Способ работы кориолисова гироскопа и электронный блок контроля и управления для осуществления способа

Способ работы кориолисова гироскопа и электронный блок контроля и управления для осуществления способа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу работы Кориолисова гироскопа и к электронному блоку контроля и управления для осуществления способа.

Кориолисовы гироскопы (также называемые вибрационными гироскопами) все шире используются в навигации. Примеры Корилиосовых гироскопов, в частности, представлены в патентах US 5992233, DE 19739903, EP 1072893. Кориолисовы гироскопы представляют собой инерционную систему, находящуюся в состоянии вынужденных колебаний. Это колебательное движение, вообще говоря, является суперпозицией большого числа индивидуальных колебаний. Эти индивидуальные колебания инерционной системы прежде всего являются не зависимыми друг от друга и каждое может быть рассмотрено как некий абстрактный «резонатор». По меньшей мере два резонатора требуются для функционирования вибрационного гироскопа: колебания одного из них (первого) являются вынужденными, что далее по тексту называется «возбуждающие колебания». Колебания другого резонатора (второго) возбуждаются только тогда, когда вибрационный гироскоп перемещается и/или вращается. Происходит это потому, что в этом случае появляются Кориолисовы силы, которые связывают первый и второй резонаторы, поглощают энергию вынужденных колебаний первого резонатора и передают ее считываемым колебаниям второго резонатора. Колебания второго резонатора далее в тексте называются «считываемыми колебаниями». Для того чтобы определить параметры движения (в частности, вращения) Кориолисова гироскопа, считываемые колебания отводятся и передаются в виде соответствующего сигнала чтения (например, такого отведенного сигнала считанных колебаний), который в свою очередь анализируется на наличие изменений в амплитуде, которые будут пропорциональны скорости вращения Кориолисова гироскопа. Кориолисовы гироскопы могут быть выполнены как системы без обратной связи и системы с обратной связью. В системе с обратной связью амплитуда считываемых колебаний постоянно установлена в фиксированное значение - предпочтительно нулевое - через соответствующую цепь управления.

Один из примеров Кориолисова гироскопа, выполненного в виде системы с обратной связью, описан далее со ссылкой на фигуру 2 для более подробной иллюстрации особенностей работы Кориолисова гироскопа.

Кориолисов гироскоп 1 имеет совокупность масс (инерционную систему) 2, которая может быть приведена в состояние вынужденных колебаний и которая далее называется «резонатором». Следует различать данный резонатор и «абстрактные» резонаторы, упоминавшиеся выше, которые представляют собой индивидуальные колебания «реального» резонатора. Как указывалось ранее, резонатор 2 может рассматриваться как совокупность двух «резонаторов» (первый резонатор 3, второй резонатор 4). Каждый из резонаторов 3, 4 связан с датчиком силы (не показан) и со считывающей системой (не показана). Шум, который генерирует датчик силы и считывающая система, схематично показан здесь как Noise1 (позиция 5) и Noise2 (позиция 6).

Далее, Кориолисов гироскоп имеет четыре контура управления.

Первый контур управления используют для управления возбуждающими колебаниями (то есть частотой первого резонатора 3) таким образом, чтобы поддерживать постоянную частоту колебаний (резонансную частоту). Первый контур управления содержит первый демодулятор 7, первый фильтр 8 низких частот, регулятор 9 частоты, генератор 10, управляемый напряжением, и первый модулятор 11.

Второй контур управления предназначен для обеспечения постоянной амплитуды возбуждающих колебаний и содержит второй демодулятор 12, второй фильтр 13 низких частот и регулятор 14 амплитуды.

Третий и четвертый контуры управления предназначены для удержания нулевых значений сил, стимулирующих считываемые колебания. Третий контур управления содержит третий демодулятор 15, третий фильтр 16 низких частот, квадратурный регулятор 17 и третий модулятор 22. Четвертый контур управления содержит четвертый демодулятор 19, четвертый фильтр 20 низких частот, регулятор 21 частоты вращения и второй модулятор 18.

