ВИБРАЦИОННЫЙ ГИРОСКОП И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК G01C19/56 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к вибрационным гироскопам и способам изготовления таких гироскопов.

Уровень техники

Вибрационные гироскопы в настоящее время используются в различных областях, в первую очередь, благодаря их прочности, уменьшенному расходу электроэнергии и быстрой работе.

Известные гироскопы содержат резонатор, который может иметь различную форму, например форму колокола или камертона.

Более конкретно, изобретение относится к резонаторам, имеющим корпус, по существу, цилиндрической формы.

Ось z обычно соответствует оси цилиндра, а оси x и y лежат в плоскости, перпендикулярной оси z.

Известно, что такой резонатор при вибрации деформируется преимущественно эллиптически с четырьмя вибрационными пучностями, равномерно распределенными по окружности цилиндра в плоскости x, y. Первая вибрационная мода 53, 57 резонатора представлена на фиг.1 для двух определенных моментов относительно состояния 54 покоя. Резонатор проходит от эллипса 53 к эллипсу 57 в конце полупериода, но это все еще та же вибрационная мода.

Любое вращение гироскопа вокруг оси z приводит к возникновению силы Кориолиса, которая вызывает смещение во вращении вибрационных пучностей относительно окружности цилиндра. Пьезоэлектрические детектирующие элементы, расположенные на уровне вибрационных пучностей, измеряют сигнал, изменения которого характеризуют угловую скорость вращения и/или угол поворота вокруг оси z.

В качестве иллюстрации на фиг.1 показано, что вращение резонатора вызывает вторичные вибрации в форме эллиптической моды 52, 58, для которой главные оси x₁, y₁ расположены под углом 45° к осям x, y. Вибрация проходит от эллипса 52 к эллипсу 58 в конце полупериода.

Сигнал, измеренный пьезоэлектрическими детектирующими элементами на уровне этих осей, определяет, главным образом, угловую скорость вращения.

Обычно гироскопы содержат четыре пьезоэлектрических детектирующих элемента для поддержания вибрации указанного резонатора и четыре других пьезоэлектрических элемента для измерения вибрационных сигналов резонатора. Эти восемь элементов наиболее часто равномерно распределены по резонатору (четыре на осях x, y и четыре на осях x₁, y₁).

Однако известные на сегодняшний день гироскопы с цилиндрическим резонатором имеют общий недостаток, заключающийся в недостаточной компактности и сложности изготовления. Кроме того, они крайне чувствительны к вибрациям окружающей среды.

Таким образом, ощущается потребность в разработке решения, которое усовершенствует устройства, известные из уровня техники.

Раскрытие изобретения

Для этой цели согласно изобретению предлагается вибрационный гироскоп, содержащий основание, резонатор, имеющий корпус, по существу, цилиндрической формы, заканчивающийся со стороны, противоположной основанию, дистальным торцом, причем в указанном торце выполнено по меньшей мере одно сквозное отверстие, множество пьезоэлектрических элементов, контактирующих с резонатором, модули управления вибрацией и обработки вибрационных сигналов (далее - модули управления/обработки), установленные, по меньшей мере частично, в основании, и по меньшей мере один соединительный проводник, проходящий через указанное отверстие в корпусе резонатора и электрически соединяющий указанные модули и пьезоэлектрические элементы для осуществления управления вибрацией резонатора и измерения вибрационных сигналов.

Изобретение предпочтительно дополняется, по отдельности или в любой технически возможной комбинации, следующими признаками:

- в указанном торце выполнено множество отверстий, расположенных по его окружности, а гироскоп дополнительно содержит множество соединительных проводников, проходящих по меньшей мере через одно подмножество указанных отверстий для обеспечения электрического соединения указанных модулей с множеством пьезоэлектрических элементов;

- отверстия расположены, по существу, равномерно по окружности торца, а пьезоэлектрические элементы расположены между указанными отверстиями;

- гироскоп содержит плату соединений, соединяющую множество соединительных проводников и связанную с пьезоэлектрическими элементами;

- гироскоп содержит соединительную стойку, расположенную между резонатором и основанием, причем указанная соединительная стойка расположена на уровне продолжения центрального отверстия торца резонатора;

- модули управления/обработки и пьезоэлектрические элементы соединены по меньшей мере одним соединительным проводником, проходящим через соединительную стойку;

