DE977723C - Vorrichtung zur Messung von Winkelgeschwindigkeiten - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 19. SEPTEMBEE 1968

B 73561 IXb/42 ο

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Winkelgeschwindigkeiten, die es beispielsweise ermöglicht, die Drehgeschwindigkeit eines sich um eine oder mehrere seiner Hauptachsen drehenden Körpers zu messen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die unempfindlich gegenüber linearen Beschleunigungen ist und bei der darüber hinaus möglichst wenig bewegliche Teile verwendet sind.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei frei im Raum bewegliche, von je einer Düse ausgehende, getrennte und mit parallelen Achsen in entgegengesetzter Richtung verlaufende Fluidumsströme erzeugt werden, wobei die parallelen Achsen einen Winkel mit der Drehachse bilden, daß Kanäle vorgesehen sind, von denen zwei im wesentlichen Seite an Seite nebeneinanderliegend angeordnet sind und das Fluidum von einem ersten der Fluidumsströme in einem Verhältnis aufnehmen, das sich differentiell ändert, wenn der erste Strom von seiner normalen Bahn abgelenkt wird, während zwei andere der Kanäle ebenfalls im wesentlichen Seite an Seite nebeneinanderliegend angeordnet sind, und das Fluidum von einem zweiten der Ströme in einem Verhältnis aufnehmen, das sich differentiell ändert, wenn der zweite Strom von seiner normalen Bahn abgelenkt wird, und daß die Kanäle so miteinander verbunden sind, daß sie von linearer Beschleunigung im wesentlichen unbeeinflußte Fluidumssignale abgeben.

Bei einer derartigen Vorrichtung kompensieren sich durch die Verbindung der Kanäle die Aus-

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Wirkungen linearer Beschleunigungen, so daß die abgegebenen Meßsignale von den linearen Beschleunigungen unbeeinflußt sind. Von besonderem Vorteil bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist außerdem der Fortfall jeglicher beweglicher Teile, So daß Verschleißerscheinungen und Ausfälle mechanischer Teile nicht auftreten können. Mit Hilfe von Weiterbildungen der Erfindung ist die Messung der Winkelgeschwindigkeit um mehrere Achsen möglich.

ίο An Hand der Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Fig. ι ist eine schematische Darstellung des Grundprinzips der Kompensation der linearen Beschleunigung, die erfindungsgemäß angewandt wird; Fig. 2 ist eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Feststellung der Winkelgeschwindigkeit;

Fig. 3 ist eine Seitenansicht der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform;

Fig. 4 ist eine Vorderansicht der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform mit einer Abänderung, durch die Regelsignale eingeführt werden können und die eine innere Verstärkung der Signale bewirkt;

Fig. 5 zeigt perspektivisch und auseinandergezogen eine Darstellung der aus den Teilen der Fig. 2 und 4 bestehenden Vorrichtung, und Fig. 6 ist eine perspektivische Darstellung der

Vorrichtung zur Messung der Rotation um die drei senkrecht zueinander stehenden Rotationsachsen.

Es wird nun besonders auf Fig. 1 der Zeichnungen Bezug genommen, in der eine Vorrichtung zur Messung der Winkelgeschwindigkeit eines Körpers dargestellt ist, in der die Wirkung der linearen Beschleunigung eliminiert ist. Die Vorrichtung besteht aus einer Fluidumsdüse 1, die einen ersten Strahl eines Fluidums in eine Auffangeinrichtung liefert, die allgemein mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet ist. Auf der Achse der Düse 1 und nach rechts versetzt dazu liegt der Scheitel 3 eines Teilers 4 der Auffangeinrichtung 2. Der Teiler 4 liegt symmetrisch zur Achse der Düse 1 und in Konjunktion mit einer Seitenwand 5, so· daß ein Kanal A gebildet wird, und in Konjunktion mit einer Seitenwand 6, durch die ein zweiter Kanal C gebildet wird. Eine zweite Düse 7, die axial und gegenüber der Düse 1 liegt, dient zur Erzeugung eines Fluidumsstrahles, der auf einen zweiten Scheitel 8 eines Teilers 4 gerichtet ist. Der Scheitel 8 liegt auf der Achse der Düse 7, und der Teiler 4 bildet zusammen mit den Seitenwänden 9 und 11 Kanäle B und D.

