Способ регулировки динамически настроенного роторного вибрационного гироскопа и динамически настроенный роторный вибрационный гироскоп

 

Использование: при изготовлении прецизионных гироскопов, при этом достигается повышение точности регулировки. Сущность: в способе регулировки дополнительно возбуждают нутационные колебания, измеряют приращение фазы нутационных колебаний за фиксированный промежуток времени при изменении температуры в гироскопе, а совмещение полюса тепловой деформации с центром масс и осями подвеса проводят до обнуления измеренного приращения фазы. Динамически настроенный роторный вибрационный гироскоп содержит два кольцевых ротора и последовательно соединенные датчик угла, усилитель и датчик момента, фазовый дискриминатор, генератор эталонной частоты, при этом один из кольцевых роторов выполнен в виде трех соединенных между собой торцами колец. 2 с. п. ф - лы. 2 ил.

Изобретение относится к гироскопии и может быть использовано при изготовлении прецизионных гироскопов.

Известный способ регулирования динамически настроенного роторного вибрационного гироскопа (РВГ) основан на совмещении полюса тепловой деформации с центром масс и осями подвеса.

Известный динамически настроенный РВГ содержит два кольцевых ротора и последовательно соединенные датчик угла, усилитель и датчик момента.

Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является восприимчивость РВГ к изменениям температуры окружающей среды, что обуславливает большие погрешности РВГ при любых девиациях температуры, в том числе при самопрогреве РВГ после его пуска.

Целью изобретения является повышение точности регулировки.

Цель достигается тем, что в способе регулировки динамически настроенного РВГ, включающем совмещение полюса тепловой деформации с центром масс и осями подвеса, в гироскопе дополнительно возбуждают нутационные колебания, измеряют приращение фазы нутационных колебаний за фиксированный промежуток времени при изменении температуры в гироскопе, а совмещение полюса тепловой деформации с центром масс и осями подвеса проводят до обнуления измеренного приращения фазы.

Кроме того, цель достигается тем, что в динамически настроенный РВГ, содержащий два кольцевых ротора и последовательно соединенные датчик угла, усилитель и датчик момента, введены фазовый дискриминатор с двумя входами и одним выходом, генератор эталонной частоты, причем выход усилителя дополнительно соединен с первым входом фазового дискриминатора, генератор эталонной частоты соединен с вторым входом фазового дискриминатора, при этом один из кольцевых роторов гироскопа выполнен в виде трех соединенных между собой торцами колец, причем температурные коэффициенты линейного расширения материалов его среднего и крайних колец различны.

Условие динамической настройки РВГ имеет вид: Δ= K (a С/2) Ω₂² 0, (1) где К коэффициент удельной статической жесткости торсионов подвеса; С, а полярный и экваториальный моменты инерции регулируемого ротора.

Нарушение этого условия при изменении температуры окружающей среды приводит к появлению погрешности РВГ.

С учетом дополнительных колец в РВГ условие (1) примет вид Δ₁ К (а C/2 + a_д C_д/2) Ω₂² 0, (2) где С_д, а_д полярный и экваториальный моменты инерции двух дополнительных колец.

С учетом того, что полярный С и экваториальный А моменты инерции наружного ротора существенно больше соответствующих моментов инерции регулируемого ротора C >> C + C_д; А >> а + а_д, выражение для частоты нутационных колебаний роторов имеет вид: ν_н= Ω₂+ (3) С учетом изменения Δ t⁰ температуры роторов и упругого подвеса параметры гироскопа примут вид: C ≃ C_o(1+αΔt°) A ≃ A_o(1+αΔt°) C ≃ C_o(1+αΔt°)
a ≃ a_o(1+αΔt°)
C_д≃ C(1+αΔt°) (4)
a_д ≈а_до (1 + αΔ t^o)
K K₀(1 + γΔ t⁰ + 3 αΔ t^o), где С₀, А₀, С₀, а₀, С_д0, а_д0, К₀ соответствующие параметры роторов и подвеса при нормальной температуре;
γ температурный коэффициент модуля упругости торсионов.

Подставляя (4) и (3), получаем выражение для нутационной частоты с учетом изменения температуры Δt⁰:
(5)
Поскольку при нормальной температуре выполняется условие динамической настройки (2):
K_o-a_o- + a- 0 (6) то приращение нутационной частоты Δν_н, обусловленное изменением температуры Δt^o, примет вид:
Δν_н= (7)
Приращение фазы нутационных колебаний
Δϕ=Δν_нt_ф, (8) где t_ф фиксированный промежуток времени.

