Rezgő giroszkóp

A vibrációs szerkezetű giroszkópok olyan giroszkópos eszközök, amelyek az alap elforgatásakormegtartják rezgésük irányát . Ez a típusú giroszkóp sokkal egyszerűbb és olcsóbb, összehasonlítható pontossággal a forgógiroszkópokhoz képest. Az angol szakirodalom a "Coriolis vibratory giroscopes" ( angolul Coriolis vibratory giroscope , CVG ) kifejezést is használja [1] [2] , amely a forgógiroszkópokhoz hasonlóan a Coriolis-erő hatásán alapuló működési elvet veszi figyelembe.

Hogyan működik

Két felfüggesztett súly rezegjen egy síkon egy MEMS giroszkópban frekvenciával . Ezután a giroszkóp elforgatásakor a Coriolis-gyorsulás egyenlő $\omega_r$

${\vec {a}}_{c}=-2(({\vec {v}}\times {\vec {\Omega }}})$ ,

ahol a giroszkóp sebessége és forgási szögfrekvenciája. $\vec{v}$ ${\vec {\Omega ))$

Az oszcilláló súly vízszintes sebességét így kapjuk , és a súly helyzetét a síkban: . $X_{ip}\omega _{r}\cos(\omega _{r}t)$ $X_{ip}\sin(\omega _{r}t)$

Ennek eredményeként a giroszkóp forgása által okozott síkon kívüli mozgást a következő kifejezés írja le: $y_{op}$

y_{{op}}={\frac {F_{c}}{k_{{op}}}}={\frac {2m\Omega X_{{ip}}\omega _{r}\cos(\omega _{r}t)}{k_{{op}}}}

, ahol

m

az oszcilláló súly tömege,

k_{op}

a rugóállandó a síkra merőleges irányban,

\Omega

- az oszcilláló súly mozgására merőleges síkban a forgás mértéke.

A zavaró hatások kialakulását általában az alap szögsebességének vagy forgási szögének arányában hajtják végre (integráló giroszkópok).

Fajták

Piezoelektromos giroszkópok.
Wave szilárdtest giroszkópok (SHG) [3] [4] [5] . A WTG-k egyik fajtájának munkája a 80-as évek óta fejlődött ki. GE Marconi, GE Ferranti (WB), Watson Industires Inc. (USA), az Inertial Engineering Inc. (USA) Az Innalabs és mások két állóhullám vezérlésén alapulnak egy fizikai testben - egy rezonátoron, amely lehet tengelyszimmetrikus és ciklikusan szimmetrikus is. Ugyanakkor a rezonátor tengelyszimmetrikus alakja lehetővé teszi a giroszkóp jellemzőinek elérését, nevezetesen: jelentősen megnöveli a giroszkóp élettartamát és ütésállóságát, ami számos stabilizáló rendszer számára kritikus. A rezonátorok, mint a CVG, rezegnek a második üzemmódban (mint a HRG-ben). Így az állóhullámok ellipszis alakú oszcillációk, amelyekben a rezonátor peremének kerülete mentén négy anticsomópont és négy csomópont található. A szomszédos csomópontok/antódusok közötti szög 45 fok. A rezgések elliptikus formáját egy bizonyos amplitúdóig gerjesztik. Ha a giroszkópot az érzékenység tengelye körül forgatjuk, a keletkező Coriolis-erők, amelyek a rezonátor rezgő tömegének elemeire hatnak, páros rezgésmódot gerjesztenek. A két mód főtengelyei közötti szög 45 fok. Egy zárt vezérlőkör (kompenzációs visszacsatolás – CBS) nullára csillapítja a párosított rezgésformát. Az ehhez szükséges erő (azaz a CBS áramkör áramával vagy elektromos feszültségével arányos jel) amplitúdója arányos az érzékelő forgási szögsebességével. A zárt szabályozási kör megfelelő rendszerét kompenzációs rendszernek nevezzük, hasonlóan az inga gyorsulásmérők és a klasszikus forgó ACS (szögsebesség-érzékelők) KOS-jához. A rezonátorra szerelt piezoelektromos elemek a kiegyenlítő erő generálására és a kiváltott mozgások leolvasására szolgálnak. Ez az elektromechanikus rendszer rendkívül hatékony, és biztosítja a sok "taktikai" alkalmazáshoz szükséges alacsony kimeneti zajt és széles mérési tartományt (bár a mérési tartomány növekedésével arányosan csökkenti az érzékelő érzékenységét). Az említett giroszkópok modern Invar típusú ötvözeteket használnak keményforrasztott piezoelektromos bemeneti-kimeneti elemekkel vagy piezokerámia rezonátorral, elektródával. Minőségi tényezőjük mindenesetre elméletileg 100 ezres nagyságrendű értékekre korlátozódik (a gyakorlatban általában nem haladja meg a 20 ezret), ami több nagyságrenddel alacsonyabb, mint a gyártott CVG rezonátorok sokmilliomodik minőségi tényezője. „stratégiai” alkalmazásokhoz használt kvarcüveg vagy egykristály.
Hangvilla giroszkópok.
Rezgő forgógiroszkópok (beleértve a dinamikusan hangolt giroszkópokat is) [6] .
MEMS giroszkópok [6] .