- часть пьезоэлектрических элементов выполнена с возможностью детектирования вибраций резонатора, а другая их часть выполнена с возможностью возбуждения указанных вибраций;

- каждый пьезоэлектрический элемент одновременно содержит подэлемент, выполненный с возможностью детектирования вибраций резонатора, и подэлемент, выполненный с возможностью возбуждения указанных вибраций;

- резонатор выполнен с возможностью вибрации согласно первой вибрационной моде, имеющей пучности, распределенные по двум осям, и второй вибрационной моде, имеющей пучности, распределенные по двум другим осям, причем торец резонатора на каждой оси первой и второй вибрационных мод имеет два пьезоэлектрических элемента, и каждый пьезоэлектрический элемент одновременно содержит по меньшей мере один пьезоэлектрический подэлемент, выполненный с возможностью возбуждения вибраций резонатора, и по меньшей мере один пьезоэлектрический подэлемент, выполненный с возможностью детектирования вибраций резонатора.

Согласно изобретению предлагается также способ изготовления вибрационного гироскопа, включающий этапы обеспечения наличия основания, формирования резонатора, имеющего корпус, по существу, цилиндрической формы, заканчивающийся со стороны, противоположной основанию, дистальным торцом, в котором выполнено по меньшей мере одно сквозное отверстие, размещение, в контакте с резонатором, множества пьезоэлектрических элементов, механического монтажа резонатора на основании, размещения в основании модулей управления вибрацией и обработки вибрационных сигналов и обеспечения, для осуществления управления вибрацией резонатора и измерения вибрационных сигналов, электрического соединения указанных модулей и множества пьезоэлектрических элементов посредством по меньшей мере одного соединительного проводника, проходящего через указанное отверстие в корпусе резонатора.

Изобретение имеет многочисленные преимущества.

Преимуществом изобретения является получение более компактного гироскопа.

Преимуществом изобретения является получение вибрационного гироскопа с меньшей угловой производной.

Другим преимуществом изобретения является получение более простого в изготовлении гироскопа.

Еще одним преимуществом изобретения является получение гироскопа, характеризующегося меньшими производственными затратами.

Наконец, преимуществом изобретения является получение гироскопа, менее чувствительного к вибрациям окружающей среды.

Краткое описание графических материалов

Остальные признаки, цели и преимущества предлагаемого изобретения станут ясны из представленного ниже описания, которое является чисто иллюстративным, т.е. не вносящим ограничений, и поясняется прилагаемыми чертежами.

На фиг.1, как уже было указано, проиллюстрированы вибрационные моды гироскопа с цилиндрическим резонатором.

На фиг.2 представлен вариант гироскопа согласно изобретению.

На фиг.3 представлено вариант основания гироскопа согласно изобретению.

На фиг.4 представлен другой вариант резонатора гироскопа согласно изобретению.

На фиг.5 представлен вариант резонатора, имеющего пьезоэлектрический элемент согласно изобретению.

На фиг.6 представлен другой вариант вибрационного гироскопа согласно изобретению.

На фиг.7 схематично представлены этапы процесса изготовления согласно изобретению.

На фиг.8 представлен вариант схемы обработки вибрационных сигналов согласно изобретению.

На фиг.9 представлен вариант схемы управления резонатором и обработки вибрационных сигналов.

Осуществление изобретения

На фиг.2 представлен вариант вибрационного гироскопа 1 согласно изобретению.

Гироскоп 1 содержит основание 2, служащее в качестве пьедестала. Гироскоп 1 содержит также определенное количество модулей 18 управления/обработки, описанных ниже и расположенных, по меньшей мере частично, в основании 2. В общем случае эти модули 18 расположены на электронной плате управления, интегрированной в нижнюю часть основания 2, и закрыты защитной крышкой.

Гироскоп 1 содержит также резонатор 3. Этот резонатор 3 имеет корпус 4, по существу, цилиндрической формы, заканчивающийся со стороны, противоположной основанию 2, дистальным торцом 5.

Резонатор 3 предпочтительно выполнен металлическим.

В торце 5 выполнено по меньшей мере одно сквозное отверстие 13. В варианте по фиг.2 в торце 5 выполнено множество отверстий 13.

Гироскоп 1 содержит также множество пьезоэлектрических элементов 10, контактирующих с резонатором 3. Предпочтительно эти пьезоэлектрические элементы 10 расположены на торце 5 снаружи резонатора 3. Пьезоэлектрические элементы 10 предназначены для измерения и поддержания вибраций резонатора 3. Это, по существу, пьезоэлектрические электроды.

