Розглянуто диференційний режим роботи вібраційного гіроскопа та його спроможності до компенсації та автокомпенсації зміщення нуля та зовнішніх збурень, шляхом установки стоячої хвилі під певними кутами. Наведено можливі варіанти компенсації зміщення нуля без механічного повороту гіроскопа, включаючи компенсацію зміщення нуля у реальному часі.

Розглянуто проблеми виготовлення складового без зубцевого кварцового півсферичного резонатора (КПСР), що складається з ніжки та півсфери, які виготовляються окремо з використанням стандартних технологій виготовлення сферичних і циліндричних лінз. Після чого ці два вироби з'єднаються шляхом глибокого оптичного контакту. У цьому випадку зростає технологічність і зменшується вартість виробу. Крім того, у процесі виготовленя півсфери зростає якість обробки півсфери, що призводить до зменшення різночастотності резонатора. Порівняно динамічні параметри виготовлених складових резонаторів на другій і третій модах коливань. Для подальшого зменшення вартості виготовлення чутливого елемента розглядається не стандартний варіант побудови вібраційного гіроскопа на основі КПСР без ніжки, що використовує третю моду коливань та проаналізовано його переваги та недоліки у порівнянні з традиційним вібраційним гіроскопом з кварцовим резонатором, виготовленим з цільного шматка кварцу.

Проведено теоретичний аналіз фізичних основ феромагнітного гіроскопу ФМГ) з нанорозмірними чутливими елементами. Відправною точкою для такого аналізу є ефект Ейнштейна - де Гааза, який полягає у тому, що феромагнетик під час намагнічування вздовж певної осі набуває відносно неї моменту імпульсу (обертального імпульсу), пропорційного набутому намагніченому моменту. Показано, що для набуття практично значимого для гіроскопії ефекту, необхідно використовувати псевдокристали побудовані з наносфер у середині яких розташовані нанорозмірні феромагнітні утворення, які перебувають у стані квантової левітації й які мають надзвичайно велику питому намагніченість. Намагнічений псевдокристал буде мати сумарний момент імпульсу нанорозмірних феромагнітних утворень, що зберігає свій напрямок у разі зміни орієнтації псевдокристалу у прострі. Такий псевдокристал можна розглядати, як перспективну модель ФМГ.

Описано простий і зрозумілий принцип дії твердотільного хвильового гіроскопу. Наведено вирази, які надають можливість визначити конструктивні та фізичні параметри, які забезпечують необхідну смугу пропускання та діапазон вимірювання гіроскопу в режимі датчика кутової швидкості. Запропоновано ітераційний метод балансування резонатору, який надає можливість одержати найкращі параметри резонатора для конкретних застосувань в навігаційних системах. Описано послідовність налаштувань контуру системи керування твердотільного хвильового гіроскопу в режимі датчика кутової швидкості.

У деяких інерціальних навігаційних системах карусельного типу лазерні гіроскопи працюють в режимі рівномірного обертання. Для розробки таких систем і комп'ютерного моделювання їх роботи необхідно мати "точний" (у широкому діапазоні кутових швидкостей) аналітичний вираз для частоти биття зустрічних електромагнітних хвиль рівномірно обертового приладу. Цей вираз може бути отриманий шляхом розв'язання широко відомої системи динамічних рівнянь лазерного гіроскопа з точністю до другого порядку по параметрах лінійного зв'язку зустрічних хвиль. Однак перед тим, як використовувати такі гіроскопи у складі вказаної інерціальної системи, - їх метрологічні параметри (кутові ціни імпульсу та зміщення нуля) мають бути попередньо відкалібровані. Для синтезу методики такої калібровки на швидко обертовій платформі одновісного стенда та відповідного аналізу її методичних похибок, - необхідно також мати наближений аналітичний вираз для частоти биття зустрічних хвиль лазерного гіроскопа у формі полінома з коефіцієнтами, котрі містять у собі параметри точного виразу для. Як показує аналіз літератури, відомий вираз для та відомі співвідношення для деяких з коефіцієнтів полінома є неповними і тому мають бути відкориговані. Наведено результат такого коригування.

