Построение инерциального датчика для измерения линейных ускорений и угловых скоростей летательного аппарата
Рассмотрена возможность построения инерциального датчика для системы управления летательными аппаратами, содержащего в качестве инерциальных чувствительных элементов только акселерометры. Приведены базовые схемы построения датчика. Датчик позволяет одновременно измерять переносные поступательные уск...
Збережено в:
| Дата: | 2001 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2001
|
| Назва видання: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70893 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Построение инерциального датчика для измерения линейных ускорений и угловых скоростей летательного аппарата / Н.Г. Черняк, Н.А. Мухоед // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 6. — С. 39-42. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-70893 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-708932014-11-16T03:01:57Z Построение инерциального датчика для измерения линейных ускорений и угловых скоростей летательного аппарата Черняк, Н.Г. Мухоед, Н.А. Сенсоэлектроника Рассмотрена возможность построения инерциального датчика для системы управления летательными аппаратами, содержащего в качестве инерциальных чувствительных элементов только акселерометры. Приведены базовые схемы построения датчика. Датчик позволяет одновременно измерять переносные поступательные ускорения и угловые скорости в связанной с летательным аппаратом системе координат. В статье предъявлены требования к функциональным элементам и рассчитаны параметры работы такого инерциального датчика. 2001 Article Построение инерциального датчика для измерения линейных ускорений и угловых скоростей летательного аппарата / Н.Г. Черняк, Н.А. Мухоед // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 6. — С. 39-42. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 2225-5818 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70893 681.253 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Сенсоэлектроника Сенсоэлектроника |
| spellingShingle |
Сенсоэлектроника Сенсоэлектроника Черняк, Н.Г. Мухоед, Н.А. Построение инерциального датчика для измерения линейных ускорений и угловых скоростей летательного аппарата Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description |
Рассмотрена возможность построения инерциального датчика для системы управления летательными аппаратами, содержащего в качестве инерциальных чувствительных элементов только акселерометры. Приведены базовые схемы построения датчика. Датчик позволяет одновременно измерять переносные поступательные ускорения и угловые скорости в связанной с летательным аппаратом системе координат. В статье предъявлены требования к функциональным элементам и рассчитаны параметры работы такого инерциального датчика. |
| format |
Article |
| author |
Черняк, Н.Г. Мухоед, Н.А. |
| author_facet |
Черняк, Н.Г. Мухоед, Н.А. |
| author_sort |
Черняк, Н.Г. |
| title |
Построение инерциального датчика для измерения линейных ускорений и угловых скоростей летательного аппарата |
| title_short |
Построение инерциального датчика для измерения линейных ускорений и угловых скоростей летательного аппарата |
| title_full |
Построение инерциального датчика для измерения линейных ускорений и угловых скоростей летательного аппарата |
| title_fullStr |
Построение инерциального датчика для измерения линейных ускорений и угловых скоростей летательного аппарата |
| title_full_unstemmed |
Построение инерциального датчика для измерения линейных ускорений и угловых скоростей летательного аппарата |
| title_sort |
построение инерциального датчика для измерения линейных ускорений и угловых скоростей летательного аппарата |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| publishDate |
2001 |
| topic_facet |
Сенсоэлектроника |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70893 |
| citation_txt |
Построение инерциального датчика для измерения линейных ускорений и угловых скоростей летательного аппарата / Н.Г. Черняк, Н.А. Мухоед // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 6. — С. 39-42. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| series |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| work_keys_str_mv |
AT černâkng postroenieinercialʹnogodatčikadlâizmereniâlinejnyhuskorenijiuglovyhskorostejletatelʹnogoapparata AT muhoedna postroenieinercialʹnogodatčikadlâizmereniâlinejnyhuskorenijiuglovyhskorostejletatelʹnogoapparata |
| first_indexed |
2025-07-05T20:01:27Z |
| last_indexed |
2025-07-05T20:01:27Z |
| _version_ |
1836838486543433728 |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 6 39
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
Ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü ðàçðàáîòêè
èíåðöèàëüíîãî äàò÷èêà ñ çàäàííûìè
ïàðàìåòðàìè íà îñíîâå âèáðèðóþùèõ
è âðàùàþùèõñÿ ëèíåéíûõ àêñåëåðî-
ìåòðîâ.