В качестве пьезоэлектрического материала известно, например, использование цирконата-титаната свинца.

Гироскоп 1 имеет по меньшей мере один соединительный проводник 15, проходящий во внутреннюю часть корпуса резонатора 3 через указанное отверстие 13 и электрически соединяющий указанные модули 18 с множеством пьезоэлектрических элементов 10 для осуществления управления вибрацией резонатора 3 и измерения вибрационных сигналов. Эти соединения могут осуществляться через плату 20 соединений, действующую в качестве интерфейса между соединениями 15 и пьезоэлектрическими элементами 10.

Как уже было указано, такая конфигурация обеспечивает создание весьма компактного гироскопа, поскольку электрические соединения между модулями 18 управления/обработки и пьезоэлектрическими элементами 10 выполнены внутри корпуса резонатора 3 благодаря по меньшей мере одному специальному отверстию 13 в торце 5 резонатора 3 напротив основания 2.

Предпочтительно выполнить в торце 5 множество сквозных отверстий 13, расположенных по его окружности, как это показано на фиг.2 и 4.

В этом случае гироскоп 1 содержит также множество соединительных проводников 15, проходящих по меньшей мере через одно подмножество указанных отверстий 13 для электрического соединения модулей 18 и множества пьезоэлектрических элементов 10.

Остальные отверстия могут быть использованы для ввода механических звеньев, например стержней 22, служащих для обеспечения механической связи платы 20 соединений с основанием 2.

Отверстия 13 предпочтительно расположены, по существу, равномерно по окружности торца 5, т.е. с постоянным или квазипостоянным угловым смещением.

В этом случае предпочтительно расположить пьезоэлектрические элементы 10 между указанными отверстиями.

Предпочтительно отверстия 13 имеют форму дисков, вырезанных в торце 5 описанного ранее резонатора.

Резонатор предпочтительно имеет центральное отверстие, выполненное в центре торца 5 и продолженное соединительной стойкой 21, расположенной между резонатором 3 и основанием 2. Эта соединительная стойка может иметь различные функции, в частности обеспечивать механическое соединение между резонатором и основанием и/или обеспечивать канал для соединительных проводников между модулями управления/обработки и пьезоэлектрическими элементами. Стойка расположена внутри корпуса резонатора.

В основании 2 предпочтительно выполнен паз, по форме соответствующий стойке 21, которая может быть введена в него для обеспечения механического соединения резонатора и основания.

В общем случае гироскоп 1 содержит плату 20 соединений, связывающую множество соединительных проводников 15 и пьезоэлектрических элементов 10.

Эта плата 20 соединений используется для передачи информации или команд, посылаемых модулями 18 управления/обработки пьезоэлектрическим элементам или наоборот.

В типичном варианте часть пьезоэлектрических элементов 10 выполнена с возможностью возбуждения вибраций резонатора, а другая их часть выполнена с возможностью детектирования этих вибраций.

Например, могут быть использованы восемь пьезоэлектрических элементов, расположенных равномерно на торце 5 резонатора 3, причем четыре из указанных элементов предназначены для детектирования вибраций, а другие четыре - для возбуждения резонатора.

Альтернативно, как показано на фиг.5, каждый пьезоэлектрический элемент 10 одновременно содержит пьезоэлектрический подэлемент 23, выполненный с возможностью возбуждения вибраций резонатора, и подэлемент 24, выполненный с возможностью детектирования вибраций резонатора. В общем случае подэлементы 23, 24 расположены рядом с каждым пьезоэлектрическим элементом 10 или примыкают к нему.

Предпочтительно подэлементы 23, 24 одного пьезоэлектрического элемента 10 расположены на одном радиусе торца 5. По существу, они являются отдельными подэлементами 23, 24, но расположены рядом друг с другом.

В общем случае, подэлементы 23, 24 расположены по двум концентрическим окружностям с разными радиусами.

Они могут быть выполнены как отдельные подэлементы, расположенные рядом друг с другом, или как смежные зоны одного пьезоэлектрического элемента.

В общем случае они представляют собой прямоугольные пластинки с двумя металлизированными поверхностями, причем одна из поверхностей приклеена или припаяна к торцу резонатора, образующему землю.

