Способ контроля физических параметров резонатора твердотельного волнового гироскопа

Авторы патента:

Трутнев Георгий Александрович (RU)

Кривов Александр Вячеславович (RU)

Мингазов Рамис Ильфатович (RU)

Кадыров Ильяс Ринатович (RU)

Спиридонов Федор Игоревич (RU)

Мельников Роман Вячеславович (RU)

G01C19/56 - поворотно-чувствительные устройства с колеблющимися массами, например с камертоном

Владельцы патента RU 2783189:

Акционерное общество "Ижевский электромеханический завод "Купол" (RU)

Изобретение относится к твердотельным волновым гироскопам (ТВГ), имеющим систему управления коррекции собственных осей жесткости. Способ контроля физических параметров резонатора ТВГ заключается в закреплении датчика ТВГ в технологической оснастке для съема и передачи сигналов в блок управления. При этом проводят динамические испытания, состоящие из последовательности переключения режимов: переходный процесс, свободный выбег, переходный процесс, вращение волны, а изменение угловой ориентации стоячей волны производят без внешнего воздействия с помощью создания управляемого дрейфа за счет поддержания заданного значения квадратурной составляющей колебаний резонатора ТВГ. Физические параметры резонатора измеряют по регистрации собственной динамики колебаний резонатора без воздействия системы управления в различных угловых положениях стоячей волны, а для проведения измерений в режиме свободного выбега в различных угловых ориентациях стоячей волны изменение углового положения волны производят за счет поддержания скорости дрейфа прямо пропорциональной величине квадратуры. Технический результат – упрощение процесса определения физических параметров резонатора ТВГ за счет исключения внешнего воздействия на резонатор.

Изобретение относится к твердотельным волновым гироскопам (ТВГ), имеющим систему управления коррекции собственных осей жесткости. При производстве возникает задача контроля и оценки его физических параметров: добротность, разнодобротность, ось наименьшей добротности, ось наибольшей жесткости, разночастотность. Контроль параметров на всех этап производственного цикла позволят прогнозировать качество продукции и своевременно выявлять факторы брака. Что приводит к сокращению затрат при производстве.

Известно устройство и метод для проверки рабочих характеристик полусферического резонатора твердотельного волнового гироскопа (CN 210533392 U), которое содержит станцию проверки гироскопа со всей необходимой электроникой, при этом станция проверки гироскопа содержит поворотный стол и устройство управления, корпус для крепления гироскопа, расположенный над поворотным столом. Станция тестирования снабжена зажимным механизмом, расположенным в середине рабочего стола. Устройство для закрепления гироскопа на поворотном столе для проведения динамических испытаний, позволяет вращать волновую картину гироскопа.

Недостатками данного устройства является наличие поворотного стола, который вводит ряд ограничений, таких как габариты стенда, необходимость в использовании специализированной оснастки, погрешность, вносимую поворотным столом, разработка дополнительных методик испытаний и высокие требования к сервисному обслуживанию. Реализация поворотных токоподводов, может привести к появлению электрических шумов, помех и погрешностей измерения. Повышается стоимость изготовления стенда, из-за высокой стоимости прецизионных поворотных столов.

Альтернативным подходом является управление вращением волновой картиной, без использования поворотных столов, используя возможности системы управления, входящей в состав твердотельного волнового гироскопа с использованием математической модели позволяющей оценить физические параметры резонатора ТВГ.

Техническим результатом является упрощение процесса определения физических параметров резонатора твердотельного волнового гироскопа за счет исключения внешнего воздействия на резонатор.

Указанный технический результат достигается тем, что способ контроля физических параметров резонатора твердотельного волнового гироскопа (ТВГ) заключается в закреплении датчика ТВГ в технологической оснастке для съема и передачи сигналов в блок управления, при проведении динамических испытаний изменение угловой ориентации стоячей волны производят без внешнего воздействия с помощью создания управляемого дрейфа за счет поддержания заданного значения квадратурной составляющей колебаний резонатора ТВГ.

Физические параметры резонатора измеряют по регистрации собственной динамики колебаний резонатора без воздействия системы управления в различных угловых положениях стоячей волны.

Для проведения измерений в режиме свободного выбега в различных угловых ориентациях стоячей волны, изменение углового положения волны производят за счет поддержания скорости дрейфа прямо пропорциональной величине квадратуры.

Устройство для реализации способа контроля физических параметров резонатора твердотельного волнового гироскопа содержит ТВГ, технологическую оснастку для закрепления датчика и его подключения через кабель, соединяющий датчик с блоком управления, который содержит соединенные между собой платы управления, буферные платы и платы питания.