Проаналізовано розробки та сучасний стан вібраційних гіроскопів в Україні. Наведено та проаналізовано розробки кварцових і металевих резонаторів різних діаметрів для вібраційних гіроскопів. Також, для порівняння зі світової практикою, приведено розробки кварцових і металевих резонаторів передових зарубіжних компаній лідерів у цій галузі. Розглянуто блок-схеми побудови системи керування стоячої хвилею вібраційного гіроскопа у трьох режимах роботи приладу, режимі датчика кутової швидкості, датчика кута (інтегруючий режим) і диференційному режимі. У перспективі показано можливість об'єднання всіх трьох режимів в одному приладі з автоматичним переключенням з режиму на режим, для максимального використання переваг кожного режиму залежно від умов навколишнього середовища та параметрів руху. Наведено результати тестування датчиків із металевим резонатором, що зроблені в Україні, на дію широкого кола зовнішніх збурень. Оцінено перспективи розвитку вібраційних гіроскопів і систем на їх основі. Зроблено висновки про стан и перспективи розвитку вібраційної гіроскопії в Україні.

Запропоновано та розглянуто алгоритм автономної початкової виставки безплатформної інерціальної навігаційної системи на нерухомій або обмежено рухомій основі. У ньому послідовно використано 2 осереднювальні фільтри Калмана. Перший за сигналами акселерометрів визначає один стовпець матриці направляючих косинусів між осями пов'язаного з об'єктом і географічного супровідного базисів. Другий фільтр по сигналах гіроскопів та отриманих оцінок напрямних косінусів визначає другий стовпець матриці. Третій стовпець визначають із відомих співвідношень. З отриманих напрямних косінусів визначають кути курсу, тангажу та крену. Інформаційні сигнали для вирішення задачі одержують шляхом осереднювання малого інтервалу (5 с) наприкінці перехідного процесу фільтра Калмана. Це надає змогу звести до мінімуму помилки від зміни положення об'єкта протягом часу вимірювань, яке може досягати десятків хвилин. Привабливість алгоритму - незалежність помилок від курсу об'єкта. Показано, що попереднє згладжування сигналів надає підвищення точності. Алгоритм надає можливість визначити кути орієнтації, а по них напрямні косинуси за часу вимірювань, недостатнього для завершення перехідного процесу оцінки фільтром Калмана. Проведені натурні експерименти підтверджують хороші характеристики виставки на нерухомому та вібруючому підставі, досягнуті з застосуванням алгоритму.

З стендового обладнання для випробування гіроскопічних приладів і систем та їх чутливих елементів виділяється одновісна обертова платформа. Подано огляд принципів побудови промислово освоєних стендів для дослідження статичних і динамічних характеристик гіроскопічних приладів і систем. Запропоновано схему побудови універсального лабораторного стенду, компактної обертової платформи для дослідження статичних і динамічних характеристик мікромеханічних гіроскопів і акселерометрів, як датчиків кутової швидкості. Розглянуто фізичні компоненти такого стенду та технічні і технологічні проблеми його практичної реалізації. Запропонований лабораторний стенд розглядається як кіберфізична система, в якій обчислювальні компоненти відіграють вирішальну роль при визначені параметрів системи та досліджуваних мікромеханічних датчиків. Для цього, окрім фізичного контуру керування електричним приводом для забезпечення стабільності кутової швидкості платформи, розглядається незалежний вимірювальний контур для аналітичного визначення параметрів системи, в тому числі досліджуваних мікромеханічних датчиків. Універсальність стенду забезпечується вирішенням зворотних задач - визначенням в процесі випробовувань статичних і динамічних характеристик електричного приводу та вимірювальних датчиків, які працюють на різних фізичних принципах. Передбачається, що малогабаритний лабораторний стенд, окрім вирішення практичних задач дослідження мікромеханічних датчиків, при розробці відповідного інформаційного інтерфейсу віртуального приладу, може ефективно застосовуватися в навчальному процесі при проведенні лабораторних робіт з відповідних дисциплін напряму приладобудування.

