RU2073208C1 - Gyrotheodolite with vertical orientation of gyrowheel rotary axis - Google Patents

Gyrotheodolite with vertical orientation of gyrowheel rotary axis Download PDF

Info

Publication number
RU2073208C1
RU2073208C1 RU93025915A RU93025915A RU2073208C1 RU 2073208 C1 RU2073208 C1 RU 2073208C1 RU 93025915 A RU93025915 A RU 93025915A RU 93025915 A RU93025915 A RU 93025915A RU 2073208 C1 RU2073208 C1 RU 2073208C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
gyrotheodolite
stator
axis
spherical
Prior art date
Application number
RU93025915A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Валентинович Тиль
Original Assignee
Анатолий Валентинович Тиль
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анатолий Валентинович Тиль filed Critical Анатолий Валентинович Тиль
Priority to RU93025915A priority Critical patent/RU2073208C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2073208C1 publication Critical patent/RU2073208C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: geodetic and mining surveying equipment, gyrotheodolites of various types. SUBSTANCE: gyrotheodolite with vertical orientation of gyrowheel rotary axis has sensitive member, compensation device. Sensitive member is made in form of ferromagnetic rotor with spherical bearing surface, rotor center of gravity coincides with the center of the sphere. Located on the rotor symmetrically to its vertical axis is stator with cores of electromagnets having spherical surfaces in zone of interaction with rotor. Stator electromagnets are connected with source of alternating voltage via capacitors and damping units. Sensitive member in form of rotor with one blind cylindrical hole in the lower part and absence of such hole in the upper part near working zone of load-bearing magnetoresonance suspension reduce the tangents to rotor spherical surface, forces of interaction of suspension stator with rotor caused by magnetic fields leakage of stator that increases accuracy of operation of gyrotheodolite. Rotor of such shape also makes it possible to reduce angle at the cone vertex forming outside surfaces of cores of suspension stator that promotes reduction of resistance moment of rotor rotation. EFFECT: high efficiency. 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в геодезическом и маркшейдерском оборудовании при создании гиротеодолитов различных типов. Гиротеодолиты предназначены для определения отклонения горизонтального направления относительно географического меридиана. The invention relates to technical physics and can be used in geodetic and surveying equipment to create gyrotheodolites of various types. Gyrotheodolites are designed to determine the deviation of the horizontal direction relative to the geographical meridian.

Известны гиротеодолиты с вертикальной ориентацией оси вращения гироскопа. Потенциальными преимуществами такого типа приборов является их меньшая восприимчивость к вибрационным ускорениям и поступательным линейным перемещениям объектов, на которых они устанавливаются, однако требования к точности работы гироскопа для такого способа его применения достаточно высоки. Known gyrotheodolites with a vertical orientation of the axis of rotation of the gyroscope. The potential advantages of this type of devices are their less susceptibility to vibrational accelerations and linear translational movements of the objects on which they are installed, but the requirements for the accuracy of the gyroscope for this method of its application are quite high.

В упомянутом гиротеодолите, принятом за прототип, используется гироскоп с аэростатическим подвесом сферического ротора и достаточно сложное фотооптическое устройство наблюдения за ориентацией ротора. Ротор поддерживается во взвешенном состоянии силами аэростатического подвеса, направленными вверх, путем принудительного наддува сжатого воздуха в зазор между ротором и расположенной снизу чашей со сферической поверхностью. Чаша приводится во вращение вокруг вертикальной оси электромотором. Ротор увлекается во вращение аэродинамическими силами, возникающими между ним и вращающейся чашей. Вследствие вращения Земли ось вращения ротора занимает равновесное положение, отличное от вертикального. Величина и направление указанного отклонения регистрируется фотооптическим датчиком. In the aforementioned gyrotheodolite adopted as a prototype, a gyroscope with aerostatic suspension of a spherical rotor and a rather sophisticated photo-optical rotor orientation observation device are used. The rotor is maintained in suspension by aerostatic suspension forces directed upward by forcing pressurized compressed air into the gap between the rotor and the bottom cup with a spherical surface. The bowl is rotated around a vertical axis by an electric motor. The rotor is carried away by the aerodynamic forces arising between it and the rotating bowl. Due to the rotation of the Earth, the axis of rotation of the rotor occupies an equilibrium position other than vertical. The magnitude and direction of the indicated deviation is recorded by the photo-optical sensor.

