RU2625643C1 - Gyrostabilizer of optical elements - Google Patents

Gyrostabilizer of optical elements Download PDF

Info

Publication number
RU2625643C1
RU2625643C1 RU2016135593A RU2016135593A RU2625643C1 RU 2625643 C1 RU2625643 C1 RU 2625643C1 RU 2016135593 A RU2016135593 A RU 2016135593A RU 2016135593 A RU2016135593 A RU 2016135593A RU 2625643 C1 RU2625643 C1 RU 2625643C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gyro
axis
suspension
outer frame
gyrostabilizer
Prior art date
Application number
RU2016135593A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Валентинович Кривошеев
Сергей Андреевич Кривохижин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority to RU2016135593A priority Critical patent/RU2625643C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2625643C1 publication Critical patent/RU2625643C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41GWEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00Aiming or laying means
    • F41G3/22Aiming or laying means for vehicle-borne armament, e.g. on aircraft

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: claimed gyrostabilizer of optical elements, containing a three-stage gyroscope, in which an gyro node with which the optical element is kinematically connected and a correctional motor are mounted in the outer frame. The optical element represents two mirrors mounted in the outer frame of the gyro symmetrically relative to the axis of the gyroscope suspension, and springs are introduced into the kinematic articulated links. The axes of rotation of the mirrors are parallel to the axis of the gyroscope suspension, on which, on the one hand, in the direction of the axis of the gyromotor rotor, a rod with a ball bearing fixed to its end is mounted, and at the opposite end a guide for the mechanical lock is fixed. The ball bearing of the rod can move along the yoke guide, which has an U-shaped cross-section and an average radius equal to the length of the rod from the center of the gyroscope suspension to the ball bearing. The axis of rotation of the yoke is located in the body of the device and is perpendicular to the axis of suspension of the outer frame.
EFFECT: increasing the viewing angle and angular tracking speeds with increasing accuracy of control of optical elements with decreasing mass and dimensions.
3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к гироскопической технике, а конкретно к двухосным гироскопическим стабилизаторам оптических элементов, работающим на подвижных объектах и предназначенным для стабилизации и управления оптическими элементами, и может найти применение в создании систем типа бинокль, перископ, лазерный дальномер.The invention relates to a gyroscopic technique, and specifically to biaxial gyroscopic stabilizers of optical elements operating on moving objects and designed to stabilize and control optical elements, and may find application in the creation of systems such as binoculars, periscopes, laser rangefinders.

Известно устройство стабилизации линии визирования (Пат. РФ №2260773, МПК7 G01C 21/18), содержащее рамку, зеркало, исполнительные двигатели каналов азимута и высоты, установленные на осях вращения рамки и зеркала, усилительно-корректирующие устройства каналов азимута и высоты, выход каждого из которых связан с входом исполнительного двигателя соответствующего канала, датчик угла, установленный на оси вращения зеркала, гироскопический датчик угловой скорости канала азимута и гироскопический датчик угловой скорости канала высоты.A device for stabilizing the line of sight (US Pat. RF No. 2260773, IPC 7 G01C 21/18), comprising a frame, a mirror, Executive engines of the azimuth and altitude channels mounted on the axes of rotation of the frame and the mirror, amplifying and correcting devices of the azimuth and altitude channels, output each of which is connected to the input of the actuator of the corresponding channel, an angle sensor mounted on the axis of rotation of the mirror, a gyroscopic sensor of the angular velocity of the azimuth channel and a gyroscopic sensor of the angular velocity of the height channel.

Известно устройство стабилизации оптического изображения (Пат. РФ №2091843, МПК6 G02B 27/64), состоящее из двухзеркальной перископической системы, из которых первое зеркало неподвижно связано с корпусом прибора, а второе зеркало имеет возможность вращения вокруг оси, лежащей в плоскости зеркала и перпендикулярной оптической оси прибора и одновременно вокруг оси, лежащей в плоскости, перпендикулярной той же оптической оси, устройство включает в себя два двухстепенных гироскопа, один из которых измеряет угловую скорость поворота вокруг горизонтальной оси прибора, а второй - угловую скорость поворота вокруг оптической оси.A device for stabilizing an optical image (Pat. RF No. 2091843, IPC 6 G02B 27/64), consisting of a two-mirror periscope system, of which the first mirror is fixedly connected to the body of the device, and the second mirror has the ability to rotate around an axis lying in the plane of the mirror and perpendicular to the optical axis of the device and simultaneously around an axis lying in a plane perpendicular to the same optical axis, the device includes two two-stage gyroscopes, one of which measures the angular velocity of rotation around the horizon the axis of the instrument, and the second - the angular velocity of rotation around the optical axis.

Недостатком данных устройств является наличие датчиков положения стабилизируемого зеркала, приводных двигателей, расположенных на вращающейся раме, что усложняет конструкцию устройства. В свою очередь, расположение датчиков на платформе со стабилизируемым зеркалом создает проблему вычисления положения центра масс и моментов инерции рамы.The disadvantage of these devices is the presence of position sensors stabilized mirrors, drive motors located on a rotating frame, which complicates the design of the device. In turn, the location of the sensors on a platform with a stabilized mirror creates the problem of calculating the position of the center of mass and the moments of inertia of the frame.

