gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya / Gyroscopy and Navigation0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»BQEDWVgyroscopy-71Research ArticleСтатьиВолновые твердотельные гироскопы с металлическим резонаторомWave Solid-State Gyroscopes with a Metal ResonatorРаспоповВ. Я.RaspopovV. Ya.

Распопов Владимир Яковлевич. Доктор технических наук, профессор кафедры приборов управления. Действительный член международной общественной организации «Академия навигации и управления движением». Заслуженный деятель науки РФ.

Тула

St. Petersburg

ЛихошерстВ. В.LikhosherstV. V.

Лихошерст Владимир Владимирович. Кандидат технических наук, доцент кафедры приборов управления

Тула

St. Petersburg

ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет»РоссияTula State UniversityRussian Federation2023200520253112644Copyright © Распопов В.Я., Лихошерст В.В., 20252025Распопов В.Я., Лихошерст В.В.Raspopov V.Y., Likhosherst V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/71

Представлен обзор публикаций, посвященных разработке волновых твердотельных гироскопов (ВТГ) с металлическим резонатором, описана типовая конструкция с пьезоэлементами, используемыми в режимах возбуждения и чувствительности. Получены передаточные функции датчика угловых скоростей на базе ВТГ (ВТГ–ДУС) и интегрирующего гироскопа (ВТГ–ИГ). Дано краткое описание основных технологических особенностей производства резонатора. Приведены числовые значения параметров колебаний кромки одного из неотбалансированных резонаторов. Рассмотрены конструкция ВТГ и структурная схема электронного модуля для работы ВТГ–ДУС в компенсационном режиме. Указаны цели и особенности настройки и калибровки.Приведены температурные зависимости характеристик точности ВТГ–ДУС для заданных диапазонов изменения угловых скоростей и температуры.Проанализированы отклонения Аллана, в том числе для различных температур. Представлены результаты испытаний на воздействие вращения, температуры, вибрации и удара, а также достигнутая точность ВТГ–ДУС.

A review of publications on the development of wave solid-state gyroscopes (SWG) with a metal resonator is presented; a typical design with piezoelectric elements used in the excitation and sensitivity modes is considered. The transfer functions of the angular rate sensor (ARS) based on the SWG (SWG-ARS) and the integrating gyroscope (SWG-IG) are obtained. The main technological features of the resonator manufacturing process are briefly described. The numerical values of unbalanced resonator edge vibrations are given. The SWG design is discussed, and the block diagram of the electronic module for the SWG-ARS operating in the compensation mode is given. The goals and features of tuning and calibration are described.Temperature dependences of accuracy characteristics within specified ranges of angular rate and temperature variations are given.Allan variances are analyzed, including those for different temperatures. The results of rotation, temperature, vibration and shock tests and the achieved accuracy of the SWGARS are discussed.

