scholarly journals Form perturbation-produced frequency splitting of solid-state wave gyroscope ring resonator

2012 ◽  
Author(s):  
О.С. Нарайкин ◽  
◽  
Ф.Д. Сорокин ◽  
С.А. Козубняк ◽  
◽  
...  
Keyword(s):  
Solid State ◽  
Ring Resonator ◽  
Frequency Splitting ◽  
State Wave

scholarly journals Calculation of eigen frequency splitting of a cylindrical resonator of a solid-state wave gyroscope based on numerical integration of high accuracy

2019 ◽  
Author(s):  
O.S. Narajkin ◽  
F.D. Sorokin ◽  
A.M. Guskov ◽  
S.A. Kozubnyak ◽  
D.S. Vahlyarskiy
Keyword(s):  
Solid State ◽  
Angular Velocity ◽  
Cross Section ◽  
Circular Cross Section ◽  
High Accuracy ◽  
Cylindrical Resonator ◽  
Frequency Splitting ◽  
State Wave ◽  
Cross Section Shape ◽  
Section Shape

Solid-state wave gyroscopes are widely used in various fields of technology. The principle of their operation is based on the phenomenon of precession of the elastic wave, which rotates at an angular velocity proportional to the angular velocity of device body rotation. The accuracy of the device is significantly affected by splitting the gyroscope resonator frequency. The article considers splitting caused by the distortion of the cylindrical resonator cross-section shape. Since the splitting is very small, the perturbation method is usually used to determine it. The article proposes a new method for calculating the splitting based on the numerical high accuracy integration of equations of dynamics of a cylindrical shell with a non-circular cross section. To search for two very close frequencies, through the difference of which the splitting was found, a linear boundary eigenvalue problem was solved with retention of a large number of decimal places. Examples of determining the natural frequency splitting are presented for various laws of the distribution of the radial deviation of the cavity cross-section shape along the circumferential coordinate. Verification of the results was performed by the finite element method. When using the method each of the two close frequencies was calculated with high accuracy

scholarly journals Comparison of methods for determining the physical parameters of the resonator of a solid-state wave gyroscope

2020 ◽  
Author(s):  
Ramis I. Mingazov ◽  
◽  
Fedor I. Spiridonov ◽  
Ivan A. Vikhlyaev ◽  
Konstantin V. Shishakov
Keyword(s):  
Solid State ◽  
Quartz Resonator ◽  
Physical Parameters ◽  
Dynamic Parameters ◽  
State Wave ◽  
Algorithmic Support ◽  
Hemispherical Resonator ◽  
Technological Stage ◽  
And Control ◽  
The Relationship

The article deals with the problem of identifying the dynamic parameters of the resonator of a solid-state wave gyroscope, based on the signals measured when the sensor is operating in free-run mode. The search for the dynamic parameters of a solid-state wave gyroscope is one of the most important operations of the quality control of its production. The paper describes two methods for determining the physical parameters of a quartz resonator of a solid-state wave gyroscope. For each method, the mathematical substantiation of the relationship between the dynamic behavior of the resonator and its physical parameters is given. On the basis of each of the techniques, an algorithmic support for the extraction of the physical parameters of the resonator of a solid-state wave gyroscope is presented. The research of the accuracy of calculating the visual parameters by the described methods on experimental data of a resonator with known parameters has been carried out. The results obtained show the practical applicability of the described methods. An example of using the methods described in the work is the identification and control of the dynamic parameters of a quartz hemispherical resonator of a solid-state wave gyroscope at the technological stage of “balancing”.

scholarly journals A Solid-State Wave Gyro with Independent Channels for Measuring the Angle and Angular Velocity

2020 ◽  
Vol 18 (4) ◽  
pp. 21
Author(s):  
R. V. Melnikov ◽  
G. A. Trutnev ◽  
A. V. Krivov ◽  
I. R. Kadyrov
Keyword(s):  
Solid State ◽  
Angular Velocity ◽  
State Wave