Наиболее близким по технической сущности является устройство стабилизации оптического изображения киноаппарата (Авторское свидетельство СССР №1048318, G01C 19/00; G01C 21/18), содержащее оптический элемент, шарнирно связанный с внутренней рамкой трехстепенного гироскопа, двигатель и вращающийся фрикционный диск, контактирующий с подпруженным упором, двигатель связан с внутренней рамкой гироскопа посредством фрикционного диска, закрепленного на его валу, и подпруженного фрикционного упора, жестко соединенного с внутренней рамкой гироскопа, причем оптический элемент шарнирно связан с наружной рамкой гироскопа, при этом длины плеч шарниров находятся в соотношении 1:2.The closest in technical essence is a device for stabilizing the optical image of a movie camera (USSR Author's Certificate No. 1048318, G01C 19/00; G01C 21/18), containing an optical element articulated to the inner frame of a three-stage gyroscope, an engine and a rotating friction disk in contact with the spring emphasis, the engine is connected to the inner frame of the gyroscope by means of a friction disk mounted on its shaft, and a spring-loaded friction stop rigidly connected to the inner frame of the gyroscope, The optical element is pivotally connected to the outer frame of the gyroscope, while the lengths of the hinge arms are in a 1: 2 ratio.

Недостатком данного устройства являются большие габариты и масса, возникающие за счет наличия отдельного карданового подвеса, в котором установлен оптический элемент. Недостатком также является малые углы и угловые скорости обзора, вызванные ограниченными размерами фрикционного диска. Недостатком является невысокая точность управления оптическим элементом, вызванная наличием фрикционного диска и подпруженного упора, с помощью которых создаются управляющие воздействия.The disadvantage of this device is the large size and weight arising from the presence of a separate cardan suspension in which the optical element is installed. The disadvantage is the small angles and angular viewing speeds caused by the limited size of the friction disk. The disadvantage is the low accuracy of the optical element control caused by the presence of a friction disk and a spring-loaded stop, with the help of which control actions are created.

Технический результат состоит в увеличении угла обзора и угловых скоростей слежения с увеличением точности управления оптическими элементами с уменьшением массы и габаритов.The technical result consists in increasing the viewing angle and angular tracking speeds with increasing accuracy of control of optical elements with a decrease in mass and dimensions.

В гиростабилизаторе оптических элементов, содержащем трехстепенной гироскоп, у которого во внешней рамке установлен гироузел, с которым кинематически шарнирно связан оптический элемент, и коррекционный мотор, новым является то, что оптический элемент представляет два зеркала, установленные во внешней рамке гироскопа симметрично относительно оси подвеса гироузла, а в кинематические шарнирные связи введены пружины, причем оси вращения зеркал параллельны оси подвеса гироузла, на котором с одной стороны в направлении оси ротора гиромотора установлена штанга с закрепленным на ее конце шарикоподшипнике, а на противоположном конце закреплена направляющая механического арретира, при этом шарикоподшипник штанги может перемещаться по направляющей бугеля, которая имеет П-образное сечение и средний радиус, равный длине штанги от центра подвеса гироузла до шарикоподшипника, причем ось вращения бугеля находится в корпусе прибора и перпендикулярна оси подвеса внешней рамки. В гиростабилизаторе оптических элементов новым является то, что коррекционный двигатель представляет два датчика, состоящие из статоров, выполненных в виде двух полукольцевых магнитов, рабочие зазоры которых взаимно перпендикулярны, а роторы выполнены в виде катушек, жестко закрепленных соответственно первая - на бугеле, а вторая - на кронштейне внешней рамки, причем плоскости катушек взаимно перпендикулярны, а активные части находятся в рабочих зазорах магнитов. В гиростабилизаторе оптических элементов, новым является то, что механический арретир содержит корпус, ловитель, упругое кольцо, возвратную пружину, размещенную между выступом в корпусе и ловителем, причем со стороны гироузла ловитель имеет коническую форму, переходящую в цилиндрическое отверстие, а на внешней цилиндрической поверхности имеется паз, в котором размещено упругое кольцо.In a gyrostabilizer of optical elements containing a three-stage gyroscope, in which there is a gyro node in the outer frame, with which the optical element is kinematically pivotally coupled, and a correction motor, it is new that the optical element represents two mirrors mounted in the outer frame of the gyroscope symmetrically with respect to the axis of the gyro suspension and springs are introduced into the kinematic articulated joints, the axes of rotation of the mirrors being parallel to the axis of suspension of the gyro node, on which, on the one hand, in the direction of the axis of the gyro rotor and a rod is installed with a ball bearing fixed at its end, and a mechanical arrestor guide is fixed at the opposite end, while the ball bearing of the rod can move along the yoke guide, which has a U-shaped cross-section and an average radius equal to the length of the rod from the center of the gyro suspension to the ball bearing, the yoke rotation axis is located in the device body and is perpendicular to the suspension axis of the outer frame. In the gyrostabilizer of optical elements, the correction motor consists of two sensors consisting of stators made in the form of two half-ring magnets, the working gaps of which are mutually perpendicular, and the rotors are made in the form of coils, the first rigidly fixed respectively on the yoke, and the second on the bracket of the outer frame, and the planes of the coils are mutually perpendicular, and the active parts are in the working clearances of the magnets. In the gyrostabilizer of optical elements, it is new that the mechanical arrestor contains a housing, a catcher, an elastic ring, a return spring located between the protrusion in the housing and the catcher, and on the gyro side the catcher has a conical shape that goes into a cylindrical hole, and on the outer cylindrical surface there is a groove in which the elastic ring is placed.