волновой твердотельный гироскопметаллический резонатордатчик угловой скоростиинтегрирующий гироскопбалансировканастройкакалибровкаsolid-state gyroscope wavemetal resonatorangular rate sensorintegrating gyroscopebalancingtuningcalibrationReferencesBryan, G.H., On the Beatsinth eVibrations of a Revolving Cylinderor Bell, Proc. of Cambridge Phil. Soc., 1890, Nov. 24, vol. VII, pt. III, pp.101–111.Bryan, G.H., On the Beatsinth eVibrations of a Revolving Cylinderor Bell, Proc. of Cambridge Phil. Soc., 1890, Nov. 24, vol. VII, pt. III, pp.101–111.Lynch, D.D., Vibration-induceddriftinthehemi-sphericalresonatorgyro, Proc. Annual Meeting of the Institute of Navigation, 23–25 June, 1987, Dayton, Ohio, pp. 34–37.Lynch, D.D., Vibration-induceddriftinthehemi-sphericalresonatorgyro, Proc. Annual Meeting of the Institute of Navigation, 23–25 June, 1987, Dayton, Ohio, pp. 34–37.Журавлев В.Ф., Климов Д.М. Волновой твердотельный гироскоп. М.: Наука, 1985. 115c.Журавлев В.Ф., Климов Д.М. Волновой твердотельный гироскоп. М.: Наука, 1985. 115c.Егармин Н.Е., Юрин В.Е. Введение в теорию вибрационных гироскопов. М.: Бином, 1993. 111 с.Егармин Н.Е., Юрин В.Е. Введение в теорию вибрационных гироскопов. М.: Бином, 1993. 111 с.Меркурьев И.В., Подалков В.В. Динамика волнового твердотельного и микромеханических гироскопов. М.: Физматлит, 2009. 228 с.Меркурьев И.В., Подалков В.В. Динамика волнового твердотельного и микромеханических гироскопов. М.: Физматлит, 2009. 228 с.Лунин Б.С., Матвеев В.А. Волновой твердотельный гироскоп. Теория и технология. М.: Радиотехника, 2014. 176 с.Лунин Б.С., Матвеев В.А. Волновой твердотельный гироскоп. Теория и технология. М.: Радиотехника, 2014. 176 с.Lynch, D.D., Coriolis vibratory gyroscope, IEEE standart specification format guide and test procedure for Coriolis vibratory gyros, IEEE std. 1431 annex B, pp. 56–66.Lynch, D.D., Coriolis vibratory gyroscope, IEEE standart specification format guide and test procedure for Coriolis vibratory gyros, IEEE std. 1431 annex B, pp. 56–66.Lynch, D., Vibratory gyro analysis by the method of averaging, Proceedings of the 2nd St. Petersburg conference on gyroscopic technology and navigation, St. Petersburg, pp. 26–34.Lynch, D., Vibratory gyro analysis by the method of averaging, Proceedings of the 2nd St. Petersburg conference on gyroscopic technology and navigation, St. Petersburg, pp. 26–34.Распопов В.Я. Микромеханические приборы: учебное пособие. М.: Машиностроение, 2007. 400 с.Распопов В.Я. Микромеханические приборы: учебное пособие. М.: Машиностроение, 2007. 400 с.Волчихин И.А. Волновые твердотельные гироскопы (аналитический обзор) // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. № 9-2. С. 59–78..Волчихин И.А. Волновые твердотельные гироскопы (аналитический обзор) // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. № 9-2. С. 59–78..Трутнев Г.А. Нелинейность масштабного коэффициента волнового твердотельного гироскопа // Интеллектуальные системы в производстве. 2018. Т. 16. № 4. С. 138–143. DOI:10.22213/2410-9304-2018-4-138-144 EDN: YSUFJZ.Трутнев Г.А. Нелинейность масштабного коэффициента волнового твердотельного гироскопа // Интеллектуальные системы в производстве. 2018. Т. 16. № 4. С. 138–143. DOI:10.22213/2410-9304-2018-4-138-144 EDN: YSUFJZ.Трутнев Г.А. Компенсация дрейфа твердотельного волнового гироскопа // Вестник ИЖГТУ им. М.Т. Калашникова. 2008. Т. 21. №3. С. 198–204. DOI: 10/22213/2413-1172-2018-3-198-204.Трутнев Г.А. Компенсация дрейфа твердотельного волнового гироскопа // Вестник ИЖГТУ им. М.Т. Калашникова. 2008. Т. 21. №3. С. 198–204. DOI: 10/22213/2413-1172-2018-3-198-204.Матвеев В.В., Лихошерст В.В. Влияние перекрестной связи на динамику кориолисового вибрационного гироскопа // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 8. С. 22–29.Матвеев В.В., Лихошерст В.В. Влияние перекрестной связи на динамику кориолисового вибрационного гироскопа // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 8. С. 22–29.Матвеев В.