Анализ добротности чувствительного элемента волнового твердотельного гироскопа с металлическим резонатором

В.Я. Распопов; С.В. Егоров

doi:10.18127/j20700814-202605-15

Анализ добротности чувствительного элемента волнового твердотельного гироскопа с металлическим резонатором

В.Я. Распопов¹, С.В. Егоров²

научная статья УДК 681.518.3 Страницы: 119-128 doi.org/10.18127/j20700814-202605-15

^1,2 ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет» (г. Тула, Россия)

Ключевые слова: Волновой твердотельный гироскоп добротность демпфирование внутреннее трение

Аннотация

Постановка проблемы. Существует множество задач, для реализации которых требуются простые, надежные, недорогие датчики средней и грубой точности. Конструкция волнового твердотельного гироскопа (ВТГ) с металлическим резонатором — одна из самых простых среди гироскопических датчиков. При этом ВТГ имеет больший ресурс (более 15 лет непрерывной работы). На базе ВТГ изготавливают датчики с нестабильностью нулевого сигнала 0,22 °/ч, поэтому интерес к этим датчикам в России и в мире постоянно растет. Темпы развития современной техники достаточно велики и требуют от разработчиков получения результатов в кратчайшие сроки. В связи с этим необходимы наработки по проектированию ВТГ с учетом требований любого технического задания.

Цель. Исследовать влияние элементов конструкции, среды, электрических цепей на добротность волнового твердотельного гироскопа, чувствительный элемент которого изготовлен из металлического резонатора в форме «рюмки»; определить добротность металлического резонатора, пьезоэлементов с клеевым слоем, демпфирование среды и электрических цепей, а также влияние пьезоэлементов на добротность.

Результаты. Определены факторы, влияющие на добротность ВТГ, и произведен их численный расчет.

Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при проектировании ВТГ с металлическим резонатором.

Поступила: 15.12.2025
Одобрена: 23.01.2026
Принята: 01.09.2026

Для цитирования

Распопов В.Я., Егоров С.В. Анализ добротности чувствительного элемента волнового твердотельного гироскопа с металлическим резонатором // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2026. Т. 24. № 5. С. 119−128. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700814-202605-15

Список источников

Lynch D.D. Vibration-induced drift in the hemi-spherical resonator gyro. Dayton. Ohio. Proc. Annual Meeting of the Institute of Navigation. 23–25 June. 1987. P. 34–37.
Apostolyuk V. Coriolis vibratory gyroscopes: Theory and design. Cham. Switzerland. Springer International Publishing. 2016. P. 117.
Распопов В.Я., Волчихин И.А., Волчихин А.И., Ладонкин А.В., Лихошерст В.В., Матвеев В.В. Волновой твердотельный гироскоп с металлическим резонатором. Тула. Изд-во ТулГУ. 2018. C. 189.
Матвеев В.В., Лихошерст В.В. Влияние перекрестных связей на динамику кориолисового вибрационного гироскопа. Тула. Изв. ТулГУ. Сер.: Технические науки. 2019. Т. 8. С. 24.
Лукьянов Д.П., Распопов В.Я., Филатов Ю.В. Прикладная теория гироскопов: Учебник для вузов. СПб.: ГНЦ РФ ОАО Концерн «Электроприбор». 2015. С. 315.
Журавлёв В.Ф., Климов Д.М. Волновой твердотельный гироскоп. М.: Наука, 1985. C. 125.
Зинер К. Упругость и неупругость металлов. М.: Изд-во иностранной литературы. 1954. С. 9–168.
Jiangkun Sun, Yulie Wu, Xiang Xi, Yongmeng Zhang, Xuezhong Wu. Analysis of the Damping Characteristics of Cylindrical Resonators Influenced by Piezoelectric Electrodes. Switzerland. Sensors. May 2017. V. 17. P. 1–13.
Bolkisev A.M. Dissipation of energy during harmonic loading of a viscous-elastic piezoceramic material. Int. Appl. Mech. 1987. V. 23. P. 248–252.
Cheng G.A. Summary of statistical energy analysis method and its loss factor’s determination // Ship Eng. 2004. V. 26. P. 10–15.
Franklin A.G. Energy dissipation of a kaolinite at different water contents // Clays Clay Miner. 1968. V. 16. P. 353–364.
Shi Y., Wang Q., Liang L., Meng Y., Zhao N. Mechanical model for surface patched piezoelectric ceramic actuator // J. Shenyang Jianzhu Univ. 2011. V. 27. P. 846–851.
Rao S.S., Yap F.F. Mechanical Vibrations; Prentice Hall: Miami. USA. FL. 2011. V. 4. P. 1–1084.
Нелюб В.А., Бородулин А.С. Свойства эпоксидных материалов, применяемых для изготовления стеклопластиков методом намотки. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2017. C. 7–12.
Постников В.С. Температурная зависимость внутреннего трения чистых металлов и сплавов // Успехи физических наук. Сентябрь 1958. С. 43–45.
Цобкалло С.О., Челноков В.А. Новый метод определения истинного затухания колебаний в металлах // Журнал технической физики. 1954. Т. 24. Вып. 3. С. 499–510.
Постников В.С., Пигузов Ю.В. Прибор для определения модуля сдвига и внутреннего трения проволочных образцов // Приборы и стенды. ИТЭИН АН СССР. 1955. № ПС-55-448.
Полтавский Л. // Soviet Physics (Журнал советской физики). 1933. Т. 3. С. 555.
Wegel R.L., Walther H. Internal Friction in Metals // Physics. 1936. V. 6. P. 141.
Харитонов А.В. О зависимости внутреннего трения в металлах от амплитуды колебаний // Акустический журнал. 1963. Т. 9. Вып. 1. С. 80–87.
Бозοрт Р. Ферромагнетизм. М.: ГИИЛ. 1956.
Granatо A., Lücke K. Theory of mechanical damping due to dislocations // J. Appl. Phys. 1956. V. 27. № 6. P. 583–593.
Application of dislocation theory to internal friction phenomena at high frequencies // Phys. V. 7. P. 789–805.