Сущность изобретения поясняется чертежами, приведенными на фиг. 1-7, где:The invention is illustrated by the drawings shown in FIG. 1-7, where:

- фиг. 1 - кинематическая схема гиростабилизатора оптических элементов;- FIG. 1 is a kinematic diagram of a gyrostabilizer of optical elements;

- фиг. 2 - схема механического арретира для:- FIG. 2 is a diagram of a mechanical arrestor for:

а - арретированного положения гироузла;a - arrested position of the gyro;

б - разарретированного положения гироузла;b - the uncovered position of the gyro;

в - разарретированного и отклоненного положения гироузла.in - uncovered and deviated position of the gyro.

- фиг. 3 - зависимость плеча момента от положения гироузла для:- FIG. 3 - dependence of the arm of the moment on the position of the gyro for:

а - нейтрального положения гироузла;a - the neutral position of the gyro;

б - отклоненного положения гироузла.b - the deviated position of the gyro.

- фиг. 4-7 - фотографии лабораторного макета гиростабилизатора оптических элементов.- FIG. 4-7 - photographs of a laboratory model of a gyrostabilizer of optical elements.

Здесь:Here:

1 - гироузел (внутренняя рамка с гиромотором;1 - gyro (inner frame with gyromotor;

2, 3 - зеркала (оптические элементы);2, 3 - mirrors (optical elements);

4 - внешняя рамка;4 - outer frame;

5, 6 - пружины;5, 6 - springs;

7-12 - рычаги;7-12 - levers;

13 - шарниры;13 - hinges;

14 - бугель;14 - yoke;

15 - шарикоподшипник;15 - ball bearing;

16 - штанга;16 - rod;

17 - механический арретир;17 - mechanical arrestor;

18 - полукольцевые магниты первого датчика момента;18 - semicircular magnets of the first torque sensor;

19 - катушка первого датчика момента;19 - coil of the first torque sensor;

20 - полукольцевые магниты второго датчика момента;20 - semi-ring magnets of the second torque sensor;

21 - катушка второго датчика момента;21 - coil of the second torque sensor;

22 - кронштейн;22 - an arm;

23 - направляющая механического арретира;23 - guide mechanical arrestor;

24 - корпус гиростабилизатора;24 - gyro stabilizer body;

25 - корпус механического арретира;25 - body mechanical arrestor;

26 - возвратная пружина;26 - a return spring;

27 - ловитель;27 - catcher;

28 - упругое кольцо;28 - an elastic ring;

29 - ось подвеса внешней рамки;29 - the axis of the suspension of the outer frame;

30 - ось подвеса гироузла;30 - suspension axis of the gyro;

31, 32 - оси подвеса зеркал;31, 32 - axis of the suspension of the mirrors;

33 - ось вращения бугеля.33 - axis of rotation of the yoke.

Н - кинетический момент гироскопа;H is the kinetic moment of the gyroscope;

I1, I2 - ток, протекающий по первой и второй катушке соответственно;I 1 , I 2 - current flowing along the first and second coil, respectively;

В - магнитная индукция в зазоре полукольцевых магнитов;B - magnetic induction in the gap of semicircular magnets;

F1,

Figure 00000001
, F2,
Figure 00000002
- силы, действующие на катушку первого и второго датчика момента соответственно;Fone,
Figure 00000001
, F2,
Figure 00000002
- forces acting on the coil of the first and second torque sensors, respectively;

ω1 - угловая скорость прецессии внешней рамки;ω 1 - the angular velocity of the precession of the outer frame;

ω2 - угловая скорость прецессии гироузла;ω 2 - the angular velocity of the precession of the gyro;

М1 - момент, созданный первый датчиком момента;M 1 - moment created by the first torque sensor;

М2 - момент, созданный вторым датчиком момента;M 2 is the moment created by the second torque sensor;

L1,L2 - плечи действия сил.L 1 , L 2 - the shoulders of the action of forces.

