Устройство стабилизации амплитуды колебаний полусферического резонатора

 

Изобретение относится к точному приборостроению и может быть применено в измерителях угла и угловой скорости, в качестве чувствительного элемента которых используется высокодобротный акустический резонатор полусферической формы. Техническим результатом является упрощение устройства и стабилизация амплитуды колебаний полусферического резонатора и повышение его точности. Стабилизация амплитуды колебаний происходит за счет того, что суммарный коэффициент усиления в автоколебательном контуре, образованном полусферическим резонатором, датчиками регистрации колебаний, фазосдвигающим устройством, усилителем и кольцевым электродом, поддерживается равным единице в результате действия цепи обратной связи. 1 ил.

Изобретение относится к точному приборостроению и может быть применено в измерителях угла и угловой скорости, в качестве чувствительного элемента (ЧЭ) которых используется высокодобротный акустический резонатор полусферической формы.

Известно устройство стабилизации амплитуды колебаний полусферического резонатора вибрационного датчика вращения, которое содержит датчики регистрации колебаний по двум независимым осям резонатора, среднеквадратичный детектор, источник опорного напряжения, устройство сравнения, изодромное звено, генератор опорного сигнала и модулятор с кольцевым электродом. Среднеквадратичный детектор формирует постоянное напряжение равное квадратному корню из суммы квадратов амплитуд сигналов с датчиков регистрации, т. е. амплитуде стоячей эллиптической волны, существующей в резонаторе, затем оно сравнивается на устройстве сравнения с опорным напряжением, после чего модулятор формирует импульсы прямоугольной формы с амплитудой, необходимой для накачки колебаний резонатора.

Недостатками такого устройства являются необходимость в специальной системе генерации опорного сигнала двойной частоты и повышенные наводки на датчики съема, вызванные высокочастотными составляющими напряжения накачки.

Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение устройства стабилизации амплитуды колебаний полусферического резонатора и повышение его точности.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве стабилизации амплитуды колебаний полусфери- ческого резонатора, содержащем датчики регистрации колебаний по независимым осям резонатора, последовательно соединенные среднеквадратичный детектор, входы которого подключены к выходам датчиков, устройство сравнения и изодромное звено, источник опорного напряжения с выходом, подключенным ко второму входу устройства сравнения, а также кольцевой электрод, введены последовательно соединенные блок выбора большего сигнала, фазосдвигающее на 45^o, устройство и усилитель с управляемым коэффициентом усиления, при этом входы блока выбора большего сигнала подключены к выходам датчиков регистрации колебаний, управляющий вход усилителя соединен с выходом изодромного звена, а выход усилителя - с кольцевым электродом.

Использование предложенного технического решения позволит значительно упростить схемотехническую реализацию устройства стабилизации амплитуды колебаний, поскольку отпадает необходимость построения целой системы генерации опорной фазы, а также устранить погрешности датчиков регистрации колебаний, вызванные высшими гармоническими составляющими напряжения накачки (напряжение на кольцевом электроде содержит в заявляемом устройстве только основную гармонику).

Указанные преимущества в заявляемом устройстве достигаются отказом от формирования опорной последовательности импульсов специальной системой (системой фазовой автоподстройки частоты) и использованием в качестве опорного сигнала синусоидального колебания самого чувствительного элемента.

На чертеже представлена блок-cхема устройства стабилизации амплитуды колебаний полусферического резонатора.

Устройство стабилизации содержит датчики колебаний 1 и 2 по двум независимым осям резонатора, т. е. по двум радиальным осям, образующим между собой угол в 45^o, последовательно соединенные среднеквадратичный детектор (детектор векторной амплитуды) 3 со входами, соединенными с выходами датчиков 1 и 2, устройство сравнения 4 и изодромное звено 5; последовательно соединенные блок выбора большего сигнала 6, фазосдвигающее на 45^o устройство 7, усилитель с управляемым коэффициентом усиления 8 и кольцевой электрод 9, при этом входы блока 6 подключены к выходам датчиков 1 и 2, вход управления усилителя 8 соединен с выходом изодромного звена 5, а выход усилителя 8 - с кольцевым электродом 9, а также источник опорного напряжения 10, выход которого подключен ко второму входу устройства сравнения.

Работает устройство следующим образом.

Гармонические сигналы с датчика 1 и 2, соответствующие закону движения стенки полусферического резонатора по двум независимым осям, подаются на входы среднеквадратичного детектора (детектор векторной амплитуды) 3. На выходе детектора формируется напряжение, пропорциональное амплитуде стоячей эллиптической волны, существующей в резонаторе. Устройством 4 оно сравнивается с опорным напряжением с источника 10. Разностный сигнал после пропорционально-интегральной обработки изодромным звеном 5 с передаточной характеристикой.

H/p/ = (1 + Тp)/Тp управляет коэффициентом усиления усилителя 8. На вход усилителя 8 подается один из сигналов с датчиков 1 или 2, больший по амплитуде (выбор осуществляет блок 6) и сдвинутый по фазе на 45^o фазовращателем 7. Усиленный синусоидальный сигнал с выхода усилителя 8 подается на кольцевой электрод 9, где происходит параметрическая накачка колебаний полусферического резонатора.

Стабилизация амплитуды колебаний происходит за счет того, что суммарный коэффициент усиления в автоколебательном контуре, образованном полусферическим резонатором, датчиками регистрации, фазосдвигающим устройством, усилителем и кольцевым электродом, поддерживается равным единице в результате действия цепи обратной связи: детектор - устройство сравнения-фильтр.

Реализация вновь введенных элементов не вызывает затруднений. Они могут быть построены на имеющейся отечественной элементной базе, например, на ИС серии 140. (56) Патент США N 4157041, кл. G 01 Р 9/04, 1980.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ ПОЛУСФЕРИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА, содержащее датчики регистрации колебаний по независимым осям резонатора, последовательно соединенные среднеквадратичный детектор, входы которого подключены к выходам датчиков, устройство сравнения и изодромное звено, источник опорного напряжения с выходом, подключенным к второму входу устройства сравнения, а также кольцевой электрод, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные блок выбора большего сигнала, фазосдвигающее на 45^o устройство и усилитель с управляемым коэффициентом усиления, при этом входы блока выбора большего сигнала подключены к выходам датчиков регистрации колебаний, управляющий вход усилителя соединен с выходом изодромного звена, а выход усилителя - с кольцевым электродом.

РИСУНКИ

Рисунок 1