Колебания первого резонатора 3 возбуждают на его резонансной частоте ω1. Результирующие возбужденные колебания считывают, демодулируют по фазе с помощью первого демодулятора 7, а демодулированный сигнал подают на первый фильтр 8 низких частот, который удаляет из него комбинационные частоты. Считанный сигнал далее по тексту называется «считанный сигнал возбуждающих колебаний». Выходной сигнал первого фильтра 8 низких частот подают на регулятор 9 частоты, который, в свою очередь, управляет генератором 10, управляемым напряжением (далее по тексту ГУН), в функциональной зависимости от сигнала, поданного на него, таким образом, что синфазная компонента стремится к нулю. Для этого ГУН 10 подает сигнал на первый модулятор 11, который управляет датчиком силы таким образом, что возбуждающая сила прикладывается к первому резонатору 3. Если синфазная компонента равна нулю, первый резонатор 3 колеблется на своей резонансной частоте ω₁. Следует упомянуть, что все модуляторы и демодуляторы работают на частоте ω₁.

Считанный сигнал возбуждающих колебаний также поступает во второй контур управления и демодулируется вторым демодулятором 12, выход которого подается на второй фильтр низких частот 13, выход которого, в свою очередь, подается на регулятор амплитуды 14. Регулятор амплитуды 14 управляет первым модулятором 11 в функциональной зависимости от этого сигнала и от сигнала датчика 23 номинальной амплитуды таким образом, что первый резонатор 3 возбуждается с постоянной амплитудой (то есть возбужденные колебания имеют постоянную амплитуду).

Как уже указывалось, Кориолисовы силы, обозначенные на фигуре формулой FC·cos(ω₁·t), появляются при движении/вращении Кориолисова гироскопа 1 и связывают первый резонатор 3 со вторым резонатором 4 и тем самым вынуждают второй резонатор колебаться. Считываемые колебания имеют частоту ω₂, а соответствующий выходной сигнал считываемых колебаний (сигнал чтения) подается на третий и четвертый контуры управления. В третьем контуре управления этот сигнал демодулируют третьим демодулятором 15, комбинационные частоты, появляющиеся при этом, подавляют третьим фильтром низких частот 16, откуда сигнал передают на квадратурный регулятор 17, выходной сигнал которого подается на третий модулятор 22 для обнуления квадратурной компоненты считываемых колебаний. Аналогично в четвертом контуре управления выходной сигнал считываемых колебаний демодулируют четвертым демодулятором 19, далее он проходит через четвертый фильтр 20 низких частот и направляется на регулятор 21 скорости вращения, чей выходной сигнал пропорционален текущей скорости вращения, и передается как результат измерения скорости вращения на выход скорости вращения 24 и, с другой стороны, на второй модулятор 18, который сводит к нулю соответствующие компоненты скорости вращения в считываемых колебаниях.

Кориолисов гироскоп, описанный выше, может работать в режиме двойного резонанса и в режиме отсутствия двойного резонанса. Если Кориолисов гироскоп работает в режиме двойного резонанса, тогда частота считываемых колебаний ω₂ приблизительно равна частоте возбуждающих колебаний ω₁, тогда как в режиме отсутствия двойного резонанса частота ω₂ считываемых колебаний отличается от частоты ω₁ возбуждающих колебаний. В случае двойного резонанса информацию о скорости вращения содержит выходной сигнал четвертого фильтра 20 низких частот, в то время как в режиме отсутствия двойного резонанса информацию о скорости вращения содержит выходной сигнал третьего фильтра 16 низких частот. Для того чтобы обеспечить переключение между режимами резонанса, установлен сдвоенный переключатель 25, который подключает выходы третьего и четвертого фильтров 16, 20 низких частот к регулятору 21 частоты вращения и квадратурному регулятору 17.

Конструкция Кориолисова гироскопа, описанного выше, в особенности конструкция электронного блока контроля и управления, дает возможность обеспечить достаточно высокую чувствительность к частоте вращения при простой конструкции резонатора 2. Однако недостатком такой конструкции Кориолисова гироскопа является высокая сложность электронных компонентов узла контроля и управления. Для реализации Кориолисова гироскопа, показанного на фигуре 2 (например, компонентов на позициях 26, 27 и 28), необходимо большое число цифроаналоговых преобразователей, а эти преобразователи дороги и энергоемки. Кроме того, необходимо отметить, что цифроаналоговые преобразователи часто требуют большого числа номиналов питающего напряжения и их сопряжение с другими электронными компонентами, в особенности цифровыми, сложно, что усложняет миниатюризацию. Кроме того, по меньшей мере два преобразователя аналог/цифра должны использоваться в реализации Кориолисова гироскопа, показанного на фигуре 2 (компоненты, обозначенные номерами 29₁ и 29₂).

