RU2594628C1 - Two degrees of freedom float gyroscope - Google Patents
Two degrees of freedom float gyroscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2594628C1 RU2594628C1 RU2015116216/28A RU2015116216A RU2594628C1 RU 2594628 C1 RU2594628 C1 RU 2594628C1 RU 2015116216/28 A RU2015116216/28 A RU 2015116216/28A RU 2015116216 A RU2015116216 A RU 2015116216A RU 2594628 C1 RU2594628 C1 RU 2594628C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- float
- housing
- gyroscope
- cylinder
- degrees
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов.The invention relates to the field of precision instrumentation and can be used in the development and production of two-stage float gyroscopes.
Известен гироскоп [1], содержащий герметичный корпус, сферический ротор, систему электростатического подвеса ротора, включающую электроды, установленные попарно на внутренней поверхности корпуса вдоль трех взаимно перпендикулярных осей прибора и электронный блок управления положением ротора относительно электродов, систему разгона ротора, систему поддержания вакуума внутри корпуса, систему измерения углового положения ротора относительно корпуса.Known gyroscope [1], containing a sealed housing, a spherical rotor, an electrostatic suspension system of the rotor, including electrodes mounted in pairs on the inner surface of the housing along three mutually perpendicular axes of the device and an electronic control unit for the position of the rotor relative to the electrodes, a rotor acceleration system, a vacuum maintaining system inside housing, a system for measuring the angular position of the rotor relative to the housing.
Недостатком гироскопа является малая устойчивость к внешним механическим воздействиям, вследствие относительно малой перегрузочной способности электростатического подвеса.The disadvantage of the gyroscope is its low resistance to external mechanical stresses, due to the relatively small overload capacity of the electrostatic suspension.
Известен двухстепенной поплавковый гироскоп [2].Known two-stage float gyroscope [2].
Гироскоп содержит герметичный корпус, цилиндрическую поплавковую камеру с гиромотором, установленную в жидкости внутри корпуса. Устройство центрирования камеры относительно корпуса (бесконтактный подвес поплавковой камеры электромагнитного типа), имеет два конусных ротора, размещенные по торцам камеры и два статора, установленных на соответствующих торцевых крышках. Обмотки статоров подключены к блоку управления положением камеры относительно корпуса. На внешней цилиндрической части корпуса размещены обмотка обогрева и обмотка термодатчика. На торцевой крышке установлен сильфон для компенсации объемных расширений жидкости.The gyroscope contains a sealed housing, a cylindrical float chamber with a gyromotor installed in the liquid inside the housing. The camera centering device relative to the housing (non-contact suspension of the electromagnetic type float chamber) has two conical rotors located at the ends of the chamber and two stators mounted on the corresponding end caps. The stator windings are connected to the camera position control unit relative to the housing. On the outer cylindrical part of the housing are placed a heating coil and a thermal sensor winding. A bellows is installed on the end cap to compensate for volumetric fluid expansions.
Недостатком гироскопа является малая точность, обусловленная нестабильностью момента, действующего со стороны электромагнитного подвеса. Причиной нестабильности момента является нестабильность параметров материала - феррита, применяемого для изготовления элементов подвеса, его чувствительность к изменениям внешних условий. На параметры феррита оказывают влияние:The disadvantage of a gyroscope is its low accuracy, due to the instability of the moment acting from the electromagnetic suspension. The reason for the instability of the moment is the instability of the parameters of the material - ferrite, used for the manufacture of suspension elements, its sensitivity to changes in external conditions. The parameters of ferrite are affected by:
- деструкция материала;- destruction of the material;
- корреляция последующих и предыдущих состояний материала;- correlation of subsequent and previous states of the material;
- температура окружающей среды и ее изменения;- ambient temperature and its changes;
- вибрационные и ударные воздействия;- vibration and shock;
- магнитные поля и их изменения. Источники полей могут находиться, как в гироскопе, так и вне его.- magnetic fields and their changes. Sources of fields can be located both in the gyroscope and outside it.
Все эти факторы, вступающие во взаимодействие друг с другом в различных комбинациях и пропорциях, к тому же имеющие разную степень влияния на параметры материала, а через эту зависимость - на силы и моменты, приложенные к поплавковой камере, превращают выходные параметры прибора в случайные величины. Точность гироскопа уменьшается.All these factors interacting with each other in various combinations and proportions, besides having a different degree of influence on the material parameters, and through this dependence on the forces and moments applied to the float chamber, turn the output parameters of the device into random values. The accuracy of the gyro is reduced.
