ГИРОКОМПАС Российский патент 2015 года по МПК G01C19/00 

Описание патента на изобретение RU2544295C1

Изобретение относится к гироскопическим приборам для навигации, геодезии, измерения азимута на земной поверхности.

Известен гирокомпас (см. свидельство на полезную модель RU 30971 U1, опубл. 10.07.2003 г.), принятый за прототип. Гирокомпас содержит корпус, платформу, установленную в подшипниках корпуса, первый и второй датчики угловой скорости, закрепленные на платформе, датчик угла и приводной двигатель, размещенные на оси подвеса платформы, и индикаторный прибор. В систему управления гирокомпаса введены последовательно соединенные блок разности и вычислительный блок, первый и второй входы блока разности подключены к выходам первого и второго датчика угловой скорости соответственно, а выход вычислительного блока подключен к первому входу индикаторного прибора, второй вход которого подключен к выходу датчика угла (горизонта). Первый и второй датчики угловой скорости выполнены в виде микромеханических гироскопов.

Недостатками устройства, принятого за прототип, являются:

- высокая сложность и трудоемкость изготовления устройства;

- недостаточная метрологическая точность определения углового положения при наличии высоких затрат на изготовление.

Предлагаемым изобретением решается задача по упрощению конструкции гирокомпаса при наличии возможности получения высоких точностных характеристик.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании с минимальными затратами измерительного прибора, предназначенного для использования в различных областях техники с целью измерения и контроля углового положения в инерциальном пространстве.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом гирокомпасе, содержащем корпус, платформу, датчик угловой скорости в виде гироскопа, закрепленного на платформе, датчик горизонта, приводной двигатель, систему управления гирокомпаса, новым является то, что в качестве датчика угловой скорости применяется волоконно-оптический гироскоп, установленный на поворотной платформе и через интерфейс RS-485 информационно связанный с внешней ЭВМ типа «ноутбук», горизонтирование платформы с волоконно-оптическим гироскопом осуществляется посредством линейных шаговых микродвигателей, механически связанных с платформами типа карданов подвес и выполненных с возможностью углового перемещения относительно друг друга в перпендикулярных относительно друг друга плоскостях вращения, вращение отгоризонтированного датчика угловой скорости вокруг своей оси до угловой фиксации оптическим прибором ориентира на местности осуществляется через червячный редуктор от приводного шагового двигателя, электрически шаговые двигатели через блоки управления, USB-разветвитель связаны с внешней ЭВМ, обработка внешней ЭВМ данных с датчиков горизонта - акселерометров осуществляется через малогабаритный, многофункциональный USB-модуль АЦП/ЦАП с функциями цифрового ввода-вывода.

Применение в качестве датчика угловой скорости волоконно-оптического гироскопа, установленного на поворотной платформе, через интерфейс RS-485 информационно связанного с внешней ЭВМ типа «ноутбук», позволяет:

- обеспечить простоту схемных решений и снизить себестоимость изделия;

- упростить кинематическую схему гирокомпаса;

- высокопроизводительно производить обработку поступающей информации;

- достигнуть достаточной точности определяемых параметров без усложнения конструкции.

Осуществление горизонтирования волоконно-оптического гироскопа посредством линейных шаговых микродвигателей, механически связанных с платформами типа карданов подвес, позволяет:

- значительно упростить классическую схему и, соответственно, конструкцию гирокомпаса;

- снизить затраты на его разработку и изготовление.

Осуществление вращения отгоризонтированного датчика угловой скорости вокруг своей оси до угловой фиксации оптическим прибором ориентира на местности через червячный редуктор от приводного шагового двигателя позволяет:

- обеспечить определение истинных азимутов ориентирных направлений в диапазоне широт ±70°;

- исключить наличие высоких скоростей и обеспечить энергетический и информационный обмен между аппаратными средствами, размещенными на неподвижных и вращающихся частях гирокомпаса без применения контактных токосъемных устройств.

Обеспечение электрической связи шаговых двигателей через блоки управления, USB-разветвитель с внешней ЭВМ позволяет:

- своевременно выдавать управляющие сигналы на исполнительные устройства;

- программно организовать в штатном режиме работу гирокомпаса;

- исключить за счет программных средств погрешности в механических передачах.

Осуществление обработки внешней ЭВМ данных с датчиков горизонта - акселерометров через малогабаритный, многофункциональный USB-модуль АЦП/ЦАП с функциями цифрового ввода-вывода позволяет:

- обеспечить гибкие возможности задания количества опрашиваемых каналов, последовательности опроса каналов, поддиапазона на каждом канале;

- обеспечить программное управление разрешения АЦП;

- обеспечить возможность обновления программы через USB;

- получить малый габарит корпуса гирокомпаса.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана структурная схема гирокомпаса.