Гиростабилизатор оптических элементов (Фиг. 1) состоит из трехстепенного гироскопа, гироузел 1 которого установлен во внешней рамке 4, в которой установлены зеркала 2, 3, оси вращения 31 и 32 которых находятся в одной плоскости с осью подвеса 30 гироузла 1 и ей параллельны и которые связаны с гироузлом 1 кинематической связью, состоящей из пружин 5, 6, рычагов 7-12 и шарниров 13, причем оси шарниров (цилиндрических) 13 параллельны оси подвеса 30 гироузла 1. Ось подвеса 29 внешней рамки 4 вращается в корпусе 24 гиростабилизатора. В корпусе гиростабилизатора закреплен бугель 14, ось вращения 33 которого перпендикулярна оси подвеса внешней рамки 4. На конце штанги 16 находится шарикоподшипник 15, который расположен в П-образной полости бугеля 14. На бугеле 14 закреплена катушка 19 первого датчика момента. Статор первого датчика момента состоит из двух полукольцевых магнитов 18, закрепленных на корпусе. Катушка 21 второго датчика момента закреплена на кронштейне 22, который жестко связан с внешней рамкой 4. Статор второго датчика момента, аналогично первому, состоит из двух полукольцевых магнитов 20 и установлен на корпусе. Рабочие зазоры, образованные полукольцевыми магнитами, взаимно перпендикулярны. При этом каждая пара полукольцевых магнитов имеет по два рабочих зазора, индукция В в которых противоположна по направлению и в которых располагаются рабочие части катушек.The gyrostabilizer of the optical elements (Fig. 1) consists of a three-stage gyroscope, the gyro node 1 of which is installed in the outer frame 4, in which the mirrors 2, 3 are installed, the rotation axes 31 and 32 of which are in the same plane with the suspension axis 30 of the gyro node 1 and are parallel to it and which are connected with gyro 1 by a kinematic connection consisting of springs 5, 6, levers 7-12 and hinges 13, and the axis of the hinges (cylindrical) 13 are parallel to the axis of the suspension 30 of the gyro 1. The suspension axis 29 of the outer frame 4 rotates in the gyrostabilizer body 24. A yoke 14 is fixed in the gyrostabilizer body, the axis of rotation 33 of which is perpendicular to the axis of suspension of the outer frame 4. At the end of the rod 16 there is a ball bearing 15, which is located in the U-shaped cavity of the yoke 14. A coil 19 of the first torque sensor is fixed on the yoke 14. The stator of the first torque sensor consists of two semi-ring magnets 18, mounted on the housing. The coil 21 of the second torque sensor is mounted on an arm 22, which is rigidly connected to the outer frame 4. The stator of the second torque sensor, similar to the first, consists of two semi-ring magnets 20 and is mounted on the housing. The working gaps formed by semicircular magnets are mutually perpendicular. Moreover, each pair of semi-ring magnets has two working gaps, induction B in which is opposite in direction and in which the working parts of the coils are located.

Механический арретир 17 гиростабилизатора (Фиг. 2) содержит корпус 25, внутри которого расположена возвратная пружина 26, ловитель 27, пружина имеет упругое кольцо 28, расположенное в пазу на внешней цилиндрической поверхности. На гироузле 1 жестко закреплена цилиндрическая направляющая 23 арретира 23.The mechanical arrestor 17 of the gyrostabilizer (Fig. 2) contains a housing 25, inside which a return spring 26 is located, a catcher 27, the spring has an elastic ring 28 located in a groove on the outer cylindrical surface. On the gyro node 1, a cylindrical guide 23 of the arrestor 23 is rigidly fixed.

Наличие пружин 5 и 6 в кинематических связях гироузла 1 с зеркалами 2 и 3 позволяет компенсировать люфт в шарнирах 13, что является особенностью конструкции подвеса зеркал гиростабилизатора.The presence of springs 5 and 6 in the kinematic connections of the gyro 1 with mirrors 2 and 3 makes it possible to compensate for the backlash in the hinges 13, which is a design feature of the suspension of gyro stabilizer mirrors.

Не маловажной особенностью конструкции данного гиростабилизатора является то, что бугель 14, шарикоподшипник 15 и штанга 16 выполнены из немагнитного металла так как, если они будут выполнены из магнитного материала, то возникнут уводящие силы, создаваемые магнитами 18 первого датчика момента, которые могут привести к заклиниванию шарикоподшипника 15 в полости бугеля 14.An important feature of the design of this gyrostabilizer is that the yoke 14, the ball bearing 15 and the rod 16 are made of non-magnetic metal, because if they are made of magnetic material, there will be pulling forces created by the magnets 18 of the first torque sensor, which can lead to jamming ball bearing 15 in the yoke cavity 14.

Гиростабилизатор оптических элементов имеет три режима работы: режим арретирования-разарретирования, режим наблюдения за неподвижным объектом и режим слежения за подвижным объектом.The gyrostabilizer of optical elements has three operating modes: the arresting-sizing mode, the observation mode for a stationary object, and the tracking mode for a moving object.

Режим арретирования и разарретирования необходим для начальной выставки гироузла гиростабилизатора оптических элементов в начальное положение. Стоит отметить, что для удобства и безопасной транспортировки гиростабилизатора он должен находиться в арретированном состояния, так как в таком состоянии исключается движения подвижных частей конструкции.The mode of arresting and uncaring is necessary for the initial exposure of the gyro-gyrostabilizer of the optical elements to the initial position. It should be noted that for the convenience and safe transportation of the gyrostabilizer, it should be in the arrested state, since in this state the movement of the moving parts of the structure is excluded.

