Алгоритмы обработки измерительных сигналов в интегрирующем твердотельном волновом гироскопе
Синтезированы разные варианты алгоритмов обработки внутренних сигналов измерительного устройства интегрирующих твердотельных волновых гироскопов. Основное внимание уделено учету тонких факторов, влияющих на точность вычисления выходных сигналов гироскопов и измерительных сигналов внутренних контуров обеспечения их эффективной работы. Для этого предварительно рассмотрены разные модели сигналов емкостных датчиков в измерительном устройстве гироскопа и измеряемая структура стоячих волн в его резонаторе. Описано традиционное агрегирование сигналов датчиков в сигналы измерительного устройства. Сначала систематизированы и углубленно проанализированы варианты алгоритмов для емкостных измерительных устройств, работающих на постоянном токе. Они разделены на алгоритмы с настройкой на периодичность резонансных колебаний и без настройки на периодичность. Приведены отличающиеся по точности варианты вычисления: угла нахождения рабочей стоячей волны, пропорционального измеряемой скорости поворота основания гироскопа; амплитуды рабочей квадратурной стоячей волны для внутреннего контура поддержания ее заданного значения; амплитуды квадратурной стоячей волны для внутреннего контура ее подавления; частоты рабочей стоячей волны для настройки системы возбуждения колебаний резонатора и для реализации цифрового квадратурного когерентного демодулятора измерительного устройства. Показано, что в большинстве практических приложений более предпочтительными с точки зрения вычислительной сложности являются алгоритмы с настройкой на периодичность резонансных колебаний. А вычислительно трудоемкие алгоритмы без настройки на периодичность предназначены для измерения повышенных угловых скоростей с уменьшенным временем «замороженности» измеряемых параметров. Далее приведенные алгоритмы для измерительного устройства на постоянном токе обобщены на алгоритмы обработки измерительных сигналов при работе с переменным током. Описаны варианты сведения расчетных алгоритмов к ранее синтезированным для постоянного тока. В них в основном используется демодуляция сигналов на частоте переменного напряжения, включая цифровую обработку модулированных сигналов с использованием высокоскоростного аналогово-цифрового преобразователя. Кроме этого, синтезированы алгоритмы выделения информации из сигналов измерительного устройства на переменном токе с демодуляцией на комбинированных частотах модулированных сигналов. Рассмотрены отличающиеся варианты однополосной демодуляции измерительных сигналов, а также алгоритм двухполосной демодуляции сигналов измерительного устройства с расширенным списком измеряемых величин. Выбор нужного алгоритма зависит от требований к измеряемым угловым скоростям, от конструктивной реализации измерительного устройства гироскопа и от выбора технических характеристик его составных элементов.