Как было изложено ранее, резонатор выполнен с возможностью вибрации согласно первой вибрационной моде, имеющей пучности, распределенные по двум осям, и второй вибрационной моде, имеющей пучности, распределенные по двум другим осям. Эти моды являются эллиптическими вибрационными модами.

Предпочтительно на торце резонатора, на каждой оси первой и второй вибрационных мод, находятся два пьезоэлектрических элемента 10, причем каждый пьезоэлектрический элемент 10 одновременно содержит по меньшей мере один пьезоэлектрический подэлемент 23, выполненный с возможностью возбуждения вибраций резонатора, и по меньшей мере один пьезоэлектрический подэлемент 24, выполненный с возможностью детектирования вибраций резонатора.

При таком выполнении имеются по меньшей мере шестнадцать пьезоэлектрических подэлементов. Количество пьезоэлектрических подэлементов может быть ограничено шестнадцатью при восьми элементах 10, каждый из которых содержит по два подэлемента 23, 24.

Как будет разъяснено ниже, это является основным преимуществом в отношении уменьшения паразитных мод, появляющихся в резонаторе, и увеличения количества точек управления вибрациями и их измерения.

В общем случае гироскоп имеет также защитную крышку (на фиг.1-5 не показана) для удержания вакуума, создаваемого под указанной крышкой, и защиты сборки, состоящей из резонатора и основания. Крышка выполнена, например, колоколообразной или цилиндрической.

Как показано на фиг.6, торец 5 имеет центральное отверстие 13. Резонатор имеет также соединительную стойку 21, расположенную между резонатором 3 и основанием 2 на уровне продолжения центрального отверстия 13. Стойка находится внутри корпуса резонатора.

Стойка 21 обеспечивает возможность проведения через нее по меньшей мере одного соединительного проводника 15, обеспечивающего электрическое соединение между модулями 18 управления/обработки, расположенными в основании 2, и пьезоэлектрическими элементами и/или подэлементами. Стойка 21 обеспечивает также механическое соединение между резонатором 3 и основанием 2, в частности, благодаря пазу 35 соответствующей формы в основании 2.

В результате может быть изготовлен весьма компактный гироскоп.

Кроме того, как было указано ранее, возможно выполнение дополнительных отверстий 13 в торце 5.

Как было описано ранее, изобретение относится также к способу изготовления гироскопа 1. Способ, проиллюстрированный на фиг.7, включает следующие этапы:

- обеспечение основания 2 (этап E1),

- формирование резонатора 3, имеющего корпус 4, по существу, цилиндрической формы, заканчивающийся со стороны, противоположной основанию 2, дистальным торцом 5, причем в указанном торце выполнено по меньшей мере одно сквозное отверстие 13 (этап E2),

- размещение, в контакте с резонатором 3, предпочтительно на торце 5, множества пьезоэлектрических элементов 10 (этап E3),

- механический монтаж резонатора 3 на основании 2 (этап E4),

- размещение, по меньшей мере частично, модулей 18 управления/обработки в основании 2 (этап E5) и

- обеспечение, для осуществления управления вибрацией резонатора 3 и измерения вибрационных сигналов, электрического соединения указанных модулей 18 и множества пьезоэлектрических элементов 10 посредством по меньшей мере одного соединительного проводника 15, проходящего по меньшей мере через одно отверстие 13 в корпусе 4 резонатора 3 (этап E6).

В общем случае резонатор 3 зафиксирован на основании 2 посредством пайки.

Способ также включает этап дегазации и этап герметизации, осуществляемый, в типичном случае, с помощью защитной крышки, закрывающей гироскоп.

Благодаря способу согласно изобретению гироскоп гораздо проще изготовить, особенно в отношении обеспечения электрических соединений, которые могут быть, например, обеспечены путем связывания пьезоэлектрических элементов 10 и платы 20 соединений.

На фиг.8 иллюстрируется управление вибрацией и обработка вибрационных сигналов согласно изобретению.

По существу, это обеспечивается за счет использования модулей 18 управления/обработки, по меньшей мере частично расположенных в основании 2. Конечно, часть модулей 18 может быть расположена вне гироскопа 1, например на электронной плате, расположенной около гироскопа 1.

В общем случае модули 18 управления/обработки в совокупности с пьезоэлектрическими элементами 10 предназначены для поддержания вибраций резонатора и измерения вибраций, возникших в резонаторе. Более конкретно они содержат один или несколько генераторов электрических сигналов и электрические модули, такие как усилители, фильтры, умножители, сумматоры, вычитатели и т.п.

