DE1548487A1

DE1548487A1 - Schwimmende Inertialplattform

Info

Publication number: DE1548487A1
Application number: DE19661548487
Authority: DE
Inventors: Gagon Richard E; Baker William G; Bose Carl L
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: Northrop Grumman Corp
Priority date: 1965-10-24
Filing date: 1966-10-21
Publication date: 1970-04-09
Also published as: GB1121899A; US3439546A

Description

DR.-INQ. DIPL-ING. G. RIEBLING 1548487 PATENTANWALT Mein Zeichen

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18. TD. 1966

Betreff:

WQRTHRDP CORPORATION, 97kk Uilshire Boulevard, Beverly Hills, California / USA

Schwimmende Inertialplattform.

Diese Erfindung bezieht sich auf eine schwimmende Inertialplattf arm und insbesondere auf sine derartige Vorrichtung, die aus einem kugelförmigen Plattfarmteil bB-steht, das innerhalb eines kugelförmigen Gehäuses mit drei Freiheitsgraden aufgehängt ist.

Inertialplattformen werden zur Fahrzeugführung und für Steuersysteme verwendet, um bei der Manövrierung des Fahrzeuges eine stabile Bezugsplattfarm zu schaffen.

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Fernschreiber: Sprechzeit Bankkonto: Postscheckkonto:

05 «74 patent d nach Verelnbirune Bayer Staatsbank Lindau (B) Nr-15K München 296 28

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Somit ujird die Plattform mit Inertialabstand feststehend aufrecht erhalten und bildet eine Unterlage für beschleunigungsempfindliche Instrumente, die gegen örtliche Fahrzeugmanöver abgeschirmt ist und es derartigen Instrumenten somit ermöglicht, den Fahrzeugujeg von einem anfänglichen Bezugspunkt aus genauestens zu messen. Die stabilisierte Plattform ermöglicht auch die Erzeugung wan Fahrzeuglageangebenden Signalen, die zur Steuerung des Fahrzeuges veruiendet werden können.

Zur Erzielung einer Dreiachsenstabilisierung verwenden die meisten Plattformen kardanische Systeme.. Derartige

kardanische Aufhängungen enthalten meistens komplizierte Mechanismen, die teuer sind und die die erwünschte Genauigkeit und Zuverlässigkeit vermissen lassen. Weiterhin übertragen kardanische Aufhängungen umgebende Schwingungen auf die Plattform und somit werden die darauf befestigten Instrumente jenen l/ibrationssignalen ausgesetzt, welche deren Betriebsgenauigkeit beeinträchtigen können.

Zur Überwindung der Wachteile von kardanischen Plattfarmsystemen sind schwimmende, kugelförmige Plattfarmen entt wickelt worden. Derartige schwimmende Plattformen besitzen jedoch mehrere ausgeprägte mangel. Erstens lassen sie im allgemeinen Nachrichtensysteme zur Informationsübertragung

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von der Plattform mit der erwünschten Genauigkeit und Zuverlässigkeit vermissen. Zweitens sind die verwendeten Aufnahmesysteme zur Erzeugung der erwünschten Information betreffs Fahrzeuglage entweder in ihrer Instrumentierung übermassig kompliziert oder es fehlt ihnen die notwendige Genauigkeit und Zuverlässigkeit. Drittens besitzen'die zur Zentrierung der kugelförmigen Plattform innerhalb ihres Gehäuses verwendeten Vorrichtungen nicht die notwendige geringe Reibung.

Die V/orrichtung dBr Erfindung beseitigt diese Wachteile dadurch, dass sie eine kugelförmige Plattform vorsieht, auf der die Plattformausrüstung befestigt ist, die ferner von einer kugelförmigen, flüssigen Lagerung getragen wird, welche sich zwischen der kugelförmigen Plattform und einem kugelförmigem Trägergehäuse befindet. Die Plattform ist innerhalb des Gehäuses zentriert, und zwar mittels WaIzrädern mit geringer Reibung, die mit zwei Drientierungsmöglichkeiten an der Oberfläche der Plattfarm befestigt sind*

Die Plattform wird mittels magnetischer Orehmomentspulen innerhalb ihres Gehäuses inertiell stabil aufrechterhalten, wobei diese Spulen von gyroskopischen Kommandogeräten, die auf der Plattfarm befestigt sind, Stabilisierungs-

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signale empfangen. Die Drehmomentsspulen erzeugen in Erwiderung auf die Stabilisierungssignale in Verbindung mit dem Gehäuse Ufirbeistromdrehmomente.

Die Plattform steht unter Strom und Wachrichtensignale sind über Bürstenkontakte mit geringer Reibung, die von den Platt formwandungeti vorstehen und die Innenwandungan des Trägergehäuses berühren, damit gekoppelt, wobei die Wachrichtensignale in Mehrfachschaltung von den Stromsignalen betrieben und von diesen moduliert werden.

Die Lageinformation wird anhand eines eindeutigen, kapazitiven Abnahmesystems gegeben, das ein Paar von Anregungsbändern auf der Plattform und Abnehmerplatten auf dem Gehäuse verwendet. Dieses System erzeugt ein üJechselstroinsignal, das in einer Phasenbeziehung zu einer feststehenden Normalen steht, welche genauestens die Fahrzeuglage angibt, wobei ein derartig getrennter Ausgang für jede der drei zueinander senkrechten Achsen vorgesehen ist.

Es ist daher -Ju^Fgabe dieser Erfindung eine genaue Inertialplattform vorzusehen, die grösste Einfachheit besitzt.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung liegt darin, eine Inertialplattform zu schaffen, die den starken, sie um-

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gebenden mechanischen Schock- und l/ibrationszuständen widerstehen kann.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung liegt darin, die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der schwimmenden Inertialplattform gegenüber bekannten Vorrichtungen zu vergrössern.

Es ist eine ueitere Aufgabe dieser Erfindung, ein-verbessertes Lagenabnahmesystern für eine schwimmende Inertialplattform zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung liegt in der Schaffung eines verbesserten Nacbrichtsnsystems für eine schwimme ndelnertialplattform.

LJeiterhin ist es Aufgabe dieser Erfindung, die zur Zentrierung einer schwimmenden kugelförmigen Plattform verwendenden technischen Verfahren zu verbessern.

Weitere Aufgaben dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich, ohne dadurch die Erfindung auf die beispielsweise gezeigten Ausführungsformen einzuschränken.

Es zeigen:

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Figur 1 eine Ansicht, teilweise im Querschnitt dargestellt, einer bevorzugten Auäfünrungsform dieser Erfindung;

Figur 2 einen Querschnitt durch die in der bevorzugten AusführungsfDrm dieser Erfindung verblendeten Zentrierräder und der elektrischen Kontaktbürsten;

Figur 3 eine bevorzugte. Ausführungafarir der in der erfindungsgemässen Vorrichtung verwendeten Bürsten längs der durch die Pfeile 3-3 in Fig. 2 angedeuteten Ebene;

Figur 4 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Plattform dieser Erfindung;

Figur 5 eine schematische Ansicht unter Darstellung verschiedener Abnehmerwinkel, die vom Abnehmersystem der Erfindung moduliert werden können;

Figur 6 einen Querschnitt der in·der bevorzugten Ausführungsform dBr Erfindung verwendeten Drehmomenteinheiten längs der durch die Pfeile 6-6 in Fig. k angedeuteten Ebene;

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Figur 7 eine DrauY icht auf die Konstruktion der AnregungsbändK , die in der erfindungsgemässen, bevorzugten ü.usführungsform verujendet werden;

Figur 8 einen Querschnitt der Aufnahme-Anregungsbänder längs der durch die Pfeil-e 8-8 in Fig. 7 angedeuteten Ebene;

Figur 9 eine Draufsicht auf einen Abschnitt der Anregungsbänder der bevorzugten erfindungsgemässen Ausführung sform;

Figur 10 eine Ansicht mit voneinander getrennten und auseinandergezogenen Bauteilen einer bevorzugten Ausführungsform des Plattformteiles der Erfindung;

Figuren 11 bis 13 schematische Darstellungen der Arbeitsweise des in der bevorzugten Ausführungsform o'er Erfindung verwendeten Abnehmermechanismusses;

Figur 1 U eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsfarm des verwendeten Schaltungsaufbaues zur Erzeugung der Abnehmersignale und

Figur 15 eine schematieche Darstellung des in der bevor-

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BAD

zugten Ausführungsförm der Erfindung verwendeten Schaltungsaufbaues zur Sicherstellung der richtigen Polarität des Plattfcrmspeisestroms in allen Plattformarientierungen.

unter Bezugnahme auf die Figuren und unter besonderer Beachtung der Figuren 1 bis M und 10 ist das kugelförmige Plattformteil 11 auf einem Flüssigkeitslager 13, das aus einer Flüssigkeit «wie z. 8. Fiuorolube bestehen kann, innerhalb des kugelförmigen Gehäuses 12 gelagert. Sowohl das Gehäuse 12 als auch die Plattform 11 können aus Metallen uiie Eisen bzw. Aluminium hergestellt sein. Das Gehäuse 12 besteht aus den unteren und oberen Hälften 12a und 12b, die mittels Schrauben 16 zusammengehalten werden, melche die Flanschteile 14 aneinanderpressen. Die oberen und unteren Hälften 12a und 12b sind mittels Isolierringen 15 gegeneinander elektrisch isoliert. In jedem der vier Quadranten der oberen und unteren Hälften 11a bzw. 11b der Plattform 11 lagert eine Uiälzradkonstruktion 2D.

Li'e in Fig. 2 dargestellt, besteht jede üJälzradkonstruktion aus einem Rad-Stützteil 21, das zur Drehung um eine Achse, deren Verlängerung durch die Mitte der Plattform verläuft, in einem Gehäuse 22 befestigt ist. Das Radteil 2k

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ist drehbar auf den Stift 25 aufgezogen, der seinerseits starr am Rad-Stützteil 21 angebracht ist. Somit kann sich das Radteil 24 um zuiei zueinander senkrechte^ Achsen drehen und bildet eine Zentrierung der Plattform 11 innerhalb des Gehäuses 12 mit geringer Reibung..

In jedem der acht Sektoren der Plattform 11 befindet sich ein elektrisches Bürstenteil 3D. Wie aus Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, sind die Bürstenteile 30 an isolierten Stützteilen 32 befestigt, die aus Kunststoff hergestellt sein können und zur elektrischen Isolierung der Bürstenteile gegen das Plattfarmgehäuse dienen. Die Bürstenteile 30 enthalten zentral angebrachte Kontaktknöpfe 34, die mittels Federteilen 37 elastisch gegen die Wandungen des Gehäuses 12 gedrückt werden. Diese Federteile sind an ihren engeren Enden fest am Knopf 3 4 und an ihren äusseren Kanten an den Isolierstützen 32 befestigt. Jeder Knopf 34 besitzt einen Zuführdraht 36, der diesen Knopf mit der passenden Plattformausrüstung verbindet.

In die Oberflächen des Plattformteils 11 sind Aufnahme-Anregungsbänder 41, 42 und 43 eingebettet. Jeder dieser Streifen besteht aus einer isolierenden Kunststoffschichte mit einem daran befestigten, geätzten Stromkreisband. Dieses geätzte Stromkreisband besitzt eine Reihe von

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leitenden Fingern, die Kondensatorelemente mit veränderlicher Dichte bilden, uas nach im einzelnen in Verbindung mit Fig. 7 bis 9 erklärt werden soll. Die elektrisch leitenden Abschnitte der Bänder 41 bis 43 müssen natürlich van der Plattform 11 isoliert sein.

Ebenfalls eingebettet in die Oberflächen des kugelförmigen Plattformteils 11 sind die Drehmoment-Einheiten 45. Die Drehmoment-Einheiten 45 sind so auf der Oberfläche der Plattform angeordnet, uie dies zur Erzeugung eines dreiachsigen UirbElstromdrehmoments nötig ist, um die Kugel innerhalb des kugelförmigen Trägergehäuses 12 inertiell stabilisiert zu halten. Die Drehmoments-Einheiten 45, die in ihrer bevorzugten Ausführungsform aus Zweiphaseninduktionsmotarfelduindungen bestehen, empfangen über die Drahtzuleitungen 46 zujeiphBSige üiechselstromsignale, die in Erwiderung auf Gyroskopaufnahmen der Stabilisierungsgyroskapen für jede der drei Stabilisierungsachsen erzeugt werden. Die den Drehmomentseinheiten 45 zugeführten Zmeiphasenuechselstromsignale induzieren auf den Oberflächen der Trägerkugel 12 üJirbelströme und die von diesen Wirbel-Strömen induzierten Magnetfelder reagieren mit den von der Drehmomentsspule erzeugten Magnetfeldern, um so der Plattform 11 ein Stabilisierungs-Drehmoment zu verleihen, so dass diese inertiell stabilisiert bleibt. Derartige

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Wirtoelstroro-Orehiwameiitsystefne, die zur Stabilisierung ifiertielier Plattformen verwendet werden, sind bekannt. Es soll darauf hingewiesen werden, dass die Drehmomentseinheiten <j5 »agnBtiach mit dem Gehäuse 12 zur Erzeugung einer Anziehungskraft reagieren, die dazu neigt, diese beiden Teile aneinander zu ziehen". Oas kugelförmige Plattformteil ti jedoch wird mittels der lilalzradteile lh mit geringer Reibung gegen diese Anziehungskraft zentriert gehalten.

An UBm Punkt, ωα die Gehäusehälften 12a und 12b zusammenstdssen, ist an der Innenuandung des kugelförmigen Gehäuses 12 der AbnehTßerring 50 befestigt, der somit einen Grosskreis längs der Gehäuseuiandurg bildet. Der kapazitive Abnehmerring 5D besteht aus einer Anzahl von Abnehmerplatten 51, die dEn Oberflächen des Plattformteils

11 gegenüberliegen und die gegeneinander und vom Gehäuse

12 isoliert sind. Die Abnehmerplatten 51 werden zur Übermittlung eines Lagen-Aufnahmesignais verwendet, iuie dies in Verbindung mit Tig. 11 bis 1*» noch beschrieben uierden soll.

Unter Bezugnahme auf die Fig. TD sind hier innerhalb des Plattformkugslteils 11 die Stabilisierungsgyroskape 52 gelagert, die so angeordnet sind, um eine Platt*

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formrotation um jede der drei zueinander Benkrechten Achsen zu registrieren. Ebenfalls innerhalb des Plattformteiles 11 befinden sich Inertial-Abtastinstrumente 53, die aus Beschleunigungsmessern zum Ausfindigmachen der Fahrzeugfortbewegung sowie aus den verschiedenen Stromkreisen bestehen können, die zur Durchführung der Abtast-, Stabilisierungs- und Lagenaufnahmefunktionen notwendig sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Kugelteil 11 innerhalb des Kugelgehäuses 12 in einem Flüssigkeitslager gelagert, bestehend aus Fluorolube, mit einem Abstand von ungefähr G,1" zwischen der Oberfläche des Kugelteils 11 und dem sphärischen (kugelförmigen) Gehäuse 12.

In Fig. 5 nun ist das in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendete Abnehmersystem schematisch dargestellt. Wie noch ausführlicher in der Beschreibung erklärt werden soll, wird, auf dem kapazitiven Abnehmerring 50 ein Abnehmersignal entwickelt, und zwar aufgrund der relativen Orientierung zwischen dem Abnehmerband 5G und den Aufnahme-Anregungsbändern if 1 bis i»3 . Diese Aufnahmesignale für jede der drei senkrecht zueinander stehenden Achsen X₁ Y₁ Z sind in Fig. 5 durch die Winkel </" , ,3 _f

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bzw. St dargestellt. Somit wird dar Winkel _:/, von einBtn Bezugspunkt auf dem Band 42 (als X angedeutet) bis zu dem Punkt auf diesem Band gemessen, welcher dBn Abnehmerring, 5D schneidet. ÄhnlicherwBisB uiird der Winkel /'· vom Bezugspunkt Y zum Schnittpunkt zwischen den Bändern 41 und 50 gemessen, und der Winkel ^ uiird van einem Ausgangsbezugspunkt Z auf dem AbnBhmerring 50 bis zu dem Punkt auf dem Band 50 gemessen, welcher das Anregungsband 42 schneidet. Das Band 43 ist ein Zusatzband, das entweder für Band 41 oder Band 42 verwendet wird, im Falle eines dieser Bänder koplanar mit dem Ring 50 werden sollte, was natürlich den Aufnahmebetrieb stören würde. Wenn dieser Fall Bintritt, ersetzen diB zu den Bürsten gehörenden Umschaltrelais automatisch für das Band 43 wie die Situation es gerade erforderlich macht. DiB Winkel , S und ' können natürlich ohne weitßres mittels bekannter Berechnungen zur Erfüllung von BetrishsanfordErungan in Eulersche Koordinaten umgeformt werden, wie z. B. in eine beauftragte Eulerschen Umrechnung , in der Winkel J , E und in dieser Reihenfolge verwendet werden,'und worin E = tan * (tan r cos.,/".) ist.

In den Fig. 7 bis 9 werden Abschnitte eines typischen Anregungsbandes der bevorzugten Ausführungsform dBr Erfindung dargestellt. 3edes Anregungeband baBteht aus einer

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Kunststaffschichte 62 mit einem daran befestigten, geätzten Stromkreisstreifen Sk. Die geätzten BtromkreiBstreifen 6k, die in bekannter Weise hergestellt werden, bestBhen aus einer oberen leitenden Kante 66, von der aus eine Anzahl leitender Finger 68 verläuft sowie einer unteren leitenden Kante, von der aus ebenfalls eine Anzahl leitender Finger 69 verläuft. Die Finger 68 und 69 greifen ineinander ein, sind jedoch voneinander elektrisch isoliert. JedBr der leitenden Streifen 65 und 66 ist mit einem getrennten Zuleitungsdraht 60a bzw. 6Db verbunden, die UBchselstramsignale gleicher Frequenz zuführen, wb1~ che jedoch in einer 9D Phasenverschiebung zueinander stehen. Somit erhält die leitende Kante 66 ein Uechslstromsignal Ecos ujt und der Streifen 65 erhält ein Ulechselstromsignal EsVn uit. Die Frequenz dieser ülechselstromsignale kann innerhalb des Hörfrequenzbereichs liegen, uib z. B. zwischen 2 und 15 kHz.

Die Finger 68 sind längs des Streifens 66 angeordnet, so dass sie längs diesem eine Dichte besitzen, diB, wie in Fig. 9 dargestellt, links am grössten ist (als das "D" Gradende angedeutet) und bei Annäherung an das rechte Ende (als ^H9Dⁿ Gradende bezeichnet) im wesentlichen nach einer sinusartigen Funktion abnimmt. DiB Phasenverschiebung zwischen "D" und "90" Grad wird somit ale die sinusartige

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Funktion der Fingerdichte dargestellt. Die vom Streifen 65 verlaufenden Finger 69 besitzen am "Ο" Gradende dee Streifens ihre geringste Dichte und weisen bei Annäherung an das "90" Gradende eine zunehmende Dichte auf, wobei die Dichteverteilung wiederum im wesentlichen eine sinusartige Funktion der Entfernung vom Ende des Streifens ist.

Zur Erklärung der Funktionsweise des Aufnahmesystems werden die Fig. 11 bis 13 in Betracht gezogen. Unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 11 sind dort die Flächen der Finger 68 und 69 aus Gründen der geeigneten Darstellung in Farm van leitenden Abschnitten abgebildet, deren Breite sich entgegengesetzt im wesentli/ichen als Sinus- bzw. Cosinus-Funktionen längs der Gesamtlänge des Streifens verändert. Dies ergibt somit eine veränderliche Breite für jeden der Abschnitte 68 und 69, die gleich der in Fig. 9 dargestellten veränderlichen Fingerdichte ist. Bei der relativen Bewegung zwischen dem Plattformteil und dem Gehäuse 12 werden verschiedene Abschnitte des geätzten Stromkreisstreifens 6U gegenüber den kapazitiven Abnehmerplatten 51 zu liegen kommen. Die Abschnitte der leitenden Finger 68 und 69, die durch die schraffierten Flächen dargestellt sind und gegenüber den Abnehmerplatten 51 erscheinen, bilden damit entgegengesetzte Platten eines Kondensators, wobei die wirksame Kapazität propor-

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tional zu dar Fläche der entgegengEsetzt orientierten Abschnitts ist. Das Erregerteil 69 bildet folglich, ωie dargestellt, eine grössere KondensatarplattBnflache als das Teil 68, uodurch zwischen dam Teil 69 und den Abnehmerplatten 51 eine grössere wirksame Kapazität zustande kommt als zwischen dem Teil 68 und diesen Platten. Die relative Kapazität verändert sich als eine Funktion dar betreffenden Lage zwischen dem Streifen-64 und den kapazitiven Platten 51. Der^leitende Finger 68 mird mit einer Spannung E cos wt erregt, während das Teil 69 mit einer Spannung E sin uit erregt mird.

Die einzelnen Ausgänge der kapazitiven Platten 51 werden der Summiervorrichtung 70 zugeführt., deren Ausgang B den Aufnahmewinkel darstellt. Ein derartiger Ausgang bildet die Uektorsumme der Spannungen, die von den Strömen entwickelt werden, welche van den leitenden Fingern 68 und 69 abfließen. Dies kann aus den Fig. 12 und 13 gesehen werden.

Ein erster Strom i wird von der Spannung E BinLit erzeugt • und fliesst durch den Kondensator C₁, welcher die Kapazität zwischen dem Erregerteil 69 und den Aufnahmeplattsn darstellt. Ein zweiter von der Spannung E coslut erzeugter Strom i„, der um 9D gegen den Strom i. verschoben ist,

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flissBt durch dan Kondenaator C₂, welcher die Kapazität zwischen dem Erragartail 68 und dsn Aufnahmsplattsn 51 daratallt. Die Ströme i,. und i„ wardBn ϊϊοβγ die Kondensatoren C. bzw. C„ zur Summiervorrichtung 70 abgeleitet. Der Ausgang dBr Summiervorrichtung 7Ü, nämlich der Strom i_n, fliesst durch den Ohmschan Widerstand R-p und ist hinsichtlich aainsr Grössa die l/BktorsummB dar um 90 zueinander verschobenen StrömB I₁ und i₂. Aufgrund des Ohmschen Widerstandes R^ ist e in PhasB mit i .

Die Uektoraddition dar Ströme I₁ und i_? ist in Fig. 13 dargestellt. Wie gesehen werden kann, besitzt der Ausgangsstrom i in Bezug auf i. einen Phasenwinkel IJ, der eine Funktion dar absoluten Grossen von i. und i„ ist. Die LJerte der Ströme i. und i„ verändern sich natürlich direkt mit dsn Grossen dar Kapazitäten C. bzuj. C₂- Somit kann gesehen uierden, dass dBr relative Phasenuinkal des Ausgangsstromes i (und folglich Spannung e ) sich als eine direkte Funktion der Beziehung zwischen den Grossen von C. und C₂ verändert. Die Kapazitäten von C. und C₂ verändern sich natürlich als eine Funktion der Flächen der Platten, welche diBSB Kondensatoren bilden und somit ermöglichen dia DichtaverändBrungsn dsr Finger 68 und 69 die Erzeugung eines Ausgangssignales, das sich gemäss dar UinkBlverachiebung in ββΙπβγ betreffenden PhaBB

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verändert.

Figur 1<t nun ist eine schematische Darstellung des in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung varuiendeten Aufnahmesystams. Dia Llechselstromquelle 75 erzeugt ein Ausgangssignal mit einer ersten Frequenz f. , mit der der Phasenschieber 76 gespeist uird. Der Phasenschieber 76 besitzt Ausgänge, die εαωοηΐ in Phase mit dem gespeisten Eingang sind als auch um 90 , 180 und 270 dazu verschoben sind. Jeder der Ausgänge des Phasenschiebers 76 idird einem betreffenden Anregungsstreifen des Anregungsbandes 77 zugeführt.

Das ,5 Anregungsband 80 uird ähnlicheriiieiss mit den phasenverschobenen Ausgangssignalen vom Phasenschieber 82 erregt, der seinerseits ein lijechselstromsignal von der üjechselstromquelle 85 mit einer zweiten Frequenz f_? erhält. Eine dritte üiechselstromquelle 92, deren Ausgang die Frequenz f-, hat, ist so angeschlossen, um die gesamten Streifen des ■*- Anregungsbandes 77 in der gleichen Phase zu erregen. In einer praktischen Ausführungsform der l/orrichtung der Erfindung sind Frequenzen von 3,25 kHz, 6,25 kHz, und 12,5 kHz für f₁, f₂ und f₃ verwendet worden.

Lüie bereits erklärt, uierden die Erregerströme auf den X.

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und \5 AnregungsbMndern 77 bzuj. 80 van kapazitiven Aufnehmerpljatten 51 des Aufnahmebandes 50 abgenommen, wobei diese Ströme eine Phasenbeziahung zu den Ausgängen der lilechselstromquellen 75 bzw. 85 besitzen, uas für die dazugehörigen, relativen Aufnahmeverschiebungsuinkel bezeichnend ist.

Die Ausgänge dsr Aufnahmeplatten 51 werden der Summiervorrichtung 90 und von dort dem Frequenzfilter 91 zugeführt. Der Filter 91 gebraucht selektiv abgestimmte Stromkreise, um die Frequenzen f. und f_? in getrennte Ausgänge aufzuteilen, die dem phasenabhängigen Detektor 93 bzw. dem phaBenBinpfindlichen Detektor 9U zugeführt werden. Die phasenempfindlichen Detektoren 93 und 9Ί empfangen von den üJechselstromquellen B5 bzw. 75 Bezugssignale. Diese phasenabhängigen Detektoren können aus herkömmlichen Phasenvargleicher-Stromkreisen bestehen, die Ausgänge mit einer Grosse entsprechend der Phasenbeziehung zwischen einem Bezugs- und einem Eingangssignal erzeugen. Somit besitzt der phasenabhängige Detektor 93 einen Ausgang gemäss einem LJinkel ■ , der die Fahrzeuglage um eins erste Achse darstellt, während der phasenabhängige Detektor 94 einen Ausgang gemäss eines Winkels hat, der die Fahrzeuglage um eine zweite Achse repräsentiert.

