DE1448705A1

DE1448705A1 - Gyroskopisches Geraet

Info

Publication number: DE1448705A1
Application number: DE19641448705
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: B A SOC D
Current assignee: B A SOC D
Priority date: 1963-10-18
Filing date: 1964-10-16
Publication date: 1968-11-07
Also published as: US3373616A; GB1086539A; FR1380644A

Description

Die Erfindung bezweckt, ein gyroskopisohes Gerät mit Einrichtungen zu versehen, um die in Winkelangaben bestehenden Ausgangsgrößen einem Zahlen— "bzw. Digitalrechner zuzuführen.

Im allgemeinen sind die Gyrometer mit Analogdetektoren versehen, die entweder potentiometrisch oder von der induktiven Form und Differentialtransformatoren gleichzustellen sind. Die Umwandlung der auf diese Weise ermittelten Ausgangsgrößen in Eingangsgrößen für einen Zahlen— "bzw. Digitalrechner ist schwierig hinsichtlich der Genauigkeit und kostenspielig, "besonders wenn im Anwendungsbereich des Gyrometers eine große Anzahl von Messgrößen, z.B. 5OO erzielt werden sollen.~

Im übrigen ist es schwierig, den Drehungswinkel der Achse des den Kreisel tragenden Rahmens unmittelbar zu bestimmen, ^denn dieser Winkel ist allgemein ziemlich klein, von der Größenordnung von einigen Grad, ferner haben die GyrometerVorteilhaft eine hohe Eigenfrequenz, also eine große Steilheit und ist der relative Messfehler dem Drehungswinkel des Rahmens proportional.

Gemäß der Erfindung ist der Kreisel bzw. das gyroskopische Schwungrad mit eigentümlichen Figuren bzw. Kennzeichen versehen und ist ihm wenigstens ein fester Kopf für die Abtastung dieser Kennzeichen zugeordnet, an dem die Kennzeichen bei der Drehung des Kreisels vorbeilaufen, derart, daß die ▼on dem Kopf abgegebenen Signale bzw. Zeiohen eine in Abhängigkeit von der Stellung der Figuren bzw. Kennzeichen vor dem Kopf veränderliche Länge

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besitzen, die ihrerseits mit der vom Gyroskop abgegebenen und in den Zahlenrech.ner einzuführenden Winkelgröfie verknüpft ist.

Die eigentümlichen Figuren bzw. Kennzeichen sind vorteilhaft auf dem Umfang des Sohwungrades aufgetragen und können z.B. optisoher oder magnetischer Batur sein, wobei der Abtastkopf von entsprechender Art sein muß.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist der Aquatorbereioh des Kreisels bzw. Sohwungrades in zwei Zonen unterteilt, eine aktive und eine inaktive Zone im Hinbliok auf die für die Abtastung herangezogenen Phänomene, z.B. eine reflektierende und eine matte Zone» wenn ein optischer Abtastkopf gewählt wird, wobei diese Zonen duroh einen größten Kreis der Kugel getrennt sind, dessen Ebene gegen die Äquatofebene um einen Winkel geneigt ist, der etwas größer als der Kippwinkel des Gyroskoprahmens zwischei deiner Gle-ichgewichtsstellung und seinen Anschlägen sein kann, z.B. von 3 im Fall eines Abstands von 5 zwischen den Anschlägen des Rahmens, und ferner ist ein Abtastkopf radial in der Äquatorebene angeordnet»

Bei einer anderen Ausführungsform sind die aktiven Zonen, die die Signalei bzw. Zeichen erzeugen, durch eine Reihe von identischen Figuren bzw. Kennzeichen, z.B. krummlinige Dreiecke begrenzt, die auf dem Umfang des Sohwungrades hintereinander liegend, wobei die Änderungen der erfaßtqn WinfcelgröSe mit um so mehr Feinheit verfolgt; werden, je größer die Anzahl der Kennzeichen ist. ;

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Um den Sullwert mit ausreichender Genauigkeit zu erfassen, können zwei Reihen von Kennzeichen vorgesehen werden, die symmetrisch in Bezug auf den Äquator angeordnet sind und mit denen zwei Abtastkopfe, zusammenwirken. Diese Anordnung ermöglicht außerdem, die positiven und negativen Signale law. Zeichen zu unterscheiden, indem z.B. die längsten Zeichen, die der Abtastkopf erzeugt, als Bezugsgrößen dienen oder umgekehrt.

Die Erfindung ist insbesondere auf Gyrometer anwendbar, bei denen der Kippwinkel des Rahmens um die Bestimmungaohse für eine bestimmte Eingangs-

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winkelgeschwindigkeit, die im Sinneeder Empfindliohkeits- Taw. Ansprechaohee eingeführt wird, bestimmt wird.