В. Волновой твердотельный гироскоп // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 11. С. 377–383.Матвеев В.В. Волновой твердотельный гироскоп // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 11. С. 377–383.Малютин Д.М., Королев М.Н. Гироскопическая система на волновых твердотельных гироскопах // XXVII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Сборник материалов. 2020. С. 196–198.Малютин Д.М., Королев М.Н. Гироскопическая система на волновых твердотельных гироскопах // XXVII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Сборник материалов. 2020. С. 196–198.Королев М.Н., Малютин Д.М. Исследование динамических характеристик гироскопического стабилизатора на волновом твердотельном гироскопе // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. № 8. С. 129–135.Королев М.Н., Малютин Д.М. Исследование динамических характеристик гироскопического стабилизатора на волновом твердотельном гироскопе // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. № 8. С. 129–135.Королев М.Н., Малютин Д.М. Динамика гироскопического стабилизатора с волновым твердотельным гироскопом // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 10. С. 249–255.Королев М.Н., Малютин Д.М. Динамика гироскопического стабилизатора с волновым твердотельным гироскопом // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 10. С. 249–255.Малютин Д.М. Структурные решения, обеспечивающие увеличение динамической точности волнового твердотельного гироскопа // Приборы и методы измерений. 2021. Т. 12. №2. С. 146–155.Малютин Д.М. Структурные решения, обеспечивающие увеличение динамической точности волнового твердотельного гироскопа // Приборы и методы измерений. 2021. Т. 12. №2. С. 146–155.Распопов В.Я., Волчихин И.А. Волновой твердотельный гироскоп. Обеспечение требуемых параметров точности // Сборник материалов юбилейной XXV Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. 2018. С. 192–194.Распопов В.Я., Волчихин И.А. Волновой твердотельный гироскоп. Обеспечение требуемых параметров точности // Сборник материалов юбилейной XXV Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. 2018. С. 192–194.Распопов В.Я., Волчихин А.И., Ладонкин А.В., Лихошерст В.В., Волчихин И.А., Ведешкин Ю.В., Шепилов С.И. Волновой твердотельный гироскоп с металлическим резонатором. Разработка и производство // Справочник. Инженерный журнал с приложениями. 2020. № 3 (276). С. 11–20.Распопов В.Я., Волчихин А.И., Ладонкин А.В., Лихошерст В.В., Волчихин И.А., Ведешкин Ю.В., Шепилов С.И. Волновой твердотельный гироскоп с металлическим резонатором. Разработка и производство // Справочник. Инженерный журнал с приложениями. 2020. № 3 (276). С. 11–20.Егоров С.В., Распопов В.Я. Проектирование резонатора волнового твердотельного гироскопа и верификация конечно-элементной модели // Известия ТулГУ. Технические науки. 2021, № 10. С. 227–235.Егоров С.В., Распопов В.Я. Проектирование резонатора волнового твердотельного гироскопа и верификация конечно-элементной модели // Известия ТулГУ. Технические науки. 2021, № 10. С. 227–235.Распопов В.Я., Волчихин И.А., Волчихин А.И., Ладонкин А.В., Лихошерст В.В., Матвеев В.В. Волновой твердотельный гироскоп с металлическим резонатором: монография / под ред. В.Я. Распопова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. 189 с.Распопов В.Я., Волчихин И.А., Волчихин А.И., Ладонкин А.В., Лихошерст В.В., Матвеев В.В. Волновой твердотельный гироскоп с металлическим резонатором: монография / под ред. В.Я. Распопова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. 189 с.Распопов В.Я., Ладонкин А.В., Лихошерст В.В. Калибровка волнового твердотельного гироскопа с металлическим резонатором с блоком электроники // Сборник материалов XXVI Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. 2019. С. 170–172.Распопов В.Я., Ладонкин А.В., Лихошерст В.В. Калибровка волнового твердотельного гироскопа с металлическим резонатором с блоком электроники // Сборник материалов XXVI Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. 2019. С. 170–172.Распопов В.Я., Алалуев Р.В., Ладонкин А.В., Лихошерст В.