Маятниковый кренодифферентометр

 

Область использования; приборостроение , в частности в устройствах для определения углов ориентации подвижных объектов с помощью блока гироскопов и акселерометров, укрепленных на физическом маятнике. Сущность изобретения: повышение точности кренодифферентометра достигается установкой акселерометров 10 и 11 на определенном, заданном расстоянии от верхнего конца маятника 1, чем обеспечивается невозмущаемость их горизонтальной линейной вибрацией основания . Причем это расстояние определяется с учетом расстояния от верхнего конца маятника до его центра масс и с учетом радиуса инерции маятника. 1 ил.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5>)5 G 01 С 9/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР - : : ":A8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4840236/10 (22) 16,04,90 (46) 07.11.92. Бюл, № 41 (71) Киевский политехнический институт им.

50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) M,А. Павловский, В.В, Демьяненко, В.M.

Слюсарь, В.Н. Федоров и С.В, Шаповал (56) 1.Патент США ¹ 3537307, кл. G 01 С 23/00, 1970.

2,Авторское свидетельство СССР № 678286, кл. 6 01 С 9/12, 1977. (54) МАЯТНИКОВЫЙ КРЕНОДИФФЕРЕНТОМЕТР

„„. Ж„„1774169 А1 (57) Область использования: приборостроение, в частности в устройствах для определения углов ориентации подвижных обьектов с помощью блока гироскопов и акселерометров, укрепленных на физическом маятнике. Сущность изобретения: повь>шение точности кренодифферентометра достигается установкой акселерометров 10 и 11 на определенном, заданном расстоянии от верхнего конца маятника 1, чем обеспечивается невозмущаемость их горизонтальной линейной вибрацией основания. Причем это расстояние определяется с учетом расстояния от верхнего конца маятника до его центра масс и с учетом радиуса инерции маятника. 1 ил, 1774169

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для определения углов ориентации подвижных обьектов с помощью блока гироскопов и акселерометров, укрепленных на пространственном физическом маятнике.

Известен маятниковый кренодифферентометр с самокомпенсацией (см,патент

США N. 3537307, кл. 73-178, 1970), состоящий из пространственного физического маятника, управляемого датчиками моментов, расположенными на осях подвеса маятника, от акселерометров, укрепленных на теле физического маятника, Недостатком указанного устройства является невысокая динамическая точность, особенно при угловом движении обьектэ, В качестве прототипа выбран маятниковый кренодифферентометр (см.а/с N

6782286, кл. G 01 С 9/12, 1977), содержащий пространственный физический маятник, на осях подвеса которого расположены датчики углов крена и дифферента и датчики момента, управляемые через усилительно-преобразующие блоки от акселерометров и гироскопических измерителей параметров углового движения, установленных на маятнике.

Недостатком известного маятникового кренодифферентометра является невысокая точность в реальных условиях эксплуатации, т.е. при действии на маятник вибрации, конвективных воздушных потоков, температурных полей и пр., а также отсутствие возможности определения с его помощью третьего угла, характеризующего ориентацию объекта в географической системе координат, — азимута.

Цель изобретения — повышение точности кренодифферентометра, а также расширение его функциональных возможностей путем определения азимута некоторого фиксированного в теле маятника направления и повышение точности определения азимута, Повышение точности кренодифферентометра достигается установкой акселерометров на маятнике на расстоянии L от его верхнего конца, определяемом из соотношения где 1 — расстояние от верхнего конца маятника до его центра масс;

r — радиус инерции мая;ника.

Расширение функциональных возможностей кренодифферентометра достигается

55 за счет определения азимута некоторого неизменно ориентированного в теле маятника направления путем анализа сигналов гйроскопических измерителей параметров углово го движения, расположенных нэ маятнике, с учетом отклонения последнего от вертикали места, определяемого экселерометрами.

Повышение точности определения аэимута достигается за счет выполнения маятника из двух — верхней и нижней частей, и соединения их между собой упругим элементом, причем гйроскопические измерители параметров углового движения и акселерометры располагаются на нижней части маятника. При таком расчленении маятника наличие сухого трения в осях подвесэ кренодифферентометра не оказывает существенного влияния на точность вертикализации нижней части маятника, ибо это влияние заметно ослаблено благодаря наличию упругого элемента. Более высокая точность вертикалиэации нижней части маятника позволяет более точно определять углы отклонения нижней части маятника от вертикали с помощью акселерометров, что приводит к более точному учету влияния на показания гироскопических измерителей параметров углового движения вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли, то есть в конечном итоге, к повышению точности определения азимута.