Для приведения в действие описанной достаточной энергоемкой конструкции использован сравнительно мощный двигатель, снабженный для отвода тепла радиатором. Поскольку параметры аэростатического подвеса и привода во вращение существенно зависят от температуры, то получение удовлетворительных точностных характеристик возможно лишь после завершения переходных тепловых процессов, что, по-видимому, возможно не ранее часа. Естественно, что показания такого гиротеодолита сильно зависят от окружающей температуры. Кроме того, воздействие сильной связи ротора через воздушную среду с окружающими деталями к точности изготовления основных деталей устройства предъявляются достаточно жесткие требования. Невысокая инструментальная точность такого гироскопа и громоздкость конструкций, по-видимому, не позволили гиротеодолиту данного типа найти широкое практическое применение. To actuate the described sufficient energy-intensive design, a relatively powerful engine was used, equipped with a radiator for heat removal. Since the parameters of the aerostatic suspension and rotational drive significantly depend on temperature, obtaining satisfactory accuracy characteristics is possible only after the completion of transient thermal processes, which, apparently, is possible not earlier than an hour. Naturally, the readings of such a gyrotheodolite are highly dependent on ambient temperature. In addition, the impact of a strong connection of the rotor through the air with surrounding parts to the manufacturing accuracy of the main parts of the device are quite stringent requirements. The low instrumental accuracy of such a gyroscope and the bulkiness of the structures, apparently, did not allow the gyrotheodolite of this type to find wide practical application.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание современного, точного, технологического, малогабаритного и экономичного по питанию гиротеодолита. Малые габариты и энергопотребление особенно важны для переносных полевых геодезических инструментов. The problem to which the invention is directed is to create a modern, accurate, technological, small-sized and economical gyrotheodolite in nutrition. Small size and power consumption are especially important for portable field surveying tools.

Поставленная задача решается тем, что в гиротеодолите с вертикальной ориентацией оси вращения ротора гироскопа, содержащем чувствительный элемент и списывающее устройство, чувствительный элемент выполнен в виде ферромагнитного ротора со сферической наружной поверхностью с расположенным над ним симметричным относительной оси статора с сердечниками электромагнитов, имеющими в зоне взаимодействия с ротором поверхности сферической формы, причем электромагниты статора связаны через конденсаторы и блоки демпфирования с источником переменного напряжения или тока. Образованный таким образом магниторезонансный подвес сохраняет неизменным зазор между ротором и сердечниками электромагнитов. Поскольку подвес ротора осуществляется силами электромагнитного поля, а не за счет давления газа, как у прототипа, то чувствительный элемент выполнен с герметичным корпусом и вакуумом внутри, что существенно снижает необходимую энергию для приведения ротора во вращение и тем самым обеспечивает повышение точности и сокращение времени готовности, а также снижает температурную восприимчивость гиротеодолита по сравнению с прототипом. The problem is solved in that in a gyrotheodolite with a vertical orientation of the gyroscope rotor axis containing a sensing element and a writing-off device, the sensing element is made in the form of a ferromagnetic rotor with a spherical outer surface with a symmetrical relative axis of the stator with cores of electromagnets having in the interaction zone with the rotor of the surface of a spherical shape, and the stator electromagnets are connected through capacitors and damping units to the source alternating voltage or current. The magnetic resonance suspension thus formed keeps the gap between the rotor and the cores of the electromagnets unchanged. Since the rotor is suspended by the forces of an electromagnetic field, and not due to gas pressure, as in the prototype, the sensitive element is made with a sealed housing and a vacuum inside, which significantly reduces the necessary energy to bring the rotor into rotation and thereby improves accuracy and reduces the availability time , and also reduces the temperature susceptibility of gyrotheodolite in comparison with the prototype.

Внутри герметичного корпуса размещены также статор электромотора, приводящего во вращение ротор, а также двухкоординатный дифференциальный индукционный датчик, выполняющий функции измерителя угловых отклонений ротора относительно оси симметрии корпуса и функции датчика момента. Inside the sealed housing there is also a stator of an electric motor that drives the rotor, as well as a two-coordinate differential induction sensor that acts as a meter of angular deviations of the rotor relative to the axis of symmetry of the housing and the function of the torque sensor.

В отличие от прототипа, а также известных гироскопов с магнитным подвесом у предложенного устройства ротор имеет в нижней части одно глухое цилиндрическое отверстие. Отсутствие такого отверстия в верхней части вблизи рабочей зоны силового магниторезонансного подвеса уменьшает касательные к сферической поверхности ротора силы взаимодействия статора подвеса с ротором, обусловленные полями рассеяния статора, что повышает точность работы гиротеодолита. Ротор такой формы позволяет также приблизить сердечники электромагнитов статора подвеса к вертикальной оси симметрии корпуса, что способствует уменьшению моментов сопротивления вращению ротора. Unlike the prototype, as well as the known gyroscopes with magnetic suspension, the rotor of the proposed device has one blind cylindrical hole in the lower part. The absence of such a hole in the upper part near the working zone of the power magnetic resonance suspension reduces the forces of interaction between the suspension stator and the rotor tangential to the spherical surface of the rotor due to the stator scattering fields, which increases the accuracy of the gyrotheodolite. A rotor of this shape also makes it possible to bring the cores of the suspension stator electromagnets closer to the vertical axis of symmetry of the housing, which helps to reduce the moments of resistance to rotor rotation.

Разности токов электромагнитов подвеса используются для определения начальной ориентации гиротеодолита относительно вертикали места. The differences in the currents of the suspension electromagnets are used to determine the initial orientation of the gyrotheodolite relative to the vertical of the place.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого гиротеодолита; на фиг. 2 и 3 схемы составных частей измерительного блока и блока демпфирования, а также выработки сигналов, пропорциональных отклонению корпуса измерительного блока от вертикального направления. In FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed gyrotheodolite; in FIG. 2 and 3 diagrams of the components of the measuring unit and the damping unit, as well as generating signals proportional to the deviation of the housing of the measuring unit from the vertical direction.

