CN1082189A - 动基座自校零压电角速率双轴陀螺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动基座自校零压电角速率双轴 陀螺，是适用于遥测、控制的力学传感器。有电动机、 回转压电角速率传感器、回转结构件、导点滑环、信号 处理电路，在固定结构件上正交方向装有2个固定压 电角速率传感器，回转结构件和固定结构件上正交的 4点有一套霍尔磁传感电路，有效地将压电角速率陀 螺在动态条件下的零位误差自动消除，提高其零位精 度。

Description

本发明涉及一种动基座自校零压电角速率双轴陀螺，是用于遥测、控制的力学传感器。它是由电动机，压电角速率传感器、旋转结构件、导电滑环、信号处理电路组成。

压电角速率陀螺问世已有几十年，有矩形振梁式、三角振梁式、园管式等类型，是在金属振子粘接必要的压电换能器，用以激励振子振动和读出角速率信号，配备相应的电子线路，这些陀螺都存在有零位温度性能差的缺点，零位漂移大，重复性差。为了克服这些缺点，日本特许公报（B₂）公开昭60-239614中公开的“振动型角速度检测器”，以非应动轴为中心，反向180°旋转振动型角速度检测器，通过反向旋转获得逆向的角速度检测信号，利用相反方向上的两个角速度检测信号除去偏差。这种方式虽有助于提高零位稳定性，但有严重的不足。一是这种传感器如果转动部分速率高了，零位波动大，输出噪音大大增加，严重的影响传感器的分辨率和灵敏度，电机磨损也大，失去了压电陀螺长寿命的特点，如果转速低了，传感器频率响应降低，动态性能差。二是这种发明在结构上定位装置易受干扰，不便小型化。

本发明的目的在于克服压电陀螺零位温度性能稳定性差的缺点，并保持压电陀螺现有的优点，使压电陀螺在动态条件下可以自动消除由于温度及其它原因引起的零位误差，保持具有高的分辨率、灵敏度和长寿命特点。

本发明动基座自校零压电角速率双轴陀螺，它由电动机1、回转压电角速率传感器6、回转结构件5、导点滑环2、信号处理电路20组成，特点是有一个固定结构件4，在其上部（或下部）、右侧（或左侧）安装有2个成正交方向的固定压点角速率传感器3和6，在回转结构件5和固定结构件4正交的A、B、C、D点装有一套霍尔磁传感电路8。回转角速率传感器6和固定角速率传感器3、7采用三个相同的矩形振梁式压电角速率传感器。

按本发明设计制造的动基座自校零压电角速率双轴陀螺，可以有效地将压电角速率陀螺在动态条件下产生的零位误差自动消除掉，不受工作时间的限制，均使压电角速率陀螺始终保持在一个额定的误差范围内，在全温度范围（-50°～+65°），长时间工作可以保持零位误差在全量程的0.1%～0.05%范围以内，又提高了压电角速率陀螺的零位精度。

本发明有如下附图：

图1为动基座自校零压电角速率双轴陀螺的外形图;

图2为动基座自校零压电角速率双轴陀螺的电路原理图。

下面参照附图对本发明作进一步的说明。图1为本发明实施例的外形图，图2为本发明实施例的电路原理图。由电动机1、导电滑环2、固定压点角速率传感器3，7、固定结构件4、回转结构件5、回转压点角速率传感器6、霍尔磁传感电路8和信号处理电路20组成。电动机1采用低速直流电动机，它的转动轴穿过固定件4与回转结构件5的中心固定连接，回转结构件5为圆筒形，沿回转结构件5的直径方向固定安装回转压点角速率传感器6，使其驱动轴与电动机转动轴垂直，由电动机1带动回转结构件5及回转压点角速率传感器6沿一个方向不停的旋转，由导电滑环2供给电源，并由这组导电滑环取出角速率信号V，固定结构件为方形，固定压电角速率传感器3固定安装在其上部，构成Y轴角速率传感器，输出信号V_Y，固定压电角速率传感器7固定安装在其右侧，构成X轴压电角速率传感器，输出信号V_X，回转压电角速率传感器6和固定压电角速率传感器3、7采用三个相同的矩形振梁式压电角速率传感器。在回转结构件5和固定结构件4上构成正交的点A（0°）、B（90°）、C（180°）、D（270°）处安装一套霍尔磁传感电路8，电动机带动回转压电角速率传感器6旋转时，从导电滑环2取出V_M，旋转经过A、B、C、D各点的角位置，霍尔磁传感电路分别输出脉冲信号V_A、V_B、V_C、V_D，固定压电角速率传感器3、7分别输出V_Y、V_X，这些信号送到输出处理器20进行运算。

输出处理器20如图2所示，它由机算机21、运算放大器21、22、28、31、低通滤波器24～27组成。V_M、V_A、V_B、V_C、V_D输入给计算机，由于V_A、V_B、V_C、V_D信号控制，分别得到A、B、C、D点的V_MA、V_MB、V_MC、V_MD从计算机输出，V_MA、V_MC送入运算放大器22，V_MB、V_MD送入运算放大器23作减法运算分别得到V_MAC、V_MBD输出下式运算：

V_MA-V_MC＝V_MAC

V_MB-V_MD＝V_MBD

得到的V_MAC、V_MBD是没有零位误差的角速率信号，这种信号的频率响应不宜做得太高，利用一个在非敏感方向回转的压点角速率传感器，在相反的敏感轴向上，零位电压的极性相同大小一样，而角速率信号极性相反的特点，由于压电角速率传感器零位误差是一个缓慢变化的信号，V_MAC和V_X，V_MBD和V_Y各是同一轴向的信号，将V_X、V_Y、V_MAC、V_MBD信号各同过一样的低通滤波器27、26、24和25进行低通滤波，分别得到V_X、V_Y、V_MAC、V_MBD，经运算放大器28～31按下式作减法运算：

V_WX＝2_VX-（2_VX-V_MAC）

V_WY＝2_VY-（2_VY-V_MBC）

从运算放大器31输出没有零位误差的X轴的角速率信号V_WX，从运算放大器30输出没有零位误差的Y轴的角速率信号V_WY。

Claims (2)

1、动基座自校零压电角速率双轴陀螺，有电动机(1)、回转压电角速率传感器(6)、回转结构件(5)、导电滑环(2)和信号处理电路(20)，其特征在于有一个固定结构件(4)，在其上部(或下部)、右侧(或左侧)安装有2个成正交方向的固定压电角速率传感器(3)和(7)，在回转结构件(5)和固定结构件(4)上正交的A、B、C、D点装有一套霍尔磁传感电路(8)。

2、按权利要求1所述的动基座自校零压电角速率双轴陀螺，其特征在于回转压电角速率传感器（6）和固定压电角速率传感器（3）、（7）采用三个相同的矩形振梁式压电角速率传感器。

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