Резонатор, в частности, для вибрационного гироскопа

Изобретение относится к резонатору, предназначенному, в частности, для использования в гироскопе. Резонатор содержит корпус (1) с полюсом (2), закрепленным на несущем стержне (3), и кольцевой кромкой, образованной внутренней (5) и наружной (6) поверхностями, являющимися гомотетическими между собой, и расположенной вокруг общей оси вращения (R), причем в этом резонаторе внутренняя и наружная поверхности смещены по отношению друг к другу по оси вращения таким образом, что вдоль кольцевой кромки (4) толщина (Е) превышает толщину (е) около полюса (2). Техническим результатом является увеличение модальной массы при сохранении относительно низкой рабочей частоты и при значительном упрощении обработки. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к резонатору, предназначенному, в частности, для применения в гироскопе.

Полусферический резонирующий гироскоп содержит обычно полусферический резонатор из двуокиси кремния, снабженный корпусом с полюсом, закрепленным на несущем стержне, при этом корпус содержит кольцевую кромку, образованную внутренней и наружной полусферическими концентрическими поверхностями таким образом, что толщина корпуса сохраняется постоянной на участке от полюса до кольцевой кромки. Выполнение таких поверхностей хорошо известно и, следовательно, их можно изготавливать с большой точностью. Однако корпусу с постоянной толщиной присущ недостаток, заключающийся в ее модальной, т.е. эффективной, массе, составляющей менее 20% от общей массы корпуса. Следовательно, она не позволяет использовать в полной мере очень слабое затухание двуокиси кремния. Увеличение модальной массы обеспечивает преимущество, состоящее в снижении эффектов паразитных затуханий, в частности затуханий, вызываемых нанесенным путем металлизации покрытием, в уменьшении относительного эффекта, вызываемого геометрическими дефектами обработки, и в увеличении количества движений при вибрации.

С этой целью было решено увеличить толщину корпуса и сохранять ее постоянной. Однако равномерное увеличение толщины корпуса влечет за собой повышение резонансной частоты при тех же соотношениях, что и повышение модальной толщины, таким образом, что в целом полученные параметры оказались не удовлетворительными.

Однако по причинам, не связанным с повышением модальной массы, в документе FR-A-2792722 было предложено увеличить толщину корпуса вблизи кольцевой кромки. При этом оказалось, что такая мера позволяет увеличить модальную массу при незначительном повышении резонансной частоты резонатора. Однако в приведенном выше документе увеличение толщины корпуса вдоль кромки получили изменением формы внутренней и/или наружной, образующих корпус поверхностей, что усложняет обработку корпуса и повышает риск образования дефекта при обработке.

Задача настоящего изобретения состоит в создании резонатора с более высокой модальной массой по сравнению с традиционными резонаторами при сохранении относительно низкой рабочей частоты и при значительном упрощении обработки.

Для решения указанной задачи предлагается резонатор согласно настоящему изобретению, содержащий корпус с закрепленным на несущем стержне полюсом, причем корпус имеет кольцевую кромку, образованную внутренней и наружной поверхностями, являющимися гомотетическими по отношению друг к другу, и расположенную вокруг общей оси вращения, причем в этом резонаторе внутренняя и наружная поверхности смещены по отношению друг к другу по оси вращения таким образом, что вдоль кольцевой кромки толщина корпуса превышает его толщину около полюса. Таким образом, поскольку разница между толщиной корпуса по кромке и его толщиной около полюса обеспечивается простым смещением поверхностей, то шаблоны обработки сохраняются и становится возможным изготавливать корпус без особо трудоемкой обработки.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения внутренняя и наружная поверхности выполнены в виде шарового сегмента. Следовательно, разница между толщиной по кромке и толщиной около полюса достигается простым смещением центров шаровых сегментов по оси вращения.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения поясняются в приводимом ниже описании отдельного варианта выполнения, не ограничивающего изобретение, со ссылкой на чертеж, на котором показан вид на резонатор согласно изобретению в разрезе по вертикальной осевой плоскости.

На чертеже показан в сильно увеличенном масштабе для лучшего пояснения изобретения резонатор, содержащий известный сам по себе корпус 1, который в приведенном примере представляет собой корпус, имеющий в основном полусферическую форму, содержащий полюс 2, закрепленный на несущем стержне 3. Корпус 1 содержит кольцевую кромку 4, образованную плоскостью Р, секущей внутреннюю поверхность 5 и наружную поверхность 6 перпендикулярно оси вращения R.

