SU913287A1

SU913287A1 - Gyro-stabilized platform for magnetometer

Info

Publication number: SU913287A1
Application number: SU802958824A
Authority: SU
Inventors: Anatolij P Filimonov; Vitalij P Porfirov
Original assignee: Anatolij P Filimonov; Vitalij P Porfirov
Priority date: 1980-07-14
Filing date: 1980-07-14
Publication date: 1982-03-15

Description

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для стабилизации относительно вертикали различных геофизических датчиков (гравиметров, актинометров и др.).The invention relates to magnetic measurements and can be used to stabilize various geophysical sensors (gravimeters, actinometers, etc.) relative to the vertical.

Известна гиростабилизированная платформа, содержащая двухосный кардановый подвес, гироузел,Known gyrostabilized platform containing biaxial gimbal, girousel,

ный с приборной площадкой ным штоком, а оси подвеса в подшипниках [1}.with the instrument panel nyim rod, and the suspension axis in the bearings [1}.

Недостаток устройства заключается в его невысокой точности.The disadvantage of the device lies in its low accuracy.

Цель изобретения - повышение точности измерений.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurements.

Поставленная цель достигается тем, что гиростабилизированная платформа для магнитометра, содержащая расположенные в корпусе гироузел с двухосным кардановым подвесом, оси которого установлены в подшипниках, немагнитный шток, жестко соединяющий гироузел и приборную площадку, снабжена дополнительным двухосным карда2This goal is achieved by the fact that a gyrostabilized platform for a magnetometer, containing gyro assemblies with a two-axis gimbal located in a housing, the axes of which are installed in bearings, a nonmagnetic rod rigidly connecting the gyro assembly and the instrument platform, is equipped with an additional two-axis card2

новым подвесом, соединенным с первым гибкой связью, причем наружные кольца подшипников, в которые установлены внешние оси верхнего и нижнего кардановых подвесов, закреплены соответственно на корпусе платформы и на гироузле, а на внутренних осях кардановых подвесов закреплены концы гибкой связи, нижняя точка закрепления которой совпадает ’с точкой пересечения осей нижнего карданного подвеса. Кроме того, шток выполнен в виде.скобы.The new hanger connected to the first flexible coupling, the outer rings of the bearings, in which the external axes of the upper and lower cardan hangers are installed, are fixed respectively on the platform body and on the hub, and on the internal axes of the cardan hangers the ends of the flexible bond are fixed, 'with the point of intersection of the axles of the lower gimbal. In addition, the stock is made in the form.

На фиг. 1 показана гиростабилизированная платформа для магнитометра, общий вид; на фиг. 2 - разрез узла подвеса гироплатформы.FIG. 1 shows a gyrostabilized platform for a magnetometer, general view; in fig. 2 - section of the gyroplatform suspension assembly.

Устройство (см. фиг. 1) содержит корпус 1 с кронштейном 2, к которому с помощью гибкой связи, например, торсиона 3 подвешен гироузел 4.The device (see Fig. 1) includes a housing 1 with a bracket 2, to which, by means of a flexible coupling, for example, torsion 3, a gyro 4 is suspended.

Шток 5, изогнутый в виде скобы,Rod 5, bent in the form of staples,

жестко связывает гироузел 4 с приборной площадкой 6, на которойrigidly connects girousel 4 with the instrument panel 6, on which

913287913287

укреплены первичные преобразователи мэгнитомера.strengthened primary converters magnitomera.

Узел подвеса гиростабилизированной платформы (см. фиг, 2) состоит из верхнего 7 и нижнего 8 двухосных .кардановых подвесов, связанных между собой гибкой связью, например торСионом 3; оси карданов установлены в подшипниках 9, причем наружные кольца подшипников 9, в которые установлены внешние оси верхнего 7 и нижнего 8 кардановых подвесов, закреплены соответственно на кронштей не 2 и на гироузле 4, а на внутренних осях кардановых подвесов закреплены концы торсиона 3, при этом нижняя точка закрепления торсиона (точка подвеса 10) расположена в точке пересечения осей нижнего карданного подвеса 8,The suspension assembly of a gyrostabilized platform (see FIG. 2) consists of the upper 7 and lower 8 biaxial cardan suspensions interconnected by a flexible link, for example, torSion 3; Gimbal axes are installed in bearings 9, and the outer rings of bearings 9, in which the outer axes of the upper 7 and lower 8 gimbals are mounted, are fixed respectively to the bracket not 2 and on the gyro assembly 4, and the inner axes of the gimbal hangers 3 are fixed the lower point of fastening of the torsion (suspension point 10) is located at the point of intersection of the axes of the lower gimbal 8,

Г и р о с т а б и л и з и р о в а н н а я платформа для магнитометра работает следующим образом.H and r about s b and l and z and r about in and N and I platform for the magnetometer works as follows.