Задачей настоящего изобретения является разработка такого способа работы Кориолисова гироскопа с двойным резонансом, для реализации которого потребовалось бы минимальное количество электронных компонентов, в частности аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, что позволило бы производить Кориолисовы гироскопы с дешевой и миниатюрной электроникой контроля/управления.

Известен способ работы Кориолисова гироскопа, описанный в заявке WO 03/073763, согласно которому для преобразования аналогового колебательного сигнала, представляющего собой колебательное состояние резонатора, в последовательность цифровых импульсов используют компаратор. Компаратор сравнивает моментальные значения амплитуды колебаний с пороговым значением. Если моментальное значение выше пороговой величины, то компаратор производит первый выходной сигнал. Если моментальное значение ниже пороговой величины, то компаратор производит второй выходной сигнал. Последовательость из первого и второго выходных сигналов таким образом образует последовательность цифровых импульсов. В этой связи можно также упомянуть патент США 3917928, патент США 3642334, патент Германии DE 19635923 и патент США 6255760.

Поставленная задача решена посредством способа в соответствии с признаками пункта 1 формулы изобретения. Согласно изобретению также предложен электронный блок контроля и управления согласно пункту 7 формулы изобретения. Наконец, пункт 8 формулы изобретения описывает импульсный модулятор для осуществления способа согласно данному изобретению. Улучшения и усовершенствования идеи изобретения содержатся в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно изобретению в способе работы Кориолисова гироскопа вырабатываются цифровые сигналы считывания, которые представляют собой измеренные текущие значения амплитуд/частот возбуждающих/считываемых колебаний резонатора Кориолисова гироскопа или других параметров возбуждающих/считываемых колебаний. К резонатору Кориолисова гироскопа приложены силы, значения которых вырабатывают как функцию цифровых сигналов считывания таким образом, что возбуждающие/считываемые колебания принимают заданные значения амплитуды/частоты или других желаемых параметров. Например, амплитуду считываемых колебаний в системе с замкнутой обратной связью устанавливают в нулевое значение, а амплитуду возбуждающих колебаний устанавливают в некоторое фиксированное значение, отличное от нуля. Сигналы управления силами вырабатывают из квантованных выходных сигналов импульсного модулятора, на вход которого подают цифровые возбуждающие/компенсационные сигналы, полученные из цифровых сигналов считывания. Квантованные выходные сигналы представляют собой последовательность импульсов с постоянной частотой.

Способ согласно изобретению может быть применен одинаково эффективно к Кориолисовым гироскопам как в режиме двойного резонанса, так и в режиме отсутствия двойного резонанса, как в системе с разомкнутой, так и с замкнутой обратной связью.

Согласно изобретению вместо преобразователей аналог/цифра применяют импульсный модулятор. Выходные сигналы импульсного модулятора предпочтительно квантовать в троичный код. Так как троичное кодирование особенно эффективно в двухэлектродной схеме электростатического датчика силы, его используют для Кориолисова гироскопа с двойным резонансом.

В одной из предпочтительных реализации импульсный модулятор вырабатывает первый и второй выходные сигналы, каждый из которых троично кодирован, причем первый сигнал преобразуют в первую последовательность троично кодированных силовых импульсов, а второй сигнал преобразуют во вторую последовательность троично кодированных силовых импульсов. В этом случае первая последовательность силовых импульсов представляет собой ту часть силовых сигналов, которую используют для установки желаемых амплитуд/частот или других параметров возбуждающих колебаний, а вторая последовательность силовых импульсов представляет собой ту часть силовых сигналов, которую используют для установки амплитуды/частоты или других желаемых параметров считываемых колебаний.