Штриховыми линиями показана форма корпуса, получаемая в том случае, когда внутренняя поверхность 5 и наружная поверхность 6 выполнены в виде полусферических поверхностей, отцентрированных по отношению к точке пересечения оси вращения R с плоскостью Р, содержащей кромку корпуса. Следовательно, корпус имеет постоянную толщину и незначительную модальную массу, как упоминалось выше.

Согласно варианту выполнения изобретения, представленному на чертеже, внутренняя поверхность 5 выполнена в виде шарового сегмента, центр С1 которого смещен внутрь корпуса по отношению к плоскости Р, содержащей кромку корпуса. Кроме того, наружная поверхность 6 также выполнена в виде шарового сегмента, центр С2 которого смещен наружу по отношению к плоскости Р. Вследствие такого смещения толщина е корпуса около полюса оказывается меньше его обычной толщины, а толщина Е вдоль кромки 4 корпуса превышает его обычную толщину. Изменяя расстояние d между центрами С1 и С2 и соответственно радиусы R1 и R2 внутренней 5 и наружной 6 поверхностей, получают требуемое изменение толщины корпуса. В качестве примера, для резонатора диаметром 20 мм и толщиной 0,7 мм возможно изготовить корпус с толщиной 0,7 мм около полюса и толщиной вдоль кромки, превышающей в два раза толщину около полюса, что позволяет удвоить модальную массу при увеличении резонансной частоты резонатора лишь на 30%. Вследствие увеличения толщины корпуса вдоль кромки 4 становится, кроме того, возможным уменьшить толщину слоя (не показано), нанесенного на корпус путем металлизации, что снижает затухание этим слоем при сохранении его одинакового электрического сопротивления. Кроме того, вдвое уменьшается относительное влияние дефектов обработки, в результате чего улучшается работоспособность резонатора.

Само собой разумеется, что изобретение не ограничивается представленным на чертеже вариантом выполнения, который может быть дополнен другими вариантами, не выходя за рамки изобретения, охарактеризованного формулой изобретения. В частности, несмотря на то, что резонатор согласно изобретению показан с внутренней и наружной сферическими поверхностями, можно изготовить резонатор с другими вращающимися поверхностями, в частности с параболическими или эллиптическими поверхностями, хотя сферическую поверхность обрабатывать проще.

Несмотря на то, что изобретение рассматривалось с внутренней поверхностью, центр С1 которой смещен внутрь сегмента, и наружной поверхностью, центр С2 которой смещен наружу от сегмента, можно изготовить резонатор согласно изобретению с разными смещениями. Конструкция, обеспечивающая получение максимальной модальной массы при заданной массе корпуса, состоит из наружной поверхности 6 в виде полусферы, центр С2 которой лежит в плоскости Р, и внутренней поверхности 5, центр С1 которой смещен внутрь на расстояние d. В этом случае внутренняя поверхность 5 превосходит полусферу так, что зона по кромке внутренней поверхности 5 является слегка вогнутой. Также она может быть выполнена цилиндрической с высотой d посредством соответствующей обработки. На практике оптимальный компромисс достигается с помощью шаровых сегментов, приближающихся к полусферам, при этом центры внутренней и наружной поверхностей располагаются с обеих сторон плоскости Р с кольцевой кромкой 4, как показано на чертеже.

1. Резонатор, содержащий корпус (1) с полюсом (2), установленным на несущем стержне (3), при этом корпус (1) содержит кольцевую кромку (4), образованную внутренней (5) и наружной (6) поверхностями, являющимися гомотетическими между собой, и расположенную вокруг общей оси вращения (R), отличающийся тем, что внутренняя (5) и наружная (6) поверхности смещены между собой по оси вращения таким образом, что толщина (Е) корпуса вдоль кольцевой кромки (4) превышает толщину (е) около полюса.

2. Резонатор по п.1, отличающийся тем, что внутренняя (5) и наружная (6) поверхности выполнены в виде шарового сегмента.

3. Резонатор по п.2, отличающийся тем, что шаровые сегменты имеют форму, близкую к полусфере.

4. Резонатор по п.3, отличающийся тем, что центры (C1, C2) внутренней и наружной поверхностей расположены с обеих сторон плоскости (Р), содержащей кольцевую кромку (4).