KR100274304B1 - 자이로스코프 장치 - Google Patents

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KR100274304B1
KR100274304B1 KR1019950022245A KR19950022245A KR100274304B1 KR 100274304 B1 KR100274304 B1 KR 100274304B1 KR 1019950022245 A KR1019950022245 A KR 1019950022245A KR 19950022245 A KR19950022245 A KR 19950022245A KR 100274304 B1 KR100274304 B1 KR 100274304B1
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하이노호프만
볼프강스케르카
울프베이
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카르스텐 페테스
라이테온 안슈츠 게엠베하
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    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/02—Rotary gyroscopes
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Abstract

자이로스코프 장치의 주사 방법 및 이 방법을 사용하는 자이로스코프장치.
본 발명은 자이로스코프 장치의 주사 방법에 관한 것이다. 본 발명은 실각 주사에 의하여 실행되는 자이로스코프 데이터의 수집에 의하여 특징된다.
본 발명의 방법을 실시하기 위하여, 자이로스코프 주사 시스템을 포함하는 자이로스코프 장치가 요구되며, 여기서 자이로스코프 주사 시스템은 회전하며 주사되는 및/또는 주사하는 유니트와 결합된다.
그 방법은 또한 자이로스코프 주사 시스템을 포함하는 자이로스코프장치에 관한 것이기도 한 데, 여기서 주사 모듈(CCD 센서와 같은)은 주사 장치로서 자이로스코프 장치의 측면에 배치되며, 자이로스코프 장치상의 수평 및 수직의 실각 정체성을 직접 주사한다.

Description

자이로스코프 장치
제1도는, 각도가 자이로 스피어(gyro sphere)로부터 직접적으로 얻어지지 않는 자이로스코프 장치의 대략적인 개략도를 나타내는 도면,
제2도는, 각도가 자이로 스피어로부터 직접적으로 (추적과정 없이) 얻어지는 자이로스코프 장치의 대략적인 개략도를 나타내는 도면,
제3도는 자이로스코프 장치 및 주변 기기의 대략적인 개략도를 나타내는 도면이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1;101 : 자이로스코프 기구
2;102 : 구형 플로트(자이로스코프 시스템)
3,4,7,8 : 전극면 5 : 도전성 띠
6;106 : 전해액(액체함유 수단) 9;109 : 구형의 외각(外殼)
9a, 9b : 재킷
10,10a,10b,110,110a,110b : 볼-앤드-소켓 결합부(유니버설 조인트)
12;112 : 지지대(기초대) 13 : 수직축(피보트축)
14 : 서보모터 15,16;115,116 : 전환 접촉점(센서)
17 : 구동 디스크 18 : V-벨트
19;119 : 각(角)형 연성(軟性) 벨로우즈 20;120 : 축
21 : 주사 디스크(각 센서) 22A,22B : 실각도 엔코더
23; 123 : 전자적 전송 시스템(컴퓨터 유니트)
25; 125 : 주변 기기 124,126 : 다이얼
131 : 가속도계 201 : 디지털 디스플레이
202 : 아날로그 디스플레이
본 발명은 자이로스코프 장치를 주사하는 방법 및 이 방법을 사용하는 자이로스코프 장치에 관한 것이다.
자이로스코프 장치에 관한 선행 기술이 있어 왔다. 볼프 폰 파베크(Wolf von Fabeck), 포겔-펠락 뷔르츠부르그(Vogel-Verlag)에 의하여 "크라이젤게레테()"(자이로스코프 장치)라 명명된 책 중, 255-318 페이지에서 이론적 기초 및 특징 자이로스코프 장치에 관하여 자세히 기술하고 있다.
자이로스코프 장치의 문제점은 자이로스코프 장치 내에서의 데이터의 수집이다. 표준 디자인은 일군의 센서들과, 가령 스테퍼 모터(stepper motor)에 의하여 경로를 변경하는 경우에 자이로스코프 시스템과 일치하여 진행하는 주사 부품과 함께 브리지 회로 수단에 의하여 주사되는 회전하는 자이로스코프로서 구성된다. 일반적으로 각도는, 경로를 나타내고 출력하기 위한 적절한 수단을 가지는 주변 장치로 전달된다. 적절한 자이로스코프 장치가 DE-C 14 73 891 및 DE-C 30 11 727 에 개시되어 있다.