Èíåðöèàëüíûé äàò÷èê (ÈÄ) ïðåäíàçíà÷åí äëÿ
îäíîâðåìåííîãî èçìåðåíèÿ ïåðåíîñíûõ ëèíåéíîãî
óñêîðåíèÿ è óãëîâîé ñêîðîñòè ëåòàòåëüíîãî àïïàðà-
òà (ËÀ) â ñâÿçàííîé ñ íèì ñèñòåìå êîîðäèíàò. Îò-
ëè÷èòåëüíîé îñîáåííîñòüþ ÈÄ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî â
êà÷åñòâå èíåðöèàëüíûõ ÷óâñòâèòåëüíûõ ýëåìåíòîâ
îí ñîäåðæèò òîëüêî ëèíåéíûå àêñåëåðîìåòðû. Ïðè
ýòîì â îñíîâó ïðèíöèïà èçìåðåíèÿ äàò÷èêîì óãëî-
âîé ñêîðîñòè ËÀ ïîëîæåíî èçìåðåíèå àêñåëåðîìåò-
ðàìè óñêîðåíèÿ Êîðèîëèñà, âîçíèêàþùåãî ïðè ñî-
çäàíèè â ÈÄ òðåáóåìîãî îòíîñèòåëüíîãî äâèæåíèÿ
àêñåëåðîìåòðîâ è íàëè÷èè ïåðåíîñíîé óãëîâîé ñêî-
ðîñòè äâèæåíèÿ ËÀ. Âåëè÷èíà óñêîðåíèÿ Êîðèîëè-
ñà, ïðè óñëîâèè ïîñòîÿíñòâà ïàðàìåòðîâ îòíîñèòåëü-
íîãî äâèæåíèÿ àêñåëåðîìåòðîâ, ÿâëÿåòñÿ ìåðîé âå-
ëè÷èíû óãëîâîé ñêîðîñòè ËÀ.
Îðèåíòèðîâî÷íûå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè
ÈÄ: äèàïàçîí èçìåðÿåìûõ ëèíåéíûõ óñêîðåíèé
wâï=±50g, äèàïàçîí èçìåðÿåìûõ óãëîâûõ ñêîðîñòåé
Ωâï=±300 °/ñ; ïðèâåäåííûå ê äèàïàçîíàì ïîãðåøíî-
ñòè èçìåðåíèÿ, ñîîòâåòñòâåííî, ∆w=2% è ∆Ω=5...10%.
Ïðèíöèï èçìåðåíèÿ
 ÈÄ äëÿ âîçíèêíîâåíèÿ óñêîðåíèÿ Êîðèîëèñà
ìîãóò áûòü ðåàëèçîâàíû âðàùàòåëüíîå èëè ïîñòóïà-
òåëüíîå îòíîñèòåëüíîå äâèæåíèå àêñåëåðîìåòðîâ.
Ðàññìîòðèì ïðèíöèï èçìåðåíèÿ äàò÷èêîì ëèíåéíîãî
óñêîðåíèÿ è óãëîâîé ñêîðîñòè ËÀ äëÿ îáîèõ ñëó÷à-
åâ ôîðìèðîâàíèÿ îòíîñèòåëüíîãî äâèæåíèÿ àêñåëå-
ðîìåòðîâ.
ÏÎÑÒÐÎÅÍÈÅ ÈÍÅÐÖÈÀËÜÍÎÃÎ ÄÀÒ×ÈÊÀ
ÄËß ÈÇÌÅÐÅÍÈß ËÈÍÅÉÍÛÕ ÓÑÊÎÐÅÍÈÉ
È ÓÃËÎÂÛÕ ÑÊÎÐÎÑÒÅÉ ËÅÒÀÒÅËÜÍÎÃÎ ÀÏÏÀÐÀÒÀ
Ê. ò. í. Í. Ã. ×ÅÐÍßÊ, Í. À. ÌÓÕÎÅÄ
Óêðàèíà, ã. Êèåâ, ÍÒÓÓ «Êèåâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé èíñòèòóò»
E-mail: alex@cisavd.ntu-kpi.kiev.ua
Ñëó÷àé âðàùàòåëüíîãî îòíîñèòåëüíîãî äâèæå-
íèÿ àêñåëåðîìåòðîâ.
Àêñåëåðîìåòð À3 (ñì. ðèñ. 1) óñòàíîâëåí íà ËÀ
òàê, ÷òî åãî îñü ÷óâñòâèòåëüíîñòè (îíà æå � èçìå-
ðèòåëüíàÿ îñü) ïàðàëëåëüíà îñè õ3 ñâÿçàííîé ñ îáúåê-
òîì ñèñòåìû êîîðäèíàò Îõ1õ2õ3 è âðàùàåòñÿ (âîê-
ðóã îñè õ3) ïðè ïîìîùè ïðèâîäíîãî ìåõàíèçìà ñ
ïîñòîÿííîé êðóãîâîé ÷àñòîòîé wâ ïî ïåðèîäè÷åñêî-
ìó çàêîíó
},0;sin;cos{ â0â0 tt ωρωρ=ρ
r
(1)
Åñëè ËÀ ñîâåðøàåò ïðîñòðàíñòâåííîå ïåðåíîñ-
íîå äâèæåíèå ñ ëèíåéíûì óñêîðåíèåì };;{ 321 wwwwe =
r
è óãëîâîé ñêîðîñòüþ },;;{ 321 ΩΩΩ=Ω
r
òî àáñîëþòíîå
óñêîðåíèå ÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà àêñåëåðîìåòðà
îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæåíèåì [1, ñ. 81]
cre wwww
rrrr
++= ,
Ïðè ýòîì êàæóùååñÿ óñêîðåíèå, èçìåðÿåìîå àê-
ñåëåðîìåòðîì, èìååò âèä
+ωΩ+ωΩωρ+−= )sincos(2)( â2â1â0333 ttgwa
)(sin)(cos 132â0231â0 Ω+ΩΩωρ+Ω−ΩΩωρ+ && tt , (2)
ãäå g3 � ïðîåêöèÿ óñêîðåíèÿ ñèëû òÿãîòåíèÿ Çåìëè.