Импульсный модулятор может быть также построен таким образом, что два его троично квантованных выходных сигнала S₁, S₂ могут иметь значения {-1, 0, +1} и быть отображены любым подходящим цифровым кодом. Выходные сигналы преобразовывают в импульсы электрического напряжения и прикладывают к соответствующим неподвижным электродам таким образом, что на движение структуры электродов Кориолисова гироскопа (движущихся масс и возвратных пружин) действует «отрицательная» сила (S₁=-1), отсутствует действие сил (S₁=0) или действует «положительная» сила (S₁=1). Аналогичное описание применимо к сигналу S₂.

Цифровые сигналы считывания предпочтительно вырабатывают таким образом, что при этом электрический заряд, перетекающий на движущийся электрод (центральный электрод) при колебаниях резонатора, определяется с помощью измерителя заряда, соответствующий аналоговый выходной сигнал измерителя заряда преобразуется в цифровой выходной сигнал, а цифровые сигналы считывания можно было бы определить из выходного цифрового сигнала измерителя заряда путем разделения сигналов как функцию моментальных текущих и/или предыдущих значений троично квантованных значений выходных сигналов импульсного модулятора. Отсюда следует, что цифровые сигналы считывания не могут быть получены сами по себе из цифрового выходного сигнала измерителя заряда, а требуется еще информация, содержащаяся в троично квантованных сигналах импульсного модулятора. Выражение «центральный электрод» в данном случае соответствует внутренней движущейся структуре Кориолисова гироскопа, состоящей из подвижной массы, которая может находиться в состоянии вынужденных колебаний, и соответствующих возвратных пружин, или по меньшей мере, частей указанных компонентов.

Цифровые сигналы считывания в каждом случае разделяют обычным способом при демодуляции на нормальную и квадратурную компоненты. Нормальную и квадратурную компоненты цифровых сигналов возбуждения/компенсации вырабатывают затем с помощью блока управления из нормальной и квадратурной компоненты цифровых сигналов считывания и подают их на импульсный модулятор. Цифровыми сигналами возбуждения/компенсации управляют таким образом, чтобы для возбуждающих/считываемых колебаний были установлены желаемые значения параметров.

Для реализации способа, описанного выше, согласно изобретению предложен электронный блок контроля/управления для применения в Кориолисовом гироскопе, имеющий следующие компоненты:

- блок выработки цифровых сигналов считывания, которые представляют собой измерения моментальных значений амплитуды/частоты или других параметров колебаний возбуждения/считывания резонатора Кориолисова гироскопа,

- по меньшей мере один контур управления, в котором силовые сигналы вырабатываются в функции от сигналов считывания и подаются на резонатор, причем силовыми сигналами управляют таким образом, что возбуждающие/считываемые колебания имеют заданную амплитуду/частоту или заданное значение других параметров,

- импульсный модулятор, являющийся составной частью контура управления, на который подаются цифровые сигналы возбуждения/компенсации, полученные из цифровых сигналов считывания, что позволяет выработать силовые сигналы из квантованных выходных сигналов импульсного модулятора. Квантованные выходные сигналы представляют собой последовательность импульсов с постоянной частотой.

Преимуществами электронного блока контроля/управления согласно изобретению являются его низкая стоимость и высокая степень миниатюризации.

Согласно изобретению импульсный модулятор для преобразования комплексного входного сигнала в импульсный сигнал имеет блок вычитания, который вырабатывает сигнал ошибки управления из разности между комплексным входным сигналом и сигналом обратной связи. Далее, импульсный модулятор имеет блок преобразования сигнала, который преобразовывает входной сигнал ошибки в управляющий сигнал. В первом блоке умножения управляющий сигнал умножается на примесный сигнал, имеющий частоту колебаний ω₀, с получением по меньшей мере одной из действительной или мнимой частей управляющего сигнала, смешанного с ω₀. Дополнительно импульсный модулятор имеет блок квантования, который квантует по меньшей мере одну из действительной и мнимой частей управляющего сигнала, смещенного в верхний частотный диапазон на частоту ω₀, с получением импульсного сигнала, а также блок обратной связи, который использует указанный импульсный сигнал для получения сигнала обратной связи, передаваемого в блок вычитания.

