СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ АМПУЛЫ МОДУЛЯЦИОННОГО ГИРОСКОПА Российский патент 2006 года по МПК G01M3/00 G01C19/00 

Описание патента на изобретение RU2282838C2

Изобретение относится к гироскопии и может быть использовано в модуляционных, твердотельных волновых, лазерных и прочих гироскопах.

Известен динамически настраиваемый гироскоп (ДНГ), содержащий корпус, ротор и датчик угла, закрепленные во вращающейся герметичной ампуле, электропривод, высокоскоростные газодинамические опоры, опорные поверхности которых выполнены в корпусе полусферическими, устройство передачи информации от датчика к корпусу и устройства передачи энергии от корпуса. Во внутренней полости первого фланца установлена герметичная ампула и преобразователь сигнала датчика угла в код, а во внутреннюю полость второго фланца установлены элементы электропривода и генератора опорных импульсов (Патент RU 2101679, Гулевич В.П., Невоструев В.В., Белугин В.Б., НПОЭ г.Миасс).

В данном гироскопе, использующем модуляционный (колебательный) принцип работы ротора гироскопа, ампульный вариант герметизации ротора, съем сигнала с ротора и управление им во вращающейся системе координат, применение газодинамических сферических опор с разделением полостей, содержащих ротор в вакууме или сильно разряженной среде и газодинамическую опору, которая работает на воздухе, необходимо создание глубокого вакуума с целью обеспечения высоких точностных характеристик гироскопов.

Со временем в полости, содержащей ротор, происходит нарушение состояния вакуума, что приводит к нарушению режима работы гироскопа. Известные на сегодняшний день способы герметизации, применяемые в динамически настраиваемых гироскопах, например, путем завертывания пробки в вакууме с помощью герметика (клея) или путем холодного откусывания по меди (предварительно отожженной) и дальнейшей опайки припоем места откуса, не позволяют добиться сохранения вакуума 10-5÷10-6 мм рт. на весь срок эксплуатации прибора.

Техническим результатом изобретения является создание глубокого вакуума на уровне 10-5 мм рт. столба в ампуле модуляционного гироскопа на весь срок эксплуатации прибора и повышение точности гироскопа.

Указанный результат достигается тем, что осуществляют герметизацию ампулы модуляционного гироскопа, выполненной из титанового сплава, путем вакуумного оксидирования ампулы, которое включает промывку в нефрасе, вакуумное обезгаживание в вакууме (1÷2)·10-2 мм рт. столба при температуре 600-650°С в течение 2 часов, остывание с печью до 100°С, далее на воздухе, а затем дополнительного непрерывного обезгаживания ампулы в герметичном приспособлении при температуре 160±10°С и давлении 3·10-6 мм рт. столба в течение десяти суток; после чего проводят лазерную герметизацию ампулы через стекло в приспособлении лучом лазера, направленным в подготовленное в ампуле отверстие с отбортовкой.

На фиг.1 представлена конструкция модуляционного гироскопа. На фиг.2 показана зависимость падения постоянной времени гироскопа τ от времени, с течением которого в гироскопе происходит нарушение состояния вакуума. На фиг.3 показан процесс непрерывного обезгаживания ампулы гироскопа.

Модуляционный гироскоп содержит ротор 1 в виде параллелепипеда на упругом равножестком подвесе, помещенный в герметизированную, вакуумированную, вращающуюся вместе с ротором ампулу 2, приводимую во вращение с помощью торцевого электрического вентильного двигателя 3 с резонансной угловой скоростью Ω, газодинамические сферические опоры и датчик момента. Устройство съема информации с ротора выполнено во вращающейся вместе с ротором системе координат в виде емкостного датчика угла 4, емкостно-частотного преобразователя (ЕЧП) 5, токоподвода-токосъема 6, служащего для запитки ЕЧП и съема информации с ротора. Генератор с внешним возбуждением (ГВВ) 7 вместе с двумя электронными диодами, конструктивно входящими в ЕЧП, и двумя электромагнитами 8 служит для управления ротором во вращающейся системе координат. Генераторы опорных импульсов (ГОИ) 9 формируют опорное напряжение для разложения сигнала на две составляющие.

