СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ УСКОРЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОДВЕСОМ РОТОРА ГИРОСКОПА Российский патент 1998 года по МПК G01P15/14 

Изобретение относится к области гироскопического приборостроения и может найти применение в гироскопах, гироскопических инклинометрах и гирокомпасах.

Известен способ определения составляющих ускорения (АС 1137397, G 01 P 15/13, публ. БИ 4-85. Трехкомпонентный акселерометр), заключающийся в измерении перемещений инерционной массы, взвешенной в трехосном электромагнитном подвесе и помещенной в демпфирующую жидкость.

Наиболее близким аналогом изобретения, взятым в качестве прототипа, является способом определения составляющих ускорения (Осокин Ю.А. и др. Теория и применение магнитных подвесов. Машиностроение, М., 1980 год, стр. 198), действующего на взвешенную массу, по величине напряжения на резонансном конденсаторе трехосного электромагнитного подвеса; при этом демпфирование инерционной массы осуществляется также поддерживающей жидкостью.

Недостатком этого способа является ограниченность его применения трехосными электромагнитными подвесами с демпфирующей жидкостью, которые не реализуемы в гироскопе, ротор которого работает в вакууме, из-за конструктивных трудностей размещения статора электродвигателя, датчиков угла и момента.

Задачей предлагаемого способа определения ускорения является повышение точности определения составляющих ускорения.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения составляющих ускорения, заключающемся в измерении напряжений на элементах электромагнитного подвеса, электромагнитный подвес выполняют четырехосным, демпфирование колебаний ротора гироскопа по каждой оси подвеса осуществляют четырехполюсниками, измерение напряжений производят на зажимах четырехполюсников, определяют разность напряжений на зажимах четырехполюсников по каждой оси электромагнитного подвеса, а составляющие ускорения, действующего по осям основания гироскопа находят из выражений
a_x = k_x(a₁ - a₃),
a_y = k_y(a₂ - a₄),
a_z = k_z(a₁ + a₂ + a₃ + a₄)
где
a_x, a_y, a_z - составляющие ускорения, действующего по осям основания гироскопа;
k_x, k_y, k_z - постоянные коэффициенты для данного гироскопа;
a₁, a₂, a₃, a₄ - составляющие ускорения, действующего по осям электромагнитного подвеса, пропорциональные разности напряжений на зажимах четырехполюсников.

Наличие указанных признаков позволяет сделать вывод о новизне технического решения.

Сравнение заявленного решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить совокупность признаков, отличающих заявленное решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "изобретательский уровень".

Таким образом, заявленное техническое решение является новым, имеет изобретательский уровень, промышленно применимо.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема электромагнитного подвеса ротора гироскопа, на фиг. 2 показано взаимное расположение осей подвеса A1, A2, A3, A4 и осей X, Y, Z, связанных с основанием гироскопа; на фиг. 2а - вид спереди, на фиг. 2б - вид справа, на фиг. 2в - вид сверху.

Полюса подвеса 1, 2, 3, 4 на верхнем статоре 5 и четыре полюса 1', 2', 3', 4', подвеса нижнего статора 6 образуют электромагнитный подвес с неортогональными осями A1, A2, A3 и A4, в котором взвешен ферромагнитный ротор 7 гироскопа. Полость 8 для уменьшения аэродинамического сопротивления вращению ротора 7 вакуумирована. Каждый из восьми полюсов подвеса имеет рабочую обмотку, последовательно соединенную с резонансным конденсатором, включенную на зажимах четырехполюсника через диагональ мостовой выпрямительной схемы (не показано).

Ортогональная трехосная система координат X, Y, Z связана с основанием 9 гироскопа и служит системой отсчета действующего на гироскоп ускорения. Оси A1, A3 подвеса лежат в одной вертикальной плоскости ZOX с осью X основания 9 гироскопа, оси A2, A4 подвеса лежат в одной вертикальной плоскости с осью Y основания 9 гироскопа (фиг. 2в).

