ГИРОКОМПАС Российский патент 1997 года по МПК G01C19/38 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники.

Известен гирокомпас 1Г17 и 1Г17-1 /см. Комплекты гирокомпаса 1Г17 и 1Г17-1. Техническое описание и Инструкция по эксплуатации БЦ1.620.026.ТО. Издание второе. 1980/, содержащий корпус, гироузел и угломер.

Недостатком данного устройства является:
недостаточно высокая точность измерения углов;
невозможность представления измеряемых горизонтальных углов в виде кода и тем самым считывания этой информации вычислительными устройствами;
сложность работы при визуальном снятии отсчетов, что приводит к ошибкам;
необходимость специальной тренировки номера расчета по снятию отсчетов.

Целью изобретения является повышение точности измерения углов и обеспечение автоматизированного считывания и обработки информации об измеренных углах.

Поставленная цель достигается тем, что в состав гирокомпаса дополнительно введены два редуктора, размещенные на корпусе угломера, два источника света, три блока фотоприемников, три блока формирователей импульсов и вычислительное устройство, а лимб состоит из трех дисков, первый жестко закреплен на следящем корпусе, второй и третий диски подвижно размещены на оси, которая жестко закреплена на корпусе угломера, с зубчатыми венцами по их периметру и нанесенными на них двоичными кодами, на первом диске нанесен код, реализующий последовательность чисел от 1 до 360, на втором и третьем дисках нанесены коды, реализующие последовательности чисел от 1 до 60, зубчатый венец первого диска через повышающий редуктор с передаточным числом n 60 соединен с зубчатым венцом второго диска, зубчатый венец которого в свою очередь через повышающий редуктор с передаточным числом n 60 соединен с зубчатым венцом третьего диска, два источника света, закрепленные на корпусе угломера и расположенные первый между первым и вторым дисками с кодовыми масками, а второй между вторым и третьим дисками, блоки фотоприемников жестко закреплены на корпусе угломера напротив источников света, первый из них имеет девять фотоприемников и расположен между первым диском и следящим корпусом, второй имеет шесть фотоприемников и расположен между вторым и третьим подвижными дисками и третий имеет шесть фотоприемников и размещен между третьим подвижным диском и корпусом угломера, а выходы первого, второго и третьего блоков фотоприемников, соответственно, соединены со входами первого, второго и третьего блоков формирователей импульсов, количество формирователей импульсов равно количеству фотоприемников в соответствующем блоке, выходы блоков формирователей импульсов соединены со входами вычислительного устройства.

На фиг. 1 показано размещение элементов гирокомпаса. На фиг. 2 схема формирования электрических сигналов. На фиг. 3 представлена функциональная схема вычислительного устройства, на фиг. 4 и 5 приведен порядок нанесения кодовых масок на дисках.

Гирокомпас состоит из корпуса 1, корпуса угломера 2, следящего корпуса 3, двигателя 4 и редуктора 5 следящей системы, зрительной трубы гирокомпаса 6, подшипников 7 и 8 для подвижного крепления корпуса угломера 2 и следящего корпуса 3 на корпусе 1, соответственно.

В корпусе угломера на оси 9, жестко связанной с ним, подвижно расположены второй подвижный диск 10 и третий подвижный диск 11, которые соединены между собой редуктором 12, закрепленным в опоре 13. Первый подвижный диск 14 жестко закреплен на следящем корпусе 3 и посредством редуктора 15, размещенного в опоре 16, соединен с подвижным диском 10.

На корпусе 2 жестко закреплены первый 17, второй 18 и третий 19 блоки фотоприемников, а также первый 20 и второй 21 источники света. На наружной поверхности следящего корпуса 3 имеется зубчатый венец 22, который входит в зацепление с редуктором 5. Внутри следящего корпуса 3 на торсионе 23 подвешен чувствительный элемент 24.

На диске 14 на девяти дорожках в виде концентрических окружностей нанесена кодовая маска в виде двоичного кода от 1 до 360. На дисках 10 и 11 на шести дорожках аналогичным образом нанесена кодовая маска со значением кода от 1 до 60. Изменение соседних кодов на дисках 14, 10, 11 осуществляется при их повороте относительно корпуса угломера 2, соответственно, на 1 угл. град, 1 угл. мин. и 1 угл. сек.

