RU2460040C1 - Gyroscope (versions) - Google Patents
Gyroscope (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2460040C1 RU2460040C1 RU2011109981/28A RU2011109981A RU2460040C1 RU 2460040 C1 RU2460040 C1 RU 2460040C1 RU 2011109981/28 A RU2011109981/28 A RU 2011109981/28A RU 2011109981 A RU2011109981 A RU 2011109981A RU 2460040 C1 RU2460040 C1 RU 2460040C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gyroscope
- sensors
- rotor
- angle
- moment
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к приборостроению и может использоваться при создании бескарданных гироскопов на сферической шарикоподшипниковой опоре, которые могут применяться, например, в качестве чувствительных элементов гиростабилизаторов или двухканальных измерителей угловой скорости.The invention relates to instrumentation and can be used to create gimballess gyroscopes on a spherical ball bearing, which can be used, for example, as sensitive elements of gyrostabilizers or two-channel angular velocity meters.
Известен гироскоп [1], содержащий корпус, гиромотор, карданов подвес, датчики угла и датчики момента, повернутые относительно друг друга на 90° вокруг продольной оси гироскопа.Known gyroscope [1] containing a housing, a gyromotor, cardan suspension, angle sensors and torque sensors, rotated relative to each other by 90 ° around the longitudinal axis of the gyroscope.
Основным недостатком данного гироскопа является наличие карданова подвеса, что обуславливает значительный дрейф гироскопа из-за необходимости применения токоподводов для подачи электропитания на обмотки гиромотора, датчиков угла и датчиков момента и шарикоподшипников - для обеспечения вращения рамок карданова подвеса.The main disadvantage of this gyroscope is the presence of a cardan suspension, which leads to a significant drift of the gyroscope due to the need to use current leads to supply power to the windings of the gyromotor, angle sensors and torque sensors and ball bearings to ensure rotation of the frames of the cardan suspension.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является гироскоп [2], содержащий корпус с герметично закрывающейся крышкой, гиромотор, ротор на сферической шарикоподшипниковой опоре, трансформаторно-индуктивные датчики угла и электромагнитные датчики момента. Статор гиродвигателя состоит из двух шихтованных пакетов, разделенных между собой немагнитным элементом, и обмотки, витки которой охватывают оба пакета. Обмотка гиродвигателя, кроме основной своей функции (создание вращающегося магнитного поля, приводящего во вращение ротор), выполняет функцию первичной обмотки трансформаторно-индуктивного датчика угла. Вторичные обмотки датчиков угла намотаны раздельно на каждом пакете, причем каждая пара обмоток геометрически сдвинута относительно друг друга на 90°, что позволяет производить измерения по двум осям. При симметричном расположении гистерезисного кольца ротора относительно пакетов статора в обмотках датчиков угла будет наводиться одинаковая по величине ЭДС. При смещении этого кольца в какую-либо сторону величина наводимых ЭДС в обмотках датчиков угла будут различными. Датчики момента конструктивно выполнены аналогично с датчиками угла и геометрически сдвинуты относительно них на 90°.The closest in technical essence to the claimed device is a gyroscope [2], comprising a housing with a hermetically sealed cover, a gyromotor, a rotor on a spherical ball bearing, transformer-inductive angle sensors and electromagnetic torque sensors. The stator of the gyrodrive consists of two burst packages, separated by a non-magnetic element, and a winding, the turns of which cover both packages. The winding of the gyromotor, in addition to its main function (creating a rotating magnetic field that rotates the rotor), performs the function of the primary winding of the transformer-inductive angle sensor. The secondary windings of the angle sensors are wound separately on each package, with each pair of windings geometrically offset relative to each other by 90 °, which allows measurements on two axes. With a symmetric arrangement of the hysteresis rotor ring relative to the stator packets, the same EMF will be induced in the windings of the angle sensors. When this ring is shifted to either side, the magnitude of the induced EMF in the windings of the angle sensors will be different. The torque sensors are structurally made similarly to angle sensors and are geometrically shifted relative to them by 90 °.
