Устройство для измерения угловой скорости Советский патент 1992 года по МПК G01P3/36 

Изобретение относится к конт- рольнс-измерительной технике, предназначено дпя использования п мах инерциальной- навигации и является усовершенствованием основного авт. св..№ 1478823, . -

:з-

.-p.Lr-г-Г---Фиг.2 блок-схема логико-цифрового

ю

10

блока; на фиг 3 - блок-схема блока выбора канала, на фиг. 4 - блок-схема блока выбора поддиапазона; на фиг.5 - диаграмма, поясняющая работу логико- цифрового блока,

Устройство содержит (фиг U излучающий модуль 1, блок фотоприемника 2, устройство 3 ввода-вывода, первый и- второй генераторы 4,5 возбуждения, первый и второй фазовые модуляторы б, 7, ВОЛОКОН1ШЙ контур 8, удвоитель 9 частоты второго генератора возбуждения, первый блок обработки сигншш, включаюищй первы й синхронный детектор 10, гребенчатый фильтр П, первый компаратор 12 нулевого уровня, первый измеритель 13 дпительности импульсов, содержит также второй блок обработки сигнала БОС. , включающий второй сии- 20 хрбиный детектор 14, второй гребенчатый фильтр 15, второй компаратор 16 нулевого уровня, второй измеритель

17длительности импульсов, измеритель

18длительности периода второго гене- 25 ратора возбуждения и лошко-цифровой бло к 19.

Логико-цифровой блок 19 содержит (фиг.2) блок 20 выбора канала, блок 21 выбора поддиапазона, реверсивный счетчик 22 периодов, постоянную память 23 констант, блок 24 аппроксимации функции arctgCKsin.) и.,сумматор- вычитатель 25

UnoK 20 выбора канала (фиг.З) состоит иэ двух сумматоров 26 и 27, двух вычислителей модуля числа 28 и 29, компаратора 30, коммутатора 31 и делителя 32

где R - радиус к&льца, L - длина световода в контуре - дпина волны из- лучения в вакууме - со скоростью.света, рр угловая скорость вращения, Для фазового модулятора, установленного на входе в контур, возникает до-.. бавочная переменная разность фаз. Для двух фазовых модуляторов, возбуждае- мь1Х по синусоидальному закону на частотах О. и Q, разность фаз составит

(2)

ДЦ)„ &q,s in hqjjSin ,

. где Д.Ц| и (. эффективные амплитуды 15 модуляции. Ток фотоприемника определяется следующим соотношением:

i 1, l+qcdsftC e+uq sin.t+Acf s a l

, (3)

Ток на выходе первого синхронного детектора в первом БОС, настроенного на первую гармонику частоты Q определяется соотношением:

. i-IoqI,(At.)(bq i sitiALj),- -а 2I,(li()cosMfcSinQ,,t,

где , и I, - функции Бесселя нулевого и первого порядка, а и а, коэффициенты пропускания первого гребенчатого фильтра на нулевой и первой гармониках частоты Q, Соответст-вен- но, во втором БОС, на выходе второго синхронного детектора, настроенного на частоту 20 имеется ток

ql(&4 ,))cosulp, +aY 21, (&%)з1пЛЦ sinSJ.jt J (5) Ток i-., в соответствии с (4), вра30

35

ir

елителя jz. ° .-.х, - -., -.

Блок 21 рыбора поддиапазона (фиг.4) щается в нуль, дважды.за период при

состоит из двух регистров 33 и 34, выполнении условия tgbl|,-2- «К. двух дешифраторов 35 и 36, двух эле- , /-моЛ

ментов И 37 и 38 и блока 39 синхронизации .

Устройство работает следующим

образоМв

Излучение ..от источника 1 через устройство 3 поступает на два входа контура 8, распростра гаетея по нему

во встречных направлениях и с помощью минимальному отсчету. Например того же устройства 3 поступает на фо- при..;;,„ точность выполнения топриемняк 2, где происходит интер- неравенства - Ю. ференция встречных волн. Для устройст- Диапазон измерения Щ, с первым ва, вращамщегося в плоскости конту- g ( фиг.5): ра, между волнами возникает разность фаз согласно эффекту Саньяка

2а; 1д()

Пpи. сигнал не обращается в нуль. Ток ijc , в соответствии с (5), обращается в нуль дважды за период при выполнении условия ctgAq c :K , При выполняется неравенство

Уч 1Г

arctgK Ь т- с точностью, соответствую- 4.+fmiЛСР Д m 0;-i-l ... , 4 у

-, Ие

(1)