На базі принципу еквівалентності загальної теорії відносності та визначення неевклідової метрики простору в неінерціальній системі відліку, пов'язаної з обертанням, знайдено геометричну (топологічну) фазу, що виникає у випадку обходу будь-якого замкненого контуру. Такий підхід надав змогу встановити глибоку фізичну аналогію між різними хвильовими ефектами (як класичними, так і квантовими) у замкнених хвилеводах, що виникають в умовах їх обертання. Завдяки когерентності хвильової функції безспінових носіїв заряду (куперівських пар електронів провідності з протилежно спрямованими спинами) у надпровідниках в основному квантовому стані (стан надпровідності), виникнення геометричної фази в замкнених контурах в умовах обертання може призводити до інтерференційних ефектів за наявності слабких зв'язків. Для реєстрації інтерференційних ефектів було запропоновано використання надпровідних квантових інтерферометрів, які розміщені в електричному полі циліндричного або сферичного конденсатора. Відповідно до загальної теорії геометричної фази обертання в дослідженні отримано основні співвідношення між геометричною фазою обертання та фазою хвильової функції, індукованої зовнішнім магнітним полем, та отримано оцінку їх значень за прийнятних величин кутової швидкості обертання, розмірів надпровідних квантових інтерферометрів і напруги. На підставі отриманих результатів запропоновано новий метод вимірювань магнітних полів із використанням двох надпровідних квантових інтерферометрів із різними значеннями обмежених замкненими контурами в умовах обертальних рухів, що надає можливість компенсувати вплив обертань на магнітні вимірювання, а також одночасно визначати магнітну індукцію та кутову швидкість обертання.

Розглянуто вибір структури та параметрів комплементарного фільтра для визначення орієнтації рухомих об'єктів з метою зменшення його похибок за наявності дрейфу гіроскопа та значних лінійних прискорень. Для аналізу прийнято комплементарний фільтр, побудований за схемою фільтрації. Порівняно фільтри першого та другого порядку. Для фільтра другого порядку розглянуто 2 варіанти побудови фільтра залежно від того, яку саме заваду бажано зменшити в першу чергу.

Металевий циліндричний резонатор є загальновідомою базовою деталлю значної частини вібраційних гіроскопів Коріоліса (CVG) [1], у тому числі гіроскопа MEMS. Його власні параметри відразу після механічного виготовлення в основному визначають доцільність подальшого використання та майбутній потенціал точності гіроскопа. Початкові випробування CVG резонаторів безпосередньо після їх виготовлення часто проводять оптичним методом [2, 3] або акустичним методом [4, 5]. На жаль, досліджена якість виготовлення резонаторів за допомогою акустичного методу не дуже добре описана в науковій літературі. Наведено результати деяких розширених акустичних досліджень металевих CVG резонаторів. Цей результат описує поведінку вісей максимального коефіцієнта якості (Q-фактор) і вісей власних резонансних частот під впливом стабілізованих температурних кроків і може бути використаний для прогнозування для мінімізації зміщення CVG під час його роботи в діапазоні температур.

Розглянуто метод автономного визначення широти місцеположення об'єкта однокомпонентним аналітичним гіроскопічним компасом (ОКАГК) у статичному режимі роботи з застосуванням одного гіроскопічного датчика кутової швидкості. Вибирається схема сканувального ОКАГК із можливістю забезпечення у процесі сканування вертикального напрямку вхідної осі датчика кутової швидкості. Наведено алгоритми, за яких обчислення широти інваріантно до зміщення нуля та до масштабного коефіцієнта датчика кутової швидкості за умови триразових вимірювань його вихідних характеристик, а також інваріантно до азимутального кута початкового положення вхідної осі датчика кутової швидкості в процесі сканування за умови чотириразових вимірювань. Надано загальну оцінку похибок автономного визначення широти однокомпонентним аналітичним гіроскопічним компасом.