본 발명이 과제로 삼는 것은, 기어가 헐거워지지 않고 자이로스코프 데이터의 디지털화를 이룰 수 있는 자이로스코프 장치에 대한 방법 및 이 방법에 의하여 작동되는 자이로스코프 장치이다.
이 과제는 본 발명에 의하여 청구 범위 제 1 항의 특징적인 부분을 포함하는 자이로스코프 장치에 의하여 해결될 수 있다.
자이로스코프 장치를 주사하는 본 발명의 방법은, 처음에는 실각도(true angle)측정에 의하여 직접 얻어지는 자이로스코프 데이터의 수집을 허용한다. 이 실각도 측정은 전기-광학적으로, 전자기적으로 또는 유도적으로 수행될 수 있다. 실각도 검사에 의하여 수집되는 데이터는, 다른 장치로의 직렬 또는 병렬 전달을 허용할 것이다.
정확한 데이터의 전달을 보장하기 위하여, 전달되는 모든 데이터는 체크되어, 에러가 있는 경우 전달이 성공적으로 될 때까지 재출력되기 위하여 수용장치에 의하여 자이로스코프 장치의 실각도 측정 유니트로 되돌아가야만 한다. 이것이 시간의 특정 기간 경과 후의 경우가 아니라면, 수용 유니트, 자이로스코프 장치 또는 다른 곳에서 작동자에게 경고 신호가 울리게 된다.
자이로스코프 주변 기기라고도 불리는 수용 장치는 아날로그 및/또는 디지털 데이터 디스플레이를 허용할 수 있어야 한다.
실각도 측정에 적절한 자이로스코프 장치를 위해서는, 자이로스코프 장치의 움직임을 직접 측정하기 위하여 주사 시스템이 마련되어야만 한다.
그러한 주사는 자이로스코프의 자이로 스피어(gyro sphere)(즉, 플로트; float)에서 직접 수행되거나, 또는 자이로 스피어의 이동이 적절한 시스템에 의한 주사를 허용해야만 한다.
그러한 장치는 예를 들면, 탄성적인 축의 원리항, 주사 조립체의 이동을 실각 엔코딩된 디스크(예를 들면 그레이 코드)에 직접 전달하는 것에 기초할 수 있다. 이 경우, 브리지 회로로부터의 통제 신호를 수용하는 모터에 의하여 추적되는 브리지 회로에 의하여 역전 또는 전환 접촉점들이 서로 접속된다.
본 발명의 다른 장점 및 상세한 점들은 이하에서 제 1 도 및 제 2 도에 나타난 바와 같이 첨부된 수단에 의하여 설명하겠다.
[실시예]
제 1 도에 나타난 자이로스코프 기구(1)는 하나의 컴퍼스로서, 여기서 구형 플로트(float)(2)는, 북쪽을 가리키고 있는 자이로스코프 시스템 및 두 개의 전기적으로 구동되는 자이로스코프 로우터를 포함하고 있다.
종래 기술에 의하면, 이 플로트(2)는 그 극들에서 전극면(3,4)들과, 그 적도면에서 도전성 띠(5)를 포함한다. 그것은 전해액(6) 속에 떠 있고, 이로 인하여 플로트 주위에 배열된 전극면들(3,4,7,8)사이에 좁은 틈이 채워지는데, 후자의 전극면들(7,8)은 플로트(2)주위의 구형의 외각(外殼: 9) 상에 배치된다. 제 1 도에 나타난 실시예에서는, 이 구형의 외각(9)은 하부의, 거의 반원형의 재킷(9a)과, 동축 상에 배치되며 상부에서 구형의 모자를 쓴 것과 같은 재킷(9b)으로 구성된다. 구형의 외각(9)의 재킷들(9a,9b) 모두는, 전해질(6)로 채워진 구의 내부 속으로 그 내면 상에서 결속된다. 전체 조립체는 수직축(13) 주위에 피보트 고정되며, 롤링 방지(antiroll) 및 피칭 방지(antipitch) 볼-앤드-소켓 결합부(10,10a)(추 결합부)가 마련된다.