Предлагаемый кренодифферентометр существенно отличается от извЕстных схем маятниковых кренодифферентометров — характерным, определяемым приведенным в описании соотношением, местом расположения акселерометров, в котором сигнал последних не зависит от горизонтальной вибрации места установки кренодифферентометра в объекте; это позволяет во-первых, использовать акселерометры с низким верхним пределом измерения, то есть практически прецизионные нуль-индикаторы ускорений, во-вторых, управлять маятником по информации (полученное с акселерометров), о вредных моментах, не зависящих от ускорений (конвективные потоки, температурная нестабильность и пр,), в-третьих, в случае расположения измерителей параметров углового движения вблизи указанных характерных точек уменьшить погрешности этих датчиков (вследствие уменьшения ускорений, действующих на них), что приведет к повышению эффективности управления маятником и, в конечном итоге, к повышению точности кренодифферентометра;

1774169

55 — дополнительной возможностью определения азимута некоторого фиксированного в теле маятника направления, полученной благодаря соединению вторых выходов измерителей параметров углового движения, а также вторых выходов акселерометров через вычислительный блок с указателем азимута; — наличием упругого элемента, связывающего верхнюю и нижнюю части маятника, и обеспечивающего малое воздействие момента сухого трения в осях подвеса на нижнюю часть маятника; кроме того, упругий элемент является, по существу, элементом системы пассивной виброзащиты нижней части маятника.

Наличие новых свойств, не совпадающих со свойствами известных решений, дает возможность сделать вывод, что данное решение соответствует критерию "существенные отличия".

На чертеже изображена кинематическая схема кренодифферентометра.

Он содер>кит пространственный физический маятник, состоящий из верхней 1 и нижней 2 частей, соединенных между собой упругим элементом 3, на осях подвеса которого установлены датчики крена 4 и дифферента 5, Для управления движением маятника на осях подвеса установлены также датчики 6 и 7 момента. Управляющие воздействия датчиков момента формируются через усилители 8 и 9 по сигналам акселерометров 10 и 11 и через усилительно-преобразующие блоки 12 и 13 — по сигналам гироскопических измерителей 14 и 15 параметров углового движения.

Акселерометры 10 и 11, а также измерители

14 и 15 параметров углового движения установлены на нижней 2 части физического маятника, Для определения азимутального положения нижней части маятника вторые выходы измерителей 14 и 15 параметров углового движения, а также вторые выходы акселерометров 10 и 11 соединены через вычислительное устройство 16 с указателем азимута 17.

Гироскопические измерители 14 и 15 параметров углового движения с помощью усилительно-преобразующих блоков 12 и 13 и датчиков 6 и 7 момента формируют вдоль осей подвеса моменты, пропорциональные углу, угловой скорости и угловому ускорению физического маятника, что эквивалентно введению так называемых "фиктивных" параметров — жесткости, коэффициента демпфирования и момента инерции. Это позволяет в широких пределах управлять амплитудно-частотной характеристикой физического маятника.

Акселерометры 10 и 11 также управляют через усилители 8 и 9 датчиками момента, однако, они, будучи расположенными на расстоянии L от верхнего конца маятника (в случае отсутствия упругого элемента 3) или от верхнего конца нижней 2 части маятника (в случае наличия упругого элемента 3) не воспринимают действия вибрации на маятник (либо его нижнюю часть). Сигнал акселерометра появляется вследствие отклонения маятника (нижней части маятника) от вертикали из-за наличия других причин — воздействия конвективных потоков воздуха, перемещения центра масс маятника (его нижней части) вследствие изменения температуры и пр. Указанные возмущения оказывают существенно меньшее воздействие на маятник (нижнюю часть маятника) по сравнению с вибрацией, поэтому для их определения можно в качестве акселеоометров использовать высокоточные нуль- индикаторы ускорений, по сигналам которых можно либо осуществ лять более точное управление положением маятника, либо точно вычислять его положение относительно вертикали.

Упругий элемент 3, введенный между верхней 1 и нижней 2 частями маятника, играет двоякую роль: во-первых, вследствие своей гибкости он существенно ослабляет действие момента сил сухого трения в осях подвеса маятника на его нижнюю часть, а во-вторых, при действии горизонтальной вибрации он является элементом системы пассивной виброзащиты нижней части маятника, Таким образом, введение упругого элемента 3 способствует более точной sepтикализации нижней 2 части маятника и созданию для нее более комфортных" условий в смысле работы в условиях вибрации.