В., Шепилов С.И. Настройка и калибровка волнового твердотельного гироскопа с металлическим резонатором, работающего в режиме датчика угловой скорости // Гироскопия и навигация. 2020, Т. 28. № 1. С. 31–41.Распопов В.Я., Алалуев Р.В., Ладонкин А.В., Лихошерст В.В., Шепилов С.И. Настройка и калибровка волнового твердотельного гироскопа с металлическим резонатором, работающего в режиме датчика угловой скорости // Гироскопия и навигация. 2020, Т. 28. № 1. С. 31–41.Распопов В.Я., Ладонкин А.В., Лихошерст В.В. Конкурентноспособный твердотельный гироскоп с металлическим резонатором // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19. №12. С. 777–787.Распопов В.Я., Ладонкин А.В., Лихошерст В.В. Конкурентноспособный твердотельный гироскоп с металлическим резонатором // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19. №12. С. 777–787.Распопов В.Я., Лихошерст В.В. Датчик угловых скоростей на базе волнового твердотельного гироскопа с металлическим резонатором для систем ориентации, стабилизации и навигации // Мехатроника, автоматизация, управление. 2021. Т. 22. №7. С. 374–382.Распопов В.Я., Лихошерст В.В. Датчик угловых скоростей на базе волнового твердотельного гироскопа с металлическим резонатором для систем ориентации, стабилизации и навигации // Мехатроника, автоматизация, управление. 2021. Т. 22. №7. С. 374–382.Распопов В.Я., Лихошерст В.В., Каликанов А.В. Волновые твердотельные гироскопы отечественной разработки для бортовых систем летательных аппаратов // Авиационная техника. 2021. № 4. С. 148–153.Распопов В.Я., Лихошерст В.В., Каликанов А.В. Волновые твердотельные гироскопы отечественной разработки для бортовых систем летательных аппаратов // Авиационная техника. 2021. № 4. С. 148–153.Мейер Д., Розелле Д. Измерительная навигационная система на основе миниатюрного волнового твердотельного гироскопа // Гироскопия и навигация. 2012. №3 (78). С. 45–54.Мейер Д., Розелле Д. Измерительная навигационная система на основе миниатюрного волнового твердотельного гироскопа // Гироскопия и навигация. 2012. №3 (78). С. 45–54.United States Patent № US006474, 161B1, 4.11.2002.Gyroscopic sensor and rotation measuremenr apparatus constituting an application thereof / Alain Jeanroy (FR), Pierre Leger (FR).United States Patent № US006474, 161B1, 4.11.2002.Gyroscopic sensor and rotation measuremenr apparatus constituting an application thereof / Alain Jeanroy (FR), Pierre Leger (FR).Жанруа А., Буве А., Ремиллье Ж. Волновой твердотельный гироскоп и его применение в морском приборостроении // Гироскопия и навигация. 2013. № 4 (83). С. 24–34.Жанруа А., Буве А., Ремиллье Ж. Волновой твердотельный гироскоп и его применение в морском приборостроении // Гироскопия и навигация. 2013. № 4 (83). С. 24–34.Делэйе Ф. Бортовая инерциальная система координат SpaceNaute для европейской ракеты-носителя «Ариан-6» на основе волнового твердотельного гироскопа // Гироскопия и навигация. 2018. № 4 (103). С. 3–13. DOI: 10.17285/0869-7035.2018.26.4.003-013.Делэйе Ф. Бортовая инерциальная система координат SpaceNaute для европейской ракеты-носителя «Ариан-6» на основе волнового твердотельного гироскопа // Гироскопия и навигация. 2018. № 4 (103). С. 3–13. DOI: 10.17285/0869-7035.2018.26.4.003-013.Chokovani, V.V., Yatsenko, Yu. A., Kovalenko, V.A., Shcerban, V.I., Digitally controlled High Accuracy Metallic Resonator CVG, Proc. Symposium Gyro Technology Stuttgart, 2006, pp. 4.0–4.7.Chokovani, V.V., Yatsenko, Yu. A., Kovalenko, V.A., Shcerban, V.I., Digitally controlled High Accuracy Metallic Resonator CVG, Proc. Symposium Gyro Technology Stuttgart, 2006, pp. 4.0–4.7.United States Patent # US009322655B2, 26.04.2016. Axally symmetrical coriolis force gyroscope (variants) / Valery Valentinovich Chikovani, Kiev (UA); Yurii Alekseevich Yatzenko, Kiev (UA).United States Patent # US009322655B2, 26.04.2016. Axally symmetrical coriolis force gyroscope (variants) / Valery Valentinovich Chikovani, Kiev (UA); Yurii Alekseevich Yatzenko, Kiev (UA).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.