Стан та перспективи розвитку вібраційної гіроскопії в україні та у світі
DOI:
https://doi.org/10.20535/0203-3771412021269245Ключові слова:
надпровідність, надпровідний квантовий інтерферометр, вимірювання поля, похибка вимірюваньАнотація
У роботі аналізується розробки та сучасний стан вібраційних гіроскопів в Україні. Приводяться та аналізуються розробки кварцових та металевих резонаторів різних діаметрів для вібраційних гіроскопів. Також, для порівняння зі світової практикою, приводяться розробки кварцових та металевих резонаторів передових зарубіжних компаній лідерів у цій галузі. Розглядаються блок-схеми побудови системи керування стоячої хвилею вібраційного гіроскопа у трьох режимах роботи приладу, режимі датчика кутової швидкості, датчика кута (інтегруючий режим) та диференційному режимі. У перспективі показано можливість об'єднання усіх трьох режимів в одному приладі з автоматичним переключенням з режиму на режим, для максимального використання переваг кожного режиму в залежності від умов навколишнього середовища та параметрів руху. Представлені результати тестування датчиків з металевим резонатором, що зроблені в Україні, на дію широкого кола зовнішніх збурень. Оцінюються перспективи розвитку вібраційних гіроскопів та систем на їх основі. В роботі зроблені висновки про стан и перспективи розвитку вібраційної гіроскопії в Україні.
Посилання
Lynch D. D. Coriolis Vibratory Gyros, Symposium Gyro Technology 1998 Stuttgart, Germany.
Chikovani V. V., Sushchenko O. A., Azarskov V. M. et al. Errors Compensation of Ring-Type MEMS Gyroscopes Operating in Differential Mode.// 2020 IEEE XVIth International Conference on the Perspective Technologies and Methods in MEMS Design (MEMSTECH), Ukraine, Lviv 22-26 April, 2020, pp. 68-71, DOI: 10.1109/MEMSTECH49584.2020.9109455.
Chikovani V. V., Tsiruk H. V. Digital Rate MEMS Vibratory Gyroscope Modeling, Tuning and Simulation Results.– An International Journal of Computing Science and Applications (Computación y Sistemas), v. 21, No. 1, 2017, pp. 147- 159, doi: 10.13053/CyS-21-1-2497.
Збруцкий А. В., Кисиленко С. П., Коржевин Д. А. Собственные колебания микромеханического гироскопа// Механика гироскопических систем, Киев, вып. 12, 1993, с. 86-92.
Збруцкий А. В., Кисиленко С. П., Шахов С. А. Частотные характеристики динамически симметричного микромеханического вибрационного гиросокпа// Механика гироскопических систем, Киев, вып. 12, 1993, с. 93-99.
IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Coriolis Vibratory Gyros// IEEE std.1431TM, Annex A, pp. 53-55, Dec. 2004.
Cao H. L., Li H., Shao X. et al Sensing mode coupling analysis for dual-mass MEMS gyroscope and bandwidth expansion within wide-temperature range, Mech. Syst. Signal Process. 2018, 98, pp. 448–464.
Leger P. QuapasonTM – A new low-cost vibrating gyroscope, 3 d S. Petersburg Int. Conf. on Integrated Navigation Systems, 28 29 May1996, Part 1, pp. 143-150.
Beitia J., Caron J.-M., V. Paredes Quapason: A Low Vibration Sensitivity Vibrating Rate Gyro// Int. Symp. on Inertial Components and Integrated Systems, 16-17 Sept., Karlsruhe, Germany, 2008.
Rozelle D. M. The hemispherical resonator gyro: From wineglass to the planets// 19th AAS AIAA Space Flight Mechanics Meeting, v. 134, 2013, pp. 1157–1178.
Meyer D., Rozelle D. M., Trusov A. A., Sakaida D. K. Milli-HRG inertial sensor assembly — A reality// IEEE/ION Position, Location and Navigation Symposium (PLANS), 23–26 April 2018, DOI: 10.1109/PLANS.2018.8373359.
Xiao P. et al. Influence of temperature variation on the vibrational characteristics of fused silica cylindrical resonators for Coriolis vibratory gyroscopes// Sensors 20, 1032, 2020. doi.org/10.3390/s20041032.
