

Х (4)

2I, (дЧг) соз М сз п г 1 где I и I, — функции Бесселя нулевого и первого порядка, ао и а, коэффициенты пропускания первого гребенчатого фильтра на нулевой и первой гармониках частоты g . СоответственZ .но, во втором БОС, на выходе второго синхронного детектора, настроенного на частоту 20 имеется ток

1ес(12(ес(,) а 1 (а()а}совИ(+

+а 21> (АСС )sinhq в(пЯ t) (5)

Ток i, в соответствии с (4), вращается .в нуль дважды.эа период при выполнении условия tgttf,c (s) K. а Т ЬЧ

2а, (дЦ )

При.tghg<> К сигнал не обращается в нуль. Ток i>, в соответствии с (5), обращается в нуль дважды за период при выполнении условия ctgA K

1(При K Ы выполняется неравенство в )(arctgK ь 7 - с точностью, соответствующей минимальному отсчету. Например () приЯ „„„ =1 у ч точность выполнения неравенства - 10

Диапазон измерения A(f с первым

БОС (см, фиг.5): ((1 и ъ

+ют6ЬЯ 6 @. +ил, ш* 0;+1;+2, и, Аналогично, при К « l, Диапазон измерения bg< во втором БОС опреде"

)6 ляется сл дующими (-.оотношеппями: и +«m NP 4 — +«m m 0, +);+2...

Таким образом, для каждого значения Ч"с и соответствующей ему угловой скорости Q)) в одном из БОС можно произвести отсчет скорости по формуле Ac )) 211 (6()«г) () РГ = ГГКЬ " " 2 т, Щ)

x — (1-де 2=) {6) а Qz ао II где д — длительность импульса, вы, рабятывавмого соответствующим компа-, ратором в данном БОС (передний и задний фронт импульса совпадают с моментами обращения в нуль тока). Логико-цифровой блок производит вычисление Q по формуле (6) выбор оптимального канала Первого или второго

БОС, а также вычисляет целое число переходов из канала в канал, чем достигается перекрытие любого заданного диапазона и" ìåðåíèé д(Логико-цифровой блок работает следующим образом.

Перед началом работы обнулены измерители 13,17 и 1Я, счетчик 22, регистры 33 и 34, Измерители 13,17 и 18 делают от— счет длительностей в течение интервала измерения, кратного периоду коле— баний первого генератора ноэбужде-. ния .4, По окончании интервала измерения на их выходах содержатся коды

N,N>,N> соответственно разрядностью

n+I где и определяется требуемой дискретностью отсчетов устройства.

Эти коды подаются в блок выбора кана†.. ла, причем коды N < и N подключены к первым входам B(IMHTRI()Iwx сумматорон

26 и 27 со смещением на один разряд влево, а код NT — к вторым входам сумматоров, При этом ыа выходах первого и второго сумматоров в дополни— тельном коде устанавливаются числа

3=

=2M -И и () =2N â€,Н соотнетстненпо, ! т 2 г т

Исходя из свойства дополнительного кода, старший разряд числя равен О, если разность неотрицательна, и равен 1 в противном случае, что используется в блоке выбора поддиапазоня

После вычислителей модуля 28 и 29 получаемые положительные числя/I)I(2))) -N j и j I)2/= (2Кг -Nq / сравниваются компаратором 30, выходной сигнал которого управляет коммутатором 31 тяк, что на его выходе — меныиее из срянО. ) 776

К ниняемых с чисел 3,„„ = МИи((i(>ff

Состояние на выходе компаратора используется также блоком выбора поддиапаэоня, Пелитель вычисляет отно> л а на выходе блока 24 аппроксимации

Устанавливается число $ =агсгд(Квдпр, . Блок выбора поддиапаэона позволяет определить, в каком иэ восьми интервалов в пределах 0...2 и находится текущее значение. и. Комбинации значений старшего бита (1, старшего .бита (г и результата сравнения чисел/;,/ и ($ ({признаки Р),Р2 Р2 соответственно) г однозначно определяют поддиопазон.

Блок выбора поддиапаэона формирует также сигналы перехода границы интервала (0,2 «ja следящем режиме, что по2О зволяет измерять фазы Саньяка др( со значениями больше, чем 2II.

Блок работает следующим образом.

В начальном состоянии регистры 33

25 и 34 обнулены. По окончании интервала измерения и получения признаков

Р,Р и Р последние заносятся в регистр 33 ° С помощью дешифраторов и схем И выделяется переход из интер) а нала ) 2«р, 2«р+ -)) в интервал (2)Ip- —, ; 1)

2«Щ или из интервала) 2 (((+—

2ь(«е))) н интервал (2е())а)), 2е(()+)}Е

«1 ти

35 + — )), где )) — номер 2 и интервала, Блок синхронизации 39 подает импульс на стробирующие входы дешифраторов, причем при наличии переходов на ..од40 ном из выходов схем И формируется один иэ импульсов +" или -, которые увеличивают.или уменьшают на единицу содержимое счетчика 22. Содержимое счетчика однозначно определяет ач

4 номер 2 « — интервала в дополнительном коде (), Затем содержимое регистра 33 переписывается в регистр 34.

