×
02.08.2020
220.018.3c25

ГИРОСКОП

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002728733
Дата охранного документа
30.07.2020
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к приборостроению и может использоваться при создании бескарданных гироскопов на сферической шарикоподшипниковой опоре. Гироскоп содержит корпус с расположенным внутри него гиродвигателем, включающим статор с катушками и ротор на сферической шарикоподшипниковой опоре, трансформаторно-индуктивные датчики угла и электромагнитные датчики момента, размещенные на корпусе гироскопа напротив торцевой части ротора, при этом на сердечниках электромагнитного датчика момента установлены по две обмотки: обмотка возбуждения и обмотка управления, причем направление обмоток, расположенных на одном сердечнике, совпадает, а направление обмоток, расположенных на другом сердечнике, противоположно, при этом обмотки возбуждения между собой и обмотки управления между собой соединены последовательно. Технический результат - снижение аппаратных средств. 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к приборостроению и может использоваться при создании бескарданных гироскопов на сферической шарикоподшипниковой опоре, которые могут применяться, например, в качестве чувствительных элементов гиростабилизаторов или двухканальных измерителей угловой скорости.

Известен трехстепенной гироскоп [1], содержащий корпус, гиромотор, карданов подвес, датчики угла и датчики момента, повернутые относительно друг друга на 90° вокруг продольной оси гироскопа.

Основным недостатком данного гироскопа является наличие карданова подвеса, что обуславливает значительный дрейф гироскопа из-за необходимости применения токоподводов для подачи электропитания на обмотки гиромотора и шарикоподшипников для обеспечения вращения рамок карданова подвеса.

Наиболее близким, по технической сущности, к заявленному устройству является гироскоп [2], содержащий корпус с расположенным внутри него гиродвигателем, включающим статор с катушками и ротор на сферической шарикоподшипниковой опоре, трансформаторно-индуктивные датчики угла и электромагнитные датчики момента, размещенные на корпусе гироскопа напротив торцевой части ротора.

Недостатком данного гироскопа является нелинейная (квадратичная) характеристика датчика момента, не позволяющая его применение в качестве чувствительного элемента гиростабилизатора или двухканального измерителя угловой скорости без использования дополнительных вычислительных устройств, линеаризующих статическую характеристику датчика момента.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение аппаратных затрат при использовании предложенного гироскопа, например, в качестве чувствительного элемента гиростабилизатора, за счет исключения дополнительных вычислительных устройств, необходимых для линеаризации статической характеристики датчика момента гироскопа.

Технический результат заключается в снижении аппаратных затрат за счет исключения дополнительных вычислительных устройств.

Поставленная задача для гироскопа, содержащего корпус с расположенным внутри него гиродвигателем, включающим статор с катушками и ротор на сферической шарикоподшипниковой опоре, трансформаторно-индуктивные датчики угла и электромагнитные датчики момента, размещенные на корпусе гироскопа напротив торцевой части ротора, решается за счет того, что на сердечниках электромагнитного датчика момента установлены по две обмотки: обмотка возбуждения и обмотка управления, причем направление обмоток, расположенных на одном сердечнике, совпадает, а направление обмоток, расположенных на другом сердечнике, противоположно, при этом обмотки возбуждения между собой и обмотки управления между собой соединены последовательно.

К существенным отличиям предложенного гироскопа по сравнению с известным является размещение на каждом сердечнике электромагнитного датчика момента двух обмоток: возбуждения и управления, причем направление обмоток, расположенных на одном сердечнике, совпадает, а направление обмоток, расположенных на другом сердечнике, противоположно; и последовательное соединение обмоток возбуждения между собой и обмоток управления между собой между собой, что позволяет реализовать линейную зависимость создаваемого момента от тока управления, а не квадратичную, как в устройстве-прототипе.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен предложенный гироскоп вид сбоку в разрезе; на фиг. 2 - вид гироскопа в сечении по линии А-А; на фиг. 3 - схема построения моментного преобразователя; на фиг. 4 - электрическая схема соединений моментного преобразователя.

В предложенной схеме реализации гироскопа ротор 3 гироскопа (с гистерезисным кольцом 8 и кольцом 5, расположенным в торцевой части ротора) имеет колоколообразную форму и установлен во внутреннее кольцо сферической шарикоподшипниковой опоры 4. Сферическая шарикоподшипниковая опора 4 обеспечивает три степени свободы ротора 3, допуская неограниченный угол поворота вокруг собственной оси вращения (оси X) и ограниченные углы (±40') поворота вокруг двух других осей (Y и Z). Ротор 3 приводится во вращение гиродвигателем, статор 2 которого установлен на наружном кольце сферической шарикоподшипниковой опоры 4. Радиальный шарикоподшипник 10 выполняет роль упора и служит для ограничения углов поворота ротора 3 вокруг осей Y и Z.