Індекс рубрикатора НБУВ: В213.339 в641.5

Рубрики:

Окремі види гіроскопічних систем

Шифр НБУВ: Ж66608 Пошук видання у каталогах НБУВ 

На підставі іннорного підходу одержано у вигляді системи трьох нерівностей, умови асимптотичної стійкості рівномірних обертань в середовищі з опором двох важких гіроскопів Лагранжа, зв'язаних пружним шарніром. Пружний шарнір представлено у вигляді відновлюючого сферичного шарніру. Нижній гіроскоп має нерухому точку. Обертання гіроскопів підтримуються постійними моментами в інерціальній системі координат. З рівнянь збуреного руху випливає, що рух розглянутої механічної системи відбувається під дією дисипативних, потенційних, гіроскопічних та циркулюючих сил. Розглянуто випадки, коли центри мас гіроскопів знаходяться вище або нижче нерухомої точки і гіроскопи знаходяться під дією перекидальних або відновлюючих моментів. Показано відсутність асимптотичної стійкості рівномірних обертань у разі часткової дисипації. Оцінено вплив пружності шарніра на умови асимптотичної стійкості. Розглянуто випадки виродження пружного сферичного шарніра у сферичний непружній, циліндричний та універсальний пружний шарнір (шарнір Гука). За досить великої жорсткості шарніра умови асимптотичної стійкості визначаються тільки однією нерівністю, із якої випливає, що у разі відсутності постійних моментів, статично збалансовані гіроскопи будуть асимптотично стійкі, а незбалансовані - не будуть. Одержана нерівність збігається з нерівністю, яку одержано для випадку циліндричного шарніра. У разі співпадіння кутових швидкостей власних обертань гіроскопів ця нерівність збігається з відомою нерівністю для одного гіроскопа. Для шарніра Гука показано відсутність асимптотичної стійкості за досить великої кутової швидкості обертань гіроскопів.

Показано влияние различного вклада гиротропии на процесс возбуждения спиновых волн электромагнитной волной при частотах антирезонанса вблизи ориентационного фазового перехода в неоднородной плоскослоистой среде. Изучено поведение сингулярной особенности в зависимостях амплитуд электромагнитных и магнитных колебаний от координаты. Выяснена связь резонансного поглощения энергии электромагнитной волны вблизи особенности с потоком энергии в направлении неоднородности. Резонансное поглощение электромагнитной энергии вблизи особенности связано с распространение спиновой волны при учете ее дисперсии в тензоре магнитной восприимчивости. Для наглядной демонстрации рассматриваемых явлений приведены графики с результатами численных расчетов.

Розглянуто розробку математичної моделі системи стабілізації та повороту в режимах стабілізації, цілевказівки, автосупроводу цілі та електричного аретування. В режимі автосупроводу цілі оптичний канал визначає координати відхилення лінії візування щодо лінії цілі. Кути цілевказівки видаються відносно системи координат корпусу основного виробу у вигляді кутів Ейлера - заданих кутів повороту зовнішньої рамки відносно корпусу та внутрішньої рамки відносно зовнішньої.

Протиріччя між точністю та часом визначення площини географічного меридіана істотно ослабло з появою автоматичних гірокомпасів і алгоритмічних методів обробки інформації з них. Зазначені методи надають можливості розширити спектр можливих режимів роботи гірокомпасів, використовуючи в тому числі та нетрадиційні. Розглянуто автоматичний двоступеневий наземний гірокомпас, що працює у режимі природної зупинки ротора після його імпульсного розгону неелектричними засобами (пиропатрон, стиснене повітря тощо). Зазначений режим привабливий тим, що надає можливість в одному пуску ідентифікувати неконтрольований шкідливий момент навколо осі підвісу та істотно зменшити час вимірювання. З метою подальшого вдосконалення приладу запропоновано відмовитися від вимірювання поточного значення кінетичного моменту, а коефіцієнт загасання експоненційної функції ідентифікувати, спостерігаючи за азимутним рухом чутливого елемента приладу. Більш того, показано, що можна не вимірювати початкове значення кінетичного моменту, замінивши вимір ідентифікацією цього параметра за спостереженнями за тим же азимутним рухом чутливого елемента. У цьому випадку відпадає необхідність у наявності на чутливому елементі яких би то ні було вузлів, пов'язаних із передачею електроживлення та електричних сигналів, чутливий елемент може бути виконаний як чисто механічний елемент, який несе на собі ротор, що обертається. Для всіх розглянутих варіантів вимірювання (або ідентифікації) параметрів проведено машинне моделювання, яке підтвердило працездатність запропонованої методики.