Способ определения составляющих ускорений заключается в следующем. Так как электромагнитный подвес выполняется неортогональным четырехосным, а демпфирование колебаний ротора осуществляется четырехполюсниками по каждой оси подвеса, то измеряют величины напряжений на зажимах каждого четырехполюсника по четырем осям подвеса. Разность напряжений на зажимах четырехполюсников пропорциональна составляющим ускорения, действующим по каждой оси электромагнитного подвеса




где
a₁, a₂, a₃, a₄ - составляющие ускорения, действующего по осям электромагнитного подвеса, пропорциональные разности напряжений на зажимах четырехполюсников;
u₁, u₂, u₃, u₄ - напряжение на зажимах четырехполюсников от обмоток верхнего статора подвеса по четырем осям подвеса;
напряжение на зажимах четырехполюсников от обмоток нижнего статора подвеса по четырем осям подвеса.

Из фиг. 2а следует, что составляющие ускорения по осям A1, A3 электромагнитного подвеса связано с составляющими ускорения по осям X, Z основания гироскопа следующими зависимостями:
a₁= +a_xsinα+a_zcosα,
a₃= -a_xsinα+a_zcosα
где
a_x, a_y, a_z - составляющие ускорения, действующего по осям основания гироскопа;
α - угол между вертикальной осью основания и осью подвеса.

Из фиг. 2б аналогично следует
a_z= -a_ysinα+a_zcosα,
a_y= a_ysinα+a_zcosα
Совместное решение приведенной системы уравнений позволяет получить составляющие ускорения, действующего по осям основания гироскопа по измеренным напряжениям в осях подвеса
a_x = k_x(a₁ - a₃),
a_y = k_y(a₂ - a₄),
a_z = k_z(a₁ + a₂ + a₃ + a₄,
где
k_x, k_y, k_z - постоянные коэффициенты для данного гироскопа.

Способ предназначен для применения в гироскопах, гироскопических инклинометрах и гирокомпасах. Способ заключается в измерении напряжений на зажимах электромагнитного подвеса. Электромагнитный подвес выполняют четырехосным. Демпфирование колебаний ротора гироскопа по каждой оси подвеса осуществляют четырехполюсниками. Измерение напряжений производят на зажимах четырехполюсников. Определяют разность напряжений на зажимах четырехполюсников по каждой оси электромагнитного подвеса, а составляющие ускорения, действующего по осям основания гироскопа, находят из математических выражений, в которые входят составляющие ускорения, действующего по осям основания гироскопа, постоянные коэффициенты для данного гироскопа, составляющие ускорения, действующего по осям электромагнитного подвеса, пропорциональные разности напряжений на зажимах четырехполюсников. Способ обеспечивает повышение точности измерения составляющих ускорения. 2 ил.

Способ определения составляющих ускорения электромагнитным подвесом ротора гироскопа, заключающийся в измерении напряжения на элементах электромагнитного подвеса, отличающийся тем, что электромагнитный подвес выполняют четырехосным, демпфирование колебаний ротора гироскопа по каждой оси подвеса осуществляют четырехполюсниками, измерение напряжений производят на нажимах четырехполюсников, определяют разность напряжений на зажимах четырехполюсников по каждой оси электромагнитного подвеса, а составляющие ускорения, действующего по осям основания гироскопа, находят из выражений
a_x=K_x(a₁-a₃),
a_y=K_y(a₂-a₄),
a_z=K_z(a₁+a₂+a₃+a₄),
где a_x, a_y, a_z - составляющие ускорения, действующего по осям основания гироскопа;
K_x, K_y, K_z - постоянные коэффициенты для данного гироскопа;
a₁, a₂, a₃, a₄ - составляющие ускорения, действующего по осям электромагнитного подвеса, пропорциональные разности напряжений на зажимах четырехполюсников.