Cho J. Y. High-Performance Micromachined Vibratory Rate- And Rate- In-tegrating Gyroscopes// Ph. D. Dissertation, Michigan University, P. 293, 2012.
Chikovani V. V. Trends of Ukrainian all digital Coriolis vibratory gyro-scopes development//IEEE Proc. Int. Conf. on Methods and Systems of Navigation and Motion Control, NAU, Kyiv, Ukraine, Oct.14–17, 2014, pp. 25-28.
Chikovani V. V. Fiber optic gyro versus Coriolis vibratory one. /Війского-технічний сбірник. – Л.: Академія сухопутних військ ім. П. Сагайдачного, № 1 (10), 2014 р. стор. 78–82.
Chikovani V. V., Okon I. M., Barabashov A. S., Tewksbury P. A Set of High Accuracy Low Cost Metallic Resonator CVG. – IEEE/ION: PLANS, 5-7 May 2008, Monterey, CA, pp. 112–115.
Trusov A. A., Prikhodko I. P. , Rozelle D. M. et al. “1 ppm Precision Self-Calibration of Scale Factor in MEMS Coriolis Vibratory Gyroscope”// Transducers 2013, Barcelona, Spain, 16–20 June 2013, pp. 2531–2534.
Rozelle D. M. Closed loop scale factor estimation// US patent 7,628,069, Dec. 9, 2009.
Zbrutsky A. V., Minaev Yu. K. The hemispherical resonator axis non-perpendicularity to fixing plane on wave solid-sate gyro accuracy character-istics//Gyroscopy and Navigation, №1 (24), 1999, pp. 106–111.
Zbrutsky A. V., Sarapuloff S. A., Lokot N. M. Rotation Influence of upon Self-Excited Vibration of a Ring Resonator// USSR Higher Educ. Establ. Proc. ser. Instrument Building № 9, 1989, pp. 45–51.
Pavlovskii M. A., Sarapuloff S. A., Klimenko S. P. Dynamic Symmetry Condition of an Imperfect Hemispherical Shell under Free Edge Perturba-tions// Applied Mechanics, Kyiv, v. 25, № 9,1989, pp. 102–108.
Chikovani V. V., Umakhanov E. O., Marusyk P. I. The compensated differential CVG// Gyro Technology, Symposium, 16–17 Sept. 2008, Karlsruhe, Germany, pp. 3.1–3.8.
Чіковані В. В. Спосіб виміру кутової швидкості коріолісовим вібраційним гіроскопом// Патент України № 95709 від 25.08.2011, опубл. 10.08.2011, бюл. № 15
Chikovani V. V., Sushchenko O. A., Tsiruk H. V. External Disturbances Rejection by Differential Single-Mass Vibratory Gyroscope// Acta Polytechnica Hungarica, 2017, vol. 14, #3, pp. 251–270.
Chikovani V., Sushchenko O. Self-Compensation for Disturbances in Differential Vibratory Gyroscope for Space Navigation// Hindawi, Int. J. of Aerospace Engineering, v. 2019, Article ID 5234061, 9 pages, https://doi.org/10.1155/2019/5234061.
Chikovani V. V., Tsiruk H. V. Effective Rejection of Acoustic and Magnetic Field’s Disturbances by Single-Mass Differential Vibratory Gyro-scope//Війсково-Технічний Збірник, Національна академія сухопутних військ ім. П. Сагайдачного, Львів, № 16, 2017, стор. 31–37.
Chikovani V., Sushchenko O., Tsiruk H. Redundant Information Processing Techniques Comparison For Differential Vibratory Gyroscope// Eastern-European Journal of Enterprise Technologies 4/7 (82), 2016, pp. 45–52, DOI: 10.15587/1729-4061.2016.75206.
Chikovani V. V., Sushchenko O. A., Azarskov V. M. et al. Errors Compensation of Ring-Type MEMS Gyroscopes Operating in Differential Mode.// 2020 IEEE XVIth Int. Conf. on the Perspective Technologies and Methods in MEMS Design, Ukraine, Lviv, 22–26 April 2020, pp. 68–71, DOI: 10.1109/MEMSTECH49584.2020.9109455
Tsukamoto T., Tanaka S. Fully-Differential Single Resonator FM/Whole Angle Gyroscope Using CW/CCW Mode Separator// J. of MEMS, v. 27, Issue 6, Dec. 2018, pp. 985 – 994. DOI: 10.1109/JMEMS.2018.2874060.