Известен также двухстепенной поплавковый гироскоп [3], который принимаем за прототип.Also known two-stage float gyroscope [3], which is taken as a prototype.
Гироскоп содержит герметичный корпус с двумя торцевыми крышками, цилиндрическую поплавковую гирокамеру, установленную в корпусе на камневых опорах. Зазор между корпусом прибора и поплавковой камерой заполнен жидкостью с удельным весом, близким к удельному весу камеры. Жидкость обеспечивает гидростатическую разгрузку камневых опор. На внешней цилиндрической части корпуса размещены обмотка обогрева и обмотка термодатчика, подключенные к блоку регулирования температуры прибора. Датчик угла, датчик момента установлены по оси подвеса камеры. На торцевой крышке установлен сильфон для компенсации объемных расширений жидкости.The gyroscope contains a sealed housing with two end caps, a cylindrical float gyrocamera mounted in the housing on stone supports. The gap between the body of the device and the float chamber is filled with liquid with a specific gravity close to the specific gravity of the chamber. The liquid provides hydrostatic unloading of stone supports. On the outer cylindrical part of the housing there is a heating coil and a thermal sensor winding connected to the temperature control unit of the device. An angle sensor, a torque sensor are installed along the axis of the camera suspension. A bellows is installed on the end cap to compensate for volumetric fluid expansions.
Недостатком гироскопа - прототипа является его малая точность. Указанный недостаток обусловлен:The disadvantage of the gyroscope prototype is its low accuracy. The specified disadvantage is due to:
- наличием момента трения в камневых опорах поплавковой гирокамеры пропорционального ее остаточному весу;- the presence of a friction moment in the stone supports of the float gyro camera proportional to its residual weight;
- фактором «переплывания» поплавковой камеры в рабочем зазоре, сопровождающийся изменением во времени величины момента, действующего в подвесе при механических контактах в камневых опорах.- the factor of "swimming" of the float chamber in the working gap, accompanied by a change in time of the moment acting in the suspension during mechanical contacts in the stone supports.
Задачей настоящего изобретения является совершенствование конструкции поплавкового двухстепенного гироскопа.The objective of the present invention is to improve the design of the float two-stage gyroscope.
Достигаемый технический результат - повышение точности двухстепенного поплавкового гироскопа.Achievable technical result - improving the accuracy of a two-stage float gyro.
Поставленная задача решается тем, что в известном двухстепенном поплавковом гироскопе, содержащем корпус с двумя торцевыми крышками, цилиндрическую поплавковую гирокамеру, установленную в корпусе на камневых опорах, поддерживающую жидкость заполняющую зазор между корпусом гироскопа и поплавковой гирокамерой, обмотку обогрева и обмотку термодатчика, размещенные на наружной цилиндрической поверхности корпуса, датчик угла, датчик момента, внутри корпуса, соосно с ним устанавливается цилиндр. На внутренней поверхности этого цилиндра вдоль поплавковой камеры изолированно от корпуса установлены две идентичные системы из m электродов, где m=2(n+2), n=1,2…, жестко связанных с цилиндром. Геометрический центр поверхности плоской развертки одной системы электродов лежит по одну сторону от плоскости, перпендикулярной продольной оси гироскопа, делит цилиндрическую поверхность встроенного цилиндра на две равные части, при этом, он симметричен геометрическому центру поверхности плоской развертки второй системы.The problem is solved in that in the well-known two-stage float gyroscope containing a body with two end caps, a cylindrical float gyrocamera installed in the housing on stone supports, supporting liquid filling the gap between the gyroscope body and the float gyrocamera, the heating coil and the temperature sensor winding, placed on the temperature sensor a cylindrical surface of the housing, an angle sensor, a torque sensor, a cylinder is mounted coaxially with it. Two identical systems of m electrodes, where m = 2 (n + 2), n = 1.2 ..., are rigidly connected to the cylinder, are installed on the inner surface of this cylinder along the float chamber, isolated from the body. The geometric center of the flat scan surface of one electrode system lies on one side of the plane perpendicular to the longitudinal axis of the gyroscope, divides the cylindrical surface of the built-in cylinder into two equal parts, while it is symmetrical to the geometric center of the flat scan surface of the second system.