Wenn angenommen wird, daß die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung in der Ebene des Blattes um irgendeine Achse rotiert, z. B. um die Achse 12, dann ist der von dem Scheitel 3 des Teilers 4 zurückgelegte Bogenweg relativ zur Austrittsöffnung der Düse 1 während der Laufzeit des Fluidums von der Düse 1 zum Scheitel 3 durch die Gleichung

η ^ωί"²

bestimmt, in der Θ r die Bogenlänge ist, d. h. die Verschiebung des Scheitels 3 aus der Mittellinie des Strahles während der Übergangsbewegung des Strahles, ω ist die Rotationsgeschwindigkeit um die Achse 13, r ist die Entfernung der Düse 1 von dem Scheitel des Teilers 3, und V ist die Relativgeschwindigkeit des Fluidumsstrahles, der aus der Düse ι austritt. Hält man die Geschwindigkeit des Strahles konstant, geht die Gleichung (1) über in

(2)

Daraus ist zu erkennen, daß die Lagerung des Fluidumsstrahles, der aus der Düse .1 austritt, relativ zum Scheitel 3 während der Übergangszeit des Strahles von der Düse bis zum Scheitel direkt proportional der Winkelgeschwindigkeit der Vorrichtung ist und daß durch Messung der Bogenlänge die Winkelgeschwindigkeit gemessen werden kann. Die Bogenlänge kann durch Bestimmung der Differenzen an der Fluidumsströmung zu den Kanälen A und C gemessen werden. Der Fluidumsstrom kann durch verschiedene bekannte Verfahren gemessen werden, beispielsweise durch Heißdraht-Anemometer, Manometer und andere mechanische, elektrische oder pneumatische Einrichtungen.

Im Betrieb und angenommen, die Vorrichtung rotiert zunächst nicht um die Achse 12, strömt der Strahl aus der Düse 1 auf der Mittellinie der Düse und wird durch den Scheitel 3 des Teilers 4 gleichmäßig aufgeteilt, so daß gleiche Mengen des strömenden Fluidums durch die Kanäle A und C fließen. Unter diesen Umständen erhält man gleiche Ausgangssignale an der Meßeinrichtung, die mit den Kanälen A und C verbunden ist und die anzeigt, daß die Vorrichtung nicht rotiert. Falls die Vorrichtung gemäß Fig. 1 um die Achse 12 rotiert, wird das Fluidum, welches aus der Düse 1 austritt, mit einer größeren Geschwindigkeit rotiert als der Scheitel 3 wegen des größeren Radius. Angenommen, die Vorrichtung rotiert in Uhrzeigerrichtung, dann tritt mehr des die Düse 1 verlassenden Fluidums in den Kanal A ein als in den Kanal C, und der Unterschied in den Strömungsgeschwindigkeiten ist ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit. Hinsichtlich des Fluidums, das aus der Düse 7 unter den obigen Bedingungen austritt, wird mehr Fluidum in den Kanal D eintreten als in den Kanal B, und die Differenz zwischen den Strömen zu den beiden Kanälen D und B ist die gleiche wie die Differenz zwischen den Strömen zu den Kanälen A und C. Daher können die von den Kanälen A und D abgeleiteten. Signale addiert werden und die Signale von den Kanälen B und C auch, wobei die letztere Größe von der ersteren subtrahiert wird. Das ist in der folgenden Gleichung dargestellt.

Br= (A+ D) - (B+ C)

(3)

Die Buchstaben des Alphabets in der Gleichung (3) bezeichnen die Signale, die von den Kanälen, welche die entsprechenden Buchstaben tragen, ab · geleitet sind.

Eine Rotation der Vorrichtung um irgendeine der anderen Hauptachsen der Vorrichtung hat einen vernachlässigbaren Effekt auf die Messungen, die durch die Vorrichtung gemäß Fig. ι erhalten 5 oder von dieser abgeleitet werden. Insbesondere besitzt eine Rotation um die Achsen durch die Düsen ι und 7 eine vernachlässigbare Wirkung auf die Lage der Strahlen relativ zu den Scheiteln der Auffangeinrichtung 2. Auch eine Rotation um eine

ίο Achse senkrecht zur Achse der Düse, die in der Papierebene liegt, besitzt einen vernachlässigbaren Effekt auf die Vorrichtung. Aus diesem Grunde mißt die Vorrichtung gemäß Fig. ι eine Rotation der Vorrichtung nur um die Achse 12 oder irgendeine andere Achse, die parallel zur Achse 12 liegt.