Im Fall des Gyrometers wird zweokmäßig die Dauer der vom Abtastkopf erzeugten Signale bzw. Zeiohen durch die Zahl der Spitzen einer feststehenden u(jd vom Schwungrad unabhängigen Zeitachse gemessen. Hierbei ist nämlich die erfolgte Messung unabhängg von der Drehungsgeschwindigkeit des Schwungrades. Im Fall eines der Winkelmessung dienenden Gyroskops muß dagegen die Zeitbasis an das Schwungrad geknüpft sein, z.B. indem sie von dem Äquator desselben getragen wird, damit das erzeugte Signal unabhängig von der Drehungsgeschwindigkeit des Schwungrades ist.

In der Zeichnung sind ohne einschänkende Wirkung zwei Ausführungsbeispiele Ton Geräten naoh der Erfindung dargestellt, und zwar zeigtt

Fig. 1 ein schematisohes Schaubild eines Gyrometers, das mit einem einzigen Abtastkeopf ausgestattet ist,

Fig. 2 einen Grundriss einer abgewandelten Ausführungsform mit zwei Abtastköpfen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gerät nach der Erfindung ein Gyrometer,das einen Kreisel 1 von abgestumpfter Kugel— form aufweist, der um die Achse der Welle 2 im Rahmen 3 drehbar ist. Dieser Rahmen kann um die Aohse der Welle 4-4* gekippt werden, die in den Ständern 5 und 6 auf einem Sockel 7 gelagert ist. Der Rahmen 3 wird elastisch duroh Federn 9 und 9¹ in die Gleichgewichtslage zurückgestellt und seine Bewegungen»erden duroh einen Dämpfer 10 gedämpft.

Der Kreisel 1 ist in zwei Zonen, eine nichtreflektierende Zone 11 und eine reflektierende Zone 12 durch einen großen Kreis 13 geteilt, der in einer Sbene liegt, die etwas, z.B. um 3 Grad in Bezug auf die Äquatorebene 14 geneigt ist.

Unter dem Kreisel oder Schwungrad 1 ist symmetrisch in Bezug auf die

JLquatorebene i4 ein Kopf 15 angeordnet, der zugleich, zur Beleuchtung der Zonen 11 und 12 des Kreisels und zur Ablesung "bzw. Abtastung der durch diese Zonen festgelegten optischen Bahn "bzw. Spür dient. Der Kopf 15 ist an eine elektronische ^Einrichtung bekannter Art angeschlossen, die z.B. ein Signal in Zacken- bzw. Eechteckform entsprechend der nichireflektierenden und der reflektierenden Zone des Kreisels ergeben.

Ohne Kippbewegung des Rahmens sind die Sängen der Zacken, d.h. die Zeiten des Yorbeigangs für die beiden Zonen, in diesem Fall konstruktionsgemäß gleich.

Wenn eine Winkelgeschwindigkeit gemäß der Empfindlichkeitsachse des Gyrometers eingeführt wird, kippt der Rahmen 3 um einen gewissen Winkel um die Detektorachse, d.h. um die Achse der Welle 4—4'· An dem Kopf läuft dann nicht mehr der Äquator sondern ein Parellelkreis der Kugel vorbei und die Längen der Zacken entsprechend den Zonen 11 und 12 werden verschieden, wobei die Summe dieser beiden Längen konstant ist, wenn der Kreisel eine feste Geschwindigkeit hat.

Die Langen der Zacken werden durch eine ZeitbaBis gemessen, die unabhängig vom Gyrometer und z.B. in den Zahlenrechner einbezogen ist, wo die Differenz zwischen diesen Längen sich auswirken kann.

Das in dieser Weise ausgestattete Gyrometer hat außerdem den Vorteil» daß es Ergebnisse liefert, die "unabhängig von der Drehungsgeschwindigkeit des Kreisels sind. Tatsächlich ist der Kippwinkel des Rahmens nicht nur der zu messenden Winkelgeschwindigkeit, sondern auch der Drehun^sgeschwindigkeit des Kreisels proportional} das gleiche gilt von den Bögen der optischen Spur, die vor dem Abtastkopf vorbeilaui'en, da diese dem Kippwinkel proportional sind. Die Zeiten des Yorbeigangs dieser Bögen, also die Anzahl der in den Rechner eingeführten Zeitspitzen, die gleich ü.en Quotienten aus diesen Bögen und der Drehungsgeschwindigkeit aes Kreisels sind, sind alsdann unabhängig von dieser Drehungsgeschwindigkext,. da. die- Keitbasis fur ihre Ilessung-nicht &η 6 en Kreisel gebunden ist.