Способ работы импульсного модулятора согласно изобретению, представляющего собой эффективную модификацию обычного сигма-дельта-преобразователя, поясняется в нижеследующем тексте на примере, когда входной сигнал поддерживается постоянным без потери общности. Блоки вычитания и преобразования сигнала преобразуют входной сигнал в управляющий сигнал, который также лишь слегка изменяется во времени. В противоположность сигма-дельта-преобразователям этот управляющий сигнал умножается первым блоком умножения на комплексный примесный сигнал частоты ω₀ для того, чтобы таким образом выработать управляющий сигнал, смещенный в верхний частотный диапазон на частоту ω₀. Действительная часть или мнимая часть этого управляющего сигнала, представляющего собой колебания частоты ω₀, далее квантуется в блоке квантования с получением на выходе этого блока действительного импульсного сигнала с основной компонентой на частоте ω₀. Этот действительный импульсный сигнал своими положительными и отрицательными импульсами имитирует синусоидальный сигнал частоты ω₀. В то же время этот сигнал представляет собой источник вычисления сигнала обратной связи, который передается на блок вычитания, где он вычитается из входного сигнала с целью получения сигнала ошибки управления.

Для того чтобы выработать импульсный сигнал, нет необходимости вычислять обе части, действительную и мнимую, управляющего сигнала, смещенного в верхний частотный диапазон на частоту ω₀. Можно получить импульсный сигнал из действительной части смешанного управляющего сигнала и тогда мнимая часть смешанного управляющего сигнала может не использоваться.

Основное преимущество импульсного модулятора согласно изобретению по сравнению с обычными сигма-дельта-модуляторами состоит в том, что спектр шума квантования перемещается из интервала низких частот в области частоты ω=0 в область рабочей частоты ω₀. Это достигнуто за счет комплексного умножения управляющего сигнала в первом блоке умножения. Результатом является импульсный сигнал, имеющий низкий уровень шума в требуемом рабочем диапазоне в области ω₀.

Отправная точка для понимания шумовых характеристик состоит в том, что блок преобразования сигнала, который может содержать, например, интегратор, имеет характеристики фильтра низких частот. Это значит, что относительно высокочастотные компоненты частично подавляются в блоке преобразования сигнала. В обычных сигма-дельта-преобразователях это подавление высокочастотных компонент в контуре управления вызывает повышение шума квантования на высоких частотах. Наоборот, шум квантования на низких частотах низок. В случае импульсного модулятора согласно изобретению управляющий сигнал, который должен быть считан с выхода блока преобразования сигнала, смещен в верхний частотный диапазон на частоту ω₀ путем умножения комплексного сигнала на частоту ω₀. Уровень шума квантования при этом также смещается с частоты ω=0 в сторону смешивающей частоты ω₀, несмотря на то, что блок преобразования сигнала по-прежнему обрабатывает несмешанный сигнал. В результате получается импульсный сигнал с низким уровнем шума в области ω₀.

Импульсный модулятор согласно изобретению может быть выполнен недорогим, потребляет малую электрическую мощность и может быть легко интегрирован в цифровую электронную схему.

В импульсном модуляторе целесообразно иметь цепь синфазного сигнала для обработки действительной части входного сигнала, так же как и цепь квадратурного сигнала для обработки мнимой части входного сигнала. Также целесообразно для выработки сигнала ошибки управления, чтобы управляющий сигнал и сигнал обратной связи имели и действительную, и мнимую компоненты. Чтобы обеспечить соответствие между действительным импульсным сигналом и действительной или мнимой частью управляющего сигнала, смещенного в верхний частотный диапазон на ω₀ в правильной фазе, блок вычитания, блок преобразования сигнала, первый блок умножения и блок обратной связи должны быть блоками комплексной обработки и каждый из них должен иметь цепь синфазного и цепь квадратурного сигнала. Однако только действительная часть (или только мнимая часть) выходного сигнала первого блока умножения требуется для вычисления действительного импульсного сигнала в блоке квантования. Блок квантования, следовательно, может быть блоком обработки действительного сигнала. Фактически действительный импульсный сигнал затем еще раз преобразовывается в комплексный сигнал обратной связи в блоке обратной связи. Данная конструкция импульсного модулятора позволяет синтезировать действительный импульсный сигнал, который воспроизводит гармонические колебания на частоте ω₀ с низким фазовым и амплитудным шумом, в правильной фазе.