Es soll darauf hingewiesen werden,- daß unabhängig von der Lage der Achse 12 relativ zur Struktur der Fig. 1 die erzeugten Wirkungen genau

ao die gleichen sind. Wenn z. B. die Rotation um eine Achse 13 erfolgt, die am Austritt der Düse 1 liegt, dann ist auch die Gleichung (3) noch richtig. Angenommen, die Vorrichtung rotiert im Gegenuhrzeigersinn, dann liefert der Strahl, der aus der Düse ι austritt, mehr Fluidum dem Kanal C als dem Kanal A, da das Fluidum, welches aus der Düse austritt, keine Rotationskomponente besitzt, während der Scheitel 3 der Auffangeinrichtung 2 eine Rotation im Gegenuhrzeigersinn ausführt. Andererseits besitzt die Fluidum abgebende Düse 7 einen größeren Radius als der Scheitel der Auffangeinrichtung 2 und damit eine größere Tangentialgeschwindigkeit. Folglich tritt mehr Fluidum in den Kanal B ein als in den Kanal D. Falls die Gleichung (3) bei einer Rotation in Uhrzeigerrichtung ein positives Signal liefert, dann ist das Signal, das als Ergebnis der Rotation im Gegenuhrzeigersinn erzeugt wird, negativ, weil die Ausdrücke B und C der Gleichung (3) größer sind als die der Ausdrücke A und D derselben.

Eine Strahlablenkungsvorrichtung des in Fig. 1 dargestellten Prinzips ist normalerweise für eine lineare Beschleunigung empfindlich. Es soll einmal die linke Vorrichtung der Fig. 1 betrachtet werden.

Falls die Vorrichtung einer nach oben gerichteten linearen Beschleunigung ausgesetzt wird, ist die mittlere Geschwindigkeit der nach oben gerichteten Bewegung des Scheitels 3 größer als die nach oben gerichtete Beschleunigung des Strahles, der sich dem Scheitel nähert, da das Fluidum, nachdem es die Düse 1 verlassen hat, nicht mehr den Beschleunigungskräften ausgesetzt ist, wogegen der Scheitel 3 weiterhin der Beschleunigungskraft unterliegt. Aus diesem Grund wird bei Anwesenheit einer nach oben gerichteten Beschleunigung ein größerer Anteil des die Düse 1 verlassenden Fluidums in den Kanal C eintreten als in den Kanal A. Umgekehrt tritt bei einer Beschleunigung nach unten mehr Fluidum in den Kanal A als in den Kanal C. Deshalb ist es nicht möglich, die Signale, die auf eine lineare Beschleunigung zurückzuführen sind, von den Signalen, die durch die Winkelgeschwindigkeit entstehen, zu trennen.

Betrachtet man nun die gesamte in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung bei einer vorhandenen, nach oben gerichteten linearen Beschleunigung, dann ist die Bewegung der Auffangeinrichtung 2 relativ zu beiden freien Strahlen, die aus den Düsen 1 bzw. 7 austreten, genau die gleiche, und die Menge an Fluidum, die den Kanälen C und D zufließt, ist um dieselbe Menge vermehrt. Erfolgt eine Beschleunigung nach unten, dann wird der gleiche vermehrte Anteil an Fluidum den Kanälen A und B geliefert, wenn die Beschleunigung in beiden Fällen die gleiche ist. Wenn die Größen A und B in Gleichung (3) gleich sind und die Größen C und D gleich sind, dann wird die Gleichung gleich Null. Mit anderen Worten, die Ausdrücke der linearen Beschleunigung heben sich gegenseitig auf. Wenn sowohl Winkelgeschwindigkeit als auch lineare Beschleunigungen vorhanden sind, dann werden sich wieder die linearen Beschleunigungen aufheben, und die Winkelbeschleunigungen verbleiben.