Для регистрации угла поворота ротора 3 вокруг измерительных осей Y и Z предназначены датчики 6 угла, неподвижная (статорная) часть которых выполнена, например, в виде П-образного сердечника, на который надеты две одинаковые катушки 14, одна из этих катушек является обмоткой возбуждения, а вторая - сигнальной обмоткой. Датчик 6 угла по каждому каналу содержит два таких сердечника с катушками 14, расположенных диаметрально и смещенных относительно осей чувствительности гироскопа на угол 45° (фиг. 2). Сигнальные обмотки соединены последовательно встречно так, что наводимые в них ЭДС вычитаются.

Для создания управляющих моментов используются электромагнитные датчики 7 момента DMy1, DMy2, DMz1, DMz2, работающие на постоянном токе. Конструктивно датчик 7 момента содержит по каждому каналу два диаметрально расположенных на корпусе 1 и совмещенных с осями чувствительности гироскопа сердечника, например, Ш-образной формы. На средний стержень каждого сердечника 7 датчика момента установлены две обмотки: обмотка 12 возбуждения (ОВ) и обмотка 11 управления (ОУ), причем направление обмоток, расположенных на одном сердечнике, совпадает, а направление обмоток, расположенных на другом сердечнике, противоположно, причем направление обмоток, расположенных на одном сердечнике, совпадает, а направление обмоток, расположенных на другом сердечнике, противоположно, при этом обмотки возбуждения между собой и обмотки управления между собой соединены последовательно (фиг. 3, фиг. 4). Обмотки возбуждения подключены к источнику постоянного напряжения Uon, обеспечивающего протекание в обмотках возбуждения постоянного тока iB. Создание управляющих моментов обеспечивается подачей в обмотки управления тока управления Iy.

Значение момента, создаваемого датчиком момента по каждому каналу, определяется разностью:

где М1 и М2 - моменты, создаваемые первым и вторым сердечниками одного канала;

WΣ1, WΣ2 - суммарная энергия магнитного поля в зазоре между сердечником и ротором соответственно для первого и второго сердечника;

α - угол поворота ротора гироскопа.

Энергии магнитного поля в зазоре между сердечником и ротором соответственно для первого и второго сердечника равны:

где wв,wу - число витков обмотки возбуждения и обмотки управления соответственно;

GΣ1,GΣ2 - значение суммарной магнитной проводимости для первого и второго сердечника соответственно.

Таким образом, с учетом (2), (3) момент, создаваемый датчиком момента по каждому каналу, равен:

При нулевом положении ротора суммарные магнитные проводимости для первого и второго сердечников одинаковы:

а их производные по углу поворота а отличаются знаком, который учитывается при вычитании моментов (1). При этом для датчика момента по каждому каналу зависимость (4) момента от тока управления является линейной:

Подвижным элементом (ротором), общим для датчиков 6 угла и датчиков 7 момента, является кольцо 5 из магнитного материала, располагаемое в торцевой части ротора 3 гироскопа.

Гироскоп закрыт кожухом 9, выполнен герметичным и заполнен гелиеводородной смесью до давления, например, 750 мм рт.ст. в целях снижения аэродинамического момента сопротивления и его влияния на дрейф гироскопа (через проекции этого момента на оси чувствительности гироскопа). Для съема и подачи электрических сигналов служат гермовводы 13.

Гироскоп работает следующим образом.

В нулевом положении, в силу симметрии, выходной сигнал с датчиков 6 угла отсутствует. В режиме измерения при наличии угловой скорости, например, относительно оси Y корпус 1 гироскопа начинает поворачиваться относительно этой оси, а ротор 3 будет стремиться сохранять неизменным в инерциальном пространстве направление вектора кинетического момента. Зазоры между магнитным кольцом 5 и торцевыми поверхностями сердечников датчиков 6 угла изменятся, и на выходе датчика 6 угла появится сигнал, амплитуда которого пропорциональна измеряемому углу, а фаза определяет знак углового перемещения. Данный сигнал выпрямляется и подается в обмотки управления датчика момента по оси Z, при этом ротор 3 по правилу прецессии будет поворачиваться вокруг оси Y, стремясь уменьшить до нуля рассогласование на датчике 6 угла.

Мерой угловой скорости является ток в обмотке управления. Зависимость угловой скорости от тока является линейной:

где Н - вектор кинетического момента ротора гироскопа.