Предлагаемое изобретение поясняется рисунками фиг. 1-3. На фиг. 1 изображен общий вид прибора. На фиг. 2 приведена развертка цилиндра с электродами. На фиг. 3 приведена функциональная схема одного из каналов подвеса.The invention is illustrated by drawings of FIG. 1-3. In FIG. 1 shows a general view of the device. In FIG. 2 shows a scan of a cylinder with electrodes. In FIG. 3 shows a functional diagram of one of the suspension channels.
Предлагаемый гироскоп 1 (фиг. 1) состоит из корпуса 2 с двумя торцевыми крышками 3, 4; цилиндра 5 (цилиндр 5 выполнен из материала с электроизоляционными свойствами, например, из керамики), установленного внутри корпуса 2 соосно с ним; цилиндрической поплавковой гирокамеры 6, установленной внутри корпуса 2 соосно с цилиндром 5 на ограничительных камневых опорах 7. На внутренней поверхности цилиндра 5 вдоль цилиндрической поверхности поплавковой камеры 6 установлены две идентичные системы из m электродов, где m=2(n+2), n=1,2…, жестко связанных с цилиндром 5.The proposed gyroscope 1 (Fig. 1) consists of a
На фиг. 2 показана развертка цилиндра для n=2, содержащая электроды 81-111 (82-112). Противолежащая пара электродов в каждой системе (на фиг. 3 пара 81, 101 и пара 91 и 111) подключена к соответствующему блоку управления (на фиг. 3 к блокам управления 17 и 18) положением поплавковой гирокамеры 6 относительно соответствующих электродов. Каждый блок управления, например, блок 17 содержит схему 19 измерения перемещения камеры 6 относительно этих электродов (емкостной датчик перемещения), высоковольтный усилитель 20, генератор 21 для питания датчика перемещения. Принцип построения генератора 21, датчика 19 и усилителя 20 аналогичны принципу построения устройств, приведенных в [1].In FIG. 2 shows a scan of the cylinder for n = 2, containing electrodes 8 1 -11 1 (8 2 -11 2 ). The opposite pair of electrodes in each system (in Fig. 3 a pair of 8 1 , 10 1 and a pair of 9 1 and 11 1 ) is connected to the corresponding control unit (in Fig. 3 to the
Электроды 81 и 101, 91 и 111, 82 и 102, 92 и 112 с соответствующими блоками управления образуют четырехканальный радиальный электростатический подвес камеры 6 относительно двух взаимно перпендикулярных осей O1Y1(O2Y2), O1Z1(O2Z2) (фиг. 2). Оси O1Y1Z1 связаны с системой электродов, установленных вдоль одного торца поплавковой камеры 6. Оси O2Y2Z2 связаны с системой электродов, установленных вдоль другого торца поплавковой камеры 6.The electrodes 8 1 and 10 1 , 9 1 and 11 1 , 8 2 and 10 2 , 9 2 and 11 2 with the corresponding control units form a four-channel radial electrostatic suspension of the
Для создания угловой жесткости подвеса электроды установлены так, что геометрический центр А1 поверхности плоской развертки одной системы электродов 81-111 лежит по одну сторону от плоскости OYZ (оси OXYZ - оси, связанные с поплавковой камерой 6), перпендикулярной продольной оси ОХ цилиндра 5 и делящей его поверхность на две равные части, и симметричен геометрическому центру А2 поверхности плоской развертки второй системы электродов 82-112. При этом предотвращаются угловые перемещения камеры 6 и механический контакт в камневых опорах 7 при действии момента, направленного по оси OY.To create the angular stiffness of the suspension, the electrodes are installed so that the geometric center A 1 of the flat surface of one electrode system 8 1 -11 1 lies on one side of the OYZ plane (OXYZ axes are the axes associated with the float chamber 6) perpendicular to the longitudinal axis of the
Зазор между блоком электродов и поплавковой гирокамерой 6 заполнен жидкостью 12 с удельным весом, близким к удельному весу поплавковой гирокамеры 6.The gap between the electrode block and the
Опоры 7 необходимы для обеспечения технологичности сборки прибора 1, кроме того, они ограничивают перемещения камеры 6 в рабочем зазоре прибора 1.
