CN201600140U - 固态陀螺偏航仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固态陀螺偏航仪，其具有两列传感器组，其中一列传感器组为一组正向安装的电子陀螺，另一列为一组反向安装的电子陀螺；信号数字处理单元，由差分放大器、A/D模数转换单元及数字滤波处理单元连接构成；模拟输出显示电路；每列传感器组的所有电子陀螺的输出经信号加法器叠加处理后输出为一路信号，两列传感器组的输出信号经由信号数字处理单元处理后接模拟输出显示电路，系统电源为各工作单元提供电源。其可克服现有技术的缺陷，取代机械陀螺而不失其应达到的性能指标。

Description

固态陀螺偏航仪

技术领域

本实用新型涉及一种机电控制系统设备，尤指一种船舶用固态陀螺偏航仪。

背景技术

由于大型船舶和组合船队惯性大，机动性能差，操舵人员为校正航向，频繁操舵，既紧张又消耗能源，使用偏航仪可以在船舶出现偏航趋势时，由偏航仪表指针指示出偏航方向，按此操舵，能保证船舶在所需航道上航行，既减轻操舵工作强度，又保证航行安全。陀螺是偏航仪至关重要的一个关键部件，现有的偏航仪的偏航信号是由陀螺提供，再通过放大器及指示提供出来，构成参见图1，现在偏航仪的陀螺一般采用机械陀螺，机械陀螺是利用电机高速旋转带动惯性陀螺盘产生陀螺效应通过电路输出，由于电机长期大负载运转，使得机械陀螺的可靠性很低，使用过程中经常出现陀螺损坏的故障，造成偏航仪不能可靠的使用。

为克服机械陀螺的使用缺陷，现已开始采用固态电子陀螺，这类固态电子陀螺完全不同于传统的机械陀螺，是一种外型与电子芯片相似的器件，内部含有陀螺力矩感应装置及放大电路，可将陀螺信号转换为电信号输出。其无可动的部件，体积极小，功率极低，可以输出陀螺信号，可靠性极高，用固态电子陀螺取代机械陀螺有明显的技术优势，但这类陀螺输出灵敏度较机械陀螺低很多，对偏航仪这种要求极高灵敏度的装置来说，使用固态电子陀螺性还有其缺陷，无法直接替代机械陀螺。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种固态陀螺偏航仪，其可克服现有技术的缺陷，取代机械陀螺而不失其应达到的性能指标。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：

一种固态陀螺偏航仪，其具有：

两列传感器组，其中一列传感器组为一组正向安装的电子陀螺，另一列为一组反向安装的电子陀螺；

信号数字处理单元，由差分放大器、A/D模数转换单元及数字滤波处理单元连接构成；

模拟输出显示电路；

系统电源；

每列传感器组的所有电子陀螺的输出经加法器叠加处理后输出为一路信号，两列传感器组的输出信号经由信号数字处理单元处理后接模拟输出显示电路，系统电源为各工作单元提供电源。

所述两列传感器组均采用同性能、同型号的电子陀螺，每组电子陀螺的数量一致。

本实用新型固态陀螺偏航仪是充分利用了固态电子陀螺体积小、重量轻、功率低和一致性好等优点，尽管其单个输出灵敏度较低，但利用其优点将多个固态电子陀螺组成陀螺组，通过电子线路将多个固态陀螺的输出信号合成并处理成一个输出信号，还可以利用单片机高速运算的特点，对组合后的输出信号进行滤波处理，可以很大的提升固态电子陀螺的输出的灵敏度，达到与机械陀螺相当的性能指标，取代机械陀螺。

本实用新型的优点是：

1、能够更准确，更可靠的指示航向，能提供偏航数字信号给雷达，操舵仪等各类导航设备。

2、与传统陀螺相比较，电子陀螺的功耗低，耐磨损，使用寿命更长。

3、灵敏度高，可靠性强。

4、降低了成本，增加可用性。

5、结构紧凑，体积小，总量轻，安装更为简便。

附图说明

图1为现有技术陀螺偏航仪构成原理方框示意图。

图2为本实用新型固态陀螺偏航仪构成原理方框示意图。

图3为本实用新型固态陀螺偏航仪一实施例中两列传感器组安装位置示意图。

图4为本实用新型固态陀螺偏航仪一实施例构成原理示意图。

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

具体实施方式

如图2所示，本实用新型固态陀螺偏航仪的具体构成是：

首先具有系统电源，为各个工作单元提供电源。

采用两列传感器组，其中的一列传感器组10为一组(一个以上的)正向安装的电子陀螺，另一列传感器组20为一组(一个以上的)反向安装的电子陀螺。参见图3所示，所述的电子陀螺正向安装及反向安装时(图中)，其输出信号极性相反。

所有传感器组选用同性能、同型号的电子陀螺，且保证两列传感器组具有的电子陀螺数量及性能、型号应一致。

所述的信号数字处理单元应包括差分放大器、A/D模数转换单元及数字滤波处理单元；还应至少具有模拟输出显示电路。上述电路单元也可直接选用对应功能的单片机选用单片机来实现，其属现有技术，此处不赘述。