0

20

25

где R - радиус к&льца, L - длина световода в контуре - дпина волны из- лучения в вакууме - со скоростью.света, рр угловая скорость вращения, Для фазового модулятора, установленного на входе в контур, возникает до-.. бавочная переменная разность фаз. Для двух фазовых модуляторов, возбуждае- мь1Х по синусоидальному закону на частотах О. и Q, разность фаз составит

(2)

ДЦ)„ &q,s in hqjjSin ,

. где Д.Ц| и (. эффективные амплитуды 5 модуляции. Ток фотоприемника определяется следующим соотношением:

i 1, l+qcdsftC e+uq sin.t+Acf s a l

, (3)

Ток на выходе первого синхронного детектора в первом БОС, настроенного на первую гармонику частоты Q определяется соотношением:

. i-IoqI,(At.)(bq i sitiALj),- -а 2I,(li()cosMfcSinQ,,t,

где , и I, - функции Бесселя нулевого и первого порядка, а и а, коэффициенты пропускания первого гребенчатого фильтра на нулевой и первой гармониках частоты Q, Соответст-вен- но, во втором БОС, на выходе второго синхронного детектора, настроенного на частоту 20 имеется ток

ql(&4 ,))cosulp, +aY 21, (&%)з1пЛЦ sinSJ.jt J (5) Ток i-., в соответствии с (4), вра30

35

ir

° .-.х, - -., -.

выполнении условия tgbl|,-2- «К. , /-моЛ

2а; 1д()

Пpи. сигнал не обращается в нуль. Ток ijc , в соответствии с (5), обращается в нуль дважды за период при выполнении условия ctgAq c :K , При выполняется неравенство

Уч 1Г

arctgK Ь т- с точностью, соответствую минимальному отсчету. Например при..;;,„ точность выполнения неравенства - Ю. Диапазон измерения Щ, с первым g ( фиг.5):

- 4.+fmiЛСР Д m 0;-i-l ... , 4 у

Аналогично, при К 51, Диапазон измерения ДЦ во втором БОС определяется сл дую1цими соотноигениямн: л, .,„11 IT (f +jm + 1;+2...

Таким образом, для каждого значения С| и соответствующей ему угловой скорости Qf, в одном из БОС можно произвести отсчет скорости по формуле

9

arctp) 21, (Ад),) 2- -ITOC)

fe - }

(6)

где &t - длительность импульса, вы- , рабатываемого соответствующим компаратором в данном БОС (передний и зад НИИ фронт импульса совпадают с момен тами обращения в нуль тока). Логико-цифровой блок производит вычисление Q по формуле (6) выбор опти- мального Канала Первого или второго БОС, а также вычисляет целое число переходов из канала в канал, чем достигается перекрытие любого заданного диапазона измерений йср .

Логико-цифровой блок работает сле- дуюрщм образом.

Перед началом работы обнулены измерители 13,17 и 18, счетчик 22, регистры 33 и 34,

Измерители 13,17 и 18 делают отсчет длительностей в течение интервала измерения, кратного периоду колебаний первого генератора возбужде-т нияУь По окончании интервала измерения на их выходах содержатся коды N(,N2,N соответственно разрядностью п+1, где п определяется требуемой дискретностью отсчетов устройства. Эти коды подаются в блок выбора клна-.. ла, причем коды N и N подключены к первым входам вычитаюрщх сумматоров 26 и 27 со сме1цением на один разряд влево, а код N - к вторым входам сумма;торов, При этом на выходах первого и второго сумматоров в дс полни- ельном коде устанавливаются числа и соответственно. Исходя из свойства дополнительного ола, старший разряд числа равен О, сли разность неотрицательна, и раен 1 в противном спучае, что испольуется в блоке выбора поддиапазона осле вычислителей модуля 28 и 29 олучаемые положительные числа/5,/ /2N, -NT/ и / / / сравниваются омпаратором 30,выходной сигнал котоого управляет коммутатором 31 так, то на его выходе - меньшее из срав

603776и

нивае№1х с чисел ,/,. Состояга1е на выходе компаратора используется также блоком выбора поддиапазона. Делитель вычисляет отио- шение . N, причем O t ii /, а на выходе блока 24 аппроксимации устанавливается число arctg(KsinA ), Блок выбора поддиапазона позволяет 0 определить, в каком из восьми интервалов в пределах О,. .2 |Г находится текущее значение, п Комбинации значений старшего бита (, , старшего .бита Й2 « результата cpaвнeшiя чисел/Д/ и 15 / (признаки Р ,Р,р соответственно) однозначно определяют поддиопазон. Блок выбора поддиапазона формирует также сигналы перехода границы интервала 0,2 njB следящем режиме, что по- 20 зволяет измерять фазы Саньяка АСр,. со значениями больше, чем

Блок работает следующим образом. В начальном состоянии регистры 33 25 и 34 обнулены. По окончании интер1ва- ла измерения и получения признаков

PJ

РЗ последние заносятся в ре30

гистр 33. С помощью дешифраторов и схем И выделяется переход из интервала , 21Г(Н J в интервал |, 2 upjHnH из интервала - ,

)в интервал 2(i(jB+l), 2(А+)4- где /3 - номер 2 п интервала.