Повышающие редукторы 15 и 12 с передаточным числом n 60 передают вращение от первого диска 14 ко второму диску 10 и от второго диска 10 к третьему диску 11, соответственно.

Источники света 20 и 21 жестко закреплены на корпусе 2 угломера и расположены, соответственно, напротив блоков фотоприемников 17, 18 и 19.

Зрительная труба гирокомпаса 6 подвижно закреплена на корпусе угломера 2.

Схема формирования электрических сигналов /фиг. 2/ включает в себя первый 17, второй 18 и третий 19 блоки фотоприемников, первый 25, второй 26 и третий 27 формирователи импульсов, вычислительное устройство 28.

Вычислительное устройство 28 /Микропроцессорное управление технологическим оборудованием микроэлектроники: Уч. пособие. А.А. Сазонов, Р.В. Корнилов, И.П. Кохан и др. Под ред. А.А. Сазонова, М. Радио и связь, 1988, 264 с. / включает в себя устройство приема и ввода информации 29, логическо-арифметическое устройство 30, шину программы и данных 31, шину управления 32, генератор тактовых импульсов 33, устройство управления 34, блок памяти 35, блок выдачи информации 36.

Устройство приема и ввода информации 29 предназначено для обеспечения ввода в вычислительное устройство необходимой информации оператором, а также приема и передачи информации, поступающей с выходов блоков формирователей сигналов 25, 26, 27.

Логическо-вычислительное устройство 30 осуществляет проведение логических и вычислительных операций с информацией, поступающей на его вход в соответствии с заданным алгоритмом. Шина программы и данных предназначена для обеспечения передачи информации о программе вычислений и исходных данных, используемых при этом.

Шина управления 32 предназначена для передачи управляющих сигналов во все блоки вычислительного устройства, выдаваемых устройство управления 34.

Генератор тактовых импульсов 33 обеспечивает синхронизацию процесса работы всех блоков при считывании, обработке и выдаче информации.

Устройство управления 34 осуществляет управление всеми процессами, производящимися в вычислительном устройстве.

Блок памяти 35 обеспечивает длительное и кратковременное хранение информации, с которой производятся логическо-вычислительные операции.

Блок выдачи информации 36 по команде с устройства управления 34 осуществляет управление работой электродвигателя 4, производит прием и выдачу информации о значении азимута ориентированного направления во внешние устройства.

Рассмотрим работу устройства по определению азимута ориентированного направления. Перед началом работы зрительная труба 6 устанавливается в исходное /нулевое/ положение. Затем чувствительный элемент 24 ориентируется в направлении истинного меридиана с помощью следящей системы, состоящей из двигателя 4, редуктора 5 и вычислительного устройства 28.

Оператор вводит значение угла в устройство приема и ввода информации 29 вычислительного устройства 28, которое через блок 36 формирует команду на электродвигатель 4 для разворота следящего корпуса 3 с чувствительным элементом 24 до момента, когда двоичный код об угловом положении, формируемый схемой формирования электрических сигналов, не будет равен коду, введенному оператором. Сравнение кодов производит логическо-арифметическое устройство 30. После этого зрительная труба 6 визируется в направлении ориентира, по которому предполагается определение азимута. Разарретируется чувствительный элемент 24 и он начинает процессировать в направлении положения истинного меридиана. Вслед за чувствительным элементом 24 посредством следящей системы начинает поворачиваться и следящий корпус 3, а вместе с ним и диск 14, который в свою очередь через редуктор 16 передает вращение диску 10 и далее через редуктор 12 диску 11. Световые потоки источников света 20 и 21 проходят через кодовые маски дисков 14, 10 и 11 и попадают на фотоприемники блоков 17, 18, 19, соответственно. В результате этого на выходах блоков 17, 18 и 19 будут формироваться электрические сигналы, характеризующие код, соответствующий углу поворота чувствительного элемента 24 относительно положения оптической оси зрительной трубы 6. Эти сигналы преобразуются и усиливаются формирователями импульсов 25, 26 и 27 и поступают в устройство приема и ввода информации 29. По команде с устройствами управления 34 этот код поступает в логическо-арифметическое устройство 30. Логическо-арифметическое устройство определяет знак разности между двумя последовательно поступающими кодами N1i

и N1i+1 В момент смены знака разности кодов ΔN = N1i - N1i+1 логическо-вычислительное устройство 30 запоминает значение кода N1i который будет соответствовать углу первой точки реверсии чувствительного элемента. После этого устройство управления 34 выдает команду в устройство 30 на выдачу этого кода в блок памяти 35.