추적(tracking) 모멘트는 비틀림-방지되는 각형의 연성 벨로우즈(19)에 의하여 전달된다. 플로트(2)의 전극면(3,4)과 구형의 외각(9)의 전극면(7,8)을 통하여 흐르는 전류는 지지대(12) 상에 배열된 서보모터(14)를 종래에 개시된 방법으로 통제하여, 구형의 외각(9)이, 브리지 회로(도면에 나타 있지 않음)에서 비교되는 얻어지는 모든 신호와 두 개의 전환 접촉점(15,16)에 의하여 주사되는 도전성 띠(5)와 함께 그의 수직축 주위로 플로트를 추적하도록 한다. 플로트(2)의 회전에 기인하여 신호가 브리지 회로로 방출되면, 모터914)는 브리지 회로가 더 이상 신호를 제공하지 않을 때까지 외각(9) 내에 있는 두 개의 전환 접촉점들(15,16)을 회전시킬 것이다.(DE-C 1.473.891에 대응하여).
경로에 있어서 변화가 일어나면, 모터(14)에 의하여 플로트(2)의 이동을 추적하는 전환 접촉점들(15,16)과 함께, 구형의 플로트(2)는, 예를 들면, V-벨트(18)와 디스크(17)를 포함하는 기어 유니트(17,18)수단에 의하여 일정 위치에 있게 된다. 이들 두 개의 전환 접촉점들(15,16)은 브리지 회로에 의하여 서로 전기적으로 접속된다. 브리지 회로의 출력 신호가 0일 때, 전기 모터(14)는 정지할 것이다. 이 모터(14)는 스테퍼 또는 직류모터일 수 있으며, 이 방법으로 구형의 외각(9)과 관련하여 플로트(2)의 이동을 전달하게 된다. 구형의 외각(9)은 연성 벨로우즈(19)에 의하여 구동 디스크에 직접 접속된다. 축(20)은 구동디스크(17)의 중심으로부터 위로 뻗어있고, 주사 디스크(21)가 연장된 튜브의 정점에 마련되어 있다. 주사 디스크(21)(예를 들어 그레이 코드 기록 디스크)는 적절하게 주사된다.(즉, 전기-광학적으로, 유도적으로, 충전적으로).
볼-앤드-소켓 결합은 축(20)의 바닥부 끝단에 배열된다. 전환 접촉점들(15,16)을 포함한 구형의 외각 구성부(9)의 매달림 및 부착은 DE-C3011727에 상세히 기술되어 있으며, 따라서 주사 디스크(21)와 구형의 외각(9) 사이에 매우 높은 축 견고성을 이룰 수 있으나, 이것은, 거의 유지할 수 없는(즉, 최소한의) 저항에 의하여 구형의 외각(9)의 모든 회전 및 롤링 움직임을 방해하게 된다.
실각도 엔코더(21,22a,22b)(212내지 216의 분해능)에 의한 주사의 원리는 전기-광학적, 전자기적, 유도적, 충전적 등의 수단에 의하여 자이로스코프 기구(1)의 실각도 측정을 가능하게 한다. 신호는, 예를 들면, 전기 유니트 수단에 의하여 자이로스코프 주변 기기(25)로 전달될 수 있는 실각도 신호를 포함한다. 이것은 제 3 도에 나타나 있다.