 ôîðìóëó (2) âõîäÿò ïîñòîÿííîå èëè ìåäëåííî
ìåíÿþùååñÿ ñëàãàåìîå, ïðîïîðöèîíàëüíîå ëèíåéíî-
ìó óñêîðåíèþ îñíîâàíèÿ w3, è ãàðìîíè÷åñêèå (íà
÷àñòîòå ωâ âðàùåíèÿ ïðèâîäà) ñëàãàåìûå, ñäâèíó-
òûå äðóã îòíîñèòåëüíî äðóãà ïî ôàçå íà π/2, ïðî-
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
18.04 2001 ã.
Îïïîíåíò ê. ò. í. Â. Â. ËßÕÈÍ
Ðèñ. 1. Êèíåìàòè÷åñêàÿ
ñõåìà âðàùàþùåãîñÿ àê-
ñåëåðîìåòðà
x3
Ω3g3
w3
wc3
Ω1
Ω2
x2
x1
O
A3ρ0
ϕ=ωât
ρ
r
&
ðàññòîÿíèå îò öåíòðà ìàññ ÷óâñòâèòåëüíîãî ýëå-
ìåíòà àêñåëåðîìåòðà äî öåíòðà âðàùåíèÿ Î;
âðåìÿ.
ãäå ρ0 �
t �
âåêòîð ïåðåíîñíîãî óñêîðåíèÿ, +ρ×Ω+=
r
r
&
rr
wwe
( )ρ×Ω×Ω+
rrr
;
âåêòîð óãëîâîãî óñêîðåíèÿ,
dt
dΩ=Ω
r
r
& ;
âåêòîð îòíîñèòåëüíîãî óñêîðåíèÿ,
2
2~
dt
d
wr
ρ=
r
r
;
âåêòîð óñêîðåíèÿ Êîðèîëèñà,
dt
d
wc
ρ×Ω=
r
rr
~
2 ;
âåêòîð ñêîðîñòè îòíîñèòåëüíîãî äâèæåíèÿ àê-
ñåëåðîìåòðà.
ãäå ew
r
�
Ω
r
& �
rw
r
�
cw
r
�
dt
dρ
r~
�
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 6
40
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ïîðöèîíàëüíûå ïåðåíîñ-
íûì óãëîâûì ñêîðîñòÿì
Ω1 è Ω2 è óãëîâûì óñ-
êîðåíèÿì 1Ω& è 2Ω& äâè-
æåíèÿ îñíîâàíèÿ.
Äëÿ ðàçäåëåíèÿ èí-
ôîðìàöèè îá èçìåðÿå-
ìûõ êîìïîíåíòàõ ïåðå-
íîñíûõ ëèíåéíîãî óñêî-
ðåíèÿ w3 è óãëîâûõ ñêî-
ðîñòåé Ω1 è Ω2 â âû-
õîäíîì ñèãíàëå àêñåëå-
ðîìåòðà ìîæåò áûòü
ïðèìåíåíà ñõåìà, ïðåä-
ñòàâëåííàÿ íà ðèñ. 2,
ãäå 1 � àêñåëåðîìåòð;
2 � ãåíåðàòîð ñèíóñî-
èäàëüíûõ ñèãíàëîâ ñ
÷àñòîòîé ωâ; 3 � ïðè-
âîäíîé ìåõàíèçì, îñóùå-
ñòâëÿþùèé âðàùàòåëü-
íîå îòíîñèòåëüíîå äâè-
æåíèå àêñåëåðîìåòðà ñ ÷àñòîòîé ωâ; 4 � ýëåêòðîí-
íûé ïðîöåññîð ñèñòåìû îáðàáîòêè âûõîäíîãî ñèã-
íàëà àêñåëåðîìåòðà. Ðàçäåëåíèå èíôîðìàöèè ðåàëè-
çóåòñÿ ïóòåì ïîñòðîåíèÿ îòäåëüíûõ êàíàëîâ ïî ëè-
íåéíîìó óñêîðåíèþ è óãëîâûì ñêîðîñòÿì â ýëåêò-
ðîííîì ïðîöåññîðå ïðè îáðàáîòêå âûõîäíîãî ñèã-
íàëà àêñåëåðîìåòðà.