Модули 18 предназначены для обработки измеренного сигнала с целью определения по нему угла вращения и/или скорости вращения вокруг оси z цилиндрического корпуса резонатора 3.

При этом модули 18 одновременно образуют цепь возбуждения вибраций и цепь детектирования/обработки.

В общем случае цепь возбуждения является замкнутым контуром для возбуждения вибраций резонатора с постоянной амплитудой и формирования импульса, соответствующего импульсу основной вибрационной моде.

Ясно, что возможны различные воплощения указанных модулей. Управление вибрациями и обработка вибрационных сигналов резонатора в форме цилиндра широко известны из уровня техники. Возможны различные варианты исполнения, например: вариант гирометра с открытым контуром, вариант гирометра с замкнутым контуром, вариант гироскопа.

На фиг.8 поясняется, как происходят управление и обработка в режиме гирометра с замкнутым контуром.

Гироскоп содержит восемь пьезоэлектрических элементов 10, расположенных между отверстиями в торце 5 резонатора 3. Эти элементы предпочтительно выполнены в форме прямоугольных пластинок, равномерно распределенных по окружности торца 5 резонатора.

Генератор 25 электрических сигналов возбуждает пьезоэлектрические элементы 10a, 10e, расположенные на уровне первой оси пучностей первой вибрационной моды резонаторов (оси x).

Измерительный блок 26 принимает сигналы, измеренные пьезоэлектрическими элементами 10c, 10g, расположенными на уровне второй оси пучностей первой вибрационной моды резонатора (оси y).

Измерительный блок 26 сравнивает амплитуду первой вибрационной моды с установленным (заданным) значением и передает на генератор 25 сигнал, соответствующий отклонению от этого установленного значения для изменения значения сигнала возбуждения вибраций и обеспечения тем самым режима следящего регулирования амплитуды.

Вращение резонатора вызывает возникновение второй вибрационной моды 52, для которой главные оси x₁, y₁ расположены под углом 45° к осям x, y.

Измерительный блок 27 принимает сигналы, измеренные пьезоэлектрическими элементами 10b, 10f, расположенными на уровне первой оси пучностей второй вибрационной моды резонатора (оси x₁), расположенной под углом 45° к осям x, y.

При управлении по замкнутому контуру обрабатывающий блок 28 принимает от измерительного блока 27 сигнал, характеризующий амплитуду сигнала, принятого измерительным блоком 27, и определяет по принятому сигналу возбуждающий сигнал, посылаемый на пьезоэлектрические элементы 10d, 10h, расположенные на уровне второй оси пучностей второй вибрационной моды резонатора (оси y₁) для сведения к нулю амплитуды сигналов, детектированных измерительным блоком 27. Измерительный блок 27 вырабатывает, на основе этих возбуждающих сигналов, сигнал, характеризующий угловую скорость Ω вращения.

На фиг.9 представлен другой вариант управления вибрацией и обработки вибрационных сигналов резонатора.

Каждый пьезоэлектрический элемент 10 одновременно включает в себя пьезоэлектрический подэлемент 23, обеспечивающий возможность возбуждения вибраций резонатора, и пьезоэлектрический подэлемент 24, обеспечивающий возможность детектирования сигналов резонатора.

Подэлементы 23, 24 предпочтительно выполнены в форме прямоугольных пластинок.

В другом варианте подэлементы 23, 24 могут быть выполнены в форме смежных зон одного элемента 10.

Торец 5 резонатора 3 имеет два пьезоэлектрических элемента 10 на каждой оси первой и второй вибрационной моды, каждый из которых одновременно содержит по меньшей мере один пьезоэлектрический подэлемент 23, обеспечивающий возможность возбуждения вибраций резонатора, и по меньшей мере один пьезоэлектрический подэлемент 24, обеспечивающий возможность детектирования вибраций резонатора. Пьезоэлектрические элементы 10 расположены по каждую сторону от центра торца резонатора.

Таким образом, имеются шестнадцать пьезоэлектрических подэлементов 23, 24, восемь возбуждающих и восемь измерительных.

Такое выполнение позволяет избавиться от паразитных вибрационных мод, которые могут появиться в резонаторе, чего невозможно добиться при наличии только восьми пьезоэлектрических подэлементов.