При наклонах подвижного основаниям, следовательно, корпуса 1 верхний кардановый подвес 7 под действием маятникового момента равного величине ΪУ·йру мгновенно отрабатывает эти наклоны, сохраняя вертикальное положение торсиона 3,When the slopes of the movable base, therefore, of the housing 1, the upper gimbal suspension 7, under the action of a pendulum moment equal to the value of Ϊ W · yru, instantly fulfills these inclinations, keeping the vertical position of the torsion 3,

10ten

1515

2020

причемwhere

30thirty

(1)(one)

вектор момента вращения, воздействующего на верхний подвес 7 при статических наклонах основания; соответствующие векторы расстояний: ст центра тяжести гироплатформы до центра вращения верхнего подвеса 7, от центра тяжести до точки подвеса 10 платформы и от точки подвеса I0 до центра вращения верхнего подвеса 7.the vector of torque acting on the upper suspension 7 with the static slopes of the base; corresponding distance vectors: cent of the center of gravity of the gyroplatform to the center of rotation of the upper suspension 7, from the center of gravity to the suspension point 10 of the platform and from the suspension point I0 to the center of rotation of the upper suspension 7.

Поскольку при вращении верхнего карданного подвеса 7 возникает также момент трения препятствующийSince during the rotation of the upper gimbal suspension 7 there is also a frictional moment that prevents

повороту осей, верхний конец торсиона 3 может изгибаться на угол, великоторого определяется соотноше45rotation of the axes, the upper end of the torsion 3 can be bent at an angle, which is large is determined by the ratio45

5050

чинаrank

ниемby

ТР-\TR- \

(2)(2)

5555

т.к, величина вращающего момента М«Р< на. много больше значения момента трения (Р =(5-Ю)хЮ^г г , £-(5-10) см, аbecause the magnitude of the torque M «P <on. much larger than the value of w ^r g, £ frictional moment (P = (U-5) - (5-10) cm, and

Μγρ~(50~100) гем], то величина угла изгиба торсиона 3 при наклонных корпуса 1 не превышает 1^ΰ Μγρ ~ (50 ~ 100) heme], the value of the bending angle of the torsion bar 3 when body 1 is inclined is less than 1 ^ΰ

[ώχ(3-10) угл.мин.], т.е. возникает незначительный изгибающий момент в верхней точке закрепления торсиона. Этот изгибающий момент при выбранной длине торсиона 3 практически не сказывается на возмущающий момент гироплатформы в точке подвеса 10 и нижний кардан 8 "не работает", т.е. гироплатформа ведет себя как в статике, с какой бы угловой скоростью ни совершался наклон корпуса 1.[ώχ (3-10) coal min.], i.e. a slight bending moment occurs at the top of the torsion pin. At the selected length of the torsion 3, this bending moment practically does not affect the disturbing moment of the gyroplatform at the suspension point 10 and the lower cardan 8 “does not work”, i.e. gyroplatform behaves as in a static, with whatever angular velocity the inclination of the housing 1 is accomplished.

В случае действия линейных ускорений возникает поворот осей как верхнего 7, так и нижнего 8 подвесов. Вращающий момент Μζ,ριχ на осях карданов 7 и 8, обусловленный влиянием сил инерции, определяется выражениемIn the case of linear accelerations, there is a rotation of the axes of both the upper 7 and lower 8 suspensions. Torque Μζ, ριχ on the axes of cardan 7 and 8, due to the influence of inertia forces, is determined by the expression

М^Р= шх£-со5^ ,M ^ P = wx £ -co5 ^,

илиor

О·'ABOUT·'

4141

(з)(h)

где X - значение линейного горизонтального ускорения в точке пересечения осей верхнего подвеса 7, д “ величина ускорения силы тяжести.where X is the value of the linear horizontal acceleration at the point of intersection of the axes of the upper suspension 7, d is the magnitude of the acceleration of gravity.