Розроблено метод синтезу двовимірних гіроскопічних систем із симетрією через редукцію останніх до одновимірних систем із комплексною змінною та поширення методів синтезу одновимірних динамічних систем на системи з комплексними коефіцієнтами. Синтезовано закони компенсаційного оптимального зворотного зв'язку датчика кутових швидкостей на динамічно налаштовуваному гіроскопі з урахуванням всіх його динамічних властивостей, які дозволяють досягти незалежності каналів вимірювання кутових швидкостей і постійності коефіцієнта передачі. Одержано оптимальні закони керування двовісної системи стабілізації, встановлено умови досягнення незалежності оптимальних властивостей системи від коефіцієнта зворотного зв'язку, а також умови забезпечення такої незалежності властивостей, які дозволяють розв'язати задачу досягнення в системі гарантованої точності під дією зовнішніх збурень.

Одержано у вигляді системи трьох нерівностей умови асимптотичної стійкості рівномірного обертання в середовищі з опіром двох вільних гіроскопів Лагранжа, пов'язаних пружним сферичним шарніром. Обертання кожного гіроскопа підтримується постійними моментами в інерціальній системі координат. Розглянуто випадки виродження пружного сферичного шарніра у сферично непружний, циліндричний і універсальний пружний шарнір (шарнір Гука). Показано, що за досить великої жорсткості шарніра умови асимптотичної стійкості визначаються тільки однією нерівністю, яка збігається з нерівністю, одержаною для випадку циліндричного шарніра. У разі збігу кутових швидкостей власних обертань гіроскопів ця нерівність збігається з відомою умовою для одного гіроскопа.

Запропоновано принципову схему пристрою передачі волоконно-оптичної системи (ВОС) волоконно-оптичного гіроскопа (ВОГ). Вивчено ВОС ВОГ, що використовуються в інерціальних системах навігації, керування й стабілізації. Мета статті - дослідження щодо проектування принципової схеми передавального пристрою волоконної оптичної системи та проведення необхідних розрахунків щодо передавального пристрою волоконної оптичної системи. Вирішено обгрунтування технічних рішень, впровадження яких в практику вимірювання дозволять обгрунтувати процес проектування принципової схеми передавального пристрою ВОС ВОГ, що використовуються в інерціальних системах навігації, керування й стабілізації. Розглянуто етапи проектування принципової схеми передавального пристрою волоконної оптичної системи; проведені певні розрахунки, щодо загасання ділянки щодо проектованої одноволоконної системи зв'язку; схема оптичного передавального пристрою, що розробляється. Запропонована схема використовувала лазерний випромінювач ILPN-1550, що працює на довжині хвилі 1550 нм і 5 мВт, що має вихідну оптичну потужність випромінювання. У схемі прямого модулятора використовується кремнієвий n-p-n транзистор КТ660В, який призначений для використання в комутаційних та імпульсних пристроях. Для відповідності виходу перетворювача коду та входу модулятора на швидкісний операційний підсилювач КР140YD11 вводиться відповідний підсилювач. Для стабілізації середньої потужності лазера встановлено пристрій для автоматичного управління оптичним сигнальним рівнем, включаючи інтегральну схему К175DА1, що використовується як детектор АЦП та підсилювач постійного струму. Висновки: запропоновано пристрій передачі призначений для роботи у складі цифрових оптичних гіроскопів, що працюють зі швидкістю 8 Мбіт/с. Запропоновано технічні рішення доцільно використовувати як при модернізації існуючих ВОГ, так і при створенні перспективних зразків, що призначені для роботи в інерціальних системах навігації, керування й стабілізації.