При использовании гироскопа в качестве чувствительного элемента гиростабилизатора в режиме управления при необходимости разворота гироплатформы, например, относительно оси Y управляющий сигнал подается в обмотки 11 управления датчика момента (Фиг. 1) по оси Z. Создается момент, стремящийся развернуть ротор 3 относительно оси Z, при этом ротор 3 по правилу прецессии будет поворачиваться относительно оси Y. На выходе датчика 6 угла Y появится сигнал, который выпрямляется и подается, например, на двигатель разгрузки, разворачивающий платформу, таким образом, чтобы уменьшить до нуля рассогласование на датчике 6 угла. При этом обеспечивается линейность закона управления:

где ωупр - скорость управления,

I упр - управляющий сигнал (ток в обмотках управления датчика момента).

Таким образом, в сравнении с прототипом использование предлагаемого устройства в качестве чувствительных элементов гиростабилизаторов обеспечивает линейный закон управления, а при использовании предлагаемого устройства в качестве двухканального измерителя угловой скорости обеспечивает линейность выходной характеристики датчика без применения дополнительных вычислительных устройств. Подтверждено экспериментально.

Источники информации

1. АС СССР №431808 Трехстепенный гироскоп // МПК G01C 19/00, заявлено 26.11.1971 г.

2. Патент РФ №2460040, МПК G01C 19/02, 2006 г.

Гироскоп, содержащий корпус с расположенным внутри него гиродвигателем, включающим статор с катушками и ротор на сферической шарикоподшипниковой опоре, трансформаторно-индуктивные датчики угла и электромагнитные датчики момента, размещенные на корпусе гироскопа напротив торцевой части ротора, отличающийся тем, что на сердечниках электромагнитного датчика момента установлены по две обмотки: обмотка возбуждения и обмотка управления, причем направление обмоток, расположенных на одном сердечнике, совпадает, а направление обмоток, расположенных на другом сердечнике, противоположно, при этом обмотки возбуждения между собой и обмотки управления между собой соединены последовательно.
ГИРОСКОП
ГИРОСКОП
ГИРОСКОП
ГИРОСКОП
ГИРОСКОП
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 16 items.
05.09.2018
№218.016.82c2

Способ управления чувствительным элементом и формирования выходного сигнала вибрационного кориолисова гироскопического датчика угловой скорости

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в вибрационных кориолисовых гироскопических датчиках угловой скорости. Способ заключается в одновременном возбуждении автоколебаний первой и второй (ортогональной) мод, причем фаза возбуждающих сил при линейных колебаниях или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002665832
Дата охранного документа: 04.09.2018
21.02.2019
№219.016.c53a

Способ изготовления глубокопрофилированных структур в кремниевой пластине

Изобретение относится к приборостроению, конкретно к способам изготовления кремниевых чувствительных элементов микромеханических гироскопов и акселерометров. Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении точности микромеханических гироскопов и акселерометров. Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680264
Дата охранного документа: 19.02.2019
21.02.2019
№219.016.c56c

Способ соединения кремниевых пластин

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано в микроэлектромеханических системах при производстве интегральных датчиков. Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении точности и надежности интегральных датчиков. Технический результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680263
Дата охранного документа: 19.02.2019
17.03.2019
№219.016.e268

Способ определения зенитного угла и азимута скважины и гироскопический инклинометр

Группа изобретений относится к точному приборостроению и может быть использована для обследования нефтяных и газовых скважин. Сущность изобретений заключается в том, что осуществляют формирование управляющего воздействия на гироскоп по стабилизированной оси, компенсирующее дрейф одноосного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002682087
Дата охранного документа: 14.03.2019
17.03.2019
№219.016.e278

Электронный преобразователь акселерометра

Изобретение относится к микромеханическим акселерометрам, конкретно к электронным преобразователям, применяемым в акселерометрах с емкостным датчиком угла и магнитоэлектрическим датчиком момента. Сущность заявленного изобретения заключается в том, что электронный преобразователь акселерометра...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002682090
Дата охранного документа: 14.03.2019
17.03.2019
№219.016.e295

Интегрированная система резервных приборов летательного аппарата

Изобретение относится к области авиационного приборостроения, в частности к внутрикабинным информационно-измерительным приборам с электронной индикацией пилотажно-навигационных параметров и тактической информации. Заявленная интегрированная система резервных приборов летательного аппарата...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002682134
Дата охранного документа: 14.03.2019
26.05.2019
№219.017.617e

Устройство для временной синхронизации импульсов

Изобретение относится к импульсной технике. Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении точности устройства для синхронизации импульсов. Технический результат достигается за счет создания устройства, содержащего микроконтроллер, АЦП, шину синхронизации, два D-триггера...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689184
Дата охранного документа: 24.05.2019
01.06.2019
№219.017.7238