Коды..счетчика 22 периодов в совокупности с содержимым регистра 33 обра- . зуют адрес для запоминания констант

23. Поскольку кодовые комбинации, указывающие на номер поддиапазона не упорядочены, то постоянная память делает это неявно. Постоянная память 23 кона стант сааераит знанении типа f «(21 P+

+ иЫ /4), причем 2 определяется иэ соображений упорядочения, а управляющий выход памяти 23 определяет, будет ли на выходе устройства значение

7 l605

С1=" 3!ð}71М74+1г и71 Ч7=2((р lie!"/г — Р7" Ир домиаженпи Р на масштаб ы коэффициент получается значение угловой скорости в требуемых единицах.

776 через блок аппроксимации функции

° к асс (Кзьn ) подключена группа информационных выходов блока выбора канала.

Формула изобретения

l. Устройство для измерения углавай скорости по авт.. св. l> 14 78823, а т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряе-, мых угловых скоростей, в него ввeдены удвоитель частоты первого гене-ратора возбуждения, второй блок обработки сигнала фотоприемника, содер7 Гащий последовательно соединенные второй синхронный детектор, управляюшГГЙ .вход которого через удвоитель частоты соединен с выходом второго генератора возбуждения, а сигнальный вход — с выходом фотоприемника, вто-.. рой гребенчатый фильтр второй компа" ратор нулевого уровня и второй измеI ритель длительности импульсов, а так- 25 же измеритель длительности периода

1 второго генератора возбуждения и логик -цифровой блок, первая; вторая и третья группы входов которого подсоединены к выходам первого измерителя длительности импульсов, второго измерителя дтгитепьности импульсов и измерителя длительности периода второго генератора возбуждения соответствен35

2, Устройство по п. I, о т л и— ч а ю m е е с я. теи, что логика-цифровой блок состоит из блока выбора канала, блока- выбора подциапаз она, счетчика периодов, постоянной памяти констант., блока аппроксимации функции агсСф(Кв1.п ) и сумматора-вычитателя, причем Первый, второй и третий выходы блока выбора канала подключены соответственно к первым, вторым и третьим 4 входам блока выбора поддиапазона, первый выход которого подсоединен к входу прямого счета счетчика периодов, второй " к входу обратного счета, группа информационных выходов — к первой, группе адресных входов постоянной памяти констант, к второй группе адресных входов которой подключена группа выходов счетчика периодов, ее управляющий выход подсоединен к управ55 ляющему входу сумматора-вычитателя, я группа информационных выходов — к пер. ва9 группе входов сумматора-вычитате- ля, к второй группе входов которого

3. Устройство на пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок выбора канала состоит из двух сумматоров, двух вычислителей модуля чис1 ла, компяратара, коммутатора, и делителя, Ггри этом первые группы входов первого и второго сумматоров являются соответственно первой и второй группами входов блока выбора канала, к третьей группе входов блока выбора канала подключены вторые группы входов первого и второго сумматоров и вторая группа входов делителя, группы выхо дов первого и второго сумматоров через вычислители модуля числа подключены к первым и вторым группам входов кампарятора и коммутатора, причем выход компаратора подсоединен к управляющему входу коммутатора и является третим выходом блока выбора канала1 группа выходов коммутатора подключена к первой группе входов делителя, выход которого является группой информационных выходов блока выбора канала, причем старшие разряды групп выходов первого и второго сумматоров являются первым и вторым выходом бло" ка выбора канала.

4ф УстрОйствО пО Г1по l и 2, О т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок выбора паддиапазона состоит из двух элементов И, двух дешифраторов, двух регистров .и блока синхронизации, при-. чем группа выходов первого регистра подключена к входам второго регистра, информационным входам второго дешифратора и является информационной груп" пой выходов.блока выбора поддиапазона, группа выходов второго регистра подключена к информационным входам

1 первого дешифратора, первый выход которого подсоединен к перваиу входу -: второго элемента И, второй — к перМ ваму входу первого элемента И, первый выход второго дешифратара подключен к второму входу второго элемен.та И, второй его выход — к второму входу первого элемента И, при этом вь1ходь1 первого и второго элементов. И являются первым и втарыМ выходом блока выбора паддияпазоня соответственна, первый и второй выходы блока синхронизации полключены к входам записи первого и второго регистров

1605776 соответственно, а третий — к стробирувщим входам дешиФраторов.!

605776

Вй .4

Фиг.Э

N, 2:

0 1 1 1 1

1 1 1 0 О

О 0 1 1 О фиаХ

Р, О О, О

Р, 0 0: 1

Составитель А.Тимофеев

Редактор И Тимонина Техред JI.Ñåðäþêîâà .Корректор А. Осауленко ю ею е ееаееей в еююаюефюв

Заказ 1424 Тиран .",. I: Подписное

ВНИКПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбйнат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101