Корпус гироскопического измерительного блока 1 со связанными с ним ортогональными осями X, Y, Z установлен в корпусе гиротеодолита и ориентирован таким образом, чтобы упомянутые оси совпадали с соответствующими осями гиротеодолита, причем ось симметрии Z была ориентирована по вертикали места, а направление одной из горизонтальных осей, например оси Y, приблизительно совпадало с направлением N географического меридиана. Угол ψ между упомянутым горизонтальным направлением и должен определяться гиротеодолитом. Блок 2 демпфирования и выработки сигналов, пропорциональных отклонению оси Z от направления местной вертикали, совместно с преобразователем питания 3 обеспечивает функционирование пространственного магнитного подвеса ротора гироскопа, установленного в корпусе 1. Сигналы 4 и 5, пропорциональные отклонению оси Z от направления местной вертикали, поступают через фильтры 6 и 7 нижних частот на визуальные индикаторы 8 и 9, по показаниям которых оператор совмещает направления оси Z и местной вертикали. Вместе с индикаторами или вместо них в состав блоков 8 и 9 могут входить приводы автоматического горизонтирования гиротеодолита или вычислительные устройства, вырабатывающие поправку к показаниям гиротеодолита, учитывающую рассогласование направлений оси Z и вертикали. The housing of the gyroscopic measuring unit 1 with the associated orthogonal axes X, Y, Z is mounted in the gyrotheodolite body and oriented so that the mentioned axes coincide with the corresponding gyrotheodolite axes, the axis of symmetry Z being oriented vertically and the direction of one of the horizontal axes , for example, the Y axis, approximately coincided with the direction N of the geographic meridian. The angle ψ between the aforementioned horizontal direction should be determined by the gyrotheodolite. Block 2 damping and generating signals proportional to the deviation of the Z axis from the direction of the local vertical, together with the power converter 3 provides the functioning of the spatial magnetic suspension of the rotor of the gyroscope installed in the housing 1. Signals 4 and 5, proportional to the deviation of the Z axis from the direction of the local vertical, come through low-pass filters 6 and 7 to visual indicators 8 and 9, according to the readings of which the operator combines the directions of the Z axis and the local vertical. Together with indicators or instead of them, blocks 8 and 9 may include drives for automatic gyrotheodolite leveling or computing devices that produce an amendment to gyrotheodolite readings, taking into account the mismatch between the directions of the Z axis and the vertical.

Двухкоординатный датчик угла 10 угловых отклонений оси вращения ротора гироскопа от направления оси Z корпуса 1 связан через усилители - преобразователи 11 и 12 с двухкоординатным датчиком момента 13. Все эти элементы образуют двухкоординатную следящую систему, стремящуюся уменьшить упомянутые угловые отклонения. The two-coordinate angle sensor 10 of the angular deviations of the gyroscope rotor axis from the direction of the Z axis of the housing 1 is connected through amplifiers - converters 11 and 12 to the two-coordinate moment sensor 13. All these elements form a two-coordinate tracking system, which seeks to reduce the mentioned angular deviations.

Указанная следящая система выполняет различные функции в зависимости от того, совпадают между собой или не совпадают центр тяжести ротора и центр его наружной сферической поверхности. Для случая астатического гироскопа, т. е. случая совпадения упомянутых центров, и при достаточно большом усилении усилителей преобразователей на их выходах появятся электрические сигналы, пропорциональные абсолютным угловым скоростям wx и ωy поворота корпуса 1 вокруг осей X и Y. В этом случае блоки 1, 10, 11, 12, 13 выполняют функции двухкоординатного гиротахометра. Значения величин ωx и ωy определяются из следующих очевидных соотношений
ωx=ΩcosΦsinψ ωy=ΩcosΦcosψ
где Ω угловая скорость вращения Земли;
v геофизическая широта.
The specified tracking system performs various functions depending on whether the center of gravity of the rotor and the center of its outer spherical surface coincide or do not coincide. For the case of an astatic gyroscope, that is, the case of the mentioned centers coinciding, and with sufficiently large amplification of the converter amplifiers, electrical signals proportional to the absolute angular velocities w x and ω y of the rotation of the housing 1 about the X and Y axes will appear on their outputs. In this case, the blocks 1, 10, 11, 12, 13 perform the functions of a two-coordinate gyrotachometer. The values of ω x and ω y are determined from the following obvious relations
ω x = ΩcosΦsinψ ω y = ΩcosΦcosψ
where Ω is the angular velocity of the Earth;
v geophysical latitude.

При расположении центра тяжести ротора ниже центра его наружной поверхности ротор ведет себя как гиромаятник с вертикальной осью вращения. В этом случае коэффициенты усиления блоков 11 и 12, а также передаточная функция датчика 13 выбираются из условий необходимого демпфирования свободных прецессионных колебаний гиромаятника, т. е. рассмотренный ранее двухкоординатная следящая система выполняет функции демпфирующего устройства. When the center of gravity of the rotor is located below the center of its outer surface, the rotor behaves like a gyro-pendulum with a vertical axis of rotation. In this case, the gains of blocks 11 and 12, as well as the transfer function of the sensor 13 are selected from the conditions for the necessary damping of free precession oscillations of the gyro-pendulum, i.e., the two-coordinate tracking system considered earlier performs the functions of a damping device.