In Fig. 2 der Zeichnungen ist eine Vorrichtung dargestellt, die eine bauliche Ausführung der schematischen Darstellung gemäß Fig. 1 darstellt. Die Vorrichtung umfaßt zwei Platten 14 und 16, in denen identische Vorrichtungen gebildet sind, die aber um i8o° zueinander verdreht sind. Jede Vorrichtung umfaßt eine ebene Platte mit entsprechenden darin geformten Kanälen, die sich durch die Platte erstrecken und jeweils eine Hälfte der in Fig. ι gezeigten Vorrichtung darstellen. Die in Fig. 2 verwendeten Bezugszeichen entsprechen den Bezugszeichen in Fig. 1, so daß die bauliche Ausgestaltung der Erfindung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, auf die schematische Darstellung der Fig. ι zum Zwecke der Erläuterung bezogen werden kann. Eine Düse 1 richtet einen Strahl eines Fluidums gegen einen Scheitel 3, der Teil der Auffangeinrichtung 2 ist. Die Auffangeinrichtung umfaßt einen erweiterten Raum, der an gegenüberliegenden Seiten des Scheitels 3 eines Teilers liegt, so daß sich Kanäle A und C ergeben. Die Platte 16 enthält eine Düse 7, die Kanäle B und D und den Scheitel des Teilers 4.

In der Praxis werden die Platten 14 und 16 unter Einfügung einer Zwischenlage übereinandergelegt, so daß sich ein Aufbau ergibt, der imstande ist, die Funktionen der Vorrichtung gemäß Fig. 1 zu erfüllen.

Es soll nun besonders auf Fig. 3 Bezug genommen werden. Eine Dichtung 17 liegt zwischen den Platten 14 und 16, und die Platten 14 und 16 sind zwischen die Platten 18 und 19 geklemmt. Alle Platten sind so zueinander angeordnet, daß eine flüssigkeitsdichte Anordnung entsteht, so daß das gesamte System abgeschlossen ist. Die Düse 1 der Platte 14 ist über eine öffnung 21 in der Platte 18 mit einem Rohr 22 verbunden, das zu einem ent- iao sprechenden Vorrat eines unter Druck stehenden Fluidums führt. In ähnlicher Weise ist die Düse 7 über eine öffnung 23 in der Platte 19 mit einem Rohr 24 in Verbindung, das zur gleichen Druckmittelquelle führt wie das Rohr 22. Auf diese i«5 Weise wird beiden Düsen 1 und 7 Fluidum unter

Druck zugeführt, so daß Strahle des Fluidums gegen die entsprechenden Scheitel 3 und 18 gerichtet werden. Die Kanäle A und C der Fig. 2 sind über entsprechende öffnungen in der Platte 18 mit den Rohren 26 und 27 verbunden, die zur Niederdruckseite einer Pumpe führen, die dem Rohr 22 Fluidum zuführt. In den Kanälen A und C oder in den Rohren 26 und 2,J können Strömungsmeßvorrichtungen angeordnet sein, was von der Art der verwendeten Meßvorrichtung abhängt. DieKanäleS und D der Platte 16 sind mit den Rohren 28 und 29 verbunden, die ebenfalls zur Niederdruckseite der Pumpe, die das Fluidum den Rohren 22 und 24 liefert, führen. Auch hier können an den Rohren oder an irgendeiner anderen Stelle Meßvorrichtungen angeordnet sein.

Die Drücke von gegenüberliegenden Seiten eines jeden Fluidumsstrahles, beispielsweise des Strahles, der aus der Düse 1 der Platte 14 austritt oder aus