[1] Lynch D.D. Vibration-induced drift in the hemi-spherical resonator gyro. Dayton. Ohio. Proc. Annual Meeting of the Institute of Navigation. 23–25 June. 1987. P. 34–37.

[2] Apostolyuk V. Coriolis vibratory gyroscopes: Theory and design. Cham. Switzerland. Springer International Publishing. 2016. P. 117.

[3] Распопов В.Я., Волчихин И.А., Волчихин А.И., Ладонкин А.В., Лихошерст В.В., Матвеев В.В. Волновой твердотельный гироскоп с металлическим резонатором. Тула. Изд-во ТулГУ. 2018. C. 189.

[4] Матвеев В.В., Лихошерст В.В. Влияние перекрестных связей на динамику кориолисового вибрационного гироскопа. Тула. Изв. ТулГУ. Сер.: Технические науки. 2019. Т. 8. С. 24.

[5] Лукьянов Д.П., Распопов В.Я., Филатов Ю.В. Прикладная теория гироскопов: Учебник для вузов. СПб.: ГНЦ РФ ОАО Концерн «Электроприбор». 2015. С. 315.

[6] Журавлёв В.Ф., Климов Д.М. Волновой твердотельный гироскоп. М.: Наука, 1985. C. 125.

[7] Зинер К. Упругость и неупругость металлов. М.: Изд-во иностранной литературы. 1954. С. 9–168.

[8] Jiangkun Sun, Yulie Wu, Xiang Xi, Yongmeng Zhang, Xuezhong Wu. Analysis of the Damping Characteristics of Cylindrical Resonators Influenced by Piezoelectric Electrodes. Switzerland. Sensors. May 2017. V. 17. P. 1–13.

[9] Bolkisev A.M. Dissipation of energy during harmonic loading of a viscous-elastic piezoceramic material. Int. Appl. Mech. 1987. V. 23. P. 248–252.

[10] Cheng G.A. Summary of statistical energy analysis method and its loss factor’s determination // Ship Eng. 2004. V. 26. P. 10–15.

[11] Franklin A.G. Energy dissipation of a kaolinite at different water contents // Clays Clay Miner. 1968. V. 16. P. 353–364.

[12] Shi Y., Wang Q., Liang L., Meng Y., Zhao N. Mechanical model for surface patched piezoelectric ceramic actuator // J. Shenyang Jianzhu Univ. 2011. V. 27. P. 846–851.

[13] Rao S.S., Yap F.F. Mechanical Vibrations; Prentice Hall: Miami. USA. FL. 2011. V. 4. P. 1–1084.

[14] Нелюб В.А., Бородулин А.С. Свойства эпоксидных материалов, применяемых для изготовления стеклопластиков методом намотки. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2017. C. 7–12.

[15] Постников В.С. Температурная зависимость внутреннего трения чистых металлов и сплавов // Успехи физических наук. Сентябрь 1958. С. 43–45.

[16] Цобкалло С.О., Челноков В.А. Новый метод определения истинного затухания колебаний в металлах // Журнал технической физики. 1954. Т. 24. Вып. 3. С. 499–510.

[17] Постников В.С., Пигузов Ю.В. Прибор для определения модуля сдвига и внутреннего трения проволочных образцов // Приборы и стенды. ИТЭИН АН СССР. 1955. № ПС-55-448.

[18] Полтавский Л. // Soviet Physics (Журнал советской физики). 1933. Т. 3. С. 555.

[19] Wegel R.L., Walther H. Internal Friction in Metals // Physics. 1936. V. 6. P. 141.

[20] Харитонов А.В. О зависимости внутреннего трения в металлах от амплитуды колебаний // Акустический журнал. 1963. Т. 9. Вып. 1. С. 80–87.

[21] Бозοрт Р. Ферромагнетизм. М.: ГИИЛ. 1956.

[22] Granatо A., Lücke K. Theory of mechanical damping due to dislocations // J. Appl. Phys. 1956. V. 27. № 6. P. 583–593.

[23] Application of dislocation theory to internal friction phenomena at high frequencies // Phys. V. 7. P. 789–805.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи