DE1809017A1 - Schwingdraht-Winkelmessgeraet >>Schwingdraht-Gyroskop<< - Google Patents

Description

" Schwingdraht - Gyroskop "

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gyroskop und spezieller
die Verbesserung eines Gyroskops vom Yibrationstyp.

Die bisher gebauten Einrichtungen enthalten ein Stativ,auf welchem ein Draht straff eingespannt ist. Der Draht ist ferner in der Nähe der Mitte durch eine flexible oder drehbare Anordnung gehalten, so daß er in zwei dynamisch gekoppelte Abschnitte geteilt wird. Durch magnetische Kräfte wird ein Teilabschnitt des Drahtes in einer Ebene in Schwingung versetzt. Diese Schwingung passiert die Mitte1-stütze, so daß der zweite Teilabschnitt des Drahtes auch schwingt. Ordnet man den zweiten Teil in einem magnetischen Feld an, so erzeugt seine Bewegung oder Schwingung in dem zweiten Abschnitt einen Stromfluß, welcher zum Nachweis der Ausrichtung des Drahtes
gemessen werden kann. Der schwingende Draht zeigt die Tendenz, die Schwingung in einer einzigen Trägheits-Sbene fortzusetzen.

Dieses grundlegende Phänomen ist die Folge der gleichen Trägheitskraft, welche ein sich drehendes Rad zu stabilisieren sucht. ·

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Wenn das Stativ um eine Achse gedreht wird, welche üblicherweise dem Draht parallel entlang verläuft, so will der schwingende Draht der Drehbewegung widerstehen und der relative L*gewechsel des Drahtes kann überwacht und die Verdrehung (rotanional rate) gemessen werden.

Ein unerwünschter Nebeneffekt der vorerwähnten Einrichtung erscheint durch die Schwingeigenschaften des Drahtes. Trotz der Tatsache, daß die antreibenden, magnetischen Kräfte die Schwingung des Drahtes in einer vorbestimmten Ebene anregen, wird sich eine querlaufende Schwingung senkrecht, zu der gewünschten Schwin- ^ gung entwickeln, so daß die resultierende Schwingung des Drahtes in der Ni^tur elliptisch verläuft, wodurch die Genauigkeit der Vorrichtung beeinträchtigt wird. Die vorliegende Erfindung beabsichtigt eine Verbesserung der Ausgestaltung zur Unterdrückung dieser unerwünschten Querschwingungen.

Das erfindungsgemäße Meßgerät ist gekennzeichnet durch die Kombination eines Unterbaues mit einer Drehachse, eines elektrisch leitenden Drahtes, der an beiden Enden durch den Unterbau entlang der Drehachse gespannt gehalten und auch im Mittelpunkt durch ein flaches Metallband derart flexibel gehalten wird, daß der Draht in zwei dynamisch gekoppelte Abschnitte unterteilt wird, die eine vorbestimmte Schwingungs-Ebene aufweisen, einer Anord- * nung zur Erzeugung von Schwingungen in der .vorbestimmten Ebene in dem ersten Abschnitt, einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes in dem zweiten Abschnitt, derart ausgerichtet,daß der bei stationärem Gerät in der vorbestimmten Ebene ..schwingende Draht keine Kraftlinien kreuzt, sowie einer mit dem zweiten Drahtabschnitt verbundenen Ausgangsschaltung zur Messung des hierin fließenden Stromes.

Kurz gesagt ist also anstelle eines flexiblen Drahtes wie in der oben erwähnten Anwendung nun ein flaches Metallband im Mit-

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telpunkt des schwingenden Drahtes positioniert, wodurch ohne Beeinflussung der natürlichen Schwingungen in der Anregungsebene der Draht transversal verstimmt wird· Ss zeigte eich,daß ein sorgfältig positioniertes, flaches Band die durch magnetische Kräfte in der Vorzugsebene verursachten Schwingungen nicht ernsthaft behindert, wohl aber die unerwünschten transversalen Schwingungen. Zusätzlich hat ein Band einen geringeren elektrischen Widerstand und ist in der Fertigung leichter anzuordnen·

Bine erfindungsgemäße Anordnung möge nun als Beispiel im Zusammenhang mit der Zeichnung beschrieben werden, welche eine bild« liehe Darstellung des beschriebenen Gerätes zeigt.