Необходимо отметить, что модификация заявленного устройства с автоматическим гироскопом обеспечивает более быстрое окончание переходных процессов, т. е. более быстрое решение поставленной задачи, в то время как модификация устройства с гиромаятником потенциально способна работать с большей точностью. На самом деле даже в случае преднамеренного построения гиротеодолита с астатическим гироскопом вследствие несовершенства технологии всегда существует остаточная разбалансировка ротора, что необходимо учитывать при эксплуатации устройства. Выходы преобразователей 11 и 12 связаны также с устройством 14, вырабатывающим величину и знак угла j, на основании упомянутой ранее информации о величинах wx и ωy. Выработки угла ψ может осуществляться, например, путем построения горизонтальной проекции вектора абсолютной угловой скорости по двум его составляющим, т. е. по wx и ωy.It should be noted that the modification of the claimed device with an automatic gyroscope provides a faster completion of transient processes, i.e., a faster solution of the task, while the modification of the device with a gyro-pendulum is potentially capable of working with greater accuracy. In fact, even in the case of a deliberate construction of a gyrotheodolite with an astatic gyroscope due to imperfect technology, there is always a residual rotor imbalance, which must be taken into account when operating the device. The outputs of the converters 11 and 12 are also connected to a device 14 generating a value and sign of the angle j, based on the previously mentioned information on the values of w x and ω y . The development of the angle ψ can be carried out, for example, by constructing a horizontal projection of the absolute angular velocity vector from its two components, i.e., from w x and ω y .

При малых значениях угла ψ, т. е. при начальном грубом ориентировании гиротеодолита вдоль меридиана, значение этого угла определяется как отношение wxy. В состав устройства 14 может также входить привод автоматического совмещения оси Y блока 1 с направлением N, т. е. привод, поворачивающий блок 1 вокруг оси Z. В этом случае входным сигналом привода является значение -ωx, которое обнуляется в процессе поворота блока 1, т. к. по мере поворота будет уменьшаться значение угла ψ до нуля. Угол поворота привода относительно его первоначального положения будет равен углу j.For small values of the angle ψ, i.e., for the initial rough orientation of the gyrotheodolite along the meridian, the value of this angle is defined as the ratio w x / ω y . The device 14 may also include a drive for automatically aligning the Y axis of block 1 with the N direction, that is, a drive turning the block 1 around the Z axis. In this case, the input signal of the drive is the value -ω x , which is reset during block 1 rotation , since with rotation the angle ψ will decrease to zero. The angle of rotation of the drive relative to its initial position will be equal to the angle j.

Выходы блока 2, на которых вырабатываются сигналы, пропорциональные силам, развиваемым электромагнитами подвеса, связаны с блоком 15. В этом блоке содержатся фильтры верхних частот и усилители, выделяющие переменные составляющие указанных сигналов пропорциональные переменным составляющим линейных ускорений вдоль осей симметрии электромагнитов подвеса ротора гироскопа. Выход блока 15 связан с вычислительным устройством 16, вырабатывающим поправку Dj к показаниям гиротеодолита, компенсирующей его ошибки, обусловленные вибрацией основания. The outputs of block 2, on which signals are generated proportional to the forces developed by the suspension electromagnets, are connected to block 15. This block contains high-pass filters and amplifiers that isolate the variable components of these signals proportional to the variable components of linear accelerations along the symmetry axes of the gyro rotor suspension electromagnets. The output of block 15 is connected to a computing device 16 that generates a correction Dj to the readings of the gyrotheodolite, compensating for its errors due to vibration of the base.

Уходы гироскопов со сферическим ротором в условиях вибрации основания имеют достаточно сложную зависимость от технологических дефектов их изготовления и свойств подвеса. Результирующие значения уходов зависит от амплитуды вибрационных ускорений, квадрата этой амплитуды, а также от направления вектора этих ускорений по отношению к оси вращения ротора и направлению силы тяжести. При этом уходы возникают как в плоскости вибрационных ускорений, так и в перпендикулярном направлении. The cares of gyroscopes with a spherical rotor under conditions of vibration of the base have a rather complicated dependence on technological defects of their manufacture and suspension properties. The resulting values of the departures depend on the amplitude of vibrational accelerations, the square of this amplitude, as well as on the direction of the vector of these accelerations with respect to the axis of rotation of the rotor and the direction of gravity. In this case, departures occur both in the plane of vibrational accelerations and in the perpendicular direction.

Так как из блока 15 поступает четыре сигнала, пропорциональных проекциям вектора линейных ускорений на четыре направления, лежащих в двух ортогональных плоскостях, пересекающихся по оси Z, то имеется возможность построить в каждый данный момент величину и направление вектора линейных вибрационных ускорений относительно системы координат X, Y, Z и вычислить значения уходов гироскопа вокруг осей X и Y. Since block 15 receives four signals proportional to the projections of the linear acceleration vector into four directions lying in two orthogonal planes intersecting along the Z axis, it is possible to construct at each given moment the magnitude and direction of the linear vibrational acceleration vector relative to the coordinate system X, Y , Z and calculate the gyro drift values around the X and Y axes.