Блок синхронизации 39 подает импульс на стробирующие входы дешифраторов, причем при наличии переходов на ..од- 40 ° из выходов схем И формируется один из импульсов + или -, которые увеличивают.или уменьшают на единицу содержимое счетчика 22. Содержимое счетчика однозначно определяет 45 номер 2 и - интервала в дополнительном коде |3 , Затем содержимое регистра 33 переписывается в регистр 34. Коды..счетчика 22 периодов в совокупности с содержимым регистра 33 обра-. 0 зуют адрес для запоминания констант 23. Поскольку кодовые комбинации, указывающие на номер поддиапазона не упорядочены, то постоянная память делает это неявно. Постоянная память 23 кон- 5 стант содержит значения типа $ «C2ii /3+ +W /4), причем Ь/ определяется из соображений упорядочения, а управляющий выход памяти 23 определяет, будет ли на выходе устройства значение

1605776

аг : Л %7А+ ; илиС| 2 «| 1-% /4- f - ПРИ

домножеиии Ц) на масштабный коэффициент получается значение угловой скорости в требуемых единицах.

Форму, ла изобретения

ts

1, Устройство для измерения угловой скорости по авт. св. № 1478823, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измеряв-, мых угловых скоростей, в него введены удвоитель частоты первого гене- - ратора возбуждения, второй блок об- работки сигнала фотоприемника, содер- последовательно соединенные . второй синхроннъ1Й детектор, управ- ля1оид1й лход которого через удвоитель , частоты соединен с выходом второго кератора возбуждения, а сигнальмьш вкод - с выходом фотоприемника, вто-. рой- гребенчатый фильтр. второй компа- ратор нулевого уровня и второй измеритель длительности -импульсов, а так- 25 же измеритель длительности периода . второго генератора возбуждения и логико-цифровой блок, первая, вторая и третья Группы входов которого подсое-. динены к выходам первого измерите ля jg д)тательности импульсов, второго изме рителя дгштеяьности импульсов и измерителя длительности перио5;а второго генератора возбуждения соответственно.35

2, Устройство по По 1,.о т л и - чающееся, тем, что логико-циф - .ровой блок состоит из блока выбора канала, блока выбора поддиапазона, счетчика периодов, постоянной памяти . констант,, блока аппроксимации функции arctg(Ksin ) и сумматора-вычитателя, причем г1ервый, второй и третий выхода блока выбора канала подключены соот3. Устройство по пп, 1 и 2, о т - личагащееся тем, что блок выбора канала состоит издвух сумматоров, двух вычислителей модуля числа, компаратора, коммутатора, и делителя, при этом первые группы входов первого и второго сумматоров являются соответственйо первой и второй группа ми входов блока выбора канала, к третьей группе входов блока выбор.а канала подключены вторые группы входов первого и второго сумматоров и вторая группа входов делителя, группы выхо- дов первого и второго сумматоров через вычислители модуля числа подключены к первым и вторым группам вхо дов компаратора и коммутатора, причем выход компаратора подсоединен к управ ляющему входу коммутатора и является третим выходом блока выбора канала группа выходов коммутатора подключена к первой группе входов делителя, выход которого является группой инфор- мационных выходов блока выбора канала, причем старшие разряды групп выходов первого и второго сумйаторов являются первым и. вторым выходом блока выбора канала , ч.

А Устройство по пп, 1 и 2, о т - лишающееся тем, что блок выбора.поддиапазона состоит из двух элементов И, двух дешифраторов, двух регистров .и блока синхронизации, причём группа выходов первого регистра подключена к входам второго регистра информационным входам второго дешифр тора и является информационной групОПОКа HblUUPd RCirtCWlCL ,44J.i

ветственно к первым, вторым и третьим 5 пой. выходов, блока выбора по,цдиапазо- ветственни f . „„„„ „я. rnvnna выходов второго регистра.