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In der Zeichnung ist ein Unterbau 10 zu erkennen, über welchen ein straffer Draht 12 gespannt ist. Der Draht 12 ist an zwei Metallblöckchen 14 und 16 befestigt, welche an den Unterbau 10 montiert sind. Zwei kleine Beilagscheiben 18 und 20 dienen zur Isolierung der Blöckchen 14 und 16 vom Unterbau 10. Der Hraht 12 wird ferner durch ein flaches Metallband 22 gehalten, welches durch zwei Blöckchen 24 und 26 getragen werden» Die Blöckchen 24 und 26 hängen an dem Unterbau 10. Das Band 22 ist in der Horizontalebene sehr drehsteif und dient dazu, die Schwingungen des Drahtes 12 in der Bbene, in welcher das Band 22 liegt, zu begrenzen. Jedenfalls wird das Band 22 sich um die Verbindungsachse der Blöekchen 24 und 26 drehen, wodurch für vertikale Schwingungen des Drahtes 12 eine drehbare oder flexible Halterung erreicht ist. Somit kann sich ein Knotenpunkt in der Mitte des Drahtes 12 ausbilden und jede Schwingung in dem einen Teilabschnitt des Drahtes wird identische, aber gegenipü&sige Wellen in dem anderen Teilabschnitt erzeugen. Eine senkrechte Wellenbewegung im Draht 12 kann sozusagen über die flexible Knotenbefestigung am Band 22 hinweg.

Der Draht 12 wird durch einen Signalgenerator 42 und ein Magnetpaar 32 und 34 bewegt, welches auf beiden Seiten des Drahtes 12 durch einen Montagebügel 30 befestigt ist. Die Kraftlinien der Magnete 32 und 34 verlaufen im wesentlichen senkrecht zum Draht 12. In gleicher Weise erzeugt ein auf dem Bügel 36 angeordnetes Magnetpaar 38 und 40 ein magnetisches Feld, dessen Kraftlinien senkrecht zum zweiten Teilabschnitt des Drahtes und zugleich rechtwinklig in Bezug auf Kraftlinien der Magnete 32 und 34 verlaufen. Der Signalgenerator 42 verursacht das Fließen eines Wechselstromes im ersten Abschnitt des Drahtes 12 zwischen den Magneten 32 und 34. Durch zwei Leitungen 44 und 46, welche über das Band 22 und das Blöekchen 14 mit dem Draht 12 verbunden sind, sind geeignete elektrische Verbindungen hergestellt« D®r Signalgenerator 42 erzeugt einen antreibenden Wechselstrom auf ungefähr, der gleichen Frequenz, wie sie der natürlichen ßesonanzfre-

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quenz des Drahtes entspricht. Der Stromfluß in dem Draht durch das horizontale, zum Draht senkrechte Magnetfeld der Magnete 32 und 34 veranlaßt den ersten Teilabschnitt des Drahtes 12, in einer senkrechten Ebene zu schwingen. Diese Schwingungen werden über das flexible Band 22 hinweg in den zweiten Teilabschnitt des Drahtes 12 übertragen, so daß dieser ebenso in einer senkrechten Ebene schwingt. Weil das magnetische Feld der Magnete 38 und 40 senkrecht orientiert ist, durchqueren die Schwingungen des Drahtes 12 jedoch keine Kraftlinien. Folglich wird in diesem zweiten Teilabschnitt des Drahtes 12, wie der Fachwelt bekannt sein dürfte, kein Strom erzeugt. Über die Leitungen 52 und 54- ist dieser Teilabschnitt des Drahtes 12 in entsprechender Weise mit einem Verstärker 50 verbunden.