Режим арретирования осуществляется следующим образом (Фиг. 2): нажатием на ловитель 27 он перемещается в сторону гироузла 1, в этот момент направляющая арретирования 23 попадает в полость ловителя 27, вследствие чего гироузел 1 занимает свое нейтральное положение. В момент нажатия на ловитель 27 и процесса арретирования упругое кольцо 28 попадает в паз в корпусе 25 арретира, таким образом, ловитель 27 фиксируется. Ловитель 27 со стороны гироузла 1 имеет форму конуса, который переходит цилиндрическое отверстие для фиксирования направляющей арретирования 23.The locking mode is carried out as follows (Fig. 2): by clicking on the catcher 27 it moves towards the gyro node 1, at this moment the guiding of the arresting 23 enters the cavity of the catcher 27, as a result of which the gyro node 1 takes its neutral position. At the moment of pressing the catcher 27 and the arresting process, the elastic ring 28 falls into the groove in the body 25 of the arrestor, thus, the catcher 27 is fixed. The catcher 27 from the side of the gyro node 1 has the shape of a cone, which goes through a cylindrical hole for fixing the locking guide 23.

Для разарретирования гироузла 1 необходимо нажать на ловитель 27, тем самым сжав возвратную пружину 26, и отпустить ловитель 27, за счет силы сжатия возвратная пружина 26 вытолкнет ловитель 27 в крайнее положение, вследствие чего гироузел 1 будет разарретирован.To decouple the gyro 1, it is necessary to press the catch 27, thereby squeezing the return spring 26, and release the catch 27, due to the compression force, the return spring 26 will push the catch 27 to the extreme position, as a result of which the gyro 1 will be uncovered.

В режиме наблюдения за неподвижным объектом гиростабилизатор в заарретированном наводят на объект и нажимают на ловитель 27 (Фиг. 2).In the observation mode for a stationary object, the gyrostabilizer in the caged is pointed at the object and pressed on the catcher 27 (Fig. 2).

В режиме наблюдения за неподвижным объектом (Фиг. 1) гиростабилизатор работает следующим образом (при этом на гиромотор подается питание и он набрал номинальные обороты). Угловые колебания корпуса устройства (вследствие тремора рук оператора, находящегося на неподвижном основании) создают периодические моменты, обусловленные моментами сил сухого трения в осях подвеса 29-32. Действие этих моментов осредняется в значительной степени наличием кинетического момента Н гиростабилизатора, и амплитуды колебаний гироузла 1 и связанных с ним кинематическими связями (рычагами 7-12 и пружинами 5, 6) зеркал 2, 3, могут быть ограничены соответствующими допусками за счет подбора параметров (кинетический момент, моменты инерции подвижных частей, моменты трения в опорах).In the observation mode for a stationary object (Fig. 1), the gyrostabilizer works as follows (while power is supplied to the gyromotor and it has gained nominal speed). Angular vibrations of the device body (due to tremor of the operator’s hands on a fixed base) create periodic moments due to the moments of dry friction in the suspension axes 29-32. The action of these moments is largely averaged by the presence of the kinetic moment H of the gyrostabilizer, and the oscillation amplitude of gyro 1 and the kinematic connections (levers 7-12 and springs 5, 6) of mirrors 2, 3, can be limited by the corresponding tolerances due to the selection of parameters ( kinetic moment, moments of inertia of moving parts, friction moments in bearings).

Однако за счет систематических составляющих моментов в осях подвеса и кинематических связях, а также остаточного небаланса изображение в поле зрения также начнет уходить. Для компенсации уходов необходимо в катушки 19 и 21 подать ток соответствующего направления и величины. Например, с помощью двух переключателей, которые подключают к катушкам задатчики токов (они на схеме не показаны). Работает коррекция по следующему правилу: переключатель азимута в «влево» - изображение перемещается влево; переключатель азимута в «вправо» - изображение перемещается вправо; переключатель по высоте в «вверх» - изображение перемещается вверх; переключатель по высоте в «вниз» - изображение перемещается вниз. Таким образом, изображение будет удерживаться в центре поля зрения с допустимыми амплитудами.However, due to the systematic components of the moments in the suspension axes and kinematic relationships, as well as the residual unbalance, the image in the field of view will also begin to disappear. To compensate for the losses, it is necessary to supply currents of the corresponding direction and magnitude to coils 19 and 21. For example, with the help of two switches that connect current sensors to the coils (they are not shown in the diagram). Correction works according to the following rule: azimuth switch to "left" - the image moves to the left; azimuth switch to the "right" - the image moves to the right; height switch “up” - the image moves up; height switch “down” - the image moves down. Thus, the image will be held in the center of the field of view with acceptable amplitudes.

В режиме наблюдения за подвижным объектом гиростабилизатор в заарретированном наводят на объект и нажимают на ловитель 27.In the observation mode for a moving object, the gyrostabilizer in the caged is pointed at the object and pressed on the catcher 27.

В режиме слежения за подвижным объектом оператор, использующий гиростабилизатор, подает управляющий сигнал на необходимый ему датчик момента для поворота оптических элементов вокруг соответствующей оси.In the tracking mode for a moving object, an operator using a gyrostabilizer provides a control signal to the torque sensor he needs to rotate the optical elements around the corresponding axis.