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ îöåíêè 3ŵ èçìåðÿåìîé ñîñòàâ-
ëÿþùåé w3 âåêòîðà êàæóùåãîñÿ óñêîðåíèÿ âûðàæå-
íèå (2) èíòåãðèðóåòñÿ ïî ïåðèîäó Ò â áëîêå èíòåã-
ðèðîâàíèÿ 5 (ñì. ðèñ. 2):
33
0
33
0
33 ][
11
ˆ gwdtgw
T
dta
T
w
TT
−=−== ∫∫ . (3)
Äëÿ ïîëó÷åíèÿ îöåíêè ïî óãëîâîé ñêîðîñòè Ω1
êàæóùååñÿ óñêîðåíèå à3 ïðåäâàðèòåëüíî ìîäóëè-
ðóåòñÿ ïî ôóíêöèè Sign cos ωât â áëîêå 6. Â ðå-
çóëüòàòå ïîñëåäóþùåãî èíòåãðèðîâàíèÿ ïî ïåðèîäó
Ò (áëîê 7) ïîëó÷àåòñÿ ñèãíàë, ëèíåéíî çàâèñÿùèé
îò èçìåðÿåìîé ñîñòàâëÿþùåé Ω1 âåêòîðà ïåðåíîñ-
íîé óãëîâîé ñêîðîñòè:
∫ =ω
ρ
=Ω
T
tdta
0
â3
0
1 cos Sign
8
1ˆ
( ) ∫
π
=ωωρΩ+ωρΩ
ρ
=
â/2
0
ââ03â01
0
cosSigncos2
8
1
w
tdtt
=ωωω
ω
ω
ΩΩ+Ωω= ∫
π2
0
âââ
ââ
31
1
â )(cosSigncos
1
24
ttd
.
2
1)(cos
2 â
3
1
2/
0
ââ
â
31
1
ω
Ω+Ω=ωω
ω
ΩΩ+Ω= ∫
π
ttd (3)
Òàêèì îáðàçîì,
11
ˆ Ω=Ω Ωk , (4)
ãäå
â
3
2
1
ω
Ω+=Ωk .
Ïî êàíàëó óãëîâîé ñêîðîñòè Ω2 âûðàæåíèå (2)
â áëîêå 8 ñîîòâåòñòâåííî óìíîæàåòñÿ íà ïåðèîäè-
÷åñêóþ ôóíêöèþ Sign sin ωât, à çàòåì òàêæå èíòå-
ãðèðóåòñÿ ïî ïåðèîäó Ò (áëîê 9):
2
â
3
2
0
â3
0
2
2
1sinSign
8
1ˆ Ω=
ω
Ω+Ω=ω
ρ
=Ω Ω∫ kdtta
T
. (5)
Ìåòîäè÷åñêàÿ äîïîëíèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü â
ôîðìóëàõ (4) è (5) îò âëèÿíèÿ ïåðåêðåñòíîé óãëî-
âîé ñêîðîñòè Ω3 íåâåëèêà, ïîñêîëüêó Ω3 ìàëà, à ωâ
� âåëèêà.
Ðàññìîòðèì ñëó÷àé ïîñòóïàòåëüíîãî îòíîñè-
òåëüíîãî âèáðàöèîííîãî äâèæåíèÿ àêñåëåðîìåòðà.
Ïóñòü àêñåëåðîìåòð À3 (ðèñ. 3) ñîâåðøàåò îòíî-
ñèòåëüíîå ïîñòóïàòåëüíîå âèáðàöèîííîå äâèæåíèå ñ
ïîñòîÿííîé êðóãîâîé ÷àñòîòîé ωâ âäîëü îñè õ2 ïî
çàêîíó
}0;sin;0{ â0âèáð tx ω=ρ
r
, (6)
ãäå õ0 � àìïëèòóäà âèáðàöèè.
Òîãäà êàæóùååñÿ óñêîðåíèå îñíîâàíèÿ, èçìåðÿå-
ìîå àêñåëåðîìåòðîì, îïèñûâàåòñÿ âûðàæåíèåì
.sin)(cos2)( â0132ââ01333 txtxgwa ωΩ+ΩΩ+ωωΩ+−= & (7)
 ôîðìóëó (7), òàê æå êàê è â ôîðìóëó (2),
âõîäÿò ïîñòîÿííîå èëè ìåäëåííî ìåíÿþùååñÿ ñëà-
ãàåìîå, ïðîïîðöèîíàëüíîå ëèíåéíîìó óñêîðåíèþ îñ-
Ðèñ. 3. Êèíåìàòè÷åñêàÿ
ñõåìà ïîñòóïàòåëüíî
âèáðèðóþùåãî àêñåëå-
ðîìåòðà
Ω1
x3x2
x1
âèáðρ
r
&
O
A3
g3
w3
Ãåíåðàòîð âîçáóæäàþùèõ ñèíóñîèäàëüíûõ ñèãíàëîâ
fâ
a3 6
3 8 9
w3�g3
kΩΩ1
kΩΩ2
Ðèñ. 2. Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà èíåðöèàëüíîãî äàò÷èêà
∫ρ )(8
1
0 T
Sign sin ωâ t
Sign cos ωâ t
∫ρ )(8
1
0 T
∫
)(
1
TT
Àêñåëåðîìåòð
À3
Ïðèâîäíîé ìåõàíèçì
2
1
4
5
7
Ýëåêòðîííûé ïðîöåññîð
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 6 41
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
íîâàíèÿ w3, è ãàðìîíè÷åñêîå ñëàãàåìîå, ïðîïîðöèî-
íàëüíîå ïåðåíîñíîé óãëîâîé ñêîðîñòè Ω1 äâèæåíèÿ
îñíîâàíèÿ.