входам блока выбора поддиапазона, пер вый выход которого подсоединен к входу прямого счета счетчика периодов, второй к входу обратного счета, группа информационных выходов - к первой i группе адресных входов постоянной памяти констант, к второй группе адресных входов которой подключена группа выходов счетчика периодов, ее управпяюпхий выход подсоединен к управ- ляющему входу сумматора-вычитателя, а группа информационных выходов - к первой группе входов сумматора-вычитате- ля, к второй группе входов которого

на, группа выходов второго регистра, подключена к информационным входам первого дешифратора, первый выход которого подсоединен к первому входу второго элемента li, второй - к первому входу первого элемента И, первый выход второго дешифратора подклю чен к второму входу второго элемен- та И, второй его,выход - к второму входу первого элемента Н, при зтом выходы первого и второго элементов И являются первым и пторый выходом бло ка выбор.а поддиапазона соответственно, первый и второй выход)з1 блока

8

ерез блок аппроксимации функции rctg(Ksi.n ) подключена группа информационных выходов блока выбора канаа

3. Устройство по пп, 1 и 2, о т - личагащееся тем, что блок выбора канала состоит издвух сумматоров, двух вычислителей модуля числа, компаратора, коммутатора, и делителя, при этом первые группы входов первого и второго сумматоров являются соответственйо первой и второй группами входов блока выбора канала, к третьей группе входов блока выбор.а канала подключены вторые группы входов первого и второго сумматоров и вторая группа входов делителя, группы выхо- дов первого и второго сумматоров через вычислители модуля числа подключены к первым и вторым группам входов компаратора и коммутатора, причем выход компаратора подсоединен к управляющему входу коммутатора и является третим выходом блока выбора канала группа выходов коммутатора подключена к первой группе входов делителя, выход которого является группой инфор- . мационных выходов блока выбора канала, причем старшие разряды групп выходов первого и второго сумйаторов являются первым и. вторым выходом блока выбора канала , ч.

А Устройство по пп, 1 и 2, о т - лишающееся тем, что блок выбора.поддиапазона состоит из двух элементов И, двух дешифраторов, двух регистров .и блока синхронизации, причём группа выходов первого регистра подключена к входам второго регистра, информационным входам второго дешифратора и является информационной группой. выходов, блока выбора по,цдиапазо- „я. rnvnna выходов второго регистра.

на, группа выходов второго регистра, подключена к информационным входам первого дешифратора, первый выход которого подсоединен к первому входу второго элемента li, второй - к первому входу первого элемента И, первый выход второго дешифратора подключен к второму входу второго элемен- та И, второй его,выход - к второму входу первого элемента Н, при зтом выходы первого и второго элементов И являются первым и пторый выходом блока выбор.а поддиапазона соответственно, первый и второй выход)з1 блока

fUifS.)

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике-, предназначено ;щя использования в системах инерциальной навигации и является усовершенствованнем основного авт.св. «f 1478823, Излучение источника через устройство 3 ввода-вывода лопада- ет в волоконный контур световод 8 ло которому распространяется во встречных направлениях и выходит на фот прием- ник 2, Фазовая модуляция осуществляется модуляторами 6, 7 с помощью задающих генераторов 4, 5. С выхода фотоприемника сигнал поступает в два идентичных блока обработки сигнала БОС, каждый из которых coцepжнf последовательно включенные синхронный детектор ,0(U). гребенчатый фГтр - П( 15), компаратор 12(16) нулевого уровня и измерители 13(17) доитель г ; : да генератора 5 непосредственно,я . на управляющий вхрд второго - через удвоитель 9 частоты. Измеритель 18 длительности подключен к выходу гене- Ратора 4. Информационнь,е сигналы с выходов измерителей 13,17.18 даитель- н.сти подаются на входь, огиГц Рового блока 19, содержащего блок 20 выбора каналов, блок 21 выбора поддиа-, пазона, реверсивный счетчик 22 пеТо- бпок ««-ь 23 констант. блок 24 аппроксимации функции arctgCKsin ) и сумматор-вычитатель 25. Блок 20(выбора каналов состоит из сумматоров 26.27. вычислителей 28. 29, компаратора 30, коммутатора 31 и делителя 32. Блок 21 выбора поддиапазона состоит из регистров 33 34 дешифраторов 35, 36 элементов И 37, 38 и блока 39 синхронизации. Цель изобретения - расширение динами:::::с °ей и-еряемь« скоростей - достигается также выбором коэффигшентов усиления гребенча-.- .тых фильтров. 5ил., 2 з.п. ф-лы о СП О5

23

20

24

яг.З

9«irA