Согласно одной из эффективных реализаций изобретения блок преобразования сигнала имеет в своем составе блок интегратора, осуществляющего интегрирование сигнала ошибки управления и вырабатывающего проинтегрированный сигнал как сигнал управления. Интегрирование сигнала ошибки управления делает возможным постоянно отслеживать (комплексный) интегрированный сигнал по комплексному входному сигналу. Так как блок интегратора имеет характеристики фильтра низких частот, выходной сигнал интегратора имеет низкий уровень шума в области ω=0. Если этот управляющий сигнал затем смешивается в первом блоке умножения и затем квантуется, результирующий импульсный сигнал имеет желаемые шумовые характеристики.

В блоке интегратора целесообразно иметь первый интегратор для цепи синфазного сигнала и второй интегратор для цепи квадратурного сигнала, причем первый интегратор обрабатывает действительную часть сигнала ошибки управления, а второй - его мнимую часть. Таким образом, блок комплексного интегратора может быть реализован при помощи двух отдельных интеграторов.

В блоке преобразования сигнала целесообразно иметь блок усилителя. Коэффициент усиления в этом случае выбирается таким, чтобы квантователь получал требуемый уровень входного сигнала.

Согласно дальнейшему улучшению реализации изобретения первый блок умножения имеет в своем составе первый умножитель для синфазного сигнала и второй умножитель, обрабатывающий квадратурный сигнал. Первый умножитель умножает действительную часть управляющего сигнала на действительную часть комплексного смесительного сигнала частоты ω₀ и таким образом вырабатывает первый результирующий сигнал. Второй умножитель умножает мнимую часть управляющего сигнала на мнимую часть комплексного смесительного сигнала частоты ω₀ и таким образом производит второй результирующий сигнал. Согласно дальнейшей усовершенствованной реализации импульсный модулятор имеет в своем составе сумматор, складывающий первый результирующий сигнал от первого умножителя и второй результирующий сигнал от второго умножителя и вычисляет тем самым суммарный сигнал для определения действительной части смешанного управляющего сигнала.

Если представить комплексный управляющий сигнал в виде R+j·I и, например, комплексный смешивающий сигнал в виде , имеем первый результирующий сигнал с выхода первого умножителя в виде R·cos(ω₀t). Второй результирующий сигнал с выхода второго умножителя имеет вид I·sin(ω₀t), а сумматор вырабатывает сигнал вида R·cos(ω₀t)+I·sin((ω₀t). Однако этот сигнал в точности соответствует действительной части Действительная часть комплексного результата комплексного умножения управляющего сигнала и смесительного сигнала таким образом может быть определена с помощью первого умножителя, второго умножителя и сумматора.

Согласно одной из усовершенствованных реализаций изобретения суммарный сигнал, вырабатываемый сумматором, затем квантуют в блоке квантования для получения действительного импульсного сигнала.

В этом случае, с точки зрения уровня шума, целесообразно добавлять его ко входному сигналу блока квантования. Импульсный модулятор тактируется частотой выборки ω_A, которая должна быть значительно выше частоты смесителя ω₀. Некоторые соотношения частот ω₀ и ω_A приводят к появлению релаксационных колебаний в импульсном модуляторе, которые видны как дополнительные всплески на частотном спектре импульсного сигнала. Если шумовой сигнал добавляется к входному сигналу квантователя, в результате квантования он статистически округляется. Этот трюк делает возможным предотвратить образование релаксационных колебаний.

Блок квантования выполняет, как правило, двоичное или троичное квантование соответствующего входного сигнала. В случае двоичного квантования импульсный сигнал может принимать только значения 0 или 1. Поэтому выходной импульсный сигнал будет иметь только импульсы положительного значения напряжения. Троично квантованный сигнал может принимать значения -1, 0, 1. Такой импульсный сигнал содержит импульсы положительного и отрицательного значений напряжения. Поэтому троичное квантование применяется всегда, когда нужно, чтобы импульсный сигнал содержал как положительные, так и отрицательные импульсы.