Таким образом в блоке 16 производятся следующие операции:
определяется величина и положение вектора линейных вибрационных ускорений;
получается значение квадрата величины указанного вектора;
вычисляется величина и направление результирующего ухода;
определяются составляющие ухода гироскопа, Dwx и Δωy вокруг осей X и Y;
определяются средние значения величин

Figure 00000002
за время измерения;
определяется поправка Δψ согласно выражения
Figure 00000003

а для случая малого угла ψ поправка вычисляется по формуле
Figure 00000004

Значения конкретных коэффициентов в модели уходов гироскопа определяется экспериментально для каждого данного образца гиротеодолита путем измерения Δψ и сигналов, вырабатываемых блоком 15, в процессе калибровки на вибрирующем основании при различных амплитудах и направлениях вибрации.Thus, in block 16, the following operations are performed:
the magnitude and position of the vector of linear vibrational accelerations is determined;
the value of the square of the magnitude of the specified vector is obtained;
the magnitude and direction of the resulting care is calculated;
the components of the gyroscope departure, Dw x and Δω y around the X and Y axes, are determined;
mean values are determined
Figure 00000002
during the measurement;
the correction Δψ is determined according to the expression
Figure 00000003

and for the case of a small angle ψ, the correction is calculated by the formula
Figure 00000004

The values of specific coefficients in the gyroscope drift model are determined experimentally for each given sample of the gyrotheodolite by measuring Δψ and signals generated by block 15 during calibration on a vibrating base with different amplitudes and directions of vibration.

В случае, если гиротеодолит не предназначен для работы на вибрирующем основании, в его состав блоки 15 и 16 могут не входить. If the gyrotheodolite is not designed to work on a vibrating base, blocks 15 and 16 may not be included in its composition.

Как показано на фиг. 2, измерительный блок 1 содержит гироскоп со сферическим ротором 17. Внутри ротора имеется осесимметричная полость, обеспечивающая необходимое соотношение моментов его инерции вокруг ортогональных осей. В нижней части ротора имеется цилиндрическое отверстие, связанное с внутренней полостью. Над ротором на некотором расстоянии расположен симметричный относительно вертикальной оси Z статор 18 пространственного магниторезонансного подвеса с сердечниками электромагнитов, имеющими в зоне взаимодействия с ротором поверхности сферической формы. Статор является основным элементом магниторезонансного подвеса. Клеммы 19 и 20 катушек электромагнитов статора 18 связаны через блоки демпфирования 21 и 22 с преобразователем питания 3, вырабатывающим переменное напряжение или ток. Каждый из этих блоков содержит конденсатор, образующий с электромагнитом последовательный резонансный контур, и два разнополярных однополупериодных выпрямителя, включенных между параллельно. Нагрузкой каждого выпрямителя являются параллельно соединенные между собой сопротивление и конденсатор. As shown in FIG. 2, the measuring unit 1 contains a gyroscope with a spherical rotor 17. Inside the rotor there is an axisymmetric cavity providing the necessary ratio of its moments of inertia around the orthogonal axes. At the bottom of the rotor there is a cylindrical hole associated with the internal cavity. A stator 18 of a magnetic resonance suspension symmetrical with respect to the vertical Z axis is located over a rotor at a certain distance and has cores of electromagnets having spherical surfaces in the area of interaction with the rotor. The stator is the main element of the magnetic resonance suspension. Terminals 19 and 20 of the coils of the electromagnets of the stator 18 are connected through damping units 21 and 22 to a power converter 3 generating alternating voltage or current. Each of these blocks contains a capacitor, forming a series resonant circuit with an electromagnet, and two bipolar uni-half-wave rectifiers connected between in parallel. The load of each rectifier is a parallel-connected resistance and a capacitor.

Подвес ротора осуществляется за счет соответствующих изменений токов электромагнита статора 18 при перемещениях относительно него ротора, что обеспечивается применением настройки последовательных резонансных цепей. В блоках 21 и 22 вырабатываются также производные по огибающей переменных токов, протекающих через электромагниты. The rotor is suspended due to the corresponding changes in the currents of the electromagnet of the stator 18 when the rotor is moved relative to it, which is ensured by the application of tuning of serial resonant circuits. In blocks 21 and 22, derivatives of the envelope of alternating currents flowing through electromagnets are also generated.

Разнополярные выходы 23 и 24 блоков 21 и 22 через сумматор 25, например резистивный, связаны с выходом 4. При отклонении оси Z от вертикального напряжения нарушается равенство токов левого и правого электромагнитов статора 18, вследствие чего на выходе 4 появляется напряжение постоянного тока, пропорциональное упомянутому отклонению и соответствующей полярности. Bipolar outputs 23 and 24 of blocks 21 and 22 through an adder 25, for example resistive, are connected to output 4. When the Z axis deviates from the vertical voltage, the equality of the currents of the left and right electromagnets of the stator 18 is violated, as a result of which a direct current voltage proportional to the aforementioned appears on the output 4 deviation and corresponding polarity.