В работе рассматривается новый перспективный принцип работы твердотельного волнового гироскопа (ТВГ) – одновременная работа прибора в режимах свободных и вынужденных колебаний на независимых формах колебаний. Режим свободных колебаний реализует датчик угла (ДУ), режим вынужденных колебаний формирует датчик угловой скорости (ДУС). Режим ДУ и ДУС являются независимыми каналами инерциальной информации. Режим ДУС реализует измерения мгновенной угловой скорости, но имеет большие погрешности вычисления угла поворота на длинном интервале времени при работе прибора в условиях вибраций и ударов. Режим ДУ реализует устойчивое физическое интегрирование угловой скорости (эффект Брайана) в любых условиях внешних механических воздействий на длинных интервалах времени, но имеет большие погрешности в определении мгновенной угловой скорости. Достоинством ДУ является широкий динамический диапазон, датчик работает в диапазоне угловых скоростей до нескольких тысяч градусов в секунду, с угловыми ускорениями до нескольких десятков тысяч градусов в секунду в квадрате. Динамический диапазон режима ДУС существенно меньше. Режим ТВГ с одновременной независимой работой в режимах ДУ и ДУС расширяет сферу применения ТВГ, одновременно повышает надежность, точность измерений, а также увеличивает устойчивость к внешним возмущениям. В области навигации и управления движением актуальным направлением является разработка прецизионных систем, обладающих высокой точностью определения мгновенной угловой скорости, широким динамическим диапазоном и устойчивостью интегрирования угловой скорости на длительных временных промежутках. Одна из попыток справиться с одновременными требованиями к точности и робастности – это разработка двухрежимного ТВГ, переключающего режимы в зависимости от требований. Существенным недостатком двухрежимного переключающегося ТВГ является наличие переходных процессов при переключении режимов, во время которого не происходит адекватного  измерения вращения. Также отсутствуют четкие критерии переключения режимов. Предлагается принципиально другой подход: разработка ТВГ, в котором два режима совмещены одновременно. Разделение режимов предлагается осуществлять не по времени, а по частоте. В резонаторе формируется не менее двух форм колебаний на своих резонансных частотах. Колебания по одной из форм используются для режима ДУ, другая форма используется для режима ДУС. Тем самым достигается формирование двух независимых каналов и получение преимуществ обоих режимов.

scholarly journals Approaches to the Calculation of Technical Characteristics of a Solid-State Wave Gyroscope

2018 ◽  
Vol 21 (1) ◽  
pp. 7
Author(s):  
R V Melnikov ◽  
A V Shchenyatskiy ◽  
G A Trutnev
Keyword(s):  
Solid State ◽  
State Wave

В настоящее время к чувствительным элементам навигационных систем предъявляются жесткие требования, для выполнения которых необходимо постоянно совершенствовать датчики первичной информации (гироскопы, акселерометры) по таким параметрам, как массогабаритные характеристики, точность, надежность, длительный рабочий ресурс. Эти требования стимулируют разработку новых типов гироскопов. К одному из таких новых типов приборов относится твердотельный волновой гироскоп. Для повышения точностных параметров реального изделия и сокращения сроков подготовки производства необходимо разработать математическую модель. Рассматриваются два подхода. Первый - аналитический, второй - численный. При получении аналитического решения предлагаемая математическая модель для полусферического чувствительного элемента создается на основе метода масс. Реальная пространственная конструкция ЧЭ приводится к плоскому кольцу для упрощения задачи и сокращения времени расчета. Применены допущения о жесткой связи определенного числа одинаковых масс по окружному направлению и упругой связи в радиальном направлении. Рассматривается идеальный случай. Проводятся аналитические преобразования с определенными допущениями для упрощения конечной зависимости. Второй подход к созданию математической модели основан на применении теорий собственных колебаний и метода перемещений для объемных тел при условии их упругого деформирования. Рассматривается идеальное осесимметричное тело, жестко защемленное за ножку резонатора. Материал ЧЭ считается изотропным и не учитывает историю обработки заготовки. Исследована с помощью полнофакторного эксперимента основная характеристика ЧЭ - собственная частота в зависимости от конструктивных факторов, чему и посвящена данная статья. Сделано предположение о возможности применения результатов численного эксперимента в аналитической модели для приближенных расчетов.

