ГИРОСКОП Российский патент 2003 года по МПК G01C19/22 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к гироскопическим преобразователям угловой скорости.

Известны гироскопы, содержащие гиромотор, ротор, узел упругого подвеса, преобразователи положения и момента [1].

Наиболее близким по технической сущности является гироскоп [2], имеющий корпус, крышку и кожух, установленные в корпусе статор гиромотора, внешние кольца шарикоподшипников привода, неподвижные части преобразователей положения, ободок с компенсационными катушками преобразователей момента магнитоэлектрического типа. установленный на внутренних кольцах шарикоподшипников привода вал с ротором гиромотора, узлом двухстепенного упругого подвеса, на котором расположен узел ротора гироскопа с кольцевыми постоянными магнитами преобразователей момента, причем внутренняя полость гироскопа, заключенная между корпусом, крышкой и кожухом, заполнена газовой средой, отличной от воздуха.

Недостатком такого гироскопа является погрешность измерения угловой скорости вcледствие изменения систематической составляющей дрейфа гироскопа, вызванного нестабильностью равновесной концентрации водорода во внутренней полости гироскопа в течение календарного срока службы.

Техническим результатом изобретения является повышение точности гироскопа и повышение диапазона измерений.

Данный технический результат достигается в гироскопе, имеющем корпус, крышку, кожух, установленные в корпусе статор гиромотора, внешние кольца шарикоподшипников привода, неподвижные части преобразователей положения, ободок с компенсационными катушками преобразователей момента магнитоэлектрического типа, установленный на внутренних кольцах шарикоподшипников привода вал с ротором гидромотора, углом двухстепенного упругого подвеса, на котором расположен узел ротора гироскопа с кольцевыми постоянными магнитами преобразователей момента, причем внутренняя полость гидроскопа, заключенная между корпусом, крышкой и кожухом, заполнена газовой средой, отличной от воздуха, отличающемся тем, что кольцевые постоянные магниты выполнены из сплаве редкоземельных металлов, каждый кольцевой постоянный магнит закрыт колпаком, создающим герметичное пространство в зоне расположения кольцевого постоянного магнита, в качестве газовой среды использован водород при давлении от 4 до 20 мм рт. ст., обращенные в сторону внутренней полости гироскопа части корпуса, крышки и кожуха, а также статор и ротор гиромотора, шарикоподшипники привода, вал. узел двухстепенного упругого подвеса, узел ротора гироскопа, ободок, каждый колпак с загерметизированным в нем кольцевым постоянным магнитом, компенсационные катушки преобразователей момента и преобразователи положения выполнены предварительно наводороженными в составе гироскопа до заполнения внутренней полости гироскопа водородом.

Путем выполнения кольцевых постоянных магнитов из сплава редкоземельных металлов обеспечивается увеличение количества витков компенсационных катушек моментного преобразователя вследствие возможности увеличения рабочего зазора в магнитной системе моментного преобразователя, что достигается применением кольцевых постоянных магнитов из редкоземельных сплавов, обладающих большей магнитной энергией по сравнению с обычными материалами постоянных магнитов. Поэтому увеличивается диапазон измерения угловых скоростей вследствие увеличения моментов, создаваемых преобразователями момента.

Посредством использования в качестве газовой среды водорода при давлении от 4 до 20 мм рт. ст., выполнения предварительно наводороженными шарикоподшипников привода, вала, узла двухстепенного упругого подвеса, узла ротора гироскопа, ободка, каждого колпака с загерметизированным в нем кольцевым постоянным магнитом, преобразователей момента и преобразователей положения, обращенных в сторону внутренней полости гироскопа частей корпуса, крышки и кожуха обеспечивается равновесное состояние газовой среды в гироскопе в течение календарного срока службы. В результате газовозмущаюшие моменты, действующие на узел ротора гироскопа, остаются неизменными, что приводит к стабильности дрейфа гироскопа, а следовательно, повышает точность гироскопа при работе в течение календарного срока службы.

На фиг. 1 представлен общий вид гироскопа, на фиг.2 - расположение осей гироскопа.

Гироскоп (фиг. 1) содержит корпус I, в котором установлены статор 2 гиромотора, ободок 3 с компенсационными катушками 4^I, 4^II преобразователей момента магнитоэлектрического типа, магнитные системы 5^I, 5^II преобразователей положения индуктивного типа, выполненные в виде сердечника с катушкой на нем.

С корпусом 1 посредством шарикоподшипников 6^I, 6^II привода связан вал 7, на котором установлены ротор 8 гиромотора в внутренние кольца 9^I, 9^II соответственно шарикоподшипников 6^I, 6^II, внешние кольца 10^I, 10^II которых закреплены в корпусе 1.