В режиме слежения за подвижным объектом (Фиг. 1) гиростабилизатор работает следующим образом, при подаче управляющего сигнала (тока) I1 на катушку 19 первого датчика момента, ток I1 взаимодействует с магнитной индукцией В, создаваемой двумя полукольцевыми магнитами 18, в результате чего возникает сила

Figure 00000003
в левой части катушки и сила
Figure 00000004
правой части катушки:In the tracking mode for a moving object (Fig. 1), the gyrostabilizer operates as follows, when a control signal (current) I 1 is supplied to the coil 19 of the first torque sensor, the current I 1 interacts with magnetic induction B created by two half-ring magnets 18, as a result of which there is a force
Figure 00000003
the left side of the coil and the force
Figure 00000004
right side of the coil:

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

где W - количество витков катушки,

Figure 00000006
- активная длина проводника, В - магнитная индукция, I1 - управляющий первого датчика момента.where W is the number of turns of the coil,
Figure 00000006
is the active length of the conductor, B is the magnetic induction, I 1 is the control of the first torque sensor.

Результирующая сила, созданная первым датчиком момента, будет равна:The resulting force created by the first torque sensor will be equal to:

Figure 00000007
Figure 00000007

Момент, действующий на гироузел, вычисляется следующим образом:The moment acting on the gyro is calculated as follows:

Figure 00000008
.
Figure 00000008
.

Угловая скорость прецессии гироузла:The angular velocity of the precession of the gyro:

Figure 00000009
.
Figure 00000009
.

Аналогично первому датчику момента, момент создается на втором датчике момента, при подаче управляющего тока I2 на катушку 21 второго датчика момента, ток I2 взаимодействует с магнитной индукцией В, создаваемой двумя полукольцевыми магнитами 20, в результате чего возникает сила

Figure 00000010
в верхней части катушки и сила
Figure 00000011
в нижней части катушки:Like the first torque sensor, the moment is created on the second torque sensor, when a control current I 2 is supplied to the coil 21 of the second torque sensor, the current I 2 interacts with the magnetic induction B generated by two half-ring magnets 20, as a result of which a force
Figure 00000010
at the top of the coil and strength
Figure 00000011
at the bottom of the coil:

Figure 00000012
,
Figure 00000012
,

где W - количество витков катушки;

Figure 00000013
- активная длина проводника; B - магнитная индукция; I2 - управляющий ток второго датчика момента.where W is the number of turns of the coil;
Figure 00000013
- active length of the conductor; B - magnetic induction; I 2 is the control current of the second torque sensor.

Результирующая сила, созданная вторым датчиком момента, будет равна:The resulting force created by the second torque sensor will be equal to:

Figure 00000014
Figure 00000014

Момент, действующий на гироузел, вычисляется следующим образом:The moment acting on the gyro is calculated as follows:

Figure 00000015
.
Figure 00000015
.

Угловая скорость прецессии гироузла:The angular velocity of the precession of the gyro:

Figure 00000016
.
Figure 00000016
.

При этом следует отметить, что переключателями, которые управляют токами в датчиках моментов, не только изменяется направление токов I1, I2, но их величина, что определяется угловой скоростью линии визирования.It should be noted that the switches that control the currents in the moment sensors not only change the direction of the currents I 1 , I 2 , but their value, which is determined by the angular velocity of the line of sight.

Особенностью работы данного гиростабилизатора является, то, что при отклоненном положении внешней рамки 4, как показано на фиг. 3, плечо L1 силы F1 будет изменяться и примет значение

Figure 00000017
, так как бугель 14 имеет форму дуги определенного радиуса. Плечо силы F1 равно радиусу дуги бугеля 14 в том случае, когда внешняя рамка 4 имеет нейтральное положение.A feature of the operation of this gyrostabilizer is that when the position of the outer frame 4 is deviated, as shown in FIG. 3, the shoulder L 1 of the force F 1 will change and take on a value
Figure 00000017
, since the yoke 14 has the shape of an arc of a certain radius. The shoulder of the force F 1 is equal to the radius of the arc of the yoke 14 in the case when the outer frame 4 has a neutral position.

Наличие оптических элементов (зеркал) во внешней рамке гироскопа выгодно отличает его от прототипа, так как существенно уменьшаются габариты и масса устройства, существенно упрощается конструкция, вследствие отсутствия второго карданового подвеса для оптического элемента, увеличивается точность стабилизации, так как отсутствуют дополнительные кинематические связи.The presence of optical elements (mirrors) in the outer frame of the gyroscope favorably distinguishes it from the prototype, since the dimensions and weight of the device are significantly reduced, the design is greatly simplified, due to the absence of a second cardan suspension for the optical element, the stabilization accuracy is increased, since there are no additional kinematic connections.

Введение в конструкцию двух датчиков момента, которые образуют коррекционный двигатель, увеличивает точность управления оптическим элементом.The introduction of two torque sensors that form a correction motor into the design increases the accuracy of controlling the optical element.

