2 / 11
малая масса и габаритные размеры, малое энергопотребление, низкая
стоимость и т.д.) [1].
Одним из широко применяемых и наиболее перспективных классов
датчиков инерциальной информации, удовлетворяющих всему ком-
плексу современных требований, являются волновые твердотельные
гироскопы (ВТГ) [2], относящиеся к классу микроэлектромеханиче-
ских систем (МЭМС) [3].
Принцип действия ВТГ основан на явлении прецессии упругой
стоячей волны, возбужденной в осесимметричном упругом теле (ре-
зонаторе) при его вращении вокруг оси симметрии [4]. При этом ско-
рость прецессии пропорциональна угловой скорости вращения резона-
тора [4]. В реальных ВТГ резонатор, как правило, представляет собой
либо стержень кольцевой формы, либо тонкостенную упругую обо-
лочку вращения, изготовленные из плавленого кварца, сапфира или
другого материала, имеющего малый коэффициент внутренних потерь
при колебаниях [2, 4].
Система возбуждения–съема (фиксации) обеспечивает возбужде-
ние и поддержание колебаний резонатора по одной из его собствен-
ных форм (стоячей волны) и определение положения пучностей сто-
ячей волны на резонаторе [2, 4]. При вращении резонатора стоячая
волна прецессирует относительно него, в силу чего положение пуч-
ностей изменяется во времени. Измеряя скорость прецессии, полу-
чаем возможность определять проекцию угловой скорости вращения
объекта, на котором установлен ВТГ, на ось симметрии резонатора.
При этом резонатор с системой возбуждения–съема составляет элек-
тромеханическую автоколебательную систему, обеспечивающую воз-
буждение колебаний и поддержание их постоянной амплитуды. С ее
помощью в резонаторе устанавливают так называемую вторую фор-
му колебаний, у которой стоячая волна имеет четыре пучности через
каждые 90
◦
.
Согласно изложенному, с точки зрения проектирования и оптими-
зации ВТГ важнейшее значение имеет расчет собственных частот и
форм резонатора с учетом всех реальных особенностей его геометрии
и материала.
К числу наиболее значимых факторов, влияющих на метрологи-
ческие характеристики ВТГ, относятся отклонения параметров геоме-
трии резонатора от идеальных (номинальных) и неоднородность мате-
риала резонатора. Это обусловлено тем, что ни одна из существующих
технологий не обеспечивает возможности изготовления резонаторов с
номинальными параметрами. Можно лишь добиваться, чтобы откло-
нения этих параметров от номинальных, а следовательно, и степень
влияния указанных отклонений на рабочие характеристики ВТГ, нахо-
дились в приемлемых пределах.
40 ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Приборостроение”. 2015. № 3