Îáðàáîòêà âûõîäíîãî ñèãíàëà àêñåëåðîìåòðà â
ýòîì ñëó÷àå òàêæå ïðîèñõîäèò ñîãëàñíî ñõåìå,
ïðåäñòàâëåííîé íà ðèñ. 2, íî îòëè÷àåòñÿ òåì, ÷òî íå
ñîäåðæèò êàíàëà îáðàáîòêè âûõîäíîãî ñèãíàëà àê-
ñåëåðîìåòðà ïî ïåðåíîñíîé óãëîâîé ñêîðîñòè Ω2 (îò-
ñóòñòâóþò áëîêè 8 è 9). Çíà÷åíèÿ èçìåðÿåìûõ ëè-
íåéíîãî óñêîðåíèÿ è óãëîâîé ñêîðîñòè íà âûõîäå
ýëåêòðîííîãî ïðîöåññîðà îïðåäåëÿþòñÿ ñîãëàñíî âû-
ðàæåíèÿì (3) è (4). Ïðè ýòîì kΩ=1, ò. å. îòñóòñòâó-
åò ìåòîäè÷åñêàÿ äîïîëíèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü îïðå-
äåëåíèÿ óãëîâîé ñêîðîñòè Ω
1
îò âëèÿíèÿ ïåðåêðåñò-
íîé óãëîâîé ñêîðîñòè Ω
3
.
Áàçîâûå ñõåìû ïîñòðîåíèÿ èíåðöèàëüíîãî
äàò÷èêà
Ðàññìîòðèì äâå áàçîâûõ ñõåìû ïîñòðîåíèÿ èíåð-
öèàëüíîãî äàò÷èêà.
 ïåðâîé ñõåìå (ðèñ. 4) äâà àêñåëåðîìåòðà À1 è
À2 äèàìåòðàëüíî óñòàíîâëåíû íà ïëàòôîðìe. Îñè
÷óâñòâèòåëüíîñòè àêñåëåðîìåòðîâ ïàðàëëåëüíû îñè
õ3 îáúåêòà. Ïëàòôîðìà ñ àêñåëåðîìåòðàìè âðàùàåò-
ñÿ âîêðóã îñè õ3 ïî çàêîíó (1). Èçìåðÿåìûå àêñåëå-
ðîìåòðàìè êàæóùèåñÿ óñêîðåíèÿ èìåþò âèä
±ωΩ+ωΩωρ±−= )sincos(2)( â2â1â033
2,1
âðàù ttgwa
),(sin)(cos 132â0231â0 Ω−ΩΩωρ±Ω−ΩΩωρ± && tt (8)
ãäå â ïàðíûõ çíàêàõ
"±" âåðõíèé çíàê ñîîò-
âåòñòâóåò àêñåëåðîìåò-
ðó À1, à íèæíèé � àê-
ñåëåðîìåòðó À2.
 âûðàæåíèÿ (8),
àíàëîãè÷íî âûðàæåíèþ
(2), âõîäÿò ïîñòîÿííîå
èëè ìåäëåííî ìåíÿþ-
ùååñÿ ñëàãàåìîå, ïðî-
ïîðöèîíàëüíîå ëèíåé-
íîìó óñêîðåíèþ îñíî-
âàíèÿ w3, è ãàðìîíè÷åñ-
êèå ñëàãàåìûå, ñäâèíó-
òûå äðóã îòíîñèòåëüíî
äðóãà ïî ôàçå íà π/2,
ïðîïîðöèîíàëüíûå ïå-
ðåíîñíûì óãëîâûì ñêî-
ðîñòÿì Ω1 è Ω2 äâèæå-
íèÿ îñíîâàíèÿ.
Ðàçäåëåíèå èíôîðìàöèè î êîìïîíåíòàõ ïåðåíîñ-
íûõ ëèíåéíîãî óñêîðåíèÿ è óãëîâîé ñêîðîñòè â äàí-
íîé ñõåìå ïîñòðîåíèÿ èíåðöèàëüíîãî äàò÷èêà ïðî-
èñõîäèò ïî îïèñàííîìó ðàíåå ïðèíöèïó ñîãëàñíî
ôóíêöèîíàëüíîé ñõåìå, ïðèâåäåííîé íà ðèñ. 5. Ïðè
ýòîì â ñõåìå ðèñ. 5 âûïîëíÿåòñÿ ïðåäâàðèòåëüíîå
ñëîæåíèå â ñóììàòîðå 2 âûõîäíûõ ñèãíàëîâ àêñå-
ëåðîìåòðîâ ïî êàíàëó ïîñòóïàòåëüíîãî óñêîðåíèÿ è
âû÷èòàíèå â ñóììàòîðå 3 âûõîäíûõ ñèãíàëîâ àêñå-
ëåðîìåòðîâ ïî êàíàëàì óãëîâîé ñêîðîñòè Ω1 è Ω2.