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Die Fahrzeuglage um eine dritte Achse, ebenfalls van einem Dinkel ' dargestellt, uird mittels eines Schaltungsaufbaues erzeugt, bestehend aus Phasenschiebern 10D, Surnmiervorrichtungen 101, Filter 1Ü2 und dem phasenabhängigen Detektor 103. Der Ausgang der Ulechselstrornquelle 92 mit einer dritten Frequenz f, wird den gesamten An-

* »- zu

regungsstreifen des -■- Anregungsbandes 77 in Phase geführt.

Jede der Aufnehmerplatten 51 des Aufnehmerrings 50 tüird einer getrennten Phasenschiebereinheit 99 der Phasenschieber 100 zugeleitet. Jede der Phasenschiebereinheit¹« 99 erzeugt ein Signal, das successive um i*5^D phasenverschoben ist. Somit ist jede der Aufnehmerplatten 51 uiirksam "phasen-" kodifiziert.

Die Summiervorrichtungen 101 werden von den Ausgängen der Phasenschieber 100 gespeist. Die Phasenbeziehung zujischen den von der Summiervorrichtung 101 aufgenommenen Signalen und dem Ausgang der Uechselstromquelle 92 ujird somit bezeichnend sein für die Winkelverschiebung des </- Anregungsbandes 77 gegen den Aufnehmerring 50 von einem gegebenen Bezugspunkt, der von der "0" Gradaufnehmarplatte ^festgesetzt wird. Der Filter 102 lässt wahlweise die Frequenz f,_f die das erwünschte phasenverschobene Signal darstellt, passieren und dieser Ausgang gelangt zum phasenabhängigen Detektor 103. Dieser phasenabhängige Detektor

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arbeitet ähnlich dBn phassnabhängigen Detektoren 93 und 94, um die Phasen der Ausgänge der LJechselstromquallB 92 und des Filters 1D2 zu vergleichen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das eine für diese PhasenvBrwandtschaft bezeichnende Amplitude hat. Auf diese LleisB werden drei Signale erzeugt, die bezeichnend für winklige UerschiBbungen um drei zueinander senkrechte Achsen sind.

In Fig. 15 wird eine schamatischa Zeichnung des Schaltungsaufbaus dargestellt, der den Strom von der Trägerkugel zum kugelförmigen Plattformteil leitet. Für den richtigen Betrieb dBr Plattformausrüstung ist es wesentlich, dass die Polarität des gespeisten Gleichstroms für alle Plattformorientierungen gleichmässig aufrecht erhalten wird. Sollte die Plattform z. B. um 180° zu ihrer anfänglichen Orientierung in Bezug auf das Gehäuse kippen, wird eine Flipp-Flopp-Schaltung für die Stromverbindungen notwendig werden. Dies wird mittels einer Diodenmatrix bestehend aus Dioden 110 bis 117 ermöglicht.

Der Gleichstrom kommt von dBr Stromquelle 120, wobßi die positive Klemme der Quelle 120 mit einer Halbkugel des Gehäuses 12 und die negative Klemme der Stromquelle 12D mit der anderen Halbkugel verbunden iBt. Wie bereits bemerkt, Bind die Kugelhälften des Gehäusaa 12 mittels Iso-

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lierringe 15 gegeneinander isoliert. An jeder der Bürsten 30 hängt ein Paar Dioden, wobei eine dieser Dioden so angeschlossen ist, um einen positiven Stromfluss zur Klemme 130 zu schaffen, wogegen die andere dieser Dioden bo angeschlossen ist, um die Klemme 131 mit einem negativen Strom zu versorgen. Qie Klemmen 13D und 131 9ind mit der Plattformausrüstung 135 verbunden und wie bereits erwähnt, empfangen diese nicht nur Gleichstrom, sondern auch verschiedene darauf modulierte LJechselstromsignale. Somit wird ohne Rücksicht auf die Orientierung irgendeiner der Bürsten 30 eine derartige Bürste nur die Erzeugung des erwünschten Potentials zwischen den Klemmen 13D und 131 veranlassen.

Die in Uerbindung mii, den Bürsten 30 zusammenarbeitende Diodenmatrix uird auch dazu verwendet, um ein ungefähres Orientierungssignal für das Umschalten von irgendeinem der Bänder 41 oder k2 auf das Band 43 zu bewirken, im Falle, dass irgendeines dieser ersten zwei Bänder mit dem Aufnahmeband coplanar verlaufen wird. üJsnn sich dies ereignet, werden einige der Bürsten 30 in Bezug auf das kugelförmige Gehäuse 12 orientiert, was besonders Bürstenpolaritäten zur Folge hat, die zur. Betätigung passender Umschaltrelais (nicht dargestellt) verwendet werden können,

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Der Gegenstand dieser Erfindung bildet somit eine verbesserte, schuimmende Inertialplattform mit großer Zuverlässigkeit und Genauigkeit. Dies uird erreicht durch eine Kombination verbesserter Kugelzentrierung, souie verbesserter Strom- und Nachrichtensignalzuführungen in Verbindung mit einem äusserst genauen kapazitiven Lagen-Aufnahmesystem.