ao der Düse 7 der Platte 16, müssen gleich sein, um fremde Faktoren auszuschalten, die die mit der Vorrichtung erhaltenen Ergebnisse beeinflussen können. Ein solcher Faktor kann beispielsweise der Grenzschichteneffekt sein, der durch eine Zusammenwirkung zwischen dem Strahl und den Seitenwänden der Kammer, die z. B. zwischen der Düse 1 und der Auffangeinrichtung 2 liegen, hervorgerufen wird. Dieser Faktor kann im wesentlichen dadurch unwirksam gemacht werden, daß die Drücke auf beiden Seiten des Fluidumsstrahles in bekannter Weise ausgeglichen werden. Zum Beispiel können die beiden Seiten der Kammern der Platten 14 und 16 über die Platte 18 bzw. 19 entsprechend Fig. 3 mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht werden, oder es kann die in Fig. 5 und nachfolgend beschriebene Methode angewandt werden. Falls es wünschenswert ist, die durch die Vorrichtung gemäß Fig. 3 erzeugten Signale zu Regelzwecken zu verwenden, kann es notwendig werden, die erzeugten Strömungssignale zu verstärken. Eine Verstärkung kann außerhalb der Vorrichtung gemäß Fig. 3 durch die Verwendung von Strahlverstärkern erfolgen. Falls es wünschenswert ist, Verstärker im Innern des in Fig. 3 dargestellten Systems anzuordnen, dann kann dort eine der Vorrichtungen gemäß Fig. 2, wie in Fig. 4 der Zeichnungen dargestellt, angeordnet werden.

In Fig. 4 ist eine Platte 31 mit .Kanälen dargestellt, die eine Düse 34, Steuerdüsen 36 und 37, Kanäle 32 und 33 und einen vergrößerten offenen Raum zwischen den Düsen und den Kanälen enthält. Ein Teiler 39 mit einem Scheitel 38 liegt auf der Mittellinie der Düse 34. Der Teiler trennt die Auslässe 32 und 33 voneinander. Der Hauptstrahl, der durch die Düse 34 erzeugt wird, wird nach rechts abgelenkt, und ein größerer Anteil des Fluidums tritt in den Kanal 33 ein als in den Kanal 32. Falls das der Düse 36 zugeführte Signal ausreichend groß ist, wird das gesamte Fluidum dem Kanal 33 zugeleitet. Wenn andererseits Fluidum der Düse 34 den Düsen 36 und 37 zugeführt wird, wird das aus der Düse 34 austretende Fluidum teilweise oder ganz, entsprechend der Intensität des Fluidums, welches aus der Düse 37 austritt, in den Auslaßkanal 32 abgelenkt. Falls Fluidum allen drei Düsen 34, 36 und 37 zugeführt wird, kann der Hauptstrahl, der aus der Düse 34 austritt, einem der beiden Kanäle 32 und 33 entweder teilweise oder ganz zugeführt werden, was von der relativen Größe, Druck oder Energie des Fluidums abhängt, das den Düsen 36 und 37 zugeführt wird. Das bedeutende Merkmal der Vorrichtung gemäß Fig. 4 ist, daß ein Fluidumsparameter des Strahles, der aus der Düse 34 austritt, verstärkt wird, wenn er an den Auslaßkanälen erscheint, relativ zu dem entsprechenden Parameter des Fluidums, das den Steuerdüsen zugeführt wird. In Abhängigkeit von der Konstruktion kann daher die Vorrichtung nach Fig. 4 an den Auslaßkanälen ein Fluidum erzeugen, dessen Druck, Energie oder Masse relativ zu dem gleichen Parameter des Signals, das einer oder der anderen der beiden Steuerdüsen 36 und 37 zugeführt worden ist, verstärkt worden ist. Mit derartigen Vorrichtungen können Verstärkungsfaktoren von zehn oder mehr erhalten werden. Diese Vorrichtungen sind an sich Differentialverstäfker, denn wenn Differentialsignale den Düsen 36 und 37 zugeführt werden, ist das Ausgangssignal eine Funktion der Differenz zwischen den Eingangssignalen. go

Um eine innere Verstärkung in dem System gemäß Fig. 3 zu erhalten, wird eine Vorrichtung wie die der Platte 14 der Fig. 2 mit einer Vorrichtung, die in Fig. 4 dargestellt ist, vereinigt, womit jetzt auf Fig. 5 der Zeichnungen Bezug genommen werden soll.