Зависимость падения постоянной времени гироскопа τ показывает, что интенсивность падения особенно велика в первый месяц после обезгаживания, а в течение первых трех месяцев постоянная времени падает от 180 до 20 секунд. Постоянная времени τ гироскопа - это один из параметров, определяющих точность гироскопа

где ωдр - дрейф гироскопа; αст - статическая ошибка системы стабилизации или арретирования. Дальнейшее падение постоянной времени до 1÷2 секунд вызывает падение крутизны сигнала с гироскопа до нуля. Для сохранения состояния вакуума были применены геттеры (газопоглотители), лазерная сварка крышки и корпуса ампулы лазерным швом на стали типа 12Х18Н10Т, а также лазерная герметизация ампулы, сварка внутри ампулы в сочетании с ультразвуковой промывкой в среде трихлорэтилена. Но все эти меры не позволили преодолеть данный недостаток.

Использование метода изготовления ампулы и всего модуляционного гироскопа из титана ВТ-5 частично решает проблему вакуума, поскольку титан является пассивным геттером (газопоглотителем). Но уже через 2-3 месяца постоянная времени гироскопа τ падает до 2÷5 секунд. Причиной газовыделения является сам титан, имеющий пористую структуру. Титан очень хорошо поглощает водород, который начинает выделяться из стенок ампулы в ее полость после герметизации.

Поэтому для достижения требуемого значения вакуума необходимо вакуумное оксидирование внутренней и наружной поверхности ампулы при следующем режиме:

- промывка в нефрасе;

- вакуумное обезгаживание в вакууме (1÷2)·10-2 мм рт. столба при температуре 600÷650°С в течение двух часов, остывание с печью до 100°С, далее на воздухе,

после чего осуществляют обезгаживание ампулы при температуре 160±10°С и давлении 3·10-6 мм рт. столба, непрерывно в течение десяти суток, а затем лазерную герметизацию ампулы.

Процесс непрерывного обезгаживания ампулы при температуре 160±10°С осуществляют с помощью герметичного приспособления, представляющего собой металлический корпус с герметичным стеклом 10, печки 11, служащей для нагрева приспособления до температуры 160±10°С, поддерживаемой автоматически на весь процесс обезгаживания. Внутри приспособления устанавливается ампула 2 с ротором 1 модуляционного гироскопа, причем так, чтобы луч 12 лазера "Квант-12" был направлен прямо в отверстие с отбортовкой 13 в донышке ампулы, через которое и осуществляется лазерная герметизация.

Механический 14 и форвакуумный 15 насосы обеспечивают через магистраль 16 внутри приспособления вакуум на уровне 3·10-6 мм рт. столба на весь срок обезгаживания. После десяти суток обезгаживания производят герметизацию ампулы лучом лазера. За один удар лучом лазера происходят расплавление отверстия и его герметизация.

Заявляемый способ герметизации ампулы модуляционного гироскопа отличается от всех известных в настоящее время способов герметизации и позволяет получить вакуум внутри полости ампулы 10-5 мм рт. столба и сохранить его на весь срок эксплуатации прибора.

Проведенные испытания показали, что применение нового способа герметизации ампулы модуляционного гироскопа позволяет выйти на уровень:

- точностей 0,0050/ч (3σ) без тарировок и калибровок;

- перегрузочной способности 40 g;

- ресурса работы 100 тыс. часов.

Похожие патенты RU2282838C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ ТРЕНДА В МОДУЛЯЦИОННОМ ГИРОСКОПЕ 2003
  • Андреев А.Г.
  • Ермаков В.С.
  • Максимов А.Г.
RU2262074C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОГО КОРПУСА МИКРОЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА С КОНТРОЛИРУЕМОЙ СРЕДОЙ В ЕГО ВНУТРЕННЕМ ОБЪЕМЕ 2017
  • Агеев Константин Александрович
  • Собко Сергей Аркадьевич
  • Писарев Максим Сергеевич
  • Лежнев Дмитрий Николаевич
RU2660799C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАКУУМНОГО МИКРОГИРОСКОПА 2012
  • Гребенников Вячеслав Александрович
  • Минаев Юрий Анатольевич
  • Аксенов Константин Сергеевич
RU2521678C1
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ КОЛЬЦЕВЫХ ЛАЗЕРНЫХ ГИРОСКОПОВ 2016
  • Озаренко Александр Валентинович
  • Быстрицкий Владислав Сергеевич
RU2638566C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ ОПТИЧЕСКИХ РЕЗОНАНСНЫХ ЯЧЕЕК С ПАРАМИ АТОМОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2014
  • Мудрецов Дмитрий Валентинович
  • Фишман Рафаил Ионович
  • Васильев Виталий Валентинович
  • Севостьянов Дмитрий Иванович
  • Лосев Станислав Сергеевич
  • Величанский Владимир Леонидович
RU2578890C1
Способ изготовления малогабаритных атомных ячеек с парами атомов щелочных металлов 2018
  • Егоров Алексей Борисович
  • Чучелов Дмитрий Сергеевич
  • Фишман Рафаил Ионович
  • Величанский Владимир Леонидович
RU2677154C1
Способ изготовления малогабаритных атомных ячеек с парами атомов щелочных металлов 2018
  • Егоров Алексей Борисович
  • Чучелов Дмитрий Сергеевич
  • Фишман Рафаил Ионович
  • Величанский Владимир Леонидович
RU2676296C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОГИРОСКОПА 2019
  • Мусаев Руслан Шабанович
  • Пауткин Валерий Евгеньевич
  • Папко Антонина Алексеевна
RU2712927C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ АТОМНЫХ ЯЧЕЕК С ПАРАМИ АТОМОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2014
  • Фишман Рафаил Ионович
  • Севостьянов Дмитрий Иванович
  • Васильев Виталий Валентинович
  • Зибров Сергей Александрович
  • Сивак Александр Владимирович
  • Величанский Владимир Леонидович
RU2554358C1
Устройство для автоматической балансировки роторов гироскопов 1988
  • Суминов Вячеслав Михайлович
  • Баранов Павел Николаевич
  • Виноградов Геннадий Михайлович
  • Абрамов Сергей Николаевич
  • Опарин Владимир Игоревич
  • Горелочкин Федор Федорович
  • Святихин Василий Иванович
  • Евстигнеев Александр Викторович
SU1649275A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 282 838 C2