Obwohl die Vorrichtung dieser Erfindung im einzelnen beschrieben und dargestellt worden ist soll ausdrücklich erwähnt werden, dass dies lediglich für Anschauungszuecke diente, ohne den Rahmen der Erfindung dadurch einzuschränken.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

1. Schwimmende Inertialplattform bestehend aus einem kugelförmigen Platt/ormteil, einem kugelförmigen Gehäuseteil, welches das aus zusei Hälften bestehende^ Platt formteil umgibt, die zusammengefügt und elektrisch gegeneinander isoliert sind und einem zwischen dem Gehäuse und den Plattformteilen gebildetes FlüssigkeitB-lager zur Unterstützung des Plattformteils innerhalb des· Gehäuseteils,

dadurch gekennzeichnet, dass das Plattformteil eine Anzahl von LJälzradteilen mit zwei DrehungEfreiheitsgraden besitzt, die an seinen äusseren Oberflächen zur Zentrierung des Plattformteils innerhalb des Gehäuseteils befestigt sind,

dass das Plattformteil ferner eine Anzahl elastischer, elektrischer Bürsten über seine äusseren Oberflächen verteilt hat zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Platt formteil und dem Gehäuseteil und

zur Erzeugung van Steuersignalen auf dieser Plattform eine

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PlattFormausrüstung gelagert ist,

sowie Mittal, um diBses Plattformteil inertiall stabilisiert zu halten und

Aufnahmevorrichtungen zur Erzeugung einBS Ausgangssignals, das für die Orientierung des Plattfarmteils in
Bezug auf dieses Gehäuseteil bezeichnend ist.

2. Schwimmende Inertialplattfarm nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gleichstromquelle für die PlattfDrmausrüstung, deren positive Klemme mit einer der Halbkugeln, des Gehäuseteils und die negative Klemme der Stromquelle mit der anderen der Halbkugeln des Gehäuses verbunden, sind.

3, Schwimmende Inertialplattform nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Diodenmatrix
zur Stromversorgung dieser Bürsten dar Plattformausrüstung in dBr gleichen Polarität für alle relativen Orientierungen zwischen der . Plattfarm und den Gehäusateilen.

^. Schwimmende Inertialplattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmemittel auB einem längs dBr Innenwandung das GBhäusa-

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teils befestigten ringförmigen kapazitiven Aufnehmerring bestehen, und eine Anzahl van ringförmigen Anregungsbändern an den äusseren Oberflächen des Plattfarmteils angebracht sind, worin der AufnehmBrring aus einer Anzahl van Aufnehmerplatten besteht, die Anregungsbänder aus zlh. leitenden Teilen bestehen, die entgegengesetzt zueinander orientiert sind und das erste leitende Teil Bine wirksame kapazitive Fläche besitzt, die sich van einem ihrer Enden aus im wesentlichen als eine Sinusfunktian verändert, wobei das zweite leitende Teil eine wirksame kapazitive Fläche vom einen Ende her besitzt, die jenem Ende des ersten leitenden Teils entspricht und sich im wesentlichen als eine Kasinusfunktian verändert und ferner durch Mittel zur Erregung dieser leitenden Teile mit üJechBelstromsignalen, die um 90 gegeneinander verschoben sind.

5. Schwimmende Inertialplattform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der leitenden Teile aus einem länglichen leitenden Streifen sowie einer Anzahl dazu quer verlaufender leitender Finger, die von diesem Streifen ausgehen, besteht, und worin sich die Dichte dieser Finger im wesentlichen sinusartig längs diesen Streifen verändert.

6. Schwimmende Inertialplattform nach Anspruch k_t ge-

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kennzeichnet durch Mittel zur Erregung eines jeden der Anregungsbänder mit einer verschiedenen Frequenz, an den Auf nehmerring angeschlossene Mittel zur Ausfilterung einer jeden dieser Frequenzen, sowie getrennten phasenabhängigan Detektorvarrichtungen, die auf jede dieser Frequenzen ansprechen, um .einen Ausgang gemäss der betreffenden Position zwischen einem der Anregungsbänder und dem Aufnehmerring zu erzeugen«

7. Schwimmende Inertialplattform bestehend aus einem kugelförmigen Platt formteil, das innerhalb dines kugelförmigen Gehäuses schwimmt, einer kapazitiv/en Aufnehmervorrichtung zur Bestimmung der relativen Orientierung zwischen dem Flattformteil und dem Gehäuseteil,

gekennzeichnet durch einen an der Aussenuiand des Plattformteils befestigten Aufnehmerstreifen, der ein Paar elektrisch gegeneinander orientierter leitender Streifen besitzt, von denen" jedar eine Anzahl davon abstehender" Finger besitzt, wobei die Finger des einen Streifens in die Finger des anderen eingreifen und die Dichte der von einem der Streifen ausgehenden Finger im wesentlichen sinusartig vom einen Ende des Streifens zu dessen anderem Ende zunimmt, und die Dichte der vom anderen Streifen verlaufenden Finger im wesentlichen

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sinusartig vom anderen Ende des Streifenteils zu diesem Ende zunimmt,

dass kapazitive Aufnehmerplatten vorgesehen sind, die an der Innenwandung des Gehäuses befestigt Bind,

sowie Mittel zur Erregung einer dieser Streifen des Bandteils mit einer sinusartigen Spannung und.