Ñóììàòîð 2 ôîðìèðóåò ñóììó
),(2 33
2
âðàù
1
âðàù gwaa −=+
êîòîðàÿ â äàëüíåéøåì, ïîñëå îáðàáîòêè â áëîêå èí-
òåãðèðîâàíèÿ 5 ïî ôîðìóëå (3), è ÿâëÿåòñÿ âûõîä-
íûì ñèãíàëîì ýëåêòðîííîãî ïðîöåññîðà ïî êàíàëó
ëèíåéíîãî óñêîðåíèÿ.
Ñóììàòîð 3 ôîðìèðóåò ðàçíîñòü
+
ω
ΩΩ+
ω
Ω−Ωωωρ=−
â
31
â
2
1ââ0
2
âðàù
1
âðàù
22
cos4
&
taa
ω
ΩΩ+
ω
Ω−Ωω+
â
32
â
1
2â
22
sin
&
t ,
êîòîðàÿ ïîñòóïàåò â áëîêè 6, 7 ýëåêòðîííîãî ïðî-
öåññîðà ïî êàíàëó ïåðåíîñíîé óãëîâîé ñêîðîñòè Ω1
è â áëîêè 8, 9 ïî êàíàëó ïåðåíîñíîé óãëîâîé ñêîðî-
ñòè Ω2 (ñì. ðèñ. 5). Çíà÷åíèÿ îöåíîê óãëîâûõ ñêî-
ðîñòåé Ω1 è Ω2 íà âûõîäå ýëåêòðîííîãî ïðîöåññîðà
îïèñûâàþòñÿ âûðàæåíèÿìè
1
0
â
2
âðàù
1
âðàù
0
âðàù
1 2cosSign)(
8
ˆ Ω=ω−
ρ
=Ω Ω∫ kktdtàa
k
y
T
y
è
2
0
â
2
âðàù
1
âðàù
0
âðàù
2 2sinSign)(
8
ˆ Ω=ω−
ρ
=Ω Ω∫ kktdtàa
k
y
T
y
,
ãäå kΩ ñîîòâåòñòâóåò âûðàæåíèþ (4).
Äàííàÿ ñõåìà, ïî ñðàâíåíèþ ñî ñõåìîé ñ îäíèì
âðàùàþùèìñÿ àêñåëåðîìåòðîì, ïîçâîëÿåò â äâà ðàçà
ïîâûñèòü ÷óâñòâèòåëüíîñòü ïî êàíàëàì ëèíåéíîãî
óñêîðåíèÿ è óãëîâîé ñêîðîñòè, à òàêæå (ïîñëå èñ-
Àêñåëåðîìåòð a1 ∫
)(
1
TT
Àêñåëåðîìåòð a2 ky Sign cosωâ t ∫ρ
)(08
1
T
Sign sinωâ t
Ýëåêòðîííûé
ïðîöåññîð
2(w3�g3)
2kykΩΩ1
2kykΩΩ2∫ρ
)(08
1
T
1 2 5
6
7
8 9
3 4
À1
À2
Ðèñ. 5. Ñõåìà ðàçäå-
ëåíèÿ èíôîðìàöèè î
êîìïîíåíòàõ ïåðå-
íîñíûõ ëèíåéíîãî
óñêîðåíèÿ è óãëîâîé
ñêîðîñòè
Ω1x1
ωâ
x3Ω3
g3
w3
wc3 Ω2
x2
ρ0
ρ
r
&
ρ1
Î ρ2
A1
A2
Ðèñ. 4. Áàçîâàÿ ñõåìà
ïîñòðîåíèÿ èíåðöèàëü-
íîãî äàò÷èêà íà îñíî-
âå âðàùàþùèõñÿ àêñå-
ëåðîìåòðîâ
6
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 6
42
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
êëþ÷åíèÿ íà âûõîäå âòîðîãî ñóììàòîðà äîñòàòî÷íî
áîëüøîé ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé, ïðîïîðöèîíàëü-
íîé ïîñòóïàòåëüíîìó óñêîðåíèþ w3) îñóùåñòâèòü
òðåáóåìîå ïðåäâàðèòåëüíîå óñèëåíèå íà êîýôôèöè-
åíò kó (áëîê 4 íà ðèñ. 5) äîñòàòî÷íî ìàëîãî ïî
âåëè÷èíå ïåðåìåííîãî ñèãíàëà, çàâèñÿùåãî îò óãëî-
âîé ñêîðîñòè, ïåðåä åãî îáðàáîòêîé â áëîêàõ 6 è 8.
