Спосіб вимірювання кутової швидкості та пристрій для його здійснення

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения параметров движения, например, для измерения угловых скоростей движущихся объектов. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ измерения угловых скоростей, заключающийся в том, что в кольцевом волноводе, вращающемся с угловой скоростью Ω*, возбуждают поверхностные акустические волны (ПАВ), преобразуют их электрический сигнал приемником, механически развязанным с кольцевым волноводом, и определяют угловую скорость О( по частоте сигнала на выходе приемника. При этом в кольцевом волноводе возбуждают одновременно две встречно распространяющиеся акустические волны, которые интерферируют в волноводе. При вращении волновода происходит смещение полос интерференционной картины относительно неподвижного приемникапреобразователя. Недостатком этого способа является невысокая точность измерения угловой скорости из-за зависимости скорости распространения поверхностных акустических волн от температуры, а также нестабильности геометрических размеров кольцевого волновода от температуры, влажности, давления и других влияющих факторов. Кроме того, измерение только частоты сигнала на выходе приемника-преобразователя не Дает информацию о направлении вращения волновода, а следовательно, и о знаке измеряемой скорости, Известно также устройство для измерения угловой скорости, выбранное в качестве прототипа, содержащее кольцевой пьезоэлектрический волновод, электроакустические преобразователи, приемник поверхностных акустических волн, генератор электрических колебаний, усилитель и частотный преобразователь. Кроме того, устройство включает импульсный генератор, блок преобразования задержанных импульсов, схему управления и регистратор. Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения вследствие температурного и временного дрейфа частоты генератора, с помощью которого возбуждают поверхностные акустические волны. Кроме того, непостоянство температуры вызывает изменение геометрических размеров кольцевого резонатора, определяющих значение масштабного коэффициента. В основу изобретения поставлена задача создать способ и устройство для измерения угловой скорости, которые позволяют исключить влияние непостоянства скорости распространения ПАВ и геометрических размеров звукопровода в процессе эксплуатации, что обеспечит повышение точности измерения угловых скоростей. Поставленная задача решается тем, что в кольцевом волноводе, вращающемся с угловой скоростью Wx, возбуждают поверхностные акустические волны, преобразуют их в электрический сигнал приемником, механически развязанным с кольцевым волноводом, и определяют угловую скорость по частоте сигнала на выходе приемника, согласно изобретению, вначале направление распространения поверхностных акустических волн устанавливают по часовой стрелке и приводят в непрерывное вращение в том же направлении приемник с заданной угловой скоростью W0, измеряют частоту f 1 принятого сигнала, изменяют направление распространения ПАВ в кольцевом волноводе на противоположное, измеряют частоту f 2 принятого сигнала, затем изменяют направление вращения приемника на противоположное, измеряют частоту f 3 принятого сигнала и при соотношении частот f 1> f 3 угловую скорость вращения по часовой стрелке определяют из выражения , а при соотношении частот f1 f 3, то вычисляют разностные частоты: Из соотношений /2/ и /3/ определяют скорость вращения кольцевого волновода Если f 1 f 3 или f 3 > f 1 позволяет однозначно определить направления вращения волновода, а следовательно, и знак угловой скорости Wx. На чертеже схематически показано конструктивное исполнение устройства для измерения угловых скоростей. Устройство содержит диэлектрическую пластину 1, на которой расположен кольцевой пьезоэлектрический волновод ПАВ 2 с концентраторами волн 3 и 4, поглотители волн 5 и 6, электроакустические преобразователи ПАВ 7 и 8, металлические шины 9 и 10. Пластина 1 механически связана с вращающимся объектом, угловая скорость которого измеряется. Над волноводом на расстоянии, соизмеримом длине ПАВ, расположен вращающийся с постоянной угловой скоростью приемник ПАВ, состоящий из диэлектрической пластины 11, на поверхности которой напылена металлическая встречно-штыревая решетка со штырями 12 и 13, соединенными с металлическими шинами 14 и 15, которые расположены, соответственно, над шинами 9 и 10, образуя при этом бесконтактный емкостной токосъемник. Преобразователи ПАВ 7 и 8 соединены посредством электронного коммутатора 16 с генератором электрических колебаний 17. Шины 10 и 15 заземлены, а шина 14 соединена с усилителем электрических колебаний 18, выход которого соединен с частотным преобразователем 19, выход которого соединен с блоком обработки информации 20, в качестве которого используется микро-ЭВМ, управляющая работой электронного коммутатора 16, частотного преобразователя 19 и блока 21 реверсирования двигателя приемника ПАВ. Кольцевой волновод с концентраторами могут быть выполнены в виде пленочного волновода ПАВ (напыление пьезоэлектрической пленки на диэлектрическую пластину), топографического или щелевого волновода ПАВ, выполненного, например, на пьезокерамике; Поглотители ПАВ могут быть выполнены в виде слоя компаунда, эпоксидного клея или других материалов. Преобразователи ПАВ, а также приемник ПАВ выполняются в виде встречно-штыревой решетки, являющейся эффективным элементом связи ПАВ, напылением на полированные поверхности тонких пленок металла и формированием необходимой структуры методом фотолитографии. Генератор электрических колебаний целесообразно выполнять на элементах с ПАВ. Устройство для измерения угловой скорости работает следующим образом. Электрические сигналы генератора 17 частоты f 0 через коммутатор 16 поступают поочередно на преобразователи ПАВ 7 и 8 и возбуждают во вращающемся вместе с объектом кольцевом пьезоэлектрическом волноводе 2 с угловой скоростью Wx бегущие ПАВ то в одном, то в другом направлениях. Режим бегущей волны обеспечивают поглотители волн 5 и 6, а ввод ПАВ в кольцевой резонатор производится посредством концентраторов волн 3 и 4. Приемник ПАВ, вращающийся в заданной скоростью Wx относительно волновода 2, преобразует с помощью штырей 12 и 13 акустические колебания, которые распространяются в кольцевом волноводе, в электрические колебания, которые через шины 14 и 15, расположенные над шинами 9 и 10 и образующие емкостной токосъемник, поступают через усилитель 18 на цифровой частотный преобразователь 19. Цифровые коды с выхода частотного преобразователя 19 поступают на блок обработки информации 20, выполненный на основе микро-ЭВМ. Соответствующими командами, записанными в памяти микро-ЭВМ, осуществляется переключение коммутатора 16 и запись соответствующих кодов с преобразователя 19 в оперативную память блока 20. По командам микро-ЭВМ посредством блока 21 также осуществляется реверсирование направления вращения приемника ПАВ (на чертеже двигатель вращения приемника ПАВ не показан). По кодам, записанным в памяти микро-ЭВМ, вычисляется значение угловой скорости Wx и ее знак, которые регистрируются или передаются в систему управления объектом.