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Bei der Ausführungsform der Fig. 2, die ebenfalls ein Gyrometer darstellt und in der die gleichen Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, trägt dar Kreisel 1 beiderseits der Ebene des Äquators

14 und in symmetrischer Anordnung dazu eine Reihe von kerummlinigen Dreiecken 16 und 16·, hintereinander auf dem ganzen Umfang des Schwungrades, die Signale bzw. Zeichen im Zusammenwirken mit zwei festen Abtastköpfen

15 und 15* ergeben, die ebenfalls symmetrisch in Bezug auf die Ebene des Äquators 14 liegen, wenn der Rahmen waagerecht ist.

Wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 können die Köpfe 15 und 15' Signale in Zackenform entsprechend den reflektierenden Zonen der Dreiecke 16 und 16· unlden nichtreflektierenden Zonen zwischen diesen Dreiecken erzeugen.

In Abwesenheit von Kippbewegungen wird eine sehr genaue Uulleinstellung durch Gleichheit der Spitzen der beiden Ablesungen erzielt.Je nach • dem Eeigungssinn des Rahmens 3 erhält man gegensinnige Signale, di& man auswerten kann, indem man z.B. den Kopf ermittelt, der das längste S:gial erzeugt oder umgekehrt.

'wegen der Tielzahl der eigentümlichen Figuren bzw. Kennzeichen auf dem Kreisel 1 kann der Rechner die Zahleninformationen aus dem Mittelwert der Spitzen errechnen, so daß die [Jnvollkommenheiten der Grenzen der Figuren einen geringfügigen äinfluß haben. · . .

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Die Erfindung ist keineswegs ,auf die dargestellten oder beschriebenen Einzelheiten der Ausführung beschränkt, die nur als Beispiele angegeben sind. So können die eigentümlichen Figuren auf dem Kreisel beliebige Formen haben, derart, dass Zeichen erhalten werden, die sich nach einem beliebigen Gesetz ändern und gewisse Fehlsrkompensationen ermöglich«].

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Claims

Patentansprüche

Gyroskopi8oh.es Gerät, dadurch, gekennzeichnet, daß Bein",Kreisel Bzw· Schwungrad mit eigentümlichen Figuren "bzw. Kennzeichen versehen ist und ihm ein Abtastkopf zugeordnet istj an dem die Figuren lei der Drehung des Kreisels vorbeigehen, derart, daß die von dem Kopf erzeugten Zeichen in Abhängigkeit von der Lage der Figuren vor dem Abtastkopf eine veränderliche Länge haben, die ihrerseits mit der vom Gyroskop gelieferten Winkelangabe verknüpft ist.
2.) Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eigentümlichen Figuren oder Kennzeichen unmittelbar auf dem Umfang des Schwungrades aufgetragen sind.

3·) Gerät nach Anspruch !oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eigen tümlichen Figuren oder Kennzeichen optischer oder magnetischer Art sind.

4·) Gerat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeiohent, daß der Äquatorbereieh des Kreisels in eine aktive und eine inaktive Zone im Hinblick auf die für die. Abtastung dienenden Phänomene, ZeB. eine reflektierende und eine mattierte Zone in Verbindung mit einem optischen Abtastkopf geteilt ist, die durch einen größten. Kreis der Kugel getrennt sind, der gegen die Ebene des Äquators um einen Winkel geneigt ist, der etwas größer als der Kippwinkel des Gyroskoprahmens zwischen seiner Gleichgewichtslage und seinen Anschlägen ist, und daß ein Abtastkopf radial in der Äquatorebene angeordnet ist.

5·) Gerät nach Anspruoh 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Signale ergebenden aktiven Zonen durch eine Heihe von identischen Figure$i z.B. von krummlinigen Dreiecken umrissen sind, die hintereinande-r-—

auf dem Umfang des Kreises liegen. . ■ "*'"''" ^'Qiri

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6·) Gerät nach. Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reihen von eigentümlichen Figuren bzw. Kennzeichen symmetrisch in Bezug auf den Äquator angeordnet sind und mit zwei Abtastköpfen zusammenwirken.

7·) Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der vom Abtastkopf erzeugten Zeichen durch die Zahl der Spitzen einer festen, vom Kreisel unabhängigen Zeitbasis meßbar ist.

8·) Gerät naoh einem oder mehreren der Ansprüche 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der vom Abtastkopf erzeugten Zeichen durch die Zahl der Spitzen einer an den Kreisel gebundenen Zeitbasis meßbar ist.

Pur den Anmelder:

Bremen, den 15· Oktober 1964

Anmelder:

Sooiete dites D. B. A.

avenue de la Grande-Armee

PARIS (I7eme), Seine - Itance

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