Недостатком данного гироскопа являются: его низкая точность измерения полезного сигнала, вызванная наличием помех, создаваемых работой гиродвигателя из-за вихревых токов в результате использования гистерезисного кольца ротора в качестве подвижного элемента (ротора) датчиков угла; ограниченный диапазон измеряемых угловых скоростей (из-за малого плеча датчик момента - подвижный элемент); невозможность проводить коррекцию дрейфа гироскопа, зависящего от момента вращения электромагнитного поля, создаваемого статором, так как в данном случае гистерезисное кольцо должно быть размагничено и не может являться подвижным элементом (ротором) датчиков угла и датчиков момента [3].The disadvantage of this gyroscope is: its low accuracy of measuring the useful signal, caused by the presence of interference caused by the operation of the gyromotor due to eddy currents as a result of using the hysteresis ring of the rotor as a movable element (rotor) of the angle sensors; limited range of measured angular velocities (due to the small shoulder, the torque sensor is a moving element); the impossibility of correcting the drift of the gyroscope, depending on the moment of rotation of the electromagnetic field created by the stator, since in this case the hysteresis ring must be demagnetized and cannot be a moving element (rotor) of angle sensors and torque sensors [3].
Целью изобретения является улучшение точностных параметров гироскопа и расширение диапазона измеряемых угловых скоростей.The aim of the invention is to improve the accuracy of the gyroscope and the expansion of the range of measured angular velocities.
Для достижения этого в первом варианте гироскопа, содержащего корпус с расположенным внутри него гиродвигателем, включающим статор с катушками и ротор на сферической шарикоподшипниковой опоре, трансформаторно-индуктивные датчики угла и электромагнитные датчики момента, согласно изобретению, в торцевой части ротора, в качестве подвижного элемента датчиков угла и датчиков момента, жестко закреплено ферритовое кольцо прямоугольного сечения, а датчики угла и датчики момента размещены на корпусе гироскопа напротив ферритового кольца.To achieve this, in the first version of the gyroscope, comprising a housing with a gyrodrive located inside it, including a stator with coils and a rotor on a spherical ball bearing, transformer-inductive angle sensors and electromagnetic torque sensors, according to the invention, in the end part of the rotor as a movable sensor element angle and moment sensors, a ferrite ring of rectangular cross section is rigidly fixed, and angle sensors and moment sensors are placed on the gyroscope body opposite the ferrite ring.
Второй вариант гироскопа отличается тем, что внутри ферритового кольца неподвижно закреплено стальное кольцо прямоугольного сечения.The second version of the gyroscope is characterized in that a steel ring of rectangular cross section is fixedly fixed inside the ferrite ring.
К существенным отличиям предложенного гироскопа по сравнению с известным является введение в торцевую часть ротора жестко закрепленного ферритового кольца прямоугольного сечения, выполняющего роль подвижного элемента датчиков угла и момента, которые размещены на корпусе гироскопа напротив ферритового кольца. Существенным отличием второго варианта гироскопа является введение дополнительного стального кольца внутри ферритового.Significant differences of the proposed gyroscope compared with the known one is the introduction of a rigidly fixed rectangular ferrite ring into the end part of the rotor, which acts as a movable element of the angle and moment sensors, which are placed on the gyroscope body opposite the ferrite ring. A significant difference between the second version of the gyroscope is the introduction of an additional steel ring inside the ferrite.
Данные существенные отличия позволяют повысить точность гироскопа за счет устранения помех в полезном сигнале, создаваемых работой гиродвигателя, и расширить диапазон измеряемых угловых скоростей за счет увеличения плеча датчик момента - подвижный элемент.These significant differences can improve the accuracy of the gyroscope by eliminating interference in the useful signal generated by the operation of the gyrodrive, and expand the range of measured angular velocities by increasing the arm of the torque sensor - a movable element.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 представлен первый вариант предложенного гироскопа вид сбоку в разрезе; на фиг.2 - вид первого варианта в сечении по линии А-А; на фиг.3 - схема работы датчиков угла; на фиг.4 - схема работы датчиков момента; на фиг.5 - вид второго варианта предложенного гироскопа сбоку в разрезе. Figure 1 presents the first version of the proposed gyroscope side view in section; figure 2 is a view of the first option in section along the line aa; figure 3 - diagram of the operation of the angle sensors; figure 4 - scheme of operation of the torque sensors; figure 5 is a side view of a second variant of the proposed gyroscope in side view.