На валу 7 закреплена неподвижная часть 2 узла двухстепенного упругого подвеса 12, на подвижной части 13 которого установлен узел ротора 14.

Вал 7 вместе с ротором 8 гиромотора, узлом двухстепенного упругого подвеса 12 и узлом ротора имеет свободу неограниченного углового движения относительно оси вращения 15-15.

В узле двухстепенного упругого подвеса 12 одна степень углового перемещения узла ротора 14 относительно первой оси образована первой парой упругих перемычек, а другая степень углового перемещения узла ротора 14 относительно второй оси, перпендикулярной первой оси, образована второй парой упругих перемычек. Для этого в узле двухстепенного упругого подвеса 12 между отверстиями 16^I, 16^II образована первая упругая перемычка 17 из первой пары упругих перемычек. Образованная между аналогичными отверстиями вторая упругая перемычка из первой пары упругих перемычек расположена диаметрально по направлению перпендикуляра к плоскости чертежа. Обе эти перемычки первой пары перемычек обеспечивают угловое перемещение узла ротора 14 относительно первой оси, перпендикулярной оси вращения 15-15.

Между отверстием 18 и расположенным симметрично относительно плоскости чертежа аналогичным отверстием образована первая упругая перемычка 19 из второй пары упругих перемычек. Аналогичная упругой перемычке 19 вторая упругая перемычка из второй пары упругих перемычек расположена диаметрально относительно упругой перемычки 19 в плоскости чертежа по направлению, нерпендикулярному оси вращения 15-15.

В узле ротора 14 гироскопа установлены кольцевые постоянные магниты 20^I, 20^II преобразователей момента магнитоэлектрического типа, выполненные из сплава редкоземельных металлов, SmCO₅ и намагниченные в радиальном направления. Кольцевой постоянный магнит 20^I закрыт колпаком 21^I, а кольцевой постоянный магнит 20^II - колпаком 21^II. В результате кольцевые постоянные магниты 20^I, 20^II находятся в загерметизированном пространстве.

Корпус 1 с одной стороны закрыт крышкой 22 с пробкой 23, а с другой стороны - кожухом 24. В результате в гироскопе образована герметичная внутренняя полость 25.

Обращенные в сторону внутренней полости 23 части корпуса 1, крышки 20 и кожухом 22, а также статор 2 и ротор 8 гиромотора, шарикоподшипники 6^I, 6^II привода, вал 7, узел двухстепенного упругого подвеса 12, узел ротора 14 гироскопа, ободок 3, колпаки 21^I, 21^II с кольцевыми постоянными магнитами 20^I, 20^II, магнитные системы 5^I, 5^II преобразователей положения, компенсационные катушки 4^I, 4^II преобразователей момента выполнены предварительно наводороженными в составе гироскопа до заполнения внутренней полости 25 гироскопа водородом.

Для этого гироскоп через отверстие в крышке 22, еще не закрытое пробкой 23, герметично соединяют с вакуумной системой, обезгаживают, заполняют внутреннюю полость 25 гироскопа водородом при давлении 450 мм рт. ст. и выдерживают в течение 210 ч. Затем доводят давление водорода до 4...20 мм рт. ст. и закрывают крышку 22 пробкой 23. Колпаки 21^I, 21^II защищают изготовленные из сплава редкоземельных металлов кольцевые постоянные магниты 20^I, 20^II от разрушения в среде водорода.

На ободке 3 (фиг.2) расположены компенсационные катушки 4^I, 4^II и аналогичные компенсационные катушки 4^III, 4^IV преобразователей момента. Здесь также условно показано расположение магнитных систем 5^I, 5^II, 5^III, 5^IV преобразователей положения, имеющих соответственно сердечники 26^I, 26^II, 26^III, 26^IV и катушки 27^I, 27^II, 27^III, 27^IV.

Преобразователями положения с магнитными системами 5^I, 5^II и преобразователями момента с компенсационными катушками 4^III, 4^IV образована первая измерительная ось 28-28 гироскопа.

Преобразователями положения с магнитными системами 5^III, 5^IV и преобразователями момента с компенсационными катушками 4^I, 4^II образована вторая измерительная ось 29-29 гироскопа.