В блоке обратной связи целесообразно иметь второй блок умножения, который умножает импульсный сигнал на комплексно-сопряженный примесный сигнал, имеющий частоту ω₀, и тем самым вырабатывает сигнал обратной связи, смешанный с понижением частоты с ω₀ для подачи на вход вычитателя. Импульсный сигнал был выработан путем квантования действительной части смешанного с повышением частоты управляющего сигнала и таким образом имеет основную частотную компоненту на частоте ω₀. Перед тем как импульсный сигнал может быть использован как сигнал обратной связи, он должен таким образом быть преобразован с понижением частоты в полосу частот исходных сигналов. Для этой цели импульсный сигнал умножается на комплексно-сопряженный примесный сигнал, имеющий частоту ω₀.

Во втором блоке умножения целесообразно иметь третий умножитель для получения действительной части сигнала обратной связи, а также четвертый умножитель для получения мнимой части сигнала обратной связи. Причем третий умножитель умножает импульсный сигнал на действительную часть комплексно-сопряженного смесительного сигнала частоты ω₀, а четвертый умножитель умножает импульсный сигнал на мнимую часть комплексно-сопряженного смесительного сигнала частоты ω₀. Для того чтобы сместить частотную компоненту импульсного сигнала с частоты комплексно-сопряженного смесительного сигнала частоты ω₀ в правильном направлении, умножение импульсного сигнала на примесный сигнал должно быть выполнено в комплексной форме. Импульсный сигнал y(t) является действительным сигналом, а комплексно-сопряженный примесный сигнал может быть представлен в виде . Комплексное умножение приводит к получению комплексного сигнала обратной связи с действительной частью y(t)·cos(ω₀t) и мнимой частью y(t)·sin(ω₀t).

Предпочтительно, чтобы импульсный модулятор работал на частоте выборки ω_A, которая от 2 до 1000 раз выше, чем частота смесителя ωо. Это необходимо для удовлетворения условия Найквиста для смесителя с повышением частоты.

Согласно дальнейшей усовершенствованной реализации импульсный модулятор выполняют с помощью цифрового сигнального процессора (DSP). Все операции, выполняемые импульсным модулятором, могут быть запрограммированы в виде процедур обработки сигналов.

Управляющая схема согласно изобретению для микромеханического резонатора имеет по меньшей мере один импульсный модулятор типа, описанного выше. Импульсный сигнал, который вырабатывается по меньшей мере одним импульсным модулятором, целесообразно использовать для возбуждения электростатических колебаний резонатора. Импульсный сигнал может быть подключен непосредственно к возбуждающим электродам резонатора. В этом случае целесообразно, чтобы смесительная частота ω₀ импульсного модулятора соответствовала одной из резонансных частот резонатора, потому что это обеспечивает эффективное возбуждение генерации.

Генератор частоты согласно изобретению для синтеза импульсного сигнала заданной частоты и с заданной фазой имеет по меньшей мере один импульсный модулятор, аналогичный описанному выше. Импульсный модулятор согласно изобретению можно использовать для того, чтобы вырабатывать соответствующий импульсный сигнал y(t) с заданной частотой и фазой. В этом случае фазовый угол вырабатываемого сигнала может быть задан весьма точно путем выбора соотношения между действительной и мнимой частью входного сигнала x(t). Генерируемый импульсный сигнал имеет низкий уровень шума в окрестности ω₀.

Согласно следующей усовершенствованной реализации после импульсного модулятора устанавливают полосовой фильтр. Этот выходной полосовой фильтр позволяет отфильтровать частотные компоненты, удаленные от ω₀ и имеющие высокий уровень шума.