Выходы 23 и 24 блоков 21 и 22 связаны также с блоком 15. The outputs 23 and 24 of the blocks 21 and 22 are also connected with the block 15.

В состав измерительного блока 1 входит также статор 26, осуществляющий вращение ротора 17, и двухкоординатный дифференциальный индукционный датчик 27 со своим электронным преобразователем 28. The measuring unit 1 also includes a stator 26, which rotates the rotor 17, and a two-axis differential induction sensor 27 with its electronic converter 28.

Статор 26 осуществляет начальный форсированный разгон ротора 17, а в дальнейшем выключается. При необходимости поддержания постоянной скорости вращения ротора на длительных интервалах времени статор 26 переводится из форсированного в номинальный режим работы. The stator 26 performs the initial forced acceleration of the rotor 17, and then turns off. If it is necessary to maintain a constant rotor speed over long time intervals, the stator 26 is transferred from the forced to the nominal operating mode.

Двухкоординатный датчик 27 является одновременно датчиком 10 угловых отклонений и датчиком 13 момента. Работа датчика 27 обеспечивается преобразователем 28 одним из известных способов, например, путем разделения сигналов во времени. The two-coordinate sensor 27 is simultaneously a sensor 10 of the angular deviations and the sensor 13 of the moment. The operation of the sensor 27 is provided by the converter 28 in one of the known ways, for example, by dividing the signals in time.

При необходимости получения большего уровня напряжений 4 и 5 в состав гиротеодолита помимо элементов, показанных на фиг. 2, вводятся разнополярные выпрямители 29, 30, связи которых с блоками 1, 21, 22 и 25 показаны на фиг. 3. Повышение крутизны сигналов 4 и 5 в этом случае обусловлено резонансными свойствами цепей подвеса ротора. Так как выпрямители 29, 30 подключены непосредственно к катушкам электромагнитов, выходящих в состав резонансных контуров подвесов, то вследствие высокой добротности контуров напряжения, поступающие на выпрямители, значительно превосходят соответствующие напряжения, появляющиеся на клеммах 23, 24 блоков 21, 22. If it is necessary to obtain a higher level of stresses 4 and 5 in the gyrotheodolite composition, in addition to the elements shown in FIG. 2, bipolar rectifiers 29, 30 are introduced, the connections of which with the blocks 1, 21, 22 and 25 are shown in FIG. 3. The increase in the steepness of signals 4 and 5 in this case is due to the resonant properties of the rotor suspension circuits. Since the rectifiers 29, 30 are connected directly to the coils of electromagnets that make up the resonant circuits of the suspensions, due to the high quality factor of the circuits, the voltages supplied to the rectifiers significantly exceed the corresponding voltages appearing on the terminals 23, 24 of blocks 21, 22.

Аналогичным образом выполнены элементы подвеса ротора гироскопа гиротеодолита, работающие в вертикальной плоскости, проходящей через ось Y, т. е. расположенные в плоскости, перпендикулярной плоскости фиг. 2 и 3. Размеры измерительного блока 1 со всеми составными частями могут быть достаточно малыми и не превышать по диаметру 50 мм и такой же длине. Similarly, the suspension elements of the gyrotheodolite gyro rotor are made, operating in a vertical plane passing through the Y axis, i.e., located in a plane perpendicular to the plane of FIG. 2 and 3. The dimensions of the measuring unit 1 with all its components can be quite small and not exceed 50 mm in diameter and the same length.

Энергопотребление гиротеодолита для обеспечения устройств, приведенных на фиг. 1 3, без автоматических приводов горизонтирования и разворота по азимуту не превышает 10 15 Вт. The power consumption of the gyrotheodolite to provide the devices shown in FIG. 1 3, without automatic drives for leveling and turning in azimuth does not exceed 10 15 watts.

Таким образом, заявленный гиротеодолит содержит двухкоординатный электронный уровень, трехкоординатный быстродействующий акселерометр и двухкоординатный гиротахометр с астатическим трехстепенным гироскопом или гиромаятником с вертикальной осью вращения ротора, по показаниям которых осуществляется начальная ориентация гиротеодолита, а также вычисление во вспомогательных блоках устройства угла j и поправок к нему, зависящих от ошибок горизонтирования и вибраций основания. Thus, the claimed gyrotheodolite contains a two-coordinate electronic level, a three-coordinate fast-acting accelerometer and a two-coordinate gyrotachometer with an astatic three-step gyroscope or gyro-pendulum with a vertical axis of rotation of the rotor, according to the readings of which the initial orientation of the gyrotheodolite and the angle correction unit are calculated, as well as the angle unit depending on leveling errors and base vibrations.

Основой измерительного блока заявленного гиротеодолита является сферический ферромагнитный ротор, удерживаемый в равновесном положении силами электромагнитного поля переменного тока, развиваемыми расположенным над ним статором магниторезонансного подвеса. Подвешенный таким образом ротор выполняет функции акселерометра, а также двухкоординатного электронного уровня. Поскольку ротор находится в условиях вакуума и может работать на выбеге, то точность работы такого устройства весьма высока. The basis of the measuring unit of the claimed gyrotheodolite is a spherical ferromagnetic rotor, held in equilibrium by the forces of an electromagnetic field of alternating current, developed by a stator of a magnetic resonance suspension located above it. Suspended in this way, the rotor serves as an accelerometer, as well as a two-coordinate electronic level. Since the rotor is in a vacuum and can run on coast, the accuracy of this device is very high.