방위각의 측정(경로각 측정)에 기초하는, 제 1 도에 나타난 자이로스코프 기구(1)는 적어도, 차량, 바람직하게는 선박용 롤링 방지 및 피치 방지 및/또는 항진동으로서의 그것의 피보트 축(13)(DE-C 30 11 727에 개시되어 있는 바와 같이)에 의하여 볼-앤드-소켓 결합부(10,10a,10b)로써 직접 부착되는 주사 디스크(21)(바람직하게는 그레이 코드, 전기-광학적, 전자기적, 충전적 또는 유도적)를 포함하는, 적절한 높은 분해능을 가지는 적어도 하나의 실각도 엔코더(21,22a,22b)(주사 디스크(21)상에 적절한 표시판을 포함하는 실각도 측정기가 종래로부터 잘 알려져 있다)를 포함하여야만 한다. 결과적으로 실각도는, 추적 회로에 엔코더(21,22a,22b)를 직접 테두리에 붙임으로써 자이로스코프 시스템의 360도 각도 상에서 측정된다.
액체 함유 수단(6)(DE-PS 14 73 891 에 개시된 것과 같이)내에 중심잡고 있는 비접속 자이로스코프 시스템(2)은 볼-앤드-소켓 결합(10,10a,10b) 아래에 직접 결합된다. 자이로스코프 시스템(2)은, 경로를 바꾸는 차량의 경우 자이로스코프 시스템과의 관계에서 예를 들면 스테퍼 모터(14)에 의하여 추적되는 주사부품에 의하여 적절하게 주사된다(DE-PS 14 73 891에 개시된 바와 같이 전환 접속, 유도 띠, 브리지 회로).
이와 같은 형태의 각도 센서(21)와 주사 부품(15,16) 및 추적 회로의 직접적인 결합은, - 기어 유니트(비기어, 톱니 피치 정밀성)에 의하여 전달 에러가 제거되며, 측정의 정확성을 상당히 증가시키며, - 직렬 또는 병렬의 출력 신호가 다운스트림 디지털 전자 시스템에 의하여 빨리, 그리고 낮은 비용으로 처리될 수 있게 공급되며, - 실제적이며 명확한(즉, 기계적 조정 및/또는 주요 실수 후에 제공되는 에러 없는 각 데이터가 마련된다)것을 특징으로 하는, 경로 측정을 제공한다.
주변 기기(25)(반복 컴퍼스, 자동 통제 시스템, 레이더 시스템, 위치 수용기 등과 같은)들은 불일치를 낳지 않는 실수 없는 신호를 받아들이게 된다. 경로 결정은 기어 유니트없이, 예를 들면, 주기기의 실수 후에 기계적 조정 또는 유사한 입사에 의하여 명확한 각도 정보를 즉시 제공함으로써 명확하고도 실제적으로 수행될 수 있다. 주변 기기(25)는 명확하고도 실제적인 방법으로 직렬 또는 병렬의 통제를 하게 된다.
본 발명의 아이디어의 제 1 도에 나타난 실시예와는 대조적으로, 제 2 도에 나타난 자이로스코프 기구(101)의 실각도 데이터는 플로트(102)로 직접 적용된다. 이러한 목적을 위하여, 플로트(102)는 서로 90도 각도로 배치되며, 바람직하게는 하나가 플로트(102)의 적도면 주위에 배치되어 있는 두 개의 다이얼(124,126)들을 포함한다. 이 배치에서는, 다이얼(124,126)들의 주사는 CCD센서들 (115,116) 및 적절하게 직렬 접속된 광학 시스템 수단에 의하여, 바람직하게는 실제적으로 수행될 수 있다.
센서들(115,116)은 플로트(102)가 회전될 때 및 두 개의 신호 수단에 의하여 계산되는 출력 각도 데이터를 검지하게 된다. 센서들(115,116)이 수평 및 구형의 외각(109)의 둘레 위로 수직 방향으로 분포된다면, 주변 기기(125)로 실각 데이터를 전달하는 출력 신호를 생산하는 컴퓨터 유니트(123)에 의하여 사용되도록 마련되는 신호로 인하여, 추적이 제거될 수 있다.(자이로스코프의 모든 다른 부품들은 제 1 도에 나타난 부품들과 동일하며, 단지 1이라는 숫자만 앞에 붙어 있다).
제 3 도에 나타난 실각 데이터의 전달은 직렬 또는 병렬 시스템에 의하여 실행된다. 주변 기기(25,125)는 정확한 데이터의 전달을 보장하기 위하여 전자적 전송 시스템(23,123)(즉, 컴퓨터 유니트)과 함께 수용된 모든 데이터를 체크하여야만 한다.