В предложенной предпочтительной реализации гироскопа по первому варианту ротор 3 гироскопа (с гистерезисным кольцом 8 и ферритовым кольцом 5) имеет колокообразную форму и установлен во внутреннее кольцо сферической шарикоподшипниковой опоры 4. Сферическая шарикоподшипниковая опора 4 обеспечивает три степени свободы ротора 3, допуская неограниченный угол поворота вокруг собственной оси вращения (оси X) и ограниченные углы (±45') поворота вокруг двух других осей (Y и Z). Ротор 3 приводится во вращение гиродвигателем, статор 2 которого установлен на наружном кольце сферической шарикоподшипниковой опоры 4. Радиальный шарикоподшипник 10 выполняет роль упора и служит для ограничения углов поворота ротора 3 вокруг осей Y и Z. In the proposed preferred implementation of the gyroscope according to the first embodiment, the gyroscope rotor 3 (with a
Для регистрации угла поворота ротора 3 вокруг измерительных осей Y и Z предназначены датчики 6 угла, неподвижная (статорная) часть которых выполнена, например, в виде П-образного сердечника, на который надеты две одинаковые катушки 12, одна из этих катушек является обмоткой возбуждения, а вторая - сигнальной обмоткой. Датчик 6 угла по каждому каналу содержит два таких сердечника с катушками 12, расположенных диаметрально и смещенных относительно осей чувствительности гироскопа на угол 45° (фиг.2, фиг.3). Обмотки возбуждения датчика угла одного канала соединены последовательно и подключены параллельно с обмотками возбуждения датчика угла другого канала к источнику переменного тока U, например, напряжением ~8 B, частотой 11600 Гц. Сигнальные обмотки соединены по дифференциальной схеме. При таком включении обмоток происходит увеличение крутизны датчика по сравнению с другими схемами включения. При подаче напряжения питания на обмотки возбуждения датчика 6 угла на сигнальных обмотках трансформируется напряжение. Суммарная величина этого напряжения на обеих сигнальных обмотках практически не зависит от положения ротора 3 (при малых углах поворота) и выполняет роль напряжения питания мостовой схемы. Воздушные зазоры δ1 и δ2 между ферритовым кольцом 5 и сердечниками датчика 6 угла при нейтральном положении ротора 3 равны δ1=δ2, индуктивности обеих сигнальных обмоток одинаковы и мост сбалансирован.To register the angle of rotation of the
При повороте ротора 3 относительно нейтрали, например, на угол ψ (фиг.3) указанные воздушные зазоры изменяются: для одного сердечника воздушный зазор увеличивается, а для другого - уменьшается. При этом индуктивность одной сигнальной обмотки увеличивается, а другой - уменьшается. В результате баланс моста нарушается и на выходной диагонали мостовой схемы появляется напряжение, пропорциональное удвоенному углу поворота ротора 3. Изменение направления поворота ротора 3 вызывает изменение фазы выходного напряжения на 180°, т.е. характеристика датчика 6 угла является реверсивной. Регулировка нулей датчика 6 угла осуществляется, например, смещением катушек 12 сигнальных обмоток.When the
Выбранная схема работы датчиков 6 угла сочетает в себе преимущества трансформаторных и индуктивных датчиков. Она не создает относительно измерительной оси момента сил сухого трения, т.к. является бесконтактной, а моменты, обусловленные силами притяжения ротора к сердечникам, направлены в противоположные стороны и поэтому почти полностью компенсируются.The selected scheme of operation of the sensors of the 6th angle combines the advantages of transformer and inductive sensors. It does not create, relative to the measuring axis, the moment of dry friction forces, because is non-contact, and the moments due to the forces of attraction of the rotor to the cores are directed in opposite directions and therefore are almost completely compensated.