Âòîðàÿ ñõåìà (ðèñ. 6) òàêæå ñîäåðæèò äâà àê-
ñåëåðîìåòðà À1 è À2 ñ îñÿìè ÷óâñòâèòåëüíîñòè, ïà-
ðàëëåëüíûìè îñè õ3 îáúåêòà. Àêñåëåðîìåòðû óñòà-
íîâëåíû â ðàìå, êîòîðàÿ ñîâåðøàåò îòíîñèòåëüíîå
ïîñòóïàòåëüíîå âèáðàöèîííîå äâèæåíèå âäîëü îñè
õ2 òàêèì îáðàçîì, ÷òî àêñåëåðîìåòðû äâèæóòñÿ â
ïðîòèâîïîëîæíûå ñòîðîíû ïî çàêîíó (6) [2].
 ýòîì ñëó÷àå êàæóùèåñÿ óñêîðåíèÿ, èçìåðÿå-
ìûå àêñåëåðîìåòðàìè, îïðåäåëÿþòñÿ âûðàæåíèåì,
àíàëîãè÷íûì âûðàæåíèþ (7):
,sin)(cos2)( â0132ââ0133
2,1
âèáð txtwxgwa ωΩ+ΩΩ±ωΩ±−= &
ãäå â ïàðíûõ çíàêàõ "±" âåðõíèé çíàê òàêæå ñîîò-
âåòñòâóåò àêñåëåðîìåòðó À1, à íèæíèé � àêñåëåðî-
ìåòðó À2.
Ðàçäåëåíèå èíôîðìàöèè î êîìïîíåíòàõ ïåðåíîñ-
íûõ ïîñòóïàòåëüíîãî óñêîðåíèÿ è óãëîâîé ñêîðîñòè
â äàííîé áàçîâîé ñõåìå îòëè÷àåòñÿ îò ðàññìîòðåí-
íîé ðàíåå òåì, ÷òî êàíàë ïî ïåðåíîñíîé óãëîâîé ñêî-
ðîñòè Ω2 îòñóòñòâóåò. Âòîðîé ñóììàòîð ôîðìèðóåò
ðàçíîñòü âèäà
,sin)(2cos4 â0132ââ01
2
âèáð
1
âèáð txtxaa ωΩ+ΩΩ+ωωΩ=− &
ïðè ýòîì çíà÷åíèå îöåíêè ïåðåíîñíîé óãëîâîé ñêî-
ðîñòè Ω1 íà âûõîäå ýëåêòðîííîãî ïðîöåññîðà ïî
êàíàëó ïåðåíîñíîé óãëîâîé ñêîðîñòè Ω1 îïèñûâàåò-
ñÿ âûðàæåíèåì
.2cosSign)(
16
ˆ
1
0
â
2
âèáð
1
âèáð
0
âèáð
1 Ω=ω−
ρ
=Ω ∫ y
T
y
kdttaa
k
Ïðåèìóùåñòâà äàííîé áàçîâîé ñõåìû:
� ïî ñðàâíåíèþ ñî ñõåìîé ñ îäíèì ïîñòóïàòåëü-
íî âèáðèðóþùèì àêñåëåðîìåòðîì, îíà òàêæå ïîçâî-
ëÿåò â äâà ðàçà ïîâûñèòü ÷óâñòâèòåëüíîñòü ïî êàíà-
ëàì ëèíåéíîãî óñêîðåíèÿ è óãëîâîé ñêîðîñòè è îñó-
ùåñòâèòü òðåáóåìîå ïðåäâàðèòåëüíîå óñèëåíèå íà
êîýôôèöèåíò ky äîñòàòî÷íî ìàëîãî ïî âåëè÷èíå ïåðå-
ìåííîãî ñèãíàëà, çàâèñÿùåãî îò óãëîâîé ñêîðîñòè;
� ïî ñðàâíåíèþ ñî ñõåìîé ñ äâóìÿ âðàùàþùè-
ìèñÿ àêñåëåðîìåòðàìè îíà ïðîùå ïðè çàäàíèè îòíî-
ñèòåëüíîãî äâèæåíèÿ.
Òðåáîâàíèÿ ê ôóíêöèîíàëüíûì ýëåìåíòàì
èíåðöèàëüíîãî äàò÷èêà
Îñíîâíûìè ôóíêöèîíàëüíûìè ýëåìåíòàìè èíåð-
öèàëüíîãî äàò÷èêà, îïðåäåëÿþùèìè åãî òî÷íîñòíûå,
ìàññîãàáàðèòíûå è ýêñïëóàòàöèîííûå õàðàêòåðèñ-
òèêè, ÿâëÿþòñÿ àêñåëåðîìåòðû è ïðèâîäíîé ìåõà-
íèçì.