Наличие механического арретира позволяет выполнить выставку гироузла в начальное положение, чего нет у прототипа. Особенностью данного арретира является удобство его использования, так как процесс арретирования и разарретирования осуществляется одним нажатием на ловитель без использования электрических сигналов, что приводило бы к дополнительным уводящим моментам.The presence of a mechanical arrestor allows you to display the gyro in the initial position, which the prototype does not have. A feature of this arrestor is its ease of use, since the process of arresting and snapping is carried out with one click on the catcher without the use of electrical signals, which would lead to additional leading moments.

Для проверки работоспособности гиростабилизатора был изготовлен лабораторный макет, который приведен на фотографиях (Фиг. 4-7), на которых показаны основные узлы теми же позициями, что и на фиг. 1.To test the performance of the gyrostabilizer, a laboratory model was made, which is shown in the photographs (Figs. 4-7), which show the main nodes in the same positions as in Figs. one.

В качестве гиромотора гироузла был применен малогабаритный синхронный гиромотор ГМС-1 с кинетическим моментом Н=0,1 Нмс, питаемый от статического трехфазного вторичного источника напряжением U=36 B, частотой f=1000 Гц. Полукольцевые постоянные магниты изготовлены из сплава ЮНДК и в комплекте с катушками позволяли создать максимальную скорость прецессии 10°/с при токе 50 mA. В принципе для наблюдения за неподвижным объектом (при компенсации дрейфа гиростабилизатора по азимуту и углу места) можно ввести переключатель диапазонов управления и сделать в этом случае скорости управления, превышающие угловую скорость дрейфа в 2-3 раза. В этом режиме максимальная скорость прецессии составит величину порядка 2-4°/мин.A small-sized synchronous gyromotor GMS-1 with a kinetic moment N = 0.1 Nms, fed from a static three-phase secondary source with a voltage of U = 36 V, frequency f = 1000 Hz, was used as a gyromotor of the gyro-node. Semicircular permanent magnets are made of UNDK alloy and complete with coils allowed to create a maximum precession speed of 10 ° / s at a current of 50 mA. In principle, to monitor a stationary object (when compensating for the gyrostabilizer drift in azimuth and elevation angle), you can enter a control range switch and, in this case, make control speeds exceeding the angular drift velocity by 2–3 times. In this mode, the maximum precession rate will be about 2-4 ° / min.

Для оценки точности стабилизации применялся автоколлиматор АК-1 с ценой деления 10 угловых секунд.To evaluate the stabilization accuracy, an AK-1 autocollimator with a division price of 10 arc seconds was used.

При наблюдении за неподвижным объектом точность стабилизации при компенсации дрейфа составила 20-30 угловых секунд.When observing a stationary object, the stabilization accuracy during drift compensation was 20-30 arc seconds.

Claims (3)

1. Гиростабилизатор оптических элементов, содержащий трехстепенной гироскоп, у которого во внешней рамке установлен гироузел, с которым кинематически шарнирно связан оптический элемент, и коррекционный двигатель, отличающийся тем, что оптический элемент представляет два зеркала, установленные во внешней рамке гироскопа симметрично относительно оси подвеса гироузла, а в кинематические шарнирные связи введены пружины, причем оси вращения зеркал параллельны оси подвеса гироузла, на котором с одной стороны в направлении оси ротора гиромотора установлена штанга с закрепленным на ее конце шарикоподшипнике, а на противоположном конце закреплена направляющая механического арретира, при этом шарикоподшипник штанги может перемещаться по направляющей бугеля, которая имеет П-образное сечение и средний радиус, равный длине штанги от центра подвеса гироузла до шарикоподшипника, причем ось вращения бугеля находится в корпусе прибора и перпендикулярна оси подвеса внешней рамки.1. A gyrostabilizer of optical elements, containing a three-stage gyroscope, in which there is a gyro unit in the outer frame, with which the optical element is kinematically pivotally coupled, and a correction motor, characterized in that the optical element represents two mirrors mounted in the outer frame of the gyroscope symmetrically with respect to the axis of the gyro suspension and springs are introduced into the kinematic articulated joints, the axes of rotation of the mirrors parallel to the axis of suspension of the gyro node, on which, on the one hand, in the direction of the axis of the rotor of the gyro a torus, a rod is mounted with a ball bearing fixed at its end, and a mechanical arrester guide is fixed at the opposite end, while the ball bearing of the rod can move along the yoke guide, which has a U-shaped cross section and an average radius equal to the length of the rod from the center of the gyro suspension to the ball bearing, the yoke rotation axis is located in the device body and is perpendicular to the suspension axis of the outer frame. 2. Гиростабилизатор оптических элементов по п. 1, отличающийся тем, что коррекционный двигатель представляет два датчика, состоящие из статоров, выполненных в виде двух полукольцевых магнитов, рабочие зазоры которых взаимно перпендикулярны, а роторы выполнены в виде катушек, жестко закрепленных соответственно первая - на бугеле, а вторая - на кронштейне внешней рамки, причем плоскости катушек взаимно перпендикулярны, а активные части находятся в рабочих зазорах магнитов.2. The gyrostabilizer of optical elements according to claim 1, characterized in that the correction motor consists of two sensors, consisting of stators made in the form of two half-ring magnets, the working gaps of which are mutually perpendicular, and the rotors are made in the form of coils, respectively, the first one is fixed on the yoke, and the second - on the bracket of the outer frame, and the planes of the coils are mutually perpendicular, and the active parts are in the working clearances of the magnets. 3. Гиростабилизатор оптических элементов по п. 1, отличающийся тем, что механический арретир содержит корпус, ловитель, упругое кольцо, возвратную пружину, размещенную между выступом в корпусе и ловителем, причем со стороны гироузла ловитель имеет коническую форму, переходящую в цилиндрическое отверстие, а на внешней цилиндрической поверхности имеется паз, в котором размещено упругое кольцо.3. The gyrostabilizer of the optical elements according to claim 1, characterized in that the mechanical arrestor comprises a body, a catcher, an elastic ring, a return spring located between the protrusion in the body and the catcher, and on the gyro side, the catcher has a conical shape turning into a cylindrical hole, and on the outer cylindrical surface there is a groove in which an elastic ring is placed.
RU2016135593A 2016-09-01 2016-09-01 Gyrostabilizer of optical elements RU2625643C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135593A RU2625643C1 (en) 2016-09-01 2016-09-01 Gyrostabilizer of optical elements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135593A RU2625643C1 (en) 2016-09-01 2016-09-01 Gyrostabilizer of optical elements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2625643C1 true RU2625643C1 (en) 2017-07-17