На оси камеры 6 установлены датчик 13 угла и датчик 14 момента. Обмотка 15 обогрева и обмотка 16 термодатчика, размещены на наружной цилиндрической поверхности корпуса 2 и подключены к системе регулирования температуры гироскопа 1 (на рисунке не показана). Система регулирования температуры настроена на поддержание температуры в рабочем зазоре гироскопа 1, близкой к температуре нулевой плавучести камеры 6. На торцевой крышке 4 установлен сильфон 22 для компенсации объемных расширений жидкости 12.An
В рабочем режиме ось ОХ предлагаемого гироскопа 1 ориентируют в плоскости горизонта. Нагревают гироскоп 1 до заданного значения температуры. При этом основная часть веса поплавковой гирокамеры 6 компенсируется выталкивающей силой жидкости 12 гидростатического подвеса. Остаточный вес поплавковой гирокамеры 6 (разность между весом и выталкивающей силой) компенсируется силой, прикладываемой со стороны электростатического подвеса. Предварительно поплавковую камеру выставляют и фиксируют в положение, в котором механический контакт в камневых опорах отсутствует. Возможность перемещения камеры в рабочем зазоре при действии момента относительно оси OY исключается установкой двух систем электродов, создающих угловую жесткость подвеса.In operating mode, the OX axis of the proposed
Точность предлагаемого гироскопа по сравнению с прототипом повышается. Повышение точности обеспечивается:The accuracy of the proposed gyroscope compared with the prototype increases. Improving accuracy is provided by:
1. Исключением / уменьшением составляющей погрешности от «переплывания» поплавковой камеры в рабочем зазоре в условиях действующего на гироскоп ускорения, вследствие ее неидеальной балансировки, за счет ее удержания силами электростатического подвеса в заданном относительно электродов положении.1. The exception / reduction of the error component from the "swimming" of the float chamber in the working gap in the conditions of acceleration acting on the gyroscope, due to its imperfect balancing, due to its retention by electrostatic suspension in a position relative to the electrodes.
2. Исключением / уменьшением момента трения в камневых опорах 7 при выставке поплавковой гирокамеры 6 в положение, при котором механический контакт в камневых опорах 7 отсутствует.2. The exception / reduction of the frictional moment in the stone supports 7 when exhibiting the
Кроме того, в гироскопе устранены недостатки, присущие гироскопу с электромагнитным подвесом поплавковой камеры. Электростатический подвес, по сравнению с электромагнитным, не чувствителен к воздействию магнитного поля. Отсутствуют деструкция примененного материала, чувствительность к воздействию вибрационных и ударных нагрузок, изменение параметров материала от включения к включению подвеса, влияние на материал температуры окружающей среды.In addition, the gyroscope eliminated the inherent disadvantages of a gyroscope with an electromagnetic suspension of the float chamber. The electrostatic suspension, in comparison with electromagnetic, is not sensitive to the influence of a magnetic field. There is no destruction of the applied material, sensitivity to the effects of vibration and shock loads, changes in the parameters of the material from switching on to turning on the suspension, and the influence of the ambient temperature on the material.
Таким образом, достигается заявленный технический результат.Thus, the claimed technical result is achieved.
На предприятии ЦНИИ "Электроприбор" предлагаемое устройство изготовлено и испытано. Получены положительные результаты. Разработана техническая документация прибора. В настоящее время происходит процесс ее внедрения для серийного изготовления в производстве двухстепенных поплавковых гироскопов с радиальным электростатическим подвесом поплавковой гирокамеры.At the enterprise Central Research Institute "Elektribribor" the proposed device is manufactured and tested. Received positive results. The technical documentation of the device is developed. Currently, the process of its implementation is underway for serial production in the production of two-stage float gyroscopes with a radial electrostatic suspension of the float gyro camera.
Используемая литература:Used Books:
1. Малеев П.И. Новые типы гироскопов // Л.: Судостроение, 1971, с. 16.1. Maleev P.I. New types of gyroscopes // L .: Sudostroenie, 1971, p. 16.
2. У. Ригли, У. Холлистер, У. Денхард. Теория, проектирование и испытания гироскопов // М.: Мир, 1972, с. 288, 292.2. W. Wrigley, W. Hollister, W. Denhard. Theory, design and testing of gyroscopes // M .: Mir, 1972, p. 288, 292.
