Исследование функционирования блока электроники и резонатора волнового твердотельного гироскопа в режиме датчика угловой скорости

Описаны принципы работы волнового твердотельного гироскопа на примере конструкции металлического резонатора цилиндрической формы, в котором создание колебаний и съем сигнала осуществляются с помощью пьезоэлементов, расположенных на основании резонатора. Рассмотрен режим позиционного возбуждения первичных колебаний и формирование сигнала обратной связи для обеспечения работы резонатора в режиме датчика угловой скорости.

Приведена блок-схема последовательности преобразования сигнала, снимаемого с пьезоэлементов осей узлов и пучностей, для организации обратных связей. Рассмотрены подходы к построению контуров управления амплитудой и фазой колебаний для создания первичных колебаний и компенсации амплитуды колебаний оси узла. Наличие этих контуров позволяет обеспечить работу волнового твердотельного гироскопа в режиме датчика угловых скоростей. Для всех участков преобразования сигнала составлено математическое описание вычислительных процессов исходя из условия реализации вычислительных процедур цифровым вычислителем. Составлены математические зависимости, необходимые для коррекции выходного сигнала — обеспечения его линейности и стабильности в интервале температур эксплуатации и диапазоне измеряемых угловых скоростей. Приведены результаты испытаний, подтверждающие работоспособность волнового твердотельного гироскопа в режиме датчика угловой скорости.

Рассмотрен подход к построению модели резонатора на основе метода конечных элементов. Показан подход к верификации конечно-элементной модели путем сопоставления результатов экспериментального исследования характеристик резонатора с результатами моделирования. 

1. Лунин Б. С., Матвеев В. А., Басараб М. А. Волновой твердотельный гироскоп. Теория и технология. М.: Радиотехника, 2014. 176 с.

2. Lynch D. D. Vibration-induced drift in the hemispherical resonator gyro // Proc. Annual Meeting of the Institute of Navigation. 23—25 June 1987. Dayton, Ohio. P. 34—37.

3. Журавлев В. Ф., Климов А. М. Волновой твердотельный гироскоп. М.: Наука, 1985.

4. Егармин Н. Е., Юрин В. Е. Введение в теорию вибрационных гироскопов. М.: Бином, 1993. 111 с.

5. Распопов В. Я., Лихошерст В. В. Датчик угловых скоростей на базе волнового твердотельного гироскопа с металлическим резонатором для систем ориентации, стабилизации и навигации // Мехатроника, автоматизация, управление. 2021. Т. 22, № 7. С. 374—382.

6. Матвеев В. А., Липатников В. И., Алехин А. В. Проектирование волнового твердотельного гироскопа. М.: Издво МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997. 165 с.

7. Линч Д. Взгляд компании "Нортроп Грумман" на развитие инерциальных технологий // Гироскопия и навигация. 2008. № 3. С. 102—106.

8. Жанруа А., Буве А., Ремилье Ж. Волновой твердотельный гироскоп и его применение в морском приборостроении // Гироскопия и навигация. 2013. № 4 (83). С.45—54.

9. Распопов В. Я., Волчихин И. А., Волчихин А. И., Ладонкин А. В., Лихошерст В. В., Матвеев В. В. Волновой твердотельный гироскоп с металлическим резонатором / Под ред. В. Я. Распопова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. 189 с.

10. Распопов В. Я., Алалуев Р. В., Ладокин А. В., Лихошерст В. В., Шепилов С. И. Настройка и калибровка волнового твердотельного гироскопа с металлическим резонатором работающего в режиме датчика угловой скорости // Гироскопия и навигация. 2020. Т. 28, № 1. С. 31—41.