주변 기기(25,125)는, 컴퓨터(202)에 의한 다른 경로 결정의 전기적 과정 및/또는 디지털 디스플레이(201)와 아날로그 디스플레이(200)에 의하여 실각을 디스플레이 할 수 있어야 한다.
이러한 방식의 데이터 전달은 주 기기가 실패한 후 및/또는 데이터의 방해가 있은 후에도 특히 아날로그 디스플레이(201)의 자동 조정을 위하여 사용될 수 있는 실각 데이터를 즉시 수용하는 주변 기기(25,125)로 인하여 주변기기(즉, 반복 컴퍼스들)를 자동으로 조정할 수 있게 한다.
시스템을 개시시킬 때에만, 아날로그 디스플레이(201)는 디지털 디스플레이(202)의 값으로 조정되어야 한다. 이것은 아날로그 디스플레이(201)가 적절히 주사가능한 식별성을 제공한다고 가정하면, 수동 또는 자동으로 실행될 수 있다.
이 시스템의 특별한 장점은 자이로스코프 기구(1,101)의 360도 축 상의 실제 데이터의 수집이 센서들(115,116)을 직접 테두리에 붙임으로써 실행될 수 있다는 사실에서 보여질 수 있다. 이것은, 주 기기의 실패, 기계 조정 등의 경우에 명확한 각 데이터를 즉시 제공함으로써 기어 유니트 없이 명확하고, 실제적인 경로 결정을 할 수 있게 해준다.
특히 주변 기기(25,125)로의 직렬 데이터 전달은 그것이 깨끗하고도 실제적으로 통제될 수 있다고 하는 장점을 제공한다.
고정밀도 경로 각도 결정은 다운 스트립 디지털 전기 시스템(201,202)에 의하여 쉽게 진행되는 병렬 또는 직렬 출력 신호들을 가진 몇 개의 부품들에 의하여 제공될 수 있다. 종래 기술에 의하여 디자인된 센서들(115,116)은 자이로스코프 플로트의 직접적인 주사에 의하여 전달 에러 없이 실각 데이터를 제공하게 된다.
자이로스코프 기구의 기초대(112)에서 가속도계(131)와 조합하여, 예를 들어 세 개의 축(x,y,z)을 읽고, 북쪽으로 향하고 수평 조정된 자이로스코프 부하는, 부가적인 수평 각 데이터 계산(3 축 상에서의) 및 주변 기기(25,125)로의 출력을 허용하고 있다.

Claims (18)

  1. 자이로스코프 시스템(2) 및 그 자이로스코프 시스템을 둘러싸는 구형의 외각(9a,9b)을 포함하여 구성되고, 운송기구와 결합된 자이로스코프 기구(1) 및, 접촉점(15,16)을 가지는 주사기구와, 자이로스코프 시스템 및 외각사이의 상대각 이동에 대응하는 신호의 발생을 위하여 주사가능한 기구를 포함하여 구성되고 기타의 기구를 제어하도록 사용될 수 있는 자이로스코프 주사 시스템을 포함하여 구성되며, 바람직하게는 선박인 운송기구의 경로내의 각변화를 결정하기 위한 자이로스코프 장치에 있어서, 경로의 절대적인 각변화를 결정하기 위하여, 전자-광, 전자기, 유도성 또는 용량성 실각도 엔코더(22a,22b)에 의하여 주사될 수 있는 주사 디스크(21)와 결합되고, 외각(9a,9b)이 자이로스코프 시스템의 이동을 추적하도록 하는 추적회로를 특징으로 하는 자이로스코프 장치.
  2. 제1항에 있어서, 자이로스코프 장치(1)는 유니버설 조인트(10,10a)상에 현가되어 있으며, 수직축(13)의 주위에서 플로트에 대하여 360도로 회전가능한 외각(9a,9b)에 의하여 둘러싸인 플로트(2)를 포함하는 자이로스코프 장치.