scholarly journals Development of an Information-Network Complex to Support Production Operations of Control, Diagnostics and Adjustment of the Accuracy Characteristics of Solid-State Wave Gyroscopes

2021 ◽  
Vol 19 (1) ◽  
pp. 41
Author(s):  
R. I. Mingazov ◽  
R. V. Melnikovov ◽  
F. I. Spiridonov ◽  
K. V. Shishakov
Keyword(s):  
Solid State ◽  
Information Network ◽  
State Wave ◽  
Network Complex

Статья посвящена разработке информационно-сетевого комплекса (ИСК) для сопровождения производственных операций контроля, диагностики и настройки точностных характеристик твердотельных волновых гироскопов с целью повышения качества изделий и эффективности технологических процессов.Для этого сначала проведен анализ существующих информационных систем сопровождения автоматизации технологических процессов и их контроля. Обсуждается возможность использования таких систем в производстве твердотельных волновых гироскопов.В результате предложена структура ИСК, разделяющаяся на физическую и информационную подсистемы. В ней физическая подсистема представляет собой набор коммутирующих устройств в виде стендов с промышленными компьютерами, узлов связи, серверов и персональных компьютеров и других периферийных устройств. А информационная подсистема включает программное обеспечение для автоматизации технологических операций и анализа получаемых данных. Предполагается, что программное обеспечение анализа данных будет также производить запросы к базе данных и обрабатывать большие объемы информации  с использованием алгоритмов машинного обучения.Для повышения эффективности всей системы организуется автоматический сбор физических и точностных параметров изделий на разных этапах их производства. Среди основных планируемых результатов работы ИСК выделены: оптимизация технологических процессов и выявление сложных многофакторных нелинейных зависимостей параметров качества от параметров технологических операций, а также автоматическое оперативное выявление неисправного оборудования с выработкой рекомендаций по его ремонту и автоматический оперативный контроль уровня квалификации операторов с регулировщиками.Отдельно обсуждаются способы интегрирования ИСК в производственный процесс изготовления твердотельного волнового гироскопа.

scholarly journals Deterioration of Accuracy Characteristics of Solid-State Wave Gyroscopes when the Excitation Frequency Is Adjusted from the Resonance Frequency

2021 ◽  
Vol 19 (4) ◽  
pp. 4-17
Author(s):  
I.A. Vikhlyaev ◽  
K.V. Shishakov K.V.
Keyword(s):  
Solid State ◽  
Simulation Model ◽  
Direct Current ◽  
Excitation Frequency ◽  
Experimental Studies ◽  
Significant Loss ◽  
Ring Electrode ◽  
Measuring Device ◽  
State Wave ◽  
Frequency Correction

The paper presents the calculated and experimental study of the measure of deterioration of accuracy characteristics of solid wave gyroscopes when adjusting their frequency from the resonance one. To do this, a simulation model was built, which was researched in the Matlab package. The measurement device is modeled at the alternating and direct current. It is shown that the measure of mismatch of the calculation grid with the period of vibrations of the gyroscope resonator was the main reason for errors in calculating the angle of the gyroscope in the simulation model. This is confirmed by the graphs of dependencies of errors on the deviation of the excitation frequency from the resonance one. Experimental studies on laboratory models of non-industrial production confirmed the principle possibility of making a solid-state wave gyroscope design without the contour of phase auto-adjustment frequency, without a significant loss of the accuracy. To do this, three models of low-precision gyroscopes were created and researched. In the first layout, a variable-current measuring device was used, and the parametric swing of oscillations was performed by one ring electrode with an additional inclusion of a different-frequency correction path with sixteen electrodes. In the second layout, the previous diagram replaced the measuring device for working on a direct current. The third mock-up examined a two-channel eight-electrode control system. On all layouts it was permissible to work at the excitation frequency deviation from the resonant 5 kHz equal to the value (20 Hz). At the same time, the form of the systematic drift function has not changed much. And its amplitude and random error rate also changed acceptably.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document