В общем случае обработка сигналов для каждой вибрационной моды состоит из получения обработанного сигнала, равного сумме результатов измерений пьезоэлектрических подэлементов, расположенных на пучностях, соответствующих амплитудам определенного знака, минус сумма результатов измерений пьезоэлектрических подэлементов, расположенных на пучностях, соответствующих амплитуде противоположного знака, причем указанный обработанный сигнал позволяет избавиться от паразитных вибрационных мод резонатора. Определенный знак амплитуд пучностей (максимумов амплитуд вибраций) соответствует заданному моменту вибрации, поскольку этот знак является переменным во времени.

Конечно, можно обобщить такое выполнение на случай, когда обе (и первая, и вторая) вибрационные моды имеют пучности, распределенные по n осям: в этом случае каждой из n осей соответствуют два пьезоэлектрических элемента 10, содержащих по меньшей мере один возбуждающий подэлемент 23 и по меньшей мере один детектирующий подэлемент 24.

Четыре пьезоэлектрических подэлемента 24a, 24c, 24e и 24g, расположенные по осям x, y пучностей первой вибрационной моды, подают выходные сигналы, пропорциональные смещению резонатора в процессе вибрации. Эти сигналы комбинируются в вычитателе 36 для подачи входного сигнала амплитуды и фазы в цепь 29 следящего регулирования.

Показанная в качестве примера цепь содержит усилитель 30, связанный с умножителем 31 через фильтр 32, управляемый цепью регулирования фазы.

Усиление умножителя 31 контролируется цепью 33 регулирования амплитуды, которая принимает выходной сигнал усилителя 30 и опорный сигнал REF, соответствующий амплитуде, которую нужно поддерживать.

Фильтр 32 (в общем случае активный фильтр) контролируется фазовым компаратором 40, который принимает выходной сигнал усилителя 30 и выходной сигнал цепи, поступающий от умножителя 31. Фазовый компаратор 40 управляет фильтром 32 так, чтобы поддерживать постоянное значение разности фаз, в типичном случае нулевое.

Выходной сигнал цепи 29 воздействует на пьезоэлектрические подэлементы 23а, 23c, 23e, 23g через инвертор 34, меняющий полярность сигналов, приложенных к элементам 23c и 23g.

В режиме гирометра с замкнутым контуром четыре пьезоэлектрических подэлемента 24b, 24d, 24f, 24h выдают сигналы, которые комбинируются в вычитателе 41 и образуют входной сигнал для измерительной цепи 42.

Цепь 42 может иметь конфигурацию известного типа.

Показанная цепь содержит входной усилитель 43, за которым включен синхронный демодулятор 44, принимающий опорный сигнал, образованный выходным сигналом цепи 29.

Демодулированный сигнал подается на низкочастотный фильтр 45, выходной сигнал 46 которого характеризует угловую скорость Ω вращения. Цепь обратной связи в режиме гирометра обеспечивается связью между выходом усилителя 43 и пьезоэлектрическими подэлементами 23b, 23d, 23f, 23h через модулятор 47, усилитель 48 и инвертор 49, изменяющий полярность сигналов, приложенных к подэлементам 23d и 23h.

Вычитатели 36 и 41 и инверторы 34 и 49 могут быть исключены за счет соответствующего ориентирования векторов поляризации пьезоэлектрических пластинок 23, 24 относительно друг друга.

Как было указано выше, изобретение может иметь различные варианты исполнения, особенно в части конструкции модулей 18 управления/обработки, соединенных с механическим резонатором.

Специалисту будет ясно из уровня техники, что описанные выше модули 18 управления/обработки не ограничивают общности изобретения и что возможны их различные реализации и варианты.

