Конкурентоспособный волновой твердотельный гироскоп с металлическим резонатором

Рассмотрены конструкция и особенности изготовления волнового твердотельного гироскопа-датчика угловой скорости (ВТГ-ДУС) с металлическим резонатором, для возбуждения и детектирования колебаний которого применены пьезоэлементы.

Так как технические характеристики ВТГ в основном определяются резонатором, его конструкция является определяющей в составе ВТГ. Для изготовления высокодобротного металлического резонатора ВТГ с заданными свойствами хорошим выбором является прецизионный сплав 21НКМТ-ВИ. Устранение дефектов изготовления резонатора, которые приводят к разночастотности и разнодобротности, достигается балансировкой. Базовым методом является балансировка по 4-й форме распределения дефектов масс. Калибровка ВТГ с блоком электроники является завершающим этапом изготовления ВТГ, в результате которой достигается: обеспечение условия резонансной настройки чувствительного элемента, определение коэффициентов обратных связей контура удержания колебаний, определение метрологических характеристик ВТГ и получение функции коррекции выходного сигнала от различных параметров после проведения комплекса испытаний.

При определении функции коррекции учитывался тот факт, что сигналы подавления квадратурной и кориолисовой составляющих являются не абсолютно независимыми, а в какой-то мере смешанными. При демодуляции сигнала узла на квадратурную и кориолисовую составляющие приходится анализировать сигнал, прошедший через пьезоэлементы, усилители и АЦП. Каждый из этих элементов может вносить зависящий от температуры фазовый сдвиг в сигнал узла. Частично этот фазовый сдвиг может быть учтен, но не с абсолютной точностью. Поэтому выходной сигнал ВТГ необходимо рассматривать как линейную комбинацию сигналов квадратурной и кориолисовой составляющих сигнала компенсации. Для уменьшения амплитуды шумовых составляющих выходного сигнала возможно применение различных типов сглаживающих фильтров.

Результаты испытаний разработанного ВТГ-ДУС подтверждают его конкурентоспособность по сравнению с иностранным аналогом. Вся электроника управления может быть построена на отечественной элементной базе.

1. Bryan G. H. On the Beats in the Vibrations of a Revolving Cylinder or Bell // Proc. of Cambridge Phil. Soc. 1890, Nov. 24. Vol. VII. Part. III. P. 101—111.

2. Coriolis G. G. Mémoire sur les quations du movement relative des systms de corps (On the Equation of Relative Motion of a Systems of Bodies) // J. Ec. Polytech. 1835. N. 15. P. 142—154.

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

4. Журавлев В. Ф., Климов Д. М. Волновой твердотельный гироскоп. М.: Наука, 1985. 125 с.

5. Пешехонов В. Г. Гироскопы начала XXI века // Гироскопия и навигация. 2003. № 4. С. 5—18.

6. Линч Д. Взгляд компании "НОРТРОП ГРУММАН" на развитие инерциальных технологий // Гироскопия и навигация. 2008. № 3. C. 102—106.

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

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

9. Лунин Б. С. Физико-химические основы разработки полусферических резонаторов волновых твердотельных гироскопов. М.: МАИ, 2005. 224 с.

10. Басараб М. А., Кравченко В. Ф., Матвеев В. А. Математическое моделирование физических процессов в гироскопии. М.: Радиотехника, 2005. 176 с.

11. Chikovani V. V., Yatsenko Yu. A., Kovalenko V. A., Scherban V. I. Digitally controlled High Accuracy Metallic Resonator CVG // Proc. Symposium Gyro Technology. Stuttgart. 2006. P. 4.0—4.7.

12. Chikovani V. V., Yatzenko Yu. A., Barbashov A. S., Kovalenko V. A., Scherban V. I., Marusyk P. I. Metallic Resonator CVG Thermophysical Parameter Optimization and Temperature Test Results // Proc. Of XIV International Conference on Integreted Navigation Systems (28—30 May 2007. St-Petersburg). St-Petersburg: Electropribor. 2007. P. 74—77.

13. Chikovani V. V., Yatzenko Yu. A., Barbashov A. S. et al. Improved accuracy metallic resonator CVG // Proc. of XV International Conference on Integreted Navigation Systems (26—28 May 2008. St-Petersburg). St-Petersburg: Electropribor. 2008. P. 28—31.

14. Chikovani V. V., Yatzenko Yu. A., Mikoloshin I. T. Shock and vibration sensistivity test result for metallic resonator CVG // Proc. of XVI International Conference on Integreted Navigation Systems (25—27 May 2008. St-Petersburg). St-Petersburg: Electropribor. 2009. P. 88—92.

15. Chikovani V. V., Yatzenko Yu. A. Investtigation of azimuth accuracy measurement with metallic resonator Coriolis vibratory gyroscope // Proc. of XVII International Conference on Integreted Navigation Systems (31 May — 2 June 2010. St-Petersburg). St-Petersburg: Electropribor. 2010. P. 25—30.

16. Чуманкин Е. А. Результаты проектирования и испытаний датчика угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа // Гироскопия и навигация. 2013. № 2 (81). C. 104—111.

17. Лахтин Ю. М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1983. 359 с.

18. Молотилов Б. В. Прецизионные сплавы. Справочник. М.: Металлургия, 1974. 448 с.

19. Арзамасов Б. Н., Соловьева Т. В., Герасимов С. А. Справочник по конструкционным материалам. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. 640 с.

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

21. Жбанов Ю. К., Журавлев В. Ф. О балансировке волнового твердотельного гироскопа // Изв. РАН. МТТ. № 4.