Для создания управляющих моментов используются электромагнитные датчики 7 момента, работающие на постоянном токе. Конструктивно датчик 7 момента подобен датчику 6 угла и содержит по каждому каналу два, диаметрально расположенных на корпусе 1 и совмещенных с осями чувствительности гироскопа сердечника, например, из металлокерамики. На средний стержень каждого сердечника, имеющего, например, Ш-образную форму, надета катушка 14 управления (фиг.2, фиг.4). Главное достоинство электромагнитных датчиков заключается в их конструктивной и технологической простоте и возможности получения значительных по величине моментов.To create control moments,
Подвижным элементом (ротором), общим для датчиков 6 угла и датчиков 7 момента, является ферритовое кольцо 5, например, из материала М2000 НМ1-17 ПЯО.707.094 ТУ. Ферритовое кольцо 5 расположено в торцевой части ротора 3 и не создает помех в сигнальных обмотках датчиков 6 угла, создаваемых работой гиродвигателя.A movable element (rotor) common to
Гироскоп закрыт кожухом 9, выполнен герметичным и заполнен гелиеводородной смесью до давления, например, 750 мм рт.ст. в целях снижения аэродинамического момента сопротивления и его влияния на дрейф гироскопа (через проекции этого момента на оси чувствительности гироскопа). Для съема и подачи электрических сигналов служат гермовводы 13.The gyroscope is closed by a
Во втором варианте гироскопа (фиг.5) внутри ферритового кольца 5 неподвижно закреплено стальное кольцо 15, например, из материала сталь 20895 ГОСТ 11036-75. За счет чего увеличивается крутизна характеристики датчика момента и, следовательно, увеличивается измеряемая угловая скорость при работе гироскопа в условиях повышенной температуры.In the second version of the gyroscope (Fig. 5), a
Гироскоп работает следующим образом. В нулевом положении в силу симметрии выходной сигнал с датчиков 6 угла отсутствует. В режиме измерения при наличии угловой скорости, например, относительно оси Y корпус 1 гироскопа начнет разворачиваться относительно этой оси, а ротор 3 будет стремиться сохранить неизменным в инерциальном пространстве направление вектора кинетического момента. Зазоры δ1 и δ2 между ферритовым кольцом 5 и торцевыми поверхностями сердечников датчиков 6 угла изменятся и на выходе датчика 6 угла появится сигнал, амплитуда которого пропорциональна измеряемому углу, а фаза определяет знак углового перемещения. Данный сигнал электрически обрабатывается и подается в катушки датчика 7 момента по оси Z, при этом ротор 3 по правилу гироскопии будет прецессировать (поворачиваться) относительно оси Y, стремясь уменьшить до нуля рассогласование на датчике 6 угла. Мерой угловой скорости является ток в катушках датчика 7 момента. Зависимость квадратичнаяThe gyroscope works as follows. In the zero position due to symmetry, the output signal from the
где w - измеряемая угловая скорость;where w is the measured angular velocity;
к - масштабный коэффициент датчика момента;k is the scale factor of the torque sensor;
I - ток в катушке датчика момента.I is the current in the coil of the torque sensor.
При использовании гироскопа в качестве чувствительного элемента гиростабилизатора сигнал с датчика 6 угла электрически обрабатывается и подается, например, на двигатель разгрузки гиростабилизатора. Датчик 7 момента гироскопа при этом используется либо для компенсации дрейфа гироплатформы, либо для управления при необходимости разворота гироплатформы.When using the gyroscope as a sensitive element of the gyrostabilizer, the signal from the
Таким образом, в сравнении с прототипом использование предлагаемого устройства в качестве чувствительных элементов гиростабилизаторов или двухканальных измерителей угловой скорости обеспечивает улучшение точностных параметров и расширение диапазона измеряемых угловых скоростей.Thus, in comparison with the prototype, the use of the proposed device as sensitive elements of gyrostabilizers or two-channel angular velocity meters improves the accuracy parameters and widens the range of measured angular velocities.
Источники информацииInformation sources
1. АС СССР №431808 Трехстепенный гироскоп // МПК G01C 19/00, заявлено 26.11.1971 г.1. AS of the USSR No. 431808 Three-stage gyroscope // IPC G01C 19/00, declared on 11.26.1971
2. Патент США №3517562, НКИ 74/5.6, МПК G01C 19/28, выдан 30.06.1970 г. (прототип).2. US patent No. 3517562, NKI 74 / 5.6, IPC G01C 19/28, issued June 30, 1970 (prototype).