Fig. 5 ist eine dreidimensionale, auseinandergezogene Darstellung der Platten 14, 31 und einer Trennplatte 41, die zur Isolierung der Kanäle der Platten 14 und 31 dient mit Ausnahme an den Stellen der Öffnungen 42, 43 und 44 der Platte 41 und einer zusätzlichen Öffnung 45 der Platte 14. Die öffnungen 44 und 45 dienen zur Zuführung von Fluidum zur Düse 34 in der Platte 31. Die öffnungen 42 und 43 verbinden die Kanäle A und B der Platte 14 mit den Steuerdüsen 36 und 37 der Verstärkervorrichtung, die in der Platte 31 gebildet ist. Diese Anordnung stellt eine Kaskadenschaltung der Strahlvorrichtungen der Platten 14 und 31 und eine innere Verstärkung des Geschwindigkeits- n₀ signals dar.

Ein Ausgleich der Drücke von gegenüberliegenden Seiten der Strahlen, die aus den Düsen 1 und 34 austreten, erfolgt durch Einschneiden von Schlitzen 35 und 40 in die Platte 41. Diese Schlitze n₅ gehen durch die Platte 41 und stehen in Verbindung mit den Kammern der Platten 14 und 31. Die öffnungen 30 erstrecken sich durch das Plattenteil, das von den Schlitzen 35 und 40 begrenzt wird, damit ein Ausgleich der Drücke in den Schlitzen und damit auf gegenüberliegenden Seiten der Kammern erfolgen kann.

Bei dem System gemäß Fig. 5 ergibt sich jedoch eine Schwierigkeit, weil das in der Vorrichtung 14 erzeugte lineare Beschleunigungssignal einen durch die Verstärkung vervielfachten Effekt über das

Kompensationssignal besitzt, das in der Vorrichtung 31 erzeugt wird. Die Kompensation der linearen Beschleunigung ist daher in einer solchen Vorrichtung verlorengegangen. Eine vollständige S Kompensation kann aber durch Verwendung von Ewei der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtungen mit Verstärkungsvorrichtung in dem Teil 14 der beiden Sätze erhalten werden, wenn diese beiden Sätze in entgegengesetzten Richtungen angeordnet werden, wenn die Verstärkungsvorrichtungen in den Platten 14 und 16 der Fig. 2 gebildet werden. Eine derartige Anordnung ergibt eine vollständige Kompensation der linearen Beschleunigung, und gleichzeitig erhält man eine zehn- bis zwanzigfache Ver-Stärkung, die mit der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform erhalten werden kann.

Bei irgendeiner Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann es wünschenswert sein, Regelsignale einzuführen. Die Möglichkeit, Regeiao signale einzuführen, läßt sich in einfacher Weise durch die Verwendung einer zweiten Platte 31 gemäß Fig. 5 zur Platte 14 erhalten. Die Regelsignale oder Steuersignale können dann den Steuerdüsen 36 und 37 zugeführt werden. Derartige

as Signale können von einem Piloten abgeleitet sein oder von einem Richtungssystem.