На неподвижном объекте маятник (нижняя часть маятника) в результате действия на его оси подвеса управляющих моментов, а также под действием сил собственного веса, после окончания переходного процесса будет приведен в положение, близкое к вертикальному и будет двигаться вблизи этого положения с пренебрежимо малыми угловыми скоростями. При этом гироскопические измерители параметров углового движения 14 и 15 определят две взаимно перпендикулярные составляющие проекции вектора угловой скорости вращения

Земли на плоскость, перпендикулярную вертикальной оси маятника, а акселерометры — отклонения оси маятника от вертикали места в двух взаимно перпендикулярных

1774169 где I — расстояние от верхнего конца маятника до его центра масс, r — радиус инерции маятника.

Составитель С. Юмашев

Техред М.Моргентал Корректор С.Пекарь

Редактор С.Кулакова

Заказ 3919 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 плоскостях. По данным указанных измерений вычислитель 16 произведет определение азимута фиксированного в теле маятника направления, например из соотношения; 5 г л=сiгС1 " х " Чг 5 п 1 COS |t х 6 и Чгсо б|п со59 10 где и х и и) г — выходные сигналы гиро- 15 скопических измерителей параметров углового движения; д иу — углы отклонения маятника (нижней части маятника) от вертикали места, измеренные акселерометрами; р г — географическая широта места, 20

Указатель азимута 17 служит для индикации информации об азимуте, и может быть выполнен либо как стрелочный, либо как цифровой индикатор, Применение предложенного устройст- 25 ва позволит; — во-первых, в результате расположения акселерометров в специально выбранном месте и появившейся вследствие этого возможности определения малых возмуще- 30 ний, действующих на маятник (нижнюю часть маятника), — осуществить более точное управление маятником либо более точное вычисление его положения относительно вертикали; 35 — во-вторых, имеющимися средствами определить ориентацию объекта не только относительно плоскости горизонта, но и относительно плоскости меридиана, что избавит от необходимости использования дополнительных средств азимутальной ориентации; — в-третьих, при использовании достаточно "мягкого" упругого элемента существенно (в десятки раз) повысить точность вертикализации нижней части маятника, что в свою очередь повысит точность определения азимута гироскопическими измерителями параметров углового движения и акселерометрами.

Формула изобретения

Маятниковый кренодифферентометр, содержащий физический маятник, на осях подвеса которого расположены датчики углов крена и дифферента и датчики момента, управляющие входы которых подключены через усилительно-преобразовательные блоки к соответствующим акселерометрам и гигроскопическим измерителям параметров углового движения, установленным на маятнике, о тли ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения. влияния ошибки, обусловленной поступательной вибрацией основания, акселерометры расположены на расстоянии

L от верхнего конца маятника, определяемом из выражения:

Маятниковый кренодифферентометр Маятниковый кренодифферентометр Маятниковый кренодифферентометр Маятниковый кренодифферентометр 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано для определения углов наклона движущихся объектов относительно вертикали

Изобретение относится к транспортной технике и может быть использовано в про тивоугонных устройствах для формирова ния тревожного сигнала при изменении наклона транспортного средства Цель изо бретения - упрощение конструкции датчика

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерениям пространственных угловых перемещений

Изобретение относится к измеритель: ной технике и может быть использовано nplii испытаниях приборов, чувствительных к изменению углового положения

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано для контроля отклонения объекта от вертикали в двух взаимно перпендикулярных плоскостях

Изобретение относится к машинам для строительства и содержания железнодорожного пути и предназначено для измерения углов наклона

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для решения задач, связанных с пространственным ориентированием объектов относительно отвесной линии или горизонтальной плоскости или с определением отклонений объектов от заданного положения в отвесной плоскости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углов наклона гидротехнических сооружений

Изобретение относится к устройствам для определения крена объекта

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для контроля положения вертикали транспортного средства при его движении по пересеченной местности или на горных склонах

Изобретение относится к измерительным приборам, в частности к датчикам угла отклонения управляемого боеприпаса от горизонта при его выстреливании

Изобретение относится к области электродуговой сварки, а именно к маятниковым датчикам пространственного положения сварочной ванны

Уровень // 2290607
Изобретение относится к геодезическому приборостроению и предназначено для выверки горизонтальности линий и плоскостей

Изобретение относится к устройствам для измерения отклонения объекта в вертикальной плоскости и может быть использовано для контроля и выправки положения железнодорожного полотна

Изобретение относится к машиностроению, в частности к грузоподъемной технике, и может использоваться во фронтальных погрузчиках

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике /приборостроению/, а именно к устройствам для измерения угла наклона технических объектов по отношению к вертикали или любому заданному направлению
Наверх