Гирокомпас содержит датчик угловой скорости, выполненный в виде волоконно-оптического гироскопа (ВОГ) 1, поворотную платформу (ПП) 2, внешнюю ЭВМ 3 типа «ноутбук», линейные шаговые микродвигатели (ЛШД) 4 и 5, механически связанные с платформами (П) 6 и 7 типа карданов подвес, выполненными с возможностью углового перемещения относительно друг друга в перпендикулярных относительно друг друга плоскостях вращения, оптический прибор (ОП) 8, жестко связанный с ПП 2, червячный редуктор (ЧР) 9 и связанный с ним приводной шаговый двигатель (ПШД) 10, которые установлены на неподвижном корпусе (К) 11. Электрически ЛШД 4 и 5, ПШД 10 через блоки управления (БУ) 12, 13 и 14, USB-разветвитель 15 связаны с внешней ЭВМ 3. С внешней ЭВМ 3 через малогабаритный, многофункциональный USB-модуль АЦП/ЦАП 16 связаны датчики горизонта - акселерометры (А) 17 и 18, установленные на П 6 и 7. ВОГ 1 через интерфейс RS-485 информационно связан с внешней ЭВМ 3.

Гирокомпас функционирует следующим образом. С помощью линейных шаговых двигателей (ЛШД) 4 и 5, обеспечивающих наклон платформ (П) 6 и 7, закрепленных в кардановом подвесе в двух плоскостях, внешняя управляющая ЭВМ 3, постоянно получая данные от акселерометров (А) 17 и 18 через высокоточное АЦП/ЦАП 16 по каналу USB о величине наклона платформ 4 и 5 относительно горизонтальной плоскости Земли, производит подачу сигналов на блоки управления (БУ) 12 и 13 шаговыми двигателями до момента пока наклон платформ относительно горизонтальной плоскости Земли не станет равным нулю. Затем управляющая ЭВМ 3 по каналу RS-485 в течение заданного времени производит постоянное измерение и фильтрацию скорости вращения Земли, получаемую от ВОГ 1, для компенсации погрешностей ВОГ 1 подав сигнал на блок управления (БУ) 14 приводным шаговым двигателем (ПШД) 10 разворота поворотной платформы (ПП) 2. После чего происходит ее разворот на 180°. В этом положении управляющая ЭВМ 3 по каналу RS-485 в течение заданного времени производит постоянное измерение и фильтрацию скорости вращения Земли получаемую от ВОГ 1. После завершения измерения управляющая ЭВМ 3 производит расчет и компенсацию азимута (направления на север). Истинное значение азимута получают вычитанием постоянной ошибки (корпусная погрешность). Корпусная погрешность рассчитывается один раз путем ориентирования оптического прибора (ОП) 8 на удаленный объект с известным азимутом и проведения режима ориентирования гирокомпаса. Разница между истинным значением и результатом, полученным в результате ориентирования, и есть корпусная поправка, которая постоянна в диапазоне от 0° до 360° и учитывается при всех измерениях. Измерение скорости вращения Земли в двух разных положениях путем разворота ВОГ 1, установленного на горизонтальное основание, позволяет повысить точность определения азимута путем взаимной компенсации долгосрочно нестабильных системных погрешностей ВОГ 1 (например, температурная зависимость).

Таким образом, в предлагаемом изобретении решена задача по достижению технического результата, заключающегося в создании с минимальными затратами измерительного прибора, предназначенного для использования в различных областях техники с целью измерения и контроля углового положения в инерциальном пространстве.

Похожие патенты RU2544295C1

название год авторы номер документа
ГИРОКОМПАС 2013
  • Горбачев Александр Евгеньевич
  • Громов Владимир Вячеславович
  • Егоров Виктор Юрьевич
  • Мосалёв Сергей Михайлович
  • Рыбкин Игорь Семенович
  • Хитров Владимир Анатольевич
RU2526477C1
ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ 2015
  • Короп Василий Яковлевич
  • Лебедев Владимир Вячеславович
  • Орленко Владимир Васильевич
  • Хорхорин Владимир Валерьевич
  • Леонов Николай Александрович
  • Уточкин Максим Николаевич
  • Жуков Павел Евгеньевич
  • Панков Алексей Владиславович
RU2610389C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ИСТИННОГО МЕРИДИАНА И ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ГИРОКОМПАС, РЕАЛИЗУЮЩИЙ СПОСОБ 1996
  • Матисов И.А.
  • Николаев В.А.
  • Стригалев В.Е.
RU2115889C1
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ГИРОКОМПАС ДЛЯ КВАЗИСТАТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ 2009
  • Романов Александр Викторович
  • Романов Дмитрий Александрович
RU2408843C1
ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ИНКЛИНОМЕТР И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОЙ ОРИЕНТАЦИИ СКВАЖИН 2005
  • Белов Евгений Федорович
  • Белов Максим Евгеньевич
  • Носиков Максим Владимирович
  • Саган Илья Анатольевич
RU2282717C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ИСТИННОГО МЕРИДИАНА НАЗЕМНОГО ТРАНСПОРТА 2005
  • Пономарев Владимир Григорьевич
  • Рамзаев Анатолий Павлович
  • Черепанов Дмитрий Владимирович
RU2296299C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЗИМУТА И ДИНАМИЧЕСКИЙ ГИРОКОМПАС 2020
  • Буров Дмитрий Алексеевич
  • Тютюгин Дмитрий Юрьевич
  • Фомичев Алексей Алексеевич
  • Успенский Валерий Борисович
RU2754964C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЗИМУТА ПЛАТФОРМЫ ТРЕХОСНОГО ГИРОСТАБИЛИЗАТОРА ПО УГЛУ ПОВОРОТА КОРПУСА ГИРОБЛОКА 2012
  • Макаров Дмитрий Владимирович
  • Камкин Евгений Фомич
  • Макаров Владимир Андреевич
  • Павлов Руслан Александрович
  • Карпов Владимир Владимирович
  • Касьянов Геннадий Викторович
RU2513631C1
АВТОМАТИЧЕСКИЙ ГИРОКОМПАС 2003
  • Акулов А.И.
  • Дудко Л.А.
  • Козлов В.В.
  • Коновченко А.А.
  • Мезенцев А.П.
RU2241957C1
Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора 2016
  • Макаров Владимир Андреевич
  • Макаров Дмитрий Владимирович
  • Сивков Михаил Андреевич
RU2630526C1