Family

ID=59495373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016135593A RU2625643C1 (en) 2016-09-01 2016-09-01 Gyrostabilizer of optical elements

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2625643C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2785798C1 (en) * 2021-09-20 2022-12-13 Открытое Акционерное Общество "Пеленг" System for stabilising the line of sight

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1048318A1 (en) * 1982-04-05 1983-10-15 Московское конструкторское бюро киноаппаратуры Motion picture camera optical picture stabilization device
US4883347A (en) * 1988-01-22 1989-11-28 Hughes Aircraft Company Stabilized pointing mirror
RU2091843C1 (en) * 1994-11-09 1997-09-27 Акционерное общество закрытого типа "Наутэк-холдинг" Optical image stabilizing device
US5867317A (en) * 1995-09-19 1999-02-02 Sagem Sa Stabilized optical sighting system
RU2260773C1 (en) * 2004-06-10 2005-09-20 Тульский государственный университет (ТулГУ) Sight line stabilizer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1048318A1 (en) * 1982-04-05 1983-10-15 Московское конструкторское бюро киноаппаратуры Motion picture camera optical picture stabilization device
US4883347A (en) * 1988-01-22 1989-11-28 Hughes Aircraft Company Stabilized pointing mirror
RU2091843C1 (en) * 1994-11-09 1997-09-27 Акционерное общество закрытого типа "Наутэк-холдинг" Optical image stabilizing device
US5867317A (en) * 1995-09-19 1999-02-02 Sagem Sa Stabilized optical sighting system
RU2260773C1 (en) * 2004-06-10 2005-09-20 Тульский государственный университет (ТулГУ) Sight line stabilizer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2785798C1 (en) * 2021-09-20 2022-12-13 Открытое Акционерное Общество "Пеленг" System for stabilising the line of sight
RU2787311C1 (en) * 2022-04-28 2023-01-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Control device for stabilizing course-vertical motors

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3105492B1 (en) Platform stabilization system
US5897223A (en) Stabilized platform system for camera
US4498038A (en) Stabilization system for soft-mounted platform
Rue Precision stabilization systems
US7894144B2 (en) High accuracy optical pointing apparatus
US20080136923A1 (en) System And Method For Stabilizing An Image
EP0302108A1 (en) Triaxis stabilized platform.
US9395551B2 (en) Optical image stabilizer
Tao et al. A review on precision control methodologies for optical-electric tracking control system
RU2625643C1 (en) Gyrostabilizer of optical elements
Maurya et al. Components & Control Scheme used for Line of Sight Stabilization in Defence Applications
US3892467A (en) Inertial stabilization system
US2953925A (en) Fluid mass gyroscope
JPH05289003A (en) Optical spatial transmission equipment
US4461176A (en) Miniature gyroscope
Tuo et al. High-bandwidth angular jitter measurement for acquisition, tracking and pointing system
US20090296281A1 (en) Bearing Assembly Having a Flex Pivot to Limit Gimbal Bearing Friction for Use in a Gimbal Servo System
US3765250A (en) Multiple rotation gyroscope
Haggart et al. Modeling of an Inertially Stabilized Camera System Using Gimbal Platform
Sweeney et al. Design considerations for optical pointing and scanning mechanisms
Maruyama et al. Proposal of a new configuration for magnetically suspended gyro
US20100039550A1 (en) Bearing Assembly for Use in a Gimbal Servo System
US3493283A (en) Apparatus for stabilizing optical instruments
Frame et al. A Magnetically Levitated Precise Pointing Mechanism for Application to Optical Communication Terminals
RU2141623C1 (en) Gyroscopic device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190902