  3. 제2항에 있어서, 구동 디스크(17)의 중앙으로부터, 선택적으로는 유니버설 조인트(10,10a)에 연결되는 축(20)이 마련되며, 이 축은 자이로스코프 시스템(2)의 연장된 연성 벨로우즈(19)를 통하여 상부방향으로 연장되며, 그의 상부 끝단에는 수평 주사 디스크(21)가 마련되며, 상기 연장된 축(20)은 추적회로의 구동 디스크(17)를 통하여 상부방향으로 돌출되며, 상기 주사 디스크(21)와 연결되어 그와 함께 회전하는 것을 특징으로 하는 자이로스코프 장치.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 검지 및 평가된 절대각을 다른 장치로 전달하기 위한 직렬 또는 병렬 전달장치를 가지는 것을 특징으로 하는 자이로스코프 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 제어를 위하여, 엔코더로부터 자이로스코프 기구(1)로 보내진 데이터에 대한 피드백 장치를 가지는 것을 특징으로 하는 자이로스코프 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 수송기구의 수평각의 검출을 위한 부가적인 장치를 가지는 것을 특징으로 하는 자이로스코프 장치.
  7. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 그레이코드 주사 디스크를 가지는 것을 특징으로 하는 자이로스코프 장치.
  8. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 자이로스코프 주사장치가 탄성적인 축으로서 기능하는 장치를 통하여 직접적으로 회전가능한 주사장치와 함게 결합되는 것을 특징으로 하는 자이로스코프 장치.
  9. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 자이로스코프 주사장치내에 브리지 회로가 포함되며, 브리지 회로는 자이로스코프 시스템(2)과 외각(9a,9b) 사이의 상대운동에 따라 출력신호를 발생하며, 그 출력신호는 추적회로에 따른 추적에 의하여 0 으로 감소될 수 있는 것을 특징으로 하는 자이로스코프 장치.
  10. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 자이로스코프 주사장치의 주사부상에, 주사장치로부터 판독될 수 있는 정보트랙이 마련되는 것을 특징으로 하는 자이로스코프 장치.
  11. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 주사센서 장치로부터의 신호는 절대적인 디지털 각도 정보인 것을 특징으로 하는 자이로스코프 장치.
  12. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 자이로스코프 시스템(2)의 둘레에서 이동가능하도록 배치되고, 자이로스코프 시스템(2)의 상대적인 이동을 추적할 수 있는 주사 구성부를 가지는 것을 특징으로 하는 자이로스코프 장치.
  13. 제12항에 있어서, 절대각 센서가 주사 구성부에 직접적으로 결합된 것을 특징으로 하는 자이로스코프 장치.
  14. 제1항 내지 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 자이로스코프 기구는 자이로스코프 컴퍼스인 것을 특징으로 하는 자이로스코프 장치.
  15. 제1항 내지 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 주사후에 절대각 센서로부터의 데이터의 직접적인 저장을 위한 불휘발성 메모리를 가지는 것을 특징으로 하는 자이로스코프 장치.
  16. 제14항에 있어서, 자이로스코프 시스템(102)상에는 2개의 다이얼(124, 126)이 마련되며, 이들은 상호간에 직각으로 위치하며, 센서(115,116)에 의하여 주사될 수 있는 것을 특징으로 하는 자이로스코프 장치.
  17. 제1항 내지 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 자이로스코프 시스템(102)의 회전하는 주사부상에는, 상호간에 직각으로 배치된 2개의 정보 트랙(124,126)이 마련되며, 주사부의 둘레에는, 판독부를 가지며 그 정보 트랙을 동시에 또는 연속적으로 주사하는 센서(115,116)가 있으며, 출력신호는 디지털 절대각 정보인 것을 특징으로 하는 자이로스코프 장치.
  18. 제17항에 있어서, 자이로스코프 기구의 한측에 위치된 판독부는 CCD 센서인 것을 특징으로 하는 자이로스코프 장치.
KR1019950022245A 1994-07-26 1995-07-26 자이로스코프 장치 KR100274304B1 (ko)

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