При прецессировании чувствительного элемента 24 в противоположном направлении обработка информации аналогична ранее рассмотренной. В момент смены знака разности кодов логическо-вычислительное устройство 30 по команде с устройства 34 выдает код N2i

в блок памяти.

По окончании процесса измерения, который задается оператором /определение азимута по двум или трем точкам реверсии чувствительного элемента/ через устройство ввода информации 29, устройство управления 34 организует процесс вычисления азимута ориентированного направления логическо-арифметическим устройством 30, в соответствии с выражением
N_ор N_ср + N_ф,
где N_ср среднее значение кодов, определяемое по выражению
N_ср двоичный код формулярной поправки гирокомпаса, значение которой оператор вводит в блок памяти 34 перед началом работы посредством устройства 29.

Причем, если одна точка реверсии чувствительного элемента относительно другой перешла через "0", то:


где N₃₆₀ код, соответствующий числу 360.

Если азимут ориентированного направления определяется по трем точкам реверсии чувствительного элемента, то выражение имеет вид:
N*op

= N_op+Δ,
где Δ поправка, уточняющая положение равновесия прецессионных колебаний чувствительного элемента.

Поправка D определяется по формуле:

где N3i

код, соответствующий углу для третьей точки реверсии.

По окончании процесса вычисления устройство управления 34 выдает команду в логическо-арифметическое устройство 30 на выдачу кода в блок выдачи информации 36.

Таким образом, устройство позволяет измерять углы с точностью до 1 угловой секунды, а также автоматизированно считывать и обрабатывать информацию об измеренных углах.

Использование: в контрольно-измерительной технике. Сущность изобретения: гирокомпас снабжен двумя редукторами, размещенными на корпусе угломера, двумя источниками света, тремя блоками фотоприемников, тремя блоками формирователей импульсов и вычислительным устройством. Лимб в гирокомпасе состоит из трех дисков. Первый диск жестко закреплен на следящем корпусе, а второй и третий диски подвижно размещены на оси. Эта ось жестко закреплена на корпусе угломера. 5 ил.

Гирокомпас, состоящий из корпуса, гироузла, угломера, включающего в себя корпус, зрительной трубы, следящего корпуса, лимба, электродвигателя разворота следящего корпуса, отличающийся тем, что в состав гирокомпаса дополнительно введены два редуктора, размещенные на корпусе угломера, два источника света, три блока фотоприемников, три блока формирователей импульсов и вычислительное устройство с блоком информации, а лимб состоит из трех дисков, первый из которых жестко закреплен на следящем корпусе, а второй и третий диски подвижно размещены на оси, которая жестко закреплена на корпусе угломера, и все снабжены зубчатыми венцами, выполненными по их периметру, с нанесенными на них двоичными кодами, на первом диске нанесен код, реализующий последовательность чисел от 1 до 360, на втором и третьем дисках нанесены коды, реализующие последовательность чисел от 1 до 60, зубчатый венец первого диска через повышающий редуктор с передаточным числом n 60 соединен с зубчатым венцом второго диска, зубчатый венец которого в свою очередь через повышающий редуктор с передаточным числом n 60 соединен с зубчатым венцом третьего диска, два источника света закреплены на корпуса угломера, первый расположен между первым и вторым дисками с кодовыми масками, а второй между вторым и третьим дисками, блоки фотоприемников жестко закреплены на корпусе угломера напротив источников света, первый из них имеет девять фотоприемников и расположен между первым диском и следящим корпусом, второй имеет шесть фотоприемников и расположен между вторым и третьим подвижными дисками, третий имеет шесть фотоприемников и размещен между третьим подвижным диском и корпусом угломера, а выходы первого, второго и третьего блоков фотоприемников соответственно соединены с входами первого, второго и третьего блоков формирователей импульсов, количество которых равно количеству фотоприемников в соответствующем блоке, выходы блоков формирователей импульсов соединены с входами вычислительного устройства, выходы блока информации которого соединены с обмотками управления электродвигателя разворота следящего корпуса и внешними устройствами.