В предложенном гиротеодолите в отличие от известных гироскопов с симметричным магнитным подвесом использован полусферический подвес ротора. Такое решение не только упрощает конструкцию гиротеодолита и сокращает его энергопотребление, но и способствует повышению точности работы. Последнее обстоятельство связано с тем, что ротор гироскопа автоматически центрируется относительно полусферы одного статора подвеса, расположенного над ним, в то время как при наличии двух статоров подвеса на точность работы гироскопа весьма существенно влияют изменения взаимного положения этих статоров. In the proposed gyrotheodolite, in contrast to the known gyroscopes with a symmetrical magnetic suspension, a hemispherical rotor suspension is used. This solution not only simplifies the design of the gyrotheodolite and reduces its energy consumption, but also improves the accuracy of work. The latter circumstance is due to the fact that the gyro rotor is automatically centered relative to the hemisphere of one suspension stator located above it, while in the presence of two suspension stators, the gyro accuracy is very significantly affected by the relative positions of these stators.

Повышению точности работы гиротеодолита способствует также форма ротора, не содержащая каких-либо отверстий или других нарушений поверхности в зоне его взаимодействия со статором подвеса. The rotor shape, which does not contain any holes or other surface disturbances in the area of its interaction with the suspension stator, also contributes to the accuracy of the gyrotheodolite.

Основными техническими результатами, по сравнению с прототипом, достигнутыми в заявленном устройстве, как следует из вышеизложенного, являются существенное увеличение точности работы, сокращение времени готовности, габаритных размеров, веса и энергопотребления. The main technical results, compared with the prototype, achieved in the claimed device, as follows from the foregoing, are a significant increase in accuracy, reduction in availability, overall dimensions, weight and power consumption.

В состав предложенного гиротеодолита, также как и в других гиротеодолитах, могут входить оптический визир, измеритель угла поворота визира, основание для установки прибора на грунт или на шасси транспортного средства, а также другие устройства, номенклатура и конструкция которых зависят от особенностей применения гиротеодолита. The composition of the proposed gyrotheodolite, as well as in other gyrotheodolites, can include an optical sight, a meter for measuring the angle of rotation of the sight, a base for mounting the device on the ground or on the chassis of a vehicle, as well as other devices whose nomenclature and design depend on the particular application of the gyrotheodolite.

Claims (4)