Устройство позволяет реализовать поворот волновой картины без поворота ТВГ, что позволяет исключить поворотный стол из существующих устройств направленных на проверку характеристик полусферических резонаторов твердотельных волновых гироскопов.

Поворот волновой картины реализуется за счет работы контура управления квадратурной составляющей волны платы управления.

Способ контроля физических параметров резонатора твердотельного волнового гироскопа реализуют следующим образом.

Устанавливают датчик ТВГ в технологическую оснастку и включают устройство.

Программное обеспечение блока управления предполагает следующие режимы управления стоячей волной:

- переходный процесс, который характеризуется поднятием амплитуды колебаний до рабочих значений и подавлением квадратурной составляющей колебаний.

- свободный выбег, который характеризуется полным отключением управляющего воздействия на резонатор во время работы.

- вращение стоячей волны, которое характеризуется направленным изменением угловой ориентации стоячей волны, посредством создания квадратуры колебаний.

Последовательность переключения режимов: переходный процесс, свободный выбег, переходный процесс, вращение волны, затем режимы повторяются.

Управление колебаниями резонатора реализуется тремя системами обратной связи, поддерживающими требуемые значения для амплитуды, квадратуры и фазы. В рабочем режиме блок управления производит поддержание амплитуды колебаний, а также подавление квадратурной составляющей колебаний, через минимизацию сигнала рассогласования. Внешнее воздействие блока управления приводит к уменьшению квадратуры и тем самым минимизирует сигнал рассогласования.

Оценку физических параметров (добротность, разнодобротность, ось наименьшей добротности, ось наибольшей жесткости, разночастотность) ТВГ получают по изменению волновой картины, используя математическую модель динамики резонатора в режиме свободного выбега. Для измерения физических параметров резонатора ТВГ, данные измерений колебательной картины (амплитуда основных колебаний(а), квадратурная составляющая колебаний(b), угловая ориентация стоячей волны(θ), полученные при работе блока управления в режиме свободного выбега, применяются в математической модели:

В динамике колебаний резонатора существуют устойчивые угловые положения, в которых отсутствует собственный дрейф стоячей волны. Регистрация колебаний резонатора в режиме свободного выбега в этих угловых положениях не позволяет достоверно оценить физические параметры резонатора вследствие незначительных изменений в колебательной картине. Для повышения точности требуется проведение измерений динамики резонатора в режиме свободного выбега в нескольких угловых положениях так, чтобы обеспечить измерение колебаний резонатора вне этих устойчивых положений. Таким образом, для повышения точности определения физических параметров резонатора ТВГ измерение поведения резонатора производят в течение нескольких циклов переключения режимов работы блока управления. Количество циклов переключений обусловлено необходимой точностью оценки физических параметров.

Для решения полученной избыточной системы уравнений может быть использован метод наименьших квадратов. Получаем вектор неизвестных g=(g₁, g_2c, g_2s, g₃, g_4c g_4s)^Т. Далее для расчета физических параметров резонатора используются следующие формулы:

- добротность (f_рез - круговая резонансная частота, Гц);

- разнодобротность;

- ось наименьшей добротности, рад;

- ось наибольшей жесткости, рад;

- разночастотность, Гц.

Таким образом, способ контроля физических параметров резонатора твердотельного волнового гироскопа позволяет проводить динамические испытания для определения физических параметров ТВГ необходимых для оценки точностных характеристик, без использования поворотного стенда.

Способ контроля физических параметров резонатора твердотельного волнового гироскопа (ТВГ), заключающийся в закреплении датчика ТВГ в технологической оснастке для съема и передачи сигналов в блок управления, отличающийся тем, что проводят динамические испытания, состоящие из последовательности переключения режимов: переходный процесс, свободный выбег, переходный процесс, вращение волны, а изменение угловой ориентации стоячей волны производят без внешнего воздействия с помощью создания управляемого дрейфа за счет поддержания заданного значения квадратурной составляющей колебаний резонатора ТВГ, причем физические параметры резонатора измеряют по регистрации собственной динамики колебаний резонатора без воздействия системы управления в различных угловых положениях стоячей волны, а для проведения измерений в режиме свободного выбега в различных угловых ориентациях стоячей волны изменение углового положения волны производят за счет поддержания скорости дрейфа прямо пропорциональной величине квадратуры.

Изобретение относится к области навигации. Предложенные способ и устройство предназначены для определения координат объекта.