Реферат патента 2006 года СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ АМПУЛЫ МОДУЛЯЦИОННОГО ГИРОСКОПА

Изобретение относится к гироскопии и может быть использовано в модуляционных, твердотельных волновых, лазерных и прочих гироскопах. Изобретение позволяет решить проблему вакуума в ампуле гироскопа и сохранить его на весь срок эксплуатации прибора, а также повысить точность гироскопа. Согласно изобретению способ герметизации ампулы модуляционного гироскопа заключается в том, что осуществляют вакуумное оксидирование ампулы гироскопа, выполненной из титанового сплава, включающее промывку в нефрасе, вакуумное обезгаживание в вакууме (1÷2)·10-2 мм рт. столба при температуре 600-650°С в течение двух часов, остывание с печью до 100°С, далее на воздухе, после чего производят обезгаживание ампулы в герметичном приспособлении при температуре 160±10°С и давлении 3·10-6 мм рт. столба, непрерывно в течение десяти суток, и осуществляют лазерную герметизацию ампулы через стекло в приспособлении лучом лазера, ударяющим в подготовленное в ампуле отверстие с отбортовкой. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 282 838 C2

Способ герметизации ампулы модуляционного гироскопа, заключающийся в том, что осуществляют вакуумное оксидирование ампулы гироскопа, выполненной из титанового сплава, включающее промывку в нефрасе, вакуумное обезгаживание в вакууме (1÷2)·10-2 мм рт. ст. при температуре 600-650°С в течение 2 ч, остывание с печью до 100°С, далее на воздухе, после чего производят обезгаживание ампулы в герметичном приспособлении при температуре 160±10°С и давлении 3·10-6 мм рт. ст., непрерывно в течение 10 сут, и осуществляют лазерную герметизацию ампулы через стекло в приспособлении лучом лазера, ударяющим в подготовленное в ампуле отверстие с отбортовкой.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2282838C2

ДИНАМИЧЕСКИ НАСТРАИВАЕМЫЙ ГИРОСКОП 1988
  • Белугин В.Б.
  • Гулевич В.П.
  • Невоструев В.В.
RU2101679C1
ДИНАМИЧЕСКИ НАСТРАИВАЕМЫЙ ГИРОСКОП 1999
  • Вечтомов В.М.
  • Кочкин Е.Ф.
  • Малышкин Н.Н.
  • Черепанов В.А.
  • Люсин Ю.Б.
  • Попов Г.В.
RU2157965C1
US 3394597 А, 30.07.1968
Способ термообработки элинварных сплавов 1979
  • Струг Ефим Маркович
  • Никонорова Анна Ивановна
  • Бизина Нина Игнатьевна
  • Илюхин Михаил Николаевич
  • Афанасьева Анна Алексеевна
  • Новикова Людмила Борисовна
SU855022A1

RU 2 282 838 C2

Авторы

Андреев Алексей Гурьевич

Ермаков Владимир Сергеевич

Максимов Александр Геннадьевич

Виленчик Евгений Моисеевич

Даты

2006-08-27Публикация

2004-10-04Подача