×èñëåííûé àíàëèç âûðàæåíèÿ (7) äëÿ íàèáîëåå
ïðèîðèòåòíîé ñõåìû ïîñòðîåíèÿ ÈÄ ñ ïîñòóïàòåëü-
íî âèáðèðóþùèìè àêñåëåðîìåòðàìè (ñì. ðèñ. 6) ïî-
êàçûâàåò, ÷òî â ÈÄ ñ ïðèâåäåííûìè â íà÷àëå ñòàòüè
òåõíè÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè öåëåñîîáðàçíî ïðè-
ìåíèòü:
� àêñåëåðîìåòðû ñðåäíåé òî÷íîñòè êîìïåíñàöè-
îííîãî òèïà, îáåñïå÷èâàþùèå äèàïàçîí èçìåðåíèÿ
íå ìåíåå ±550 ì/ñ2, ïîðîãîâóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü íå
áîëåå ±2·10�2 ì/ñ2, ïðèâåäåííóþ ê äèàïàçîíó èçìå-
ðåíèÿ ïîãðåøíîñòü íå áîëåå 0,1�0,2%, ïîëîñó ïðî-
ïóñêàíèÿ íå ìåíåå 400 Ãö;
� ïðèâîäíîé ìåõàíèçì ìàãíèòîýëåêòðè÷åñêîãî
èëè ïüåçîýëåêòðè÷åñêîãî ïðèíöèïà äåéñòâèÿ, îáåñ-
ïå÷èâàþùèé îòíîñèòåëüíîå ïîñòóïàòåëüíîå âèáðà-
öèîííîå äâèæåíèå ðàìû ñ àêñåëåðîìåòðàìè (ñîãëàñ-
íî ðèñ. 6) íà ÷àñòîòå 100 Ãö ñ àìïëèòóäîé íå ìåíåå
4·10�5 ì.
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî òðåáóåìûå âåëè÷èíû ïî-
ðîãîâîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè è ïðèâåäåííîé ïîãðåøíî-
ñòè èçìåðåíèÿ àêñåëåðîìåòðîâ îïðåäåëÿþòñÿ òðåáî-
âàíèÿìè ïî ïðèâåäåííîé ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ
óãëîâîé ñêîðîñòè èíåðöèàëüíûì äàò÷èêîì è, â ñëó-
÷àå óìåíüøåíèÿ âåëè÷èíû ïîñëåäíåé, äîëæíû áûòü
òàêæå ïðîïîðöèîíàëüíî óìåíüøåíû. Ýòî ïðèâåäåò
ê íåîáõîäèìîñòè ïðèìåíåíèÿ â ñîñòàâå ÈÄ àêñåëå-
ðîìåòðîâ áîëåå âûñîêîé òî÷íîñòè.
Âûâîäû
Òàêèì îáðàçîì, ïðåäëîæåíû äâå áàçîâûå ñõåìû
ïîñòðîåíèÿ íîâîãî òèïà èíåðöèàëüíîãî äàò÷èêà äëÿ
èçìåðåíèÿ ëèíåéíîãî óñêîðåíèÿ è óãëîâîé ñêîðîñòè
ËÀ, à òàêæå ðàññìîòðåíû ôèçèêî-òåõíè÷åñêèå îñíî-
âû åãî ðàáîòû. Êàê ïîêàçàíî, áîëåå ïåðñïåêòèâíà
ñõåìà ÈÄ ñ äâóìÿ ïîñòóïàòåëüíî âèáðèðóþùèìè
àêñåëåðîìåòðàìè. Ïðåäúÿâëåííûå òðåáîâàíèÿ ê àê-
ñåëåðîìåòðàì è ïðèâîäíîìó ìåõàíèçìó êàê ê îñíîâ-
íûì ôóíêöèîíàëüíûì óçëàì äàò÷èêà è ïîëó÷åííûå
ðåçóëüòàòû ïîçâîëÿþò ðàçðàáîòàòü ÈÄ òàêîé ñõåìû
ñ çàäàííûìè òåõíè÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1.Ïàâëîâñêèé Ì. À., Ïóòÿòà Ò. Â. Òåîðåòè÷åñêàÿ ìå-
õàíèêà. � Ê.: Âèùà øê., 1985.
2.Ïàò. 4510802 ÑØÀ, ÌÊÈ G 01 C 19/56, 23/00, G 01 P
15/08. Angular rate sensor utilizing two vibrating accelero-
meters secured to a parallelogram linkage / Rex B. Peters
(ÑØÀ); Sundstrand Data Control Inc. � Îïóáë. 16.04.85.
Ðèñ. 6. Áàçîâàÿ ñõåìà ïîñòðîåíèÿ èíåðöèàëüíîãî äàò-
÷èêà íà îñíîâå ïîñòóïàòåëüíî âèáðèðóþùèõ àêñåëå-
ðîìåòðîâ
âèáðρ
r
&
âèáðρ
r
&
Ω3
x3
wc3
w3
g3
Ω2
x2
x1
O
A1
A2
Ω1
|