Интегрированная система резервных приборов

Изобретение относится к системам измерения и индикации, обеспечивающим пилотирование летательных аппаратов в случае отказа основных пилотажно-навигационных систем. Интегрированная система резервных приборов выполнена в виде отдельного блока, содержащая датчики полного и статического давления,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690029
Дата охранного документа: 30.05.2019
07.06.2019
№219.017.74d5

Компенсационный акселерометр

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в акселерометрах с упругим подвесом чувствительного элемента. Компенсационный акселерометр содержит корпус, магнитоэлектрический датчик момента, катушка которого одновременно является маятником, соединенным с упругими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690708
Дата охранного документа: 05.06.2019
18.12.2019
№219.017.ee90

Датчик угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к гироскопическим преобразователям угловой скорости на базе динамически настраиваемого гироскопа. Датчик угловой скорости (ДУС) на базе динамически настраиваемого гироскопа содержит корпус, ротор, в двухосном кардановом подвесе и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709028
Дата охранного документа: 13.12.2019
Showing 1-9 of 9 items.
20.02.2013
№216.012.279d

Устройство амортизации

Изобретение относится к машиностроению. Устройство амортизации содержит неподвижное основание с жестко связанным с ним составным штоком и подвижную платформу, амортизированную относительно основания. В подвижной платформе выполнено отверстие. Внутри отверстия выполнена трапецеидальная кольцевая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475661
Дата охранного документа: 20.02.2013
10.01.2016
№216.013.9fa0

Способ коррекции дрейфа гироскопа и устройство для его осуществления

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам коррекции дрейфа гироскопа с ротором на сферической шарикоподшипниковой опоре. Сущность изобретения заключается в том, что способ коррекции дрейфа гироскопа с двухфазным бесколлекторным двигателем постоянного тока, содержащего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572501
Дата охранного документа: 10.01.2016
25.08.2017
№217.015.b7e4

Способ стабилизации гироскопической платформы и устройство для его осуществления

Изобретения относятся к точному приборостроению, а именно к гироскопической технике, и могут быть использованы в гироскопических стабилизаторах. Способ стабилизации гироскопической платформы заключается в подаче сигнала с датчика угла прецессии гироскопа через усилитель стабилизации на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614924
Дата охранного документа: 30.03.2017
26.08.2017
№217.015.d4ee

Способ управления индикаторной гироскопической платформой и устройство для его осуществления

Изобретение относится к точному приборостроению, а именно к гироскопической технике, и может быть использовано в индикаторных гиростабилизаторах. Технический результат - выравнивание скоростей управления платформой. Для этого индикаторная гироскопическая платформа содержит электромеханическую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622235
Дата охранного документа: 13.06.2017
17.03.2019
№219.016.e268

Способ определения зенитного угла и азимута скважины и гироскопический инклинометр

Группа изобретений относится к точному приборостроению и может быть использована для обследования нефтяных и газовых скважин. Сущность изобретений заключается в том, что осуществляют формирование управляющего воздействия на гироскоп по стабилизированной оси, компенсирующее дрейф одноосного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002682087
Дата охранного документа: 14.03.2019
24.05.2019
№219.017.5fa2

Способ управления индикаторной гироскопической платформой и индикаторная гироскопическая платформа

Изобретения относятся к точному приборостроению, а именно к гироскопической технике, и могут быть использованы в индикаторных гиростабилизаторах. Техническим результатом изобретения является повышение скорости управления платформой. Индикаторная гироскопическая платформа содержит гироскоп,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002391630
Дата охранного документа: 10.06.2010
05.07.2019
№219.017.a6a0

Гироскоп

Изобретение относится к приборостроению и может использоваться при создании бескарданных гироскопов на сферической шарикоподшипниковой опоре, которые могут применяться, например, в качестве чувствительных элементов гиростабилизаторов или двухканальных измерителей угловой скорости. Гироскоп...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002446382
Дата охранного документа: 27.03.2012
15.05.2023
№223.018.5d70

Система автоматизированного учета, контроля и оплаты услуг на основе технологий блокчейн и криптографии

Изобретение относится к системе автоматизированного учета, контроля и оплаты услуг на основе технологий блокчейн и криптографии. Технический результат заключается в повышении надежности выполнения транзакций. Система содержит АРМ абонентов, оказывающих услуги, АРМ управляющих компаний, сервер,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002757680
Дата охранного документа: 20.10.2021
15.05.2023
№223.018.5d71

Система автоматизированного учета, контроля и оплаты услуг на основе технологий блокчейн и криптографии

Изобретение относится к системе автоматизированного учета, контроля и оплаты услуг на основе технологий блокчейн и криптографии. Технический результат заключается в повышении надежности выполнения транзакций. Система содержит АРМ абонентов, оказывающих услуги, АРМ управляющих компаний, сервер,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002757680
Дата охранного документа: 20.10.2021
+ добавить свой РИД