Alkalmazás

A Segway elektromos robogó dőlésmérő rendszerében mikromechanikus vibrációs giroszkópokat használnak . A rendszer öt vibrációs giroszkópból áll, amelyek adatait két mikroprocesszor dolgozza fel.

Hasonló típusú mikrogiroszkópokat használnak mobil eszközökben , különösen multikopterekben, kamerákban és kamerákban (a képstabilizálás vezérlésére), okostelefonokban stb. [7] .

A CVG-k széles körben elterjedtek az inerciális navigációs rendszerekben, valamint a platformstabilizáló és a páncélozott járművek távirányítású tornyaiban [2] .

Lásd még

Jegyzetek

↑ IEEE Std 1431–2004 Coriolis vibrációs giroszkópok.
↑ 1 2 Slyusar V.I. Elektronika külföldi fegyverekben és katonai felszerelésekben. Archiválva : 2021. január 11. a Wayback Machine -nél - 2020. - 3. sz. - 95 - 96. o.
↑ Klimov, Zsuravlev, Zsbanov, 2017 .
↑ Lynch DD HRG fejlesztés a Delcóban, Littonban és Northrop Grummanban // Proceedings of Anniversary Workshop on Solid-State Giroscopy (2008. május 19-21. Jalta, Ukrajna). - Kijev-Kharkiv. Ukrajna ATS. 2009. - ISBN 978-966-02-5248-6 .
↑ Sarapuloff SA 15 éves szilárdtest-girodinamika fejlesztés a Szovjetunióban és Ukrajnában: Az alkalmazott elmélet eredményei és perspektívái // Proc. Az Egyesült Államok Navigációs Intézete (ION) Országos Műszaki Találkozója (Santa Monica, Kalifornia, USA. 1997. január 14-16.). - P.151-164.
↑ 1 2 Matveev V. V., Raspopov V. Ya. A lehúzható inerciális navigációs rendszerek felépítésének alapjai. 2. kiadás / Szerk. V. Ya. Raspopova. - Szentpétervár. : "Elektropribor" Központi Kutatóintézet, 2009. - 62-64 p. - ISBN 978-5-900780-73-3 .
↑ Az első MEMS giroszkópos okostelefon júniusban kerül kiszállításra; nem ez lesz az utolsó archiválás : 2015. szeptember 24. a Wayback Machine -nél // EETimes, 2010.05.11.

Irodalom

Merkuriev I. V. , Podalkov V. V. Mikromechanikai és hullámos szilárdtest-giroszkópok dinamikája. - M. : Fizmatlit, 2009. - 226 p. - ISBN 978-5-9221-1125-6 .
Klimov D.M. , Zhuravlev V.F. , Zhbanov Yu.K. Kvarc félgömb rezonátor (Wave szilárdtest giroszkóp). - M. : Kim L.A., 2017. - 194 p. - ISBN 978-5-9909668-5-7 .