3. Патент РФ №2410658, МПК G01M 1/34, 2009 г.3. RF patent No. 2410658,
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109981/28A RU2460040C1 (en) | 2011-03-16 | 2011-03-16 | Gyroscope (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109981/28A RU2460040C1 (en) | 2011-03-16 | 2011-03-16 | Gyroscope (versions) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2460040C1 true RU2460040C1 (en) | 2012-08-27 |
Family
ID=46937876
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011109981/28A RU2460040C1 (en) | 2011-03-16 | 2011-03-16 | Gyroscope (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2460040C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107014364A (en) * | 2017-03-24 | 2017-08-04 | 北京科技大学 | A kind of sensitive gyroscope of stator rotating type magnetic suspension |
RU2698493C2 (en) * | 2017-09-27 | 2019-08-28 | Акционерное общество "ЗАСЛОН" | Method of measuring angular deviations of rotor of three-degree gyroscope relative to its housing and rotor rpm |
RU2725880C1 (en) * | 2019-12-30 | 2020-07-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Two-channel angular speed sensor |
RU2728733C1 (en) * | 2019-09-13 | 2020-07-30 | Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" | Gyroscope |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3517562A (en) * | 1967-09-12 | 1970-06-30 | Raytheon Co | Inertial gyroscope |
SU581432A1 (en) * | 1976-07-19 | 1977-11-25 | Томский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Им. С.М.Кирова | Speed sensor using barkhoisen effect |
GB2025066A (en) * | 1978-07-06 | 1980-01-16 | Honeywell Gmbh | Gyroscope |
SU431808A1 (en) * | 1971-11-26 | 2005-08-20 | Е.С. Аршинов | THREE-STEPPED GYRO |
RU2308680C2 (en) * | 2005-11-30 | 2007-10-20 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Gyroscope |
RU2410658C1 (en) * | 2009-07-06 | 2011-01-27 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Method to correct gyroscope drift and device for its realisation |
-
2011
- 2011-03-16 RU RU2011109981/28A patent/RU2460040C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3517562A (en) * | 1967-09-12 | 1970-06-30 | Raytheon Co | Inertial gyroscope |
SU431808A1 (en) * | 1971-11-26 | 2005-08-20 | Е.С. Аршинов | THREE-STEPPED GYRO |
SU581432A1 (en) * | 1976-07-19 | 1977-11-25 | Томский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Им. С.М.Кирова | Speed sensor using barkhoisen effect |
GB2025066A (en) * | 1978-07-06 | 1980-01-16 | Honeywell Gmbh | Gyroscope |
RU2308680C2 (en) * | 2005-11-30 | 2007-10-20 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Gyroscope |
RU2410658C1 (en) * | 2009-07-06 | 2011-01-27 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Method to correct gyroscope drift and device for its realisation |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107014364A (en) * | 2017-03-24 | 2017-08-04 | 北京科技大学 | A kind of sensitive gyroscope of stator rotating type magnetic suspension |
RU2698493C2 (en) * | 2017-09-27 | 2019-08-28 | Акционерное общество "ЗАСЛОН" | Method of measuring angular deviations of rotor of three-degree gyroscope relative to its housing and rotor rpm |
RU2728733C1 (en) * | 2019-09-13 | 2020-07-30 | Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" | Gyroscope |
RU2725880C1 (en) * | 2019-12-30 | 2020-07-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Two-channel angular speed sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6043721B2 (en) | Improved position sensor | |
RU2460040C1 (en) | Gyroscope (versions) | |
US10480580B2 (en) | Bearing comprising an angular movement sensor | |
US10557727B2 (en) | Inductive displacement sensors | |
US10564008B2 (en) | Inductive displacement sensors | |
US10564007B2 (en) | Inductive movement sensors | |
US5939878A (en) | Angular displacement transducer having flux-directing target and multi-sectored pole piece | |
JPH08506186A (en) | Torque measuring device | |
RU2308680C2 (en) | Gyroscope | |
Bakhtieva et al. | Modulation of damping in the rotor vibratory gyroscopes | |
RU2446382C1 (en) | Gyroscope | |
CA1231255A (en) | Coil system for inductive measurement of the velocity of movement of a magnetized body | |
RU2728733C1 (en) | Gyroscope | |
RU2641018C1 (en) | Double-stepped float gyroscope | |
US2753718A (en) | Induced voltage pickoff for rate gyros | |
RU154135U1 (en) | GYROSCOPIC ANGULAR SPEED METER | |
RU2725880C1 (en) | Two-channel angular speed sensor | |
RU2178142C2 (en) | Dynamically adjusted gyro | |
RU2771918C2 (en) | Gyroscope | |
JP2003042805A (en) | Magnetic induction type rotary position detector | |
SU1281876A1 (en) | Differential transformer angle transducer | |
RU2621642C1 (en) | Device and method of measuring absolute angular speed | |
RU2107261C1 (en) | Electromagnetic angle-data transmitter of gyroscope rotating rotor | |
CN113686322A (en) | Micro-torque corner sensor and deflection angle testing method thereof | |
SU815475A1 (en) | Linear displacement converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190317 |