Гироскоп работает следующим образом. При наличии угловой скорости по первой измерительной оси 28-28 гироскопа преобразователь положения с магнитными системами 5^I, 5^II измеряет угловое отклонение узла ротора 14 гироскопа, обеспечиваемое узлом двухстепенного упругого подвеса 12. Сигнал от преобразователя положения с магнитными системами 5^I, 5^II усиливается и подается в компенсационные катушки 4^III, 4^IV преобразователя момента, создаваемым моментом которого узел ротора 14 возвращается в исходное положение. Ток компенсационных катушек 4^III, 4^IV является мерой угловой скорости по первой измерительной оси 28-28 гироскопа.

При наличии угловой скорости по второй измерительной оси 29-29 гироскопа преобразователь положения с магнитными системами 5^III, 5^IV измеряет угловое отклонение узла ротора 14 гироскопа. После усиления сигнал преобразователя положения подается в компенсационные катушки 4^I, 4^II преобразователя момента, создаваемым моментом которого узел ротора 14 возвращается в исходное положение, а ток компенсационных катушек 4^I, 4^II является мерой угловой скорости по второй измерительной оси 29-29 гироскопа.

При предварительном наводораживании части корпуса 1, крышка 22, кожух 24, статор 2 и ротор 8 гиромотора, вал 7, шарикоподшипники 6^I, 6^II привода, ободок 3, магнитные системы 5^I, 5^II, 5^III, 5^IV преобразователей положения, компенсационные катушки 4^I, 4^II, 4^III, 4^IV преобразователей момента, узел двухстепенного упругого подвеса 12, узел ротора 14, колпаки 21^I, 21^II не адсорбируют водород из внутренней полости 25 гироскопа. В результате давление водорода во внутренней полости 25 гироскопа остается в пределах, полученных при заполнении, и характеристики дрейфа гироскопа остаются на уровне первоначальных значений.

Источники информации
1. Гироскопические системы. Под редакцией Д. С.Пельпора. М.: Высшая школа, 1980, cтp.64, 65.

2. Д.С.Пельпор, В,А.Матвеев, В.Д.Арсеньев. динамически настраиваемые гироскопы. М.: Машиностроение, 1988, стр.228-231, рис.6, 8.2

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к гироскопическим преобразователям угловой скорости. Гироскоп включает корпус, крышку, кожух, гиромотор, шарикоподшипники привода, преобразователи положения, ободок с компенсационными катушками преобразователей момента магнитоэлектрического типа, вал с узлом двухстепенного упругого подвеса, на котором расположен узел ротора с кольцевыми постоянными магнитами преобразователей момента. При этом внутренняя полость гироскопа, заключенная между корпусом, крышкой и кожухом, заполнена водородом при давлении от 4 до 20 мм рт. ст., кольцевые постоянные магниты выполнены из сплава редкоземельных металлов, каждый кольцевой постоянный магнит закрыт колпаком, обращенные в сторону внутренней полости гироскопа части корпуса, крышки и кожуха, а также статор и ротор гиромотора, шарикоподшипники привода, вал, узел двухстепенного упругого подвеса, узел ротора гироскопа, ободок, колпаки, компенсационные катушки преобразователей момента и преобразователи положения выполнены предварительно наводороженными в составе гироскопа до заполнения внутренней полости гироскопа водородом. Техническим результатом является повышение точности и увеличение диапазона измерений. 2 ил.

Гироскоп, имеющий корпус, крышку и кожух, установленные в корпусе статор гиромотора, внешние кольца шарикоподшипников привода, неподвижные части преобразователей положения, ободок с компенсационными катушками преобразователей момента магнитоэлектрического типа, установленный на внутренних кольцах шарикоподшипников привода вал с ротором гиромотора, узлом двухстепенного упругого подвеса, на котором расположен узел ротора гироскопа с кольцевыми постоянными магнитами преобразователей момента, причем внутренняя полость гироскопа, заключенная между корпусом, крышкой и кожухом, заполнена газовой средой, отличной от воздуха, отличающийся тем, что кольцевые постоянные магниты выполнены из сплава редкоземельных металлов, каждый кольцевой постоянный магнит закрыт колпаком, создающим герметичное пространство в зоне расположения кольцевого постоянного магнита, в качестве газовой среды использован водород при давлении от 4 до 20 мм рт. ст. , обращенные в сторону внутренней полости гироскопа части корпуса, крышки и кожуха, а также статор и ротор гиромотора, шарикоподшипники привода, вал, узел двухстепенного упругого подвеса, узел ротора гироскопа, ободок, каждый колпак с загерметизированным в нем кольцевым постоянным магнитом, компенсационные катушки преобразователей момента и преобразователи положения выполнены предварительно наводороженными в составе гироскопа до заполнения внутренней полости гироскопа водородом.