Изобретение и дальнейшие усовершенствования пояснены в нижеследующем тексте со ссылками на поясняющие примеры реализации чертежи, на которых:

Фигура 1 показывает одну из предпочтительных реализаций электронного блока контроля/управления согласно изобретению и способ согласно изобретению;

Фигура 2 схематично показывает конструкцию Кориолисова гироскопа;

Фигура 3 показывает комплексную структурную схему импульсного модулятора согласно изобретению;

Фигура 4 показывает структурную схему импульсного модулятора, показывая синфазную и квадратурную цепь раздельно;

Фигура 5 показывает троично квантованный импульсный сигнал y(t);

Фигура 6 показывает частотный спектр импульсного сигнала y(t), получаемого на выходе квантователя;

Фигура 7 показывает частотный спектр согласно фигуре 6, но после фильтрации микромеханическим генератором;

Фигура 8 показывает частотный спектр импульсного сигнала y(t), полученного для отношения частоты смесителя к частоте выборки ω₀/ω_A=0.25;

Фигура 9 показывает импульсный модулятор со статистическим округлением;

Фигура 10 показывает частотный спектр согласно фигуре 8 со статистическим округлением и

Фигура 11 показывает структурную схему двумерного импульсного модулятора.

Фигура 1 показывает электронный блок 30 контроля/управления, имеющий усилитель 31 заряда, аналого-цифровой преобразователь 32, разделитель 33 сигналов, первый демодулятор 34, второй демодулятор 35, блок 36 управления, двумерный импульсный модулятор 37, первый и второй преобразователи 38, 39 силового импульса и с первого по четвертый электроды подачи силы с 40₁ по 40₄.

Структура, образованная компонентами позиций с 31 по 37, представляет собой по меньшей мере один из двух контуров управления: первого - для установки амплитуд/частот возбуждающих колебаний, второго - для установки амплитуд/частот считываемых колебаний.

Как показывает фигура 1, блок согласно изобретению содержит лишь один аналого-цифровой преобразователь 32 и совсем не содержит цифроаналоговых преобразователей. Цифроаналоговые преобразователи в данном случае заменены двумерным импульсным модулятором 37 и двумя преобразователями силовых импульсов 38, 39.

Способ работы электронного блока контроля/управления согласно изобретению пояснен более подробно в нижеследующем описании.

Для установки значений амплитуд/частот возбуждающих/считываемых колебаний резонатора 2 двумерный импульсный модулятор 37 вырабатывает первый и второй троично квантованные выходной сигналы S₁, S₂, причем первый троично квантованный сигнал S₁ преобразовывают в блоке 38 силового импульсного преобразователя в силовые импульсные сигналы (импульсы напряжения) S₃ и S₄. Аналогичным образом второй троично квантованный сигнал S₂ преобразовывают во втором блоке 39 силового импульсного преобразователя в силовые импульсные сигналы (импульсы напряжения) S₅, S₆. Троично квантованные сигналы S₁, S₂ предпочтительно должны принимать значения 1, 0 и -1.

Если, например, сигнал S₁ имеет значение +1, то первый блок силового импульсного преобразователя, используя сигнал S₁, вырабатывает два силовых импульсных сигнала S₃ и S₄, которые вызывают появление силового импульса. Импульсные сигналы S₃, S₄ порождают электромагнитное поле между вторым и четвертым силовыми передающими электродами 40₂, 40₄ и между силовыми передающими электродами 40₂, 40₄ и резонатором 2, а эти электромагнитные поля приводят к появлению импульсов силы. Если значение сигнала S₁ равно -1, то силовые импульсные сигналы S₃ и S₄ вырабатываются таким образом, что силовые линии результирующего электромагнитного поля имеют направление, противоположное предыдущему случаю при S₁=1. Если значение сигнала S₁ равно нулю, электромагнитное поле между вторым и четвертым силовыми передающими электродами 40₂, 40₄ или между силовыми передающими электродами 40₂, 40₄ и резонатором 2 отсутствует.

Таким образом, в данном примере ко второму и четвертому силовым передающим электродам 40₂, 40₄ прикладываются напряжения в соответствии с нижеследующей таблицей:

S1	404	402
-1	0	U0
0	0	0
1	U0	0

Аналогичные рассуждения применимы ко второму троично квантованному сигналу S₂, который преобразуют во втором блоке 39 силового импульсного преобразователя в пятый и шестой силовые импульсные сигналы S₅ и S₆, которые в свою очередь прикладывают к первому и третьему силовым передающим электродам 40₁, 40₃. В рассматриваемом примере параметры возбуждающих колебаний устанавливают и ими управляют через силовые передающие электроды 40₂, 40₄, а параметры колебаний считывания устанавливают и управляют ими через силовые передающие э