Lynch D. D., Matthews A. Dual Mode Hemispherical Resonator Gyro Operating Characteristics// 3-rd S. Petersburg Int. Conf. on Integrated Navigation Systems, part 1, pp. 37–44, May 1996.
Chikovani V., Tsiruk H., Korolova O. Triple-Mode Vibratory Gyroscope// Війсково-Технічний Збірник, Національна академія сухопутних військ ім. П. Сагайдачного, Львів, № 18, 2018, pp. 18–24.
Jeanroy, A. Bouvet, G. Remillieux HRG and marine applications. – Gy-roscopy and Navigation, v. 5, No. 2, 2014, pp. 67–74
Yatsenko Y. A., Petrenko S. F., Vovk V. V., Chikovani V. V. Technological aspects of Manufacturing of Compound Hemispherical Resonator for Small-Sized Vibratory Gyroscopes//Integrated Navigation Systems: 6-th int. conf., 27–29 May 1999.– SP: CRI “Electropribor”, pp. 71–76.
Yatsenko Yu. A., Chikovani V. V., Borisyuk L. V., Petrenko S. F. Develop-ment of Stemless Quartz Hemispherical Resonator for Vibratory Gyro-scope// Gyro Technology: Symposium, 19–20 Sept. 2000, Germany: Stuttgart university, pp. 7.0–7.10.
Pan Y., Wang D., Wang Y. et al. Monolithic cylindrical fused silica resona-tors with high Q factors, Sensors 2016, 16, 1185; doi:10.3390/s16081185.
Yatsenko Yu. A., Chikovani V. V., Kovalenko V. A. Cylindrical sensing ele-ment for Coriolis vibratory gyroscope// Пат. України # 79166, G01C 19/56, Опубл. 15.12.2006, Бюл. № 7 стор. 7.
Watson W. S. Vibratory gyro skewed pick-off and driver geometry, IEEE/ION Symposium, Indian Wells, CA, 2010, pp. 171–179. http//www.Innalabs.com
Вовк В. В. Способ соединения элементов резонатора А.С. СССР, № 1577192, 12.04.91, G 01 C 25/00.
Bodunov B. P., Lopatin V. M., Lunin B. S. et al. Low cost hemispherical resonator for use in small commercial HRG-based navigation systems, 4-th Int. conf. on Integrated Navigation Systems, 26–28 May 1997, SP, CRI “Electropribor”, 1997, pp. 41–47.
Бодунов Б. П., Лопатин В. М., Лунин Б. С. Способ балансировки резонаторов волновых твердотельных гироскопов/ Патент РФ 2147117, 7G01C 19/56, RU,1998.
Basarab M. A., Lunin B. S., Matvee, V. A. et al. Balancing of hemispherical resonator gyros by chemical etching. Gyroscopy Navig. 6, 218–223 (2015). https://doi.org/10.1134/S2075108715030025.
Jeanroy A. Bouvet G. Remillieux HRG and marine applications. – Gyroscopy and Navigation, v. 5, No. 2, 2014, p. 67–74.
Матвеев В. А., Липатников В. И., Алехин А. В. Проектирование волнового твердотельного гироскопа – М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997, С. 168.
Chikovani V. V., Yatsenko Yu. A., Kovalenko V. A. et al. Stemless Hemi-spherical Resonator Gyroscope, US Patent #7281426, Int. cl. G01P 9/04, 16 Oct. 2007.
Yatsenko Yu. A., Chikovani V. V., Borisyuk L. V. Development of Stemless Quartz Hemispherical Resonator for Coriolis Vibratory Gyroscope, Symposium Gyro Technology, Stuttgart, Germany, September 19/20, 2000, pp. 7.0-7.10.
Luo Y., Qu T., Cui Y. et al. Cylindrical fused silica resonators driven by PZT thin film electrodes with q factor achieving 2.89 million after coating. – Scientific Reports, (2019) 9:9461, https://doi.org/10.1038/s41598 019 45180-5.