Wenn man den Unterbau 10 um eine dem Draht 12 entlang verlaufende Achee dreht, so werden auch der Bügel 36 und die Magnete 38 und 40 mit dem Unterbau 10 gedreht. Der Draht 12 wird jedoch entsprechend seinen Trägheitseigenschaften versuchen, die Schwingung in der gleichen senkrechten Ebene , wie zuvor, fortzusetzen. Folglich beginnt der Draht 12 nun, die magnetischen Kraftlinien der Magnete 38 und 40 zu schneiden und ein entsprechendes Schwingungssignal erscheint am Verstärker 50, dessen Ausgangsgröße der Inklination der Schwingungsebene, bezogen auf die Kraftlinien der Magnete 38 und 40, proportional ist. Die dem Verstärker 50 angebotene Phase des Signals stellt die Richtung der Drehung dar. Eine genauere Untersuchung der Wirkungsweise in diesem Punkt kann dem oben erwähnten Anwendungsgebiet entnommen werden.

In Vorrichtungen bisher gebauter Art ist im Mittelpunkt des Drahtes 12 ein kreuzender Draht angeordnet. Bei einer derartigen Anordnung schwingt der Draht 12 nicht nur in der Anregungsebene,· sondern auch in verschiedenen anderen, quer verlaufenden Arten, so daß das dem Verstärker 50 angebotene Ausgangssignal nicht das

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beste Störverhältnis zeigt. In der erfindungsgemäßen Ausführung kann sich das flache Metallband aber nur für die senkrechten Schwingungen biegen, so daß die einzige Schwingung, welche im Draht 12 ungedämpft sein kann, diejenige ist, welche durch den Signalgenerator 42 angeregt wird.

Patentansprüche /

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Claims (3)

Patentansprüche :

1) Schwingdraht-Gyroskop, gekennzeichnet durch die Kombination

eines Unterbaues mit einer Drehachse, eines elektrisch leitenden Drahtes, der an beiden Enden durch den Unterbau entlang der Drehachse gespannt gehalten und auch im Mittelpunkt durch ein flaches Metallband derart flexibel gehalten wird, daß der Draht in zwei dynamisch gekoppelte Abschnitte unterteilt wird, die eine bevorzugte Schwingebene aufweisen,

einer Anordnung zur Erzeugung von Schwingungen in der vorbestimmten Ebene in dem ersten Abschnitt, einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes in dem zweiten Abschnitt, derart ausgerichtet, daß der bei stationärem Gerät in der bevorzugten Ebene schwingende Draht keine Kraftlinien kreuzt, sowie einer mit dem zweiten Drahtabschnitt verbundenen Ausgangsschaltung zur Messung des hierin fließenden Stromes.

2) Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Erzeugung der Schwingungen ein magnetisches Feld quer zu dem ersten Abschnitt und senkrecht zu der vorbestimmten Schwingungsebene vorsieht und dieser erste Abschnitt des Drahtes von einem Wechselstrom durchflossen wird.

3) Schwingdraht-Gyroskop, gekennzeichnet durch die Kombination

eines Unterbaues mit einer Drehachse, elektrisch leitender Drahthalterungen an beiden Enden des Unterbaues zur Aufspannung des Drahtes

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entlang dieser Drehachse und auch einer flexiblen Halterung im Mittelpunkt durcii ein flaches Metallband derart, daß der Draht in zwei dynamisch gekoppelte Abschnitte mit einer bevorzugten Schwingebene eingeteilt wird,

erster, am Unterbau angebrachter Mittel zur Erzeugung eines ersten magnetischen Feldes, dessen Kraftlinien im wesentlichen senkrecht zu einem ersten Abschnitt und parallel zu der Vorzugs-Schwingebene verlaufen,

zweiter, am Unterbau angebrachter Mittel zur Erzeugung eines zweiten magnetischen Feldes, dessen Kraftlinien im wesentlichen senkrecht zu einem zweiten Abschnitt und rechtwinklig zu den Kraftlinien des ersten magnetischen Feldes verlaufen, einer Quelle zur Erzeugung eines Wechselstromes in dem ersten Abschnitt und

einer mit dem zweiten Abschnitt verbundenen Ausgangsschaltung zur Anzeige des Stromes hierin, dessen Grösse die Drehung (rotational rate) des Unterbaues um die Drehachse und dessen Phase die !Richtung derselben angibt.

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