每列传感器组的所有电子陀螺的输出经信号加法器叠加处理后输出为一路信号，两列传感器组的输出信号再经前述的信号数字处理单元处理后接模拟输出显示电路。

本实用新型固态陀螺偏航仪的实现方式参见图2及图4，该固态陀螺偏航仪利用了电子陀螺体积小的特点，将数个电子陀螺安装在一块电路板上，每列传感器组电子陀螺具体数量的多少与所要求的灵敏度指标有关，指标越高，所需陀螺的数量就越多(亦即每列传感器组具有的电子陀螺数量与固态陀螺偏航仪的灵敏度指标成正比)；电子陀螺总数量为偶数，将陀螺分为两部分，两部分安装在一块电路板上，一部分正向安装在电路板上，一部分反向安装在电路板上，正向安装陀螺的输出接入一个信号加法器，使其所有输出叠加后输出为一路信号，反向安装陀螺与正向安装按同样的方法，将正向与反向输出接入差分放大电路，利用差分放大电路减少电子陀螺的漂移信号，所有电子陀螺安装在一块电路板上，工作条件完全相同，其漂移量相似，通过差分放大电路可以减少电子陀螺漂移信号对输出信号的影响，同时差分电路将反相的两路信号合成为一路信号输出，提高了信号幅度，即增加了陀螺信号的灵敏度，将输出信号送A/D转换电路变为数字信号，通过数字滤波器对信号进行滤波处理，就可以将电子陀螺信号转换成与机械陀螺相当的信号，将此信号送到输出指示部分，就构成了固态电子陀螺的偏航仪，此偏航仪没有高速运转部件，可以长时间不断电使用，可靠性很高。

图3示出了本实用新型固态陀螺偏航仪的一实施例构成，其中各列传感器组10、20分别选用了两个同型号的电子陀螺，设定电子陀螺1、电子陀螺2、电子陀螺3、电子陀螺4输出电压值分别为Vi1、Vi2、Vi3、Vi4，则经过两个信号加法器11、21分别得到：Vo1＝Vi1+Vi 2；Vo2＝Vi3+Vi4；再经差分放大器的处理输出得到：Vo＝Vi1+Vi2+Vi3+Vi4。由于Vo1与Vo2是正、反向设置的电子陀螺组分别叠加后输出的一路信号，其漂移量相似，方向相同，极性相同的信号通过差分放大器时，差分放大器不起作用，故可消除漂移。再通过差分放大电路的处理，既可以消除电子陀螺漂移信号对输出信号的影响。且四个电子陀螺信号合成输出，较单独使用单个电子陀螺来说，提高了信号幅度，成倍增加了陀螺信号的灵敏度。

本实用新型固态陀螺偏航仪采用若干电子陀螺构成的传感器阵列提高传感器灵敏度，及采用数字滤波方式对固态传感器的随意误差进行处理，从而可以取代传统的机械陀螺，可以通过微计算机对电子陀螺的数据进行快速处理，确保了输出数据的稳定，能够更准确，更可靠的指示航向，能提供偏航数字信号给雷达，操舵仪等各类导航设备。与传统陀螺相比较，电子陀螺的功耗低，无磨损等特性，使其大大延长了使用寿命。

在使用中，普通陀螺的漂移需要人为进行修正，本实用新型固态陀螺偏航可以采用微计算机进行数据处理，具有自动校准指示功能，使其能够长期稳定的提供准确的偏航数据，无需人工调整。由于电子陀螺与指示表集中安装在一体，具有结构紧凑，体积小，总量轻，安装更为简便等特点。

采用本实用新型技术方案，该固态陀螺偏航仪的指标精度可达0.5°/MIN；工作环境条件：温度0-50℃；湿度15-100％。功率小于10W，电子陀螺保用期限≥30000小时。从以上指标可以看出：其不仅可以取代机械陀螺，而且本实用新型固态陀螺偏航仪的性能大大优于传统的机械陀螺。

本实用新型固态陀螺偏航仪如果和自动操舵仪有机组合在一起使用，就能实现自动舵的功能，使船舶的导航和操舵实现一体化。

且本实用新型固态陀螺偏航仪操作方便，使用可靠。可根据客户的需求扩展其它的功能，如增加数字输出接口，增加数字显示等，使其能有效连接其他设备。

上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本实用新型申请专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种固态陀螺偏航仪，其特征在于：其具有

两列传感器组，其中一列传感器组为一组正向安装的电子陀螺，另一列为一组反向安装的电子陀螺；

信号数字处理单元，由差分放大器、A/D模数转换单元及数字滤波处理单元连接构成；

模拟输出显示电路；

系统电源；

每列传感器组的所有电子陀螺的输出经信号加法器叠加处理后输出为一路信号，两列传感器组的输出信号经由信号数字处理单元处理后接模拟输出显示电路，系统电源为各工作单元提供电源。

2.根据权利要求1所述的固态陀螺偏航仪，其特征在于：每列传感器组具有的电子陀螺数量与固态陀螺偏航仪的灵敏度指标成正比。

3.根据权利要求1所述的固态陀螺偏航仪，其特征在于：所述两列传感器组均采用同型号的电子陀螺，每组电子陀螺的数量一致。

4.根据权利要求1所述的固态陀螺偏航仪，其特征在于：所述的信号数字处理单元采用单片机。

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