Реферат патента 2015 года ГИРОКОМПАС

Изобретение относится к гироскопическим приборам для навигации, геодезии, измерения азимута на земной поверхности. Гирокомпас содержит корпус, платформу, датчик угловой скорости в виде гироскопа, закрепленного на платформе, датчик горизонта, приводной двигатель, систему управления гирокомпаса. В качестве датчика угловой скорости применяется волоконно-оптический гироскоп, установленный на поворотной платформе и через интерфейс RS-485 информационно связанный с внешней ЭВМ типа «ноутбук», горизонтирование платформы с волоконно-оптическим гироскопом осуществляется посредством линейных шаговых микродвигателей. Вращение отгоризонтированного датчика угловой скорости вокруг своей оси до угловой фиксации оптическим прибором ориентира на местности осуществляется через червячный редуктор от приводного шагового двигателя. Электрически шаговые двигатели через блоки управления, USB-разветвитель связаны с внешней ЭВМ. Обработка внешней ЭВМ данных с акселерометров осуществляется через малогабаритный, многофункциональный USB-модуль АЦП/ЦАП с функциями цифрового ввода-вывода. Техническим результатом изобретения является уменьшение размеров гирокомпаса и повышение точности измерений азимута на земной поверхности. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 544 295 C1

Гирокомпас, содержащий корпус, платформу, датчик угловой скорости в виде гироскопа, закрепленного на платформе, датчик горизонта, приводной двигатель, систему управления гирокомпаса, отличающийся тем, что в качестве датчика угловой скорости применяется волоконно-оптический гироскоп, установленный на поворотной платформе и через интерфейс RS-485 информационно связанный с внешней ЭВМ типа «ноутбук», горизонтирование платформы с волоконно-оптическим гироскопом осуществляется посредством линейных шаговых микродвигателей, механически связанных с платформами типа карданов подвес и выполненных с возможностью углового перемещения относительно друг друга в перпендикулярных относительно друг друга плоскостях вращения, вращение отгоризонтированного датчика угловой скорости вокруг своей оси до угловой фиксации оптическим прибором ориентира на местности осуществляется через червячный редуктор от приводного шагового двигателя, электрически шаговые двигатели через блоки управления, USB-разветвитель связаны с внешней ЭВМ, обработка внешней ЭВМ данных с датчиков горизонта - акселерометров - осуществляется через малогабаритный, многофункциональный USB-модуль АЦП/ЦАП с функциями цифрового ввода-вывода.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2544295C1

СПОСОБ ГИРОКОМПАСИРОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИРОСКОПИЧЕСКОГО ДАТЧИКА УГЛОВОЙ СКОРОСТИ, УСТАНОВЛЕННОГО НА УПРАВЛЯЕМУЮ В АЗИМУТЕ И СТАБИЛИЗИРОВАННУЮ В ПЛОСКОСТИ МЕСТНОГО ГОРИЗОНТА ПЛАТФОРМУ 2002
  • Редькин С.П.
RU2210740C1
Камнерезная машина, предназначенная для работы в подземных карьерах 1959
  • Проектно-Конструкторское Бюро Совнархоза Молдавской Сср
SU130390A1
НАЗЕМНАЯ ГИРОСКОПИЧЕСКАЯ СИСТЕМА (ВАРИАНТЫ) 2002
  • Болячинов М.Ю.
  • Буров Д.А.
  • Верзунов Е.И.
  • Сдвижков А.И.
RU2213937C1
US 7191636 В2, 20.03.2007

RU 2 544 295 C1

Авторы

Громов Владимир Вячеславович

Егоров Виктор Юрьевич

Зарубин Виталий Анатольевич

Липсман Давид Лазорович

Мосалёв Сергей Михайлович

Рыбкин Игорь Семенович

Хитров Владимир Анатольевич

Даты

2015-03-20Публикация

2013-10-28Подача