Die in Fig. 1 bis 5 dargestellten Vorrichtungen sprechen auf Winkelgeschwindigkeiten von einer Achse an. Es ist jedoch möglich, daß drei derartige Vorrichtungen verwandt werden, um die Rotation um drei Hauptachsen eines Körpers festzustellen, indem jeweils eine der Vorrichtungen auf eine Rotation um eine der drei Achsen anspricht. Ein anderes Verfahren zur Erzielung eines derartigen Ergebnisses ist in Fig. 6 dargestellt und erfordert lediglich eine Gesamtzahl von vier Düsen mit einer Auffangeinrichtung. Die Auffangeinrichtung stellt ein dreidimensionales Gebilde dar, welches durch das Bezugszeichen 50 bezeichnet wird und zwölf bestimmte Räume enthält, die mit den Buchstabend bis L bezeichnet sind. Die Räume H und / sind in Fig. 6 nicht zu erkennen, denn sie bilden die beiden hinteren, unteren, linken Räume. Die Vorrichtung 50 umfaßt ein vorderes Teil, das in vier Quadrate A bis D durch trennende Doppelteiler 46 und 47 entsprechender Kontur aufgeteilt ist und Scheitel mit messerartigen Kanten umfaßt. Die Teiler 46 und 47 sind gekrümmte Keile, die von dem messerförmigen Scheitel aus wegschwingen, so daß die Teiler die in Fig. 2 dargestellte allgemeine Gestalt erhalten. Ein Strahl eines Fluidums wird auf den Scheitelpunkt der Scheitel der Teiler 46 und 47 durch die Düse 48 gerichtet. Zwei Teiler 49 und 51 der Auffangeinrichtung 50 liegen am hinteren Ende der Vorrichtung und bilden sich schneidende Scheitel, die von der Düse 48 weg auf die Düse 52 gerichtet sind, wobei die Düsen 52 und 48 auf einer Achse liegen. Die bis hierhin beschriebene Vorrichtung ist empfindlich bzw. spricht an auf eine Rotation um eine der beiden Achsen X und Y und kann für diesen Zweck allein verwandt werden. Wenn aber, wie im vorliegenden Fall, es wünschenswert ist, eine einzige Auffangeinrichtung zu verwenden, dann wird die in Fig. 6 dargestellte Vorrichtung verwandt, die außerdem sich schneidende Teiler 53 und 54 umfaßt, die zwischen den Teilern 46 und 47 einerseits und den Teilern 49 und 51 andererseits liegen, so daß Kammern E, F, G und H entstehen. Die gesamte Teiler- und Auffangeinrichtung ist in einem Behälter 56 untergebracht, der entsprechend angeordnete öffnungen besitzt, um das Fluidum von den verschiedenen Düsen aufeunehmen. Es ist z. B. eine öffnung durch die Linie 57 begrenzt, die den Schnittpunkt der Teiler 46 und 47 freilegt, so daß das Fluädum von der Düse in die Vorrichtung ein' treten kann. Das Fluidum, das den verschiedenen Kanälen A, B, C und D zugeführt wird, ist durch die Rohrleitungen 58, 59, 61 und 62 aufgenommen und zur Niederdruckseite einer die Düae 48 versorgenden Pumpe zurückgeführt, Ähnliche Rohre sind mit der Kammer 56 verbunden, die mit den Räumen E, F, G und H in Verbindung stehen, die das Fluidum der Düsen 63 bzw, 64 aufnehmen und eine gemeinsame Vertikalachse besitzen. Entsprechende Rohre sind auch zur Aufnahme von Fluidum aus den Kanälen /, K, L und M vor· gesehen, die das Fluidum der Düsesa aufnehmen. Im Betrieb und wenn die Vorrichtung um die Achse Y rotiert, wird der Scheitel des Teilers 46 relativ zum Strom, der aus der Düse 48 austritt, verlagert, während der Scheitel des Teilers 49 relativ zu dem Strom, der aus dear Düse 52 austritt, verlagert wird. Um die Rotation um die F-Achse festzustellen, sind die Signale, die als Ergebnis des Stromes der verschiedenen Kanäle erhalten werden, wie in Gleichung (4) vereinigt worden.

Das erzeugte Signal ist, wie bereits erwähnt, vollkommen gegen eine lineare Beschleunigung kompensiert, aber erzeugt ein maximales Signal für eine Winkelbeschleunigung, denn alle Signale, die durch den Strom zu allen Kanälen erzeugt werden, sind vereinigt. Falls die Rotation um die X-Achse erfolgt, werden die Signale entsprechend Gleichung (5) vereinigt.

X = (A + C + I + L) - (D + B + J + K) (S) no

Auch diese Gleichung vereinigt wieder alle Signale, die erzeugt werden, um einen maximalen Ausgang zu erhalten, der wiederum vollständig jene Signale kompensiert, die auf lineare Beschleunigung zurückzuführen sind. Es ist zu erkennen, daß die Kombination von Signalen, die erforderlich sind, um Rotation um die X- und F-Achse festzustellen, von den gleichen Kanälen abgeleitet werden, aber in verschiedenen Kombinationen für die iao beiden Gleichungen verwandt werden. Es ist daher in einem System dieser Art manchmal vorteilhaft, das Signal, welches einen Strom anzeigt, in jeder der Kammern in ein elektrisches Signal vermittels z. B. eines Heißdraht-Anemometers umzuwandeln ias und dann das Signal durch elektrische Summier-

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und Differentialverstärker wie erforderlich zu vereinigen, damit die erforderlichen Anzeigen abgeleitet werden.