3. Никитин Е.А., Балашова А.Л. Проектирование дифференцирующих и интегрирующих гироскопов и акселерометров // М.: Машиностроение, 1968, с. 104, 121.3. Nikitin E.A., Balashova A.L. Designing differentiating and integrating gyroscopes and accelerometers // M .: Mashinostroenie, 1968, p. 104, 121.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015116216/28A RU2594628C1 (en) | 2015-04-28 | 2015-04-28 | Two degrees of freedom float gyroscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015116216/28A RU2594628C1 (en) | 2015-04-28 | 2015-04-28 | Two degrees of freedom float gyroscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2594628C1 true RU2594628C1 (en) | 2016-08-20 |
Family
ID=56697398
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015116216/28A RU2594628C1 (en) | 2015-04-28 | 2015-04-28 | Two degrees of freedom float gyroscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2594628C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2641018C1 (en) * | 2017-04-19 | 2018-01-15 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Double-stepped float gyroscope |
RU2648023C1 (en) * | 2016-11-30 | 2018-03-21 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method of balancing of gyroscopic chamber of two-stage float-type gyroscope |
RU2682131C1 (en) * | 2018-05-04 | 2019-03-14 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Two degrees of freedom floated gyroscope |
CN111854743A (en) * | 2020-07-16 | 2020-10-30 | 北京航空航天大学 | High-shimming air chamber heating structure |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4143466A (en) * | 1977-03-09 | 1979-03-13 | Sperry Rand Corporation | Free floating gyroscopic compass azimuth pick-off and rotor drive system |
US5245880A (en) * | 1991-08-22 | 1993-09-21 | Gec Ferranti Defence Systems Limited | Gryoscope control system |
RU2229100C1 (en) * | 2002-11-20 | 2004-05-20 | ФГУП ЦНИИ "Электроприбор" | Floated-type single-degree-of-freedom gyroscope |
RU2310163C1 (en) * | 2006-09-14 | 2007-11-10 | Открытое акционерное общество "Бердский электромеханический завод" | Hydrodynamic gyroscope |
-
2015
- 2015-04-28 RU RU2015116216/28A patent/RU2594628C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4143466A (en) * | 1977-03-09 | 1979-03-13 | Sperry Rand Corporation | Free floating gyroscopic compass azimuth pick-off and rotor drive system |
US5245880A (en) * | 1991-08-22 | 1993-09-21 | Gec Ferranti Defence Systems Limited | Gryoscope control system |
RU2229100C1 (en) * | 2002-11-20 | 2004-05-20 | ФГУП ЦНИИ "Электроприбор" | Floated-type single-degree-of-freedom gyroscope |
RU2310163C1 (en) * | 2006-09-14 | 2007-11-10 | Открытое акционерное общество "Бердский электромеханический завод" | Hydrodynamic gyroscope |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2648023C1 (en) * | 2016-11-30 | 2018-03-21 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Method of balancing of gyroscopic chamber of two-stage float-type gyroscope |
RU2641018C1 (en) * | 2017-04-19 | 2018-01-15 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Double-stepped float gyroscope |
RU2682131C1 (en) * | 2018-05-04 | 2019-03-14 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Two degrees of freedom floated gyroscope |
CN111854743A (en) * | 2020-07-16 | 2020-10-30 | 北京航空航天大学 | High-shimming air chamber heating structure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2594628C1 (en) | Two degrees of freedom float gyroscope | |
US8122767B2 (en) | D'arsonval movement mems accelerometer | |
US20100180681A1 (en) | System and method for increased flux density d'arsonval mems accelerometer | |
US9121865B2 (en) | Hung mass accelerometer with differential Eddy current sensing | |
CN100432677C (en) | Acceleration sensor | |
RU2455616C1 (en) | Method of determining tilt angle and apparatus for realising said method | |
CN108508234B (en) | Orthogonal Electrostatically suspended accelerometer sensitive structure | |
RU2641018C1 (en) | Double-stepped float gyroscope | |
US3365960A (en) | Gyroscope | |
US3680392A (en) | Three-axis accelerometer | |
US3438266A (en) | Accelerometer | |
US3029644A (en) | Accelerometers | |
WO2006124061A2 (en) | Motion sensor and method for detecting motion | |
US3058359A (en) | Fluid rotor gyroscopic apparatus | |
JP2510275B2 (en) | Acceleration sensor | |
Nesterenko et al. | Metrological performance of integrated multiple axis MEMS accelerometers under thermal effect | |
US2978910A (en) | Inertial instruments | |
US3320817A (en) | Electrostatically suspended gyroscope signal pickoff | |
RU2344369C2 (en) | Single-plane tilt sensor | |
US3309931A (en) | In vf-ntors. paul r. adams carlos | |
RU154135U1 (en) | GYROSCOPIC ANGULAR SPEED METER | |
RU2082174C1 (en) | Electrostatically suspended accelerometer | |
US3438265A (en) | Two-axis accelerometer | |
RU2521765C1 (en) | Universal non-contact gyro | |
RU2517812C1 (en) | Molecular-electronic accelerometer |