1. Гиротеодолит с чувствительным элементом, содержащим гироскоп со сферическим ротором с вертикальной ориентацией оси его вращения, списывающее устройство и блок выработки азимутального направления, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде герметичного вакуумированного корпуса, содержащего ферромагнитный ротор со сферической наружной поверхностью и расположенным над ним симметричным относительно вертикальной оси статором с сердечниками электромагнитов, имеющими поверхности сферической формы в зоне их взаимодействия с ротором, а каждый электромагнит статора связан с источником переменного напряжения (тока) через конденсатор и последовательно соединенный с ним блок демпфирования, а также содержащего двухкоординатный датчик, взаимодействующий с ротором, связанный с блоком выработки азимутального направления и выходами усилителей-преобразователей, входы которых связаны со списывающим устройством,
2. Гиротеодолит по п. 1, отличающийся тем, что сферический ротор гироскопа имеет цилиндрическое отверстие, связанное с внутренней полостью, оси симметрии которых параллельны оси вращения ротора, причем упомянутое отверстие расположено в нижней части ротора.
1. Gyrotheodolite with a sensitive element containing a gyroscope with a spherical rotor with a vertical orientation of its rotation axis, a charging device and an azimuthal direction generating unit, characterized in that the sensitive element is made in the form of a sealed evacuated housing containing a ferromagnetic rotor with a spherical outer surface and located above a stator symmetrical with respect to the vertical axis with electromagnet cores having spherical surfaces in the zone of their interaction action with a rotor, and each stator electromagnet is connected to an alternating voltage (current) source through a capacitor and a damping unit connected in series to it, as well as a two-coordinate sensor that interacts with the rotor and is connected to the azimuthal direction generating unit and the outputs of amplifier converters whose inputs connected to a writing device,
2. A gyrotheodolite according to claim 1, characterized in that the spherical rotor of the gyroscope has a cylindrical hole connected to the internal cavity, the axis of symmetry of which are parallel to the axis of rotation of the rotor, said hole being located in the lower part of the rotor.
3. Гиротеодолит по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что каждый блок демпфирования содержит два параллельно соединенных между собой однополупериодных разнополярных выпрямителя, каждый из которых связан с параллельно соединенными сопротивлением и конденсатором. 3. Gyrotheodolite according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that each damping unit contains two parallel-connected one-half-wave bipolar rectifiers, each of which is connected to a parallel-connected resistance and capacitor. 4. Гиротеодолит по пп. 1 3, отличающийся тем, что в нем применены сумматоры, например, резистивные, визуальные индикаторы отклонения корпуса гиротеодолита от направления вертикали и(или) привода автоматического горизонтирования корпуса, причем входы каждого сумматора связаны с разнополярными выпрямителями блоков демпфирования, включенных последовательно с электромагнитами статора подвеса, оси симметрии которых расположены в одной вертикальной плоскости, проходящей через центр ротора, а выходы сумматоров связаны с соответствующими визуальными индикаторами и(или) приводами автоматического горизонтирования. 4. Gyrotheodolite according to paragraphs. 1 to 3, characterized in that it uses adders, for example, resistive, visual indicators of the deviation of the gyrotheodolite housing from the vertical direction and (or) the drive of automatic leveling of the housing, the inputs of each adder being connected to bipolar rectifiers of damping blocks connected in series with the electromagnets of the suspension stator , the axis of symmetry of which are located in one vertical plane passing through the center of the rotor, and the outputs of the adders are associated with the corresponding visual indicators and (or) drives the automatic leveling. 5. Гиротеодолит по пп. 1 3, отличающийся тем, что в нем применены сумматоры, например, резистивные, визуальные индикаторы отклонения корпуса гиротеодолита от направления вертикали и (или) привода автоматического горизонтирования корпуса, две пары разнополярных выпрямителей напряжения, причем каждый выпрямитель пары связан по входу с электромагнитом статора, а второй выпрямитель другой полярности пары связан с электромагнитом статора, лежащим в той же вертикальной плоскости, что и ранее указанный электромагнит, а по выходу выпрямители связаны со входами сумматора, выход которого связан с индикатором отклонения и (или) приводом автоматического горизонтирования. 5. Gyrotheodolite according to paragraphs. 1 3, characterized in that it uses adders, for example, resistive, visual indicators of the deviation of the gyrotheodolite housing from the vertical direction and (or) the drive automatically leveling the housing, two pairs of different-voltage rectifiers, each pair of rectifiers connected in input to the stator electromagnet, and the second rectifier of a different polarity of the pair is connected to the stator electromagnet lying in the same vertical plane as the previously indicated electromagnet, and the rectifiers are connected to the inputs by the output ora, the output of which is connected with an indicator deviation and (or) driven automatic leveling.
RU93025915A 1993-05-12 1993-05-12 Gyrotheodolite with vertical orientation of gyrowheel rotary axis RU2073208C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93025915A RU2073208C1 (en) 1993-05-12 1993-05-12 Gyrotheodolite with vertical orientation of gyrowheel rotary axis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93025915A RU2073208C1 (en) 1993-05-12 1993-05-12 Gyrotheodolite with vertical orientation of gyrowheel rotary axis

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2073208C1 true RU2073208C1 (en) 1997-02-10

Family

ID=20141330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93025915A RU2073208C1 (en) 1993-05-12 1993-05-12 Gyrotheodolite with vertical orientation of gyrowheel rotary axis

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2073208C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106023729A (en) * 2016-07-12 2016-10-12 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 Gyro theodolite teaching system
RU2656263C1 (en) * 2017-03-24 2018-06-04 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Gyro-compass with visual channel

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент Великобритания N 1016260, кл. G 01C 19/38, 1966. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106023729A (en) * 2016-07-12 2016-10-12 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 Gyro theodolite teaching system
CN106023729B (en) * 2016-07-12 2018-10-16 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 A kind of tutoring system of gyrotheodolite
RU2656263C1 (en) * 2017-03-24 2018-06-04 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Gyro-compass with visual channel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4061043A (en) Electrostatic rate gyroscope
TW577975B (en) Core inertial measurement unit
JPH09501498A (en) Inclinometer
CA2636682A1 (en) Disc resonator integral inertial measurement unit
US8079258B1 (en) Gyroscope and pendulous gyroscopic accelerometer with adjustable scale factor, and gravity gradiometer using such
CN109407159A (en) A kind of earth magnetism total factor sensor attitude error calibration method
CN114910059A (en) Miniaturized MEMS gyro north finder
CN111506118A (en) Three-degree-of-freedom photoelectric pod driven by orthogonal decoupling torque
US3295379A (en) Spherically symmetric gyro
RU2073208C1 (en) Gyrotheodolite with vertical orientation of gyrowheel rotary axis
US4240302A (en) Gyroscopic instrument
RU2329467C1 (en) Inertial platform
US4123849A (en) Miniature north reference unit
JPH06507707A (en) altitude sensor
US3172213A (en) eklund
US5321986A (en) Polar loop implementation for a two degree of freedom gyro
US2949780A (en) Integrating accelerometer
CN110672082B (en) Concentrated mass vibrating gyroscope based on push-up magnetic suspension platform
US3765250A (en) Multiple rotation gyroscope
US3451274A (en) Electrostatically supported inertial device
Bogolyubov et al. Astatic Gyrocompass Based on a Hybrid Micromechanical Gyroscope
CN107246869A (en) A kind of strapdown micro-mechanical inertia navigation system
RU2521765C1 (en) Universal non-contact gyro
RU2134427C1 (en) Inclinometer (versions)
CN114295863B (en) Triaxial acceleration measurement method based on single magnetic suspension control sensitive gyroscope