Wenn eine Rotation der Vorrichtung gemäß Fig. 6 um die Z-Achse erfolgt, werden die Signale entsprechend der Gleichung (6) vereinigt.

(6)

Diese Signale sind selbstverständlich unabhängig

ίο von irgendwelchen Signalen, die von den Kanälen^ bis D und I bis L abgeleitet werden.

Wie weiter oben dargestellt, können die Kanäle E, F, G und H weggelassen werden und die Teiler 46 und 47 gegen die Teiler 49 und 51 gesetzt werden.

In diesem Fall spricht die Vorrichtung auf eine Rotation um die Achsen X und Y nur an, und die Rotation um die Z-Achse kann durch Verwendung einer Vorrichtung gemäß Fig. 3 oder 5 getrennt festgestellt werden.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß, obgleich die Vorrichtung so beschrieben worden ist, als wenn die Fluidumsstrahlen, wie beispielsweise die Strahlen der Düsen 1 und 7 der Fig. 1, einander gegenüberliegen oder benachbart sind, das keine

as Bedingung für die Arbeitsweise der Vorrichtung ist. Die einzige notwendige Forderung bezüglich der beiden Strahlen zur Lieferung einer Kompensation für die lineare Beschleunigung ist, daß sie in parallelen Ebenen liegen und daß ihre Düsenachsen parallel liegen. Beispielsweise kann die Vorrichtung mit den Platten 14 und 16 die Form, wie in Fig. 2 dargestellt, haben, wobei die Platten anstatt übereinander- nebeneinanderliegen.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Vorrichtung zur Messung von Winkelgeschwindigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß zwei frei im Raum bewegliche, von je einer Düse ausgehende, getrennte und mit parallelen Achsen in entgegengesetzter Richtung verlaufende Fluidumsströme erzeugt werden, wobei die parallelen Achsen einen Winkel mit der Drehachse bilden, daß Kanäle (A, B, C, D) vorgesehen sind, von denen zwei (A, C) im wesentlichen Seite an Seite nebeneinanderliegend angeordnet sind und das Fluidum von einem ersten der Fluidumsströme in einem Verhältnis aufnehmen, das sich differentiell ändert, wenn der erste Strom von seiner normalen Bahn abgelenkt wird, während zwei andere der Kanäle (B, D) ebenfalls im wesentlichen Seite an Seite nebeneinanderliegend angeordnet sind, und das Fluidum von einem zweiten der Ströme in einem Verhältnis aufnehmen, das sich differentiell ändert, wenn der zweite Strom von seiner normalen Bahn abgelenkt wird, und daß die Kanäle (A-D und B-C) so miteinander verbunden sind, daß sie von linearer Beschleunigung im wesentlichen unbeeinflußte Fluidumssignale abgeben.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine weitere Vorrichtung 90⁰ versetzt zu der ersten angeordnet ist (Fig. 6).
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei flache Platten (14, 16) mit Kanälen (1, 7) versehen sind, die eine Strahldüse bilden, durch die ein Fluidumsstrahl einem Teiler (2) zugeführt wird, der stromabwärts der Düse angeordnet ist und zwei symmetrisch angeordnete Auslaßkanäle (A-C, B-D) auf gegenüberliegenden Seiten des Strahles begrenzt, daß die flachen Platten (14, 16) aufeinandergestapelt sind und ihre Strahldüsen so liegen, daß sich parallele, in entgegengesetzte Richtung fließende Strahlen ergeben, daß die von jeder Düse erzeugten Strahlen durch eine zwischen den beiden Platten (14, 16) liegende Dichtung voneinander getrennt sind und daß Kanäle vorgesehen sind, durch die die Strahldüsen mit den Auslaßkanälen verbunden sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten zwei Steuerdüsen (36, 37) enthalten, die auf gegenüberliegenden Seiten einer Düse (34) liegen und durch die ein Steuerstrahl gegen den Fluidumsstrahl der Düse (34) gerichtet wird, wobei Kanäle (42, 43) in der Isolierplatte (41) enthalten sind, die sich jeweils zwischen den Auslaßleitungen (A, B) einer benachbarten Platte (14) und den Steuerdüsen (36, 37) erstrecken.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Zeitschrift »Control Engineering«, Mai i960, S. 26, 28, 30.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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