Из выражения (3) нетрудно определить то максимальное ускорение, которое способно преодолеть сопротивление со стороны момента трения Μ _γρ. в нижнем подвесе 8 и вызвать его вращение (т.е. чувствительность отработки нижнего карданного подвеса)From the expression (3) it is easy to determine the maximum acceleration that is able to overcome the resistance from the moment of friction Μ _γ ρ. in the lower suspension 8 and cause it to rotate (i.e., the sensitivity of working out the lower gimbal suspension)

4040

10-10°10-10 °

угГсТ*UGST *

200(мгл) (4)200 (mcl) (4)

При этом изгиб торсиона 3 в точке подвеса 10 не превышает углаIn this case, the bending of the torsion 3 at the point of suspension 10 does not exceed the angle

_Чнп_<2но\л ,_п-4_Cnp_ <2no \ l, _n -4

й'10"*%г(уГА.Мн).y'10 "*% g (uG.Mn).

тупdumb

10.'ten.'

Следовательно, использование сис-ц темы подвеса, состоящей из гибкой связи, концы которой закреплены на внутренних осях кардановых подвесов, позволяет обеспечить минимальный изгиб гибкой связи как при наклонах, так и при линейных перемещениях подвижного основаниями значит, свести к минимуму вредные мо5Consequently, the use of a suspension system consisting of a flexible connection, the ends of which are fixed on the internal axes of the gimbals, allows for a minimum bending of the flexible connection during tilting and linear movement of the movable base, thus minimizing the harmful forces

913287913287

66

менты трения и изгиба торсиона, действующие на гироплатформу в точке подвеса 10, и повысить точность пространственной стабилизации гироплатформы. 5friction and bending torsion elements acting on the gyroplatform at the suspension point 10, and to improve the accuracy of the spatial stabilization of the gyroplatform. five

Любая гироплатформа в динамике может иметь небольшие наклоны относительно плоскости горизонта - динамическую погрешность стабилизации, ^вызванную действием горизонтальных ^{ль * * 10 * * * *}линейных ускорений на физический маятник. Величина этой погрешности тем значительнее, чем больше возмущающий момент гироплатформы,Any gyroplatform in dynamics can have small tilts relative to the horizon plane - dynamic stabilization error, caused by the action of horizontal ^{* * 10 * * * *} linear accelerations on the physical pendulum. The magnitude of this error is the more significant, the greater the disturbing moment of the gyro platform,

который, в свою очередь, пропорцио- ¹⁵нален величине маятниковости т.е.which in turn is proportional to the size of the pendulum ¹⁵ nalen ie

«еаыЛ-г / Ъ ·"ELe-g / Ъ ·

Учитывая, что ^выбирают из соотношенияGiven that ^ is chosen from the ratio

Η,τριχ Ρ·[ό4 ’Η, τριχ · [ό4 ’

(6)(6)

2525

где “ момент трения в точке подвеса 10 гироплатформы; предельно-допустимая погрешность стабилизации,where “the frictional moment at the point of suspension is 10 gyro platforms; maximum permissible stabilization error,

можно заключить, что динамическая зо погрешность гироплатформы обуславливается моментом трения в точке подвеса 10. Поскольку момент трения торсионного подвеса чрезвычайно мал, то возмущающие моменты и, следовательно, динамическая погрешность данной гироплатформы могут быть уменьшены, по сравнению с известной гироплатформой в карданном подвесе.It can be concluded that the dynamic error of the gyroplatform is determined by the friction torque at the suspension point 10. Since the friction torque of the torsion suspension is extremely small, disturbing moments and, consequently, the dynamic error of this gyroplatform can be reduced compared to the known gyroplatform in the gimbal suspension.

Точка подвеса 10 гироплатформы, 40 в оптимальном случае, должна совпадать с центром пересечения осей нижнего карданного подвеса 8. Величина несовпадения указанных точек дК не должна превышать допустимой величины 45 ДЬдоп , равнойThe pivot point of the 10 gyro platform, 40 in the optimal case, should coincide with the center of intersection of the axes of the lower gimbal suspension 8. The mismatch value of the indicated points of DC should not exceed the allowable value of 45 Ддд, equal to

ль - ^МтРу9Al - ^Mt Ru9

Д Ьд_оп--—Р -ХтахD bd _op --— P-Xtah

(7)(7)

где “ максимально-допустимоеwhere “the maximum allowable

значение горизонтальногоhorizontal value

ускорения.acceleration.