Xiao P., Qiu Z., Luo Y. et al. Influence of temperature variation on the vi-brational characteristics of fused silica cylindrical resonators for Coriolis vi-bratory gyroscopes. – Sensors 2020, 20, 1032; doi:10.3390/s20041032.
Langdon R. The vibrating cylinder gyro. The Marconi Review, 46, p. 231 249, 1982 IN-IR-MPD-73-69 rev 1.1, date: 09/09/2013.
Harris D. G. START, a novel gyro for weapons guidance. DGON Symposium on Gyro Technology, 1988, Stuttgart, Germany.
Petrenko O. V. Design analysis and parameters choice of metallic cylindri-cal resonator sensor for Coriolis vibratory gyroscope /O. V. Petrenko // Electronics and Control Systems, NAU, Kyiv, №2 (40), 2014, pp. 87–91.
Watson W. S., Henke T. J. Coriolis Gyro Configuration Effects on Noise and Drift Performance// Symposium Gyro Technology, Stuttgart, Germany, 17–18 Sept. 2002, pp. 1.1–1.10.
Rahman M., Mastrangelo C. H., Kim H. 3-D hemispherical micro glass-shell resonator with integrated electrostatic excitation and capacitive detec-tion transducers// Proc. of the IEEE Int. Conf. on MEMS, San Francisco, CA, USA, January 26 – 30, 2014, DOI: 10.1109/MEMSYS.2014.6765730.
Ardakani M. Development of 3D High-Q Fused Quartz Micro Structures for Precision Coriolis Vibratory Gyroscopes// Ph.D. Diss., Univ. of California, Irvine, 2019, P. 196. https://escholarship.org/uc/item/83z1x9nq.
Andrei M. Shkel Inertial MEMS Sensors are Becoming 3D and Atomically Precise, 9-th Int. conf. on Indoor Positioning and Indoor Navigation, Sept. 24-27, 2018, Nantes, France.
Chikovani V. V., Petrenko O. V., Tsiruk H. V. Precise vibratory gyroscope based on resonator made of elinvar alloy// Proc. of the sixth world congress “Aviation in the XXI-st century”, v. 2, Complex systems control, Kyiv, Ukraine, Sept. 23–25, 2014, pp. 3.5.34 – 3.5.38.
Lynch D. D. Vibratory Gyro Analysis by the Method of Averaging// II S. Petersburg Conf. on Integrated Navigation System, part I, May 24 25, 1995, p. 26 – 34.
Prikhodko P., Zotov S. A., Trusov A. A., Shkel A. M. 2012 Foucault pendulum on a chip: Rate integrating silicon MEMS gyroscope// Sensors and Actuators A: Physical, 177, 2012, pp. 67–78. doi:10.1016/j.sna.2012.01.029.
Prikhodko P., Gregory J. A., Judy M. W. Virtually rotated MEMS gyroscope with angle output, in IEEE 30–th Int. Conf. on (MEMS), Las Vegas, NV, USA, Jan 2017, p. 323–326.
Askari S., Asadian M. H., Shkel A. M. Retrospective Correction of Angular Gain by Virtual Carouseling in MEMS Gyroscopes// IEEE Int. Symp. on Inertial Sensors and Systems (INERTIAL), 1–5 April 2019, Naples, FL, USA. DOI: 10.1109/ISISS.2019.8739340
Chikovani V. V., Azarskov V. M., Golovach C. V. Whole Angle Mode for Low Q-factor Vibratory Gyroscopes// The 9-th World Congress “Aviation in the XXI-st century”, Sept. 22–24, 2020, Kyiv, Ukraine.
Jeanroy P., Featonby J-M. Caron Low-Cost Miniature and Accurate Sensors for Tactical Applications// 10-th S. Petersburg Int. Conf. on Integrated Navigation Systems, May, 2003, pp. 286–293.
Довгополий А. С., Головач С. В., Збруцький А. В. та інші. Огляд стану гіроскопії в Україні. Світові тенденції. Роль гіроскопії у навігаційних системах вітчизняного ВПК// Аналітична записка, ЦНДІ ОВТ ЗСУ, Київ, 2021, С. 36.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