Mittel zur Erregung des anderen Streifens des Bandes mit einer zweiten sinusartigen Spannung mit der gleichen Frequenz wie der ersten Erregerspannung, die jedoch dazu phasenverschoben ist und

phasenempfindliche Detektormittel zum vergleich des Ausgangs der Aufnahmeplatten mit dem Ausgang der ersten Span· nungsquelle sowie zur Erzeugung eines Lagensignals gemäss dem dazwischen liegende.n Phasenunterschied.

8. Schwimmende Inertialplattform nach Anspruch 7, und weiterhin einschliesslich eines zweiten Anregungsstreif.enteilE ännlicn diesem ersten Streifenteil, das an der Aussenwandung des Flattformteils befestigt ist und im wesentlichen senkrecht zum ersten Streifenteil steht, gekennzeicnnet durch Mittel zur

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Anregung des zweiten StreifBntails mit einer dritten ainuaMhnlichen Spannung, dsrBn Frequenz unterschiedlich zu dar der Erregerspannung dBB Braten StreifBnteila ist sauiie phasenabhängiga Detektorvorrichtungen, die so angeschlossen sind, dass siB auf den Empfang des Ausgangs dieser Aufnahmeplatten und die dritte sinusartigB Spannung ansprechen zur Erzeugung βϊπββ Ausgangssignala gemäss der relativBn Orientierung ziuiachen den Aufnahmeplatten und dem zweiten Anragungsstreifsnteil.

9. Schwimmenda Inertialplattform nach Anspruch 7, dadurch gBkennzBichnst, dass dis erst β und die zweite sinusähnliche Spannung um 9Ü gagsnsinander verschobsn sind.

10. SchuimmandB Inertialplattform nach Anspnjch 7, worin die kapazitiven Aufnahmsplattsn aus einer Anzahl von Aufnahmepiattan bestehen, gekennzeichnet durch Mittel zur Anregung dBr Streifen dieser BandteilB mit einsr dritten sinusartigen Spannung, dsrBn Frequenz von der der ersten und zweiten Spannungen getrennt ist, sowiB PhäsanschiBbsrvorrichtungen zur Phasenverschiebung der Ausgänge βϊπβγ jeden der Aufnahmeplatten um einen VBrschiedensn vorherbestimmten Betrag sowie auf dBn Ausgang diessr Phasenschiebervorrichtungen und diß

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dritte sinusartige Spannung ansprechende Phasenschiebervorrichtungen zur Erzeugung eines Lagensignals gemäss dar dazwischen herrschenden Phasenbeziehung.

11. Schwimmende Inertialplattform nach Anspruch 7_f dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung ringförmig und in einer Ebene orientiert ist, die in winkliger Beziehung zu der des Anregungsstreifenteils steht.

12. Schwimmende Inertialplattform nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die AufnahmevDrrichtungen eine Anzahl getrennter Aufnahmeplattenteile umfasst, die längs eines Ringes angeordnet sind, der einen Grosskreis längs des Gehäuses bildet.

13. Schwimmende Inertialplattform nach Anspruch 7, einschliesslich eines zweiten Anregungsstreifenteils ähnlich dem ersten Streifenteil, das an der Aussenuiandung des Plattformteils befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Streifenteil im wesentlichen senkrecht zum ersten Streifentail orientiert ist, und das zweite Streifenteil"anstelle des ersten Streifenteils erregt wird, wenn die kapazitive Aufnehmerplättenvorrichtung und die erste Streifenvorrichtung im

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wesentlichen kaplanar sind.

14. Schwimmende Inertialplattform zur Bestimmung der relativen Orientierung zwischen den ersten und zweiten Teilen, gekennzeichnet durch

ein am ersten Teil befestigtes Anregungsband, das ein Faar elektrisch leitender Streifen enthält, deren jeder eine Anzahl elektrisch leitender Finger damit verbinden hat, worin diese Finger des einen Streifens entgegengesetzt zu den Fingern des anderen Streifens längs des Bandes angeordnet sind, und die Dichte der mit dem . einen Streifen verbundenen Finger im wesentlichen sinusförmig vom einen Cnde des Bandes zum anderen zunimmt, und die Dichte der mit dem anderen Streifen verbundenen Finger im wesentlichen sinusförmig vom anderen Ende des Bandes zu diesem Ende zunimmt,

dass eine kapazitive Aufnahmevorrichtung an diesem zweiten Teil befestigt ist, wobei si-h diese Aufnahmevorrichtung gegenüber dem Band befindet und

Mittel zur Anregung eines jeden dieser Streifen mit einer getrennten sinusartigen Spannung, wobei diese sinusartigen Spannungen die gleiche Frequenz haben, jedoch gegeneinander

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phasenverschoben sind und

phasenabhängige Detektorvorrichtungen vorgesehen sind, die so angeschlossen sind, um den Ausgang der Aufnahmevorrichtung sowie einen der sinusartigen Bpannungsausgänge dieser Anregungsvorrichtungen zur Erzeugung eines Signals gemäss der dazwischen herrschenden Phasenbeziehung aufzunehmen, wobei das Signal für die relative Orientierung zwischen den Teilen bezeichnend ist.

15. Schwimmende Inertialplattform nach Anspruch 14, worin das erste Teil kugelförmig ist und das zweite Teil aus einem kugelförmigen Gehäuse besteht, in dem das erste Teil befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitive Aufnahmevorrichtung die Form eines Ringes hat, der einen GrosBkreie längs der Innenwandung des Gehäuses bildet, und das Anreguncsband ein an der fiussenwandung des ersten Teiles befestigtes krummliniges Band bildet.

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