В случае, если точка подвеса 10 лежит ниже центра пересечения осейIn case the suspension point 10 lies below the center of intersection of the axes

подвеса 8 на величинуsuspension 8 by the value

система подвеса гироплатформы неустойчива и может заваливаться (есть два устойчивых состояния, когда внутреннее кольцо нижнего подвеса 8 повернуто до упора).the gyroplatform suspension system is unstable and can collapse (there are two stable states when the inner ring of the lower suspension 8 is turned up to the stop).

Если точка подвеса 10 лежит выше центра пересечения осей на величину , превышающую а Кд_оп,то система подвеса гироплатформы устойчива, но ее погрешность определяется только моментом трения Мтр^ в осях нижнего карданового подвеса 8, т.е. в этом случае торсион 3 не работает и может быть исключен.If the suspension point 10 lies above the center of intersection of the axes by an amount exceeding a Cd _op , then the suspension system of the gyroplatform is stable, but its error is determined only by the friction torque Mtr ^ in the axes of the lower cardan suspension 8, i.e. in this case, torsion 3 does not work and can be excluded.

При азимутальных колебаниях подвижного основания и корпуса 1 возникают колебания по азимуту предлагаемой гироплатформы. Амплитуда этих колебаний зависит от соотношения длины торсиона 3 к его жесткости на скручивание. Исходя из условий работы, эти параметры всегда можно подобрать. Однако во Всех случаях целесообразно для расширения диапазона использования данной гироплатформы за счет увеличения допустимых амплитуд азимутальных колебаний подвижного основания щток 5 гироплатформы выполнить не П-образной формы, как это обычно принято, а в виде скобы (С-образной формы).When the azimuthal oscillations of the movable base and the housing 1, oscillations in the azimuth of the proposed gyroplatform occur. The amplitude of these oscillations depends on the ratio of the length of the torsion 3 to its twisting rigidity. Based on the working conditions, these parameters can always be selected. However, in all cases, it is advisable to extend the range of use of this gyroplatform by increasing the allowable amplitudes of the azimuthal oscillations of the moving base of the 5 gyroplatform shafts, not U-shaped, as is customary, but in the form of a bracket (C-shaped).

Сравнение предлагаемой гиростабилизированной платформы с существующими конструкциями точных гировертикалей, например с аэродинамическим подвесом, показывает, что предлагаемая конструкция значительно проще, поскольку в ней отсутствует чаша с системой воздухо’подачи, сложная электронная схема съема и обработки полезного сигнала, а также силовая следящая система с площадкой-повто — рителя вертикали.A comparison of the proposed gyrostabilized platform with existing constructions of precise hydroverticals, for example with an aerodynamic suspension, shows that the proposed design is much simpler because it lacks a bowl with an air delivery system, a complex electronic circuit for removing and processing the useful signal, as well as a power tracking system with a platform -up - a vertical receiver.

Результаты испытаний макета прибора на качающемся стенде показали принципиальную возможность уменьшения, в сравнении с известным, погрешности стабилизации первичных, преобразователей магнитометра, примерно в (5-10) раз в зависимости от уровня возмущающих воздействий.The test results of the device layout on the swinging stand showed that it is possible in principle to reduce, in comparison with the known, the errors of stabilization of the primary magnetometer converters, approximately (5-10) times depending on the level of disturbing influences.

Данная гиростабилизированная платформа для магнитометра может быть выполнена в небольших габаритах, что позволяет найти ей широкое применение как в аэромагнитометрии, так и в буксируемых гондолах при проведении электромагнитного зондирования и измерении аномалий.This gyrostabilized platform for a magnetometer can be made in small dimensions, which allows it to be widely used both in aeromagnitometry and in towed gondolas when conducting electromagnetic sounding and measuring anomalies.

7 913287 87 913287 8

Claims

Claim

1. Gyro-stabilized platform for a magnetometer, containing gyro-nodes with 5 two-axis gimbal located in the housing, axes of which are installed in bearings, a non-magnetic rod rigidly connecting the giro node and an instrument platform, which is equipped with an additional two-axis gimbal the suspension connected to the first flexible coupling, with the outer rings of the bearings, and in which the outer axes of the upper and lower cardan hangers are housed, are fixed respectively to the core truncated and girouzle platform, and on the inner gimbal axes are fixed the ends of a flexible hanger connection, the lower fastening point of which coincides with the point of intersection of the axes of the lower gimbal.

2. Platform for l. 1, about tl and? due to the fact that the stock is made in the form of a bracket.