Способ построения систем измерения физических величин с многоконтурной обратной связью (варианты) // 2764055

Изобретение относится к метрологии. Способ построения систем измерения физических величин с многоконтурной обратной связью включает в себя построение измерительной системы на одном датчике или на одном канале датчика, если тот многоканальный первичной информации с несколькими контурами обратной связи, каждый из которых рассчитан на свой частотный диапазон.

Микромеханический вибрационный гироскоп // 2761764

Изобретение относится к области точного приборостроения. Сущность изобретения заключается в том, что в микромеханическом вибрационном гироскопе измерение выходных угловых колебаний осуществляется между поверхностями двух инерционных дисков.

Способ балансировки металлического резонатора волнового твердотельного гироскопа // 2754394

Изобретение относится к балансировке металлических резонаторов твердотельных волновых гироскопов и может быть использовано при производстве различных навигационных приборов. Задачей и результатом является повышение точности процесса балансировки беззубцовых металлических цилиндрических резонаторов по первым 4-м формам массового дефекта и повышение безопасности производственного персонала.

Устройство для измерения зенитного угла искривления скважины // 2752202

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, конкретно к бурению скважин, и предназначено для измерения зенитного угла искривления скважины. Техническим результатом является повышение точности измерения зенитного угла искривления ствола скважины непосредственно в процессе бурения и передачи сигнала по беспроводному каналу связи забоя с устьем скважины.

Способ определения угловой скорости с использованием волнового твердотельного гироскопа // 2750428

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при создании датчиков угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа (ВТГ). Способ определения угловой скорости с использованием ВТГ заключается в том, что после измерения чувствительными элементами ВТГ деформации кромки резонатора путем сдвига полученного сигнала измерения на π/2 формируется дополнительный сигнал, на основе измерения которого и с учетом уравнения движения кромки резонатора ВТГ в режиме чувствительности реализуется интегрируемая далее система дифференциальных уравнений оценки параметров движения кромки резонатора ВТГ в виде линейного фильтра Калмана, в котором в качестве наблюдателя вектора состояния используются сигнал измерения деформации кромки резонатора ВТГ и сигнал, полученный масштабированием измерения дополнительного сигнала с коэффициентом, равным частоте ускорения, обусловленного действием элементов возбуждения резонатора ВТГ.

Резонатор твердотельного волнового гироскопа // 2744820

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к конструкции чувствительного элемента (далее - резонатор) твердотельных волновых гироскопов с металлическим резонатором (ВТГ). Сущность изобретения заключается в том, что угол конуса рабочей части резонатора составляет 6,45°-6,7°, при этом подвес выполнен цилиндрическим, соотношение толщины стенки рабочей части со стороны торца-кромки Н и толщины стенки подвеса h составляет 2,3-2,6, а соотношение длины рабочей части резонатора L и длины подвеса l составляет 1,8-2,2.

Резонатор твердотельного волнового гироскопа // 2744820

Способ определения угловой скорости с использованием волнового твердотельного гироскопа // 2729944

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при создании датчиков угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа (ВТГ). Сущностью заявленного решения является то, что при определении угловой скорости после измерения чувствительными элементами ВТГ деформации кромки резонатора путем сдвига полученного сигнала измерения на формируется дополнительный сигнал, на основе измерения которого и уравнения движения кромки резонатора ВТГ в режиме чувствительности реализуется фильтр Калмана, выходом которого является оптимальная в среднеквадратическом оценка амплитуды деформации кромки резонатора ВТГ, пропорциональная угловой скорости основания ВТГ и масштабируемая для ее определения в дискретные моменты времени с последующим формированием искомого значения угловой скорости как результата усреднения промасштабированных значений.

Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках // 2717552

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при построении одноосных и трехосных измерителей угловых скоростей и линейных ускорений с цифровым выходом информации. Сущность заявленного решения заключается в том, что способом цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках путем выделения из выходного сигнала датчика на заданном интервале времени его среднего значения, определения на последующем участке времени знака шумовой составляющей относительно среднего значения выходного сигнала, определенного на предыдущем интервале времени, и вычитания из выходного сигнала датчика шумовой составляющей заданной величины с учетом ее знака, при этом дополнительно осуществляется предварительное осреднение выходного сигнала датчика, полученный результат вычитается из среднего значения выходного сигнала, определенного на рабочем интервале фильтрации, и сравнивается с допустимой для дальнейшей фильтрации их разностью по модулю, при превышении этой величины дальнейшая фильтрация не производится, при соблюдении заданного ограничения фильтрация выходного сигнала датчика осуществляется путем вычитания из выходного сигнала разности между мгновенным и средним значениями выходного сигнала, при этом вводится задержка включения фильтра на заданное время.