Специалисту в соответствующей области ясно также, что гироскоп согласно изобретению более компактен, прост и менее затратен в изготовлении. Кроме того, он имеет меньшую угловую производную, чем гироскопы, известные из уровня техники (около 10°/ч в некоторых случаях). Наконец, изобретение позволяет получить гироскоп, менее чувствительный к вибрациям окружающей среды, что является большим преимуществом.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано, например, в системах ориентации и навигации летательных аппаратов. Технический результат - повышение надежности. Для этого гироскоп (1) содержит основание (2), резонатор (3), имеющий корпус (4), по существу, цилиндрической формы, заканчивающийся со стороны, противоположной основанию (2), дистальным торцом (5), в котором выполнено по меньшей мере одно сквозное отверстие (13), множество пьезоэлектрических элементов (10), контактирующих с резонатором (3), модули (18) управления/обработки установленные, по меньшей мере частично, в основании (2), и по меньшей мере один соединительный проводник (15), проходящий через указанное отверстие (13) в корпусе (4) резонатора (3) и электрически соединяющий указанные модули (18) и пьезоэлектрические элементы (10) для управления вибрацией резонатора (3) и измерения вибрационных сигналов. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Вибрационный гироскоп (1), содержащий основание (2); резонатор (3), имеющий корпус (4), по существу, цилиндрической формы, заканчивающийся со стороны, противоположной основанию (2), дистальным торцом (5), причем в указанном торце выполнено по меньшей мере одно сквозное отверстие (13); множество пьезоэлектрических элементов (10), контактирующих с резонатором (3); модули (18) управления вибрацией и обработки вибрационных сигналов, установленные, по меньшей мере частично, в основании (2); и по меньшей мере один соединительный проводник (15), проходящий через указанное отверстие (13) в корпусе (4) резонатора (3) и электрически соединяющий указанные модули (18) и пьезоэлектрические элементы (10) для осуществления управления вибрацией резонатора (3) и обработки вибрационных сигналов.

2. Гироскоп (1) по п.1, отличающийся тем, что в указанном торце (5) выполнено множество отверстий (13), расположенных по его окружности, а гироскоп (1) дополнительно содержит множество соединительных проводников (15), проходящих по меньшей мере через одно подмножество указанных отверстий (13) для обеспечения электрического соединения указанных модулей (18) с множеством пьезоэлектрических элементов (10).

3. Гироскоп (1) по п.2, отличающийся тем, что отверстия (13) расположены, по существу, равномерно по окружности торца (5), а пьезоэлектрические элементы (10) расположены между указанными отверстиями (13).

4. Гироскоп (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит плату (20) соединений, связанную с множеством соединительных проводников (15) и с пьезоэлектрическими элементами (10).

5. Гироскоп (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит соединительную стойку (21), расположенную между резонатором (3) и основанием (2), причем указанная соединительная стойка (21) расположена на уровне продолжения центрального отверстия (13) торца (5) резонатора.

6. Гироскоп (1) по п.5, отличающийся тем, что указанные модули (18) и пьезоэлектрические элементы (10) соединены по меньшей мере одним соединительным проводником, проходящим через соединительную стойку (21).

7. Гироскоп (1) по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что часть пьезоэлектрических элементов (10) выполнена с возможностью детектирования вибраций резонатора (3), а другая часть пьезоэлектрических элементов (10) выполнена с возможностью возбуждения указанных вибраций.

8. Гироскоп (1) по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что каждый пьезоэлектрический элемент (10) одновременно содержит подэлемент (23), выполненный с возможностью возбуждения вибраций резонатора, и подэлемент (24), выполненный с возможностью детектирования вибраций резонатора.

9. Гироскоп (1) по п.8, отличающийся тем, что резонатор выполнен с возможностью вибрации согласно первой вибрационной моде, имеющей пучности, распределенные по двум осям, и второй вибрационной моде, имеющей пучности, распределенные по двум другим осям, причем торец резонатора на каждой оси первой и второй вибрационных мод имеет два пьезоэлектрических элемента (10), каждый из которых одновременно содержит по меньшей мере один пьезоэлектрический подэлемент (23), выполненный с возможностью возбуждения вибраций резонатора, и по меньшей мере один пьезоэлектрический подэлемент (24), выполненный с возможностью детектирования вибраций резонатора.

10. Способ изготовления вибрационного гироскопа (1), включающий следующие этапы:
обеспечение основания (2),
формирование резонатора (3), имеющего корпус (4), по существу, цилиндрической формы, заканчивающийся со стороны, противоположной основанию (2), дистальным торцом (5), причем в указанном торце выполнено по меньшей мере одно сквозное отверстие (13),
размещение, в контакте с резонатором (3), множества пьезоэлектрических элементов (10),
механический монтаж резонатора (3) на основании (2),
размещение в основании (2) модулей (18) управления вибрацией и обработки вибрационных сигналов и
обеспечение, для осуществления управления вибрацией резонатора (3) и измерения вибрационных сигналов, электрического соединения указанных модулей (18) и множества пьезоэлектрических элементов (10) посредством по меньшей мере одного соединительного проводника (15), проходящего по меньшей мере через одно отверстие (13) в корпусе (4) резонатора (3).