Приравнивая (8) нулю, получаем:
a- (9)
По предлагаемому техническому решению регулируют разность а_д0 удалением материала с дополнительных колец до выполнения условия (9), при котором:
Δϕ= 0 (при t_ф > 0).

Тем самым обеспечивают выполнение условия (2) при любом изменении температуры Δ t^o, что и обеспечивает снижение температурной погрешности РВГ.

Принимая во внимание, что
С_д0 m(r₁² + r₂²);
a= r²₁+r²₂+ +2ml² где m масса каждого дополнительного кольца;
r₁, r₂, h внутренний, наружный радиусы и высота дополнительного кольца;
l смещение центра масс дополнительного кольца относительно центра подвеса, получаем
a- m + 2l (10)
В соответствии с выражением (10) регулирование разности a_д0 производят изменение параметров дополнительных колец m, h, l (притиркой торцовых поверхностей) без смещения центра масс регулируемого ротора.

На фиг.1 представлено устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 регулируемый ротор устройства.

РВГ содержит наружный ротор 1, наружные торсионы 2, регулируемый ротор 3, внутренние торсионы 4, вал 5, подшипники 6, основание 7, датчик 8 угла, датчик 9 момента, усилитель 10, фазовый дискриминатор 11, генератор 12 эталонной частоты.

Способ регулировки заключается в следующем. Возбуждают нутационные колебания роторов гироскопа, измеряют приращение фазы нутационных колебаний за фиксированный промежуток времени при изменении температуры роторов, уменьшают приращение фазы нутационных колебаний путем удаления материала с торцовых поверхностей регулируемого ротора без смещения его центра масс, повторно определяют скорость динамической настройки и приводят вал во вращение с этой скоростью, повторяют дополнительные операции до обнуления измеренного приращения фазы.

Наружный ротор 1 с помощью пары наружных торсионов 2, регулируемого ротора 3, пары внутренних торсионов 4 укреплен на валу 5, установленном на подшипниках 6 в основании 7. В основании соответственно наружному ротору укреплены датчик угла (ДУ) 8 и датчик момента (ДМ) 9. В основании также установлены усилитель 10, фазовый дискриминатор (ФД) 11, генератор эталонной частоты (ГЭЧ) 12. Регулируемый ротор состоит из неподвижно скрепленных трех колец 13-15 (фиг.2). Среднее кольцо 13, материал которого имеет коэффициент линейного расширения α, выполнено вместе с торсионами и наружным ротором из одной заготовки. Материал дополнительных колец 14, 15 имеет коэффициент линейного расширения α_д, не равный α.

Выход ДУ 8 через усилитель 10 соединен с входом ДМ 9 и первым входом ФД 11, второй вход которого подключен к выходу ГЭЧ 12.

Вал 5 (вместе с наружным и регулируемым роторами) приведен во вращение со скоростью Ω₂ от двигателя, не показанного на чертеже. С помощью системы ДУ 8 усилитель 10 ДМ 9 возбуждают собственные колебания упругой системы роторы + +торсионы на нутационной частоте, равной (1,8-1,93) Ω₂. Выходной сигнал усилителя 10, имеющий нутационную частоту ν_н, поступает на первый вход ФД 11, на второй вход которого подан выходной сигнал ГЭЧ 12, имеющий частоту ν_н.

В исходном положении при нормальной температуре гироскопа сигналы на входах ФД сдвинуты по фазе на 90^о (изменяются по законам sin ν_нt и cos ν_нt соответственно). ФД 11 перемножает входные сигналы с выделением среднего значения произведения. В результате выходной сигнал ФД (среднее значение) в исходном положении:
U_фД К_фД ˙sin ν_нtcos ν_нt
К_фД sin( ν_н- ν_н)t 0, где К_фД коэффициент пропорциональности.

Изменяют температуру гироскопа с помощью термокамеры, не показанной на фиг.1.

При изменении температуры гироскопа, в соответствии с выражением (5), нутационная частота изменяется на величину Δν.

В результате выходной сигнал ФД
U K_фД sin( ν_н + Δν_н)t cos ν_нt К_фД sin Δν_нt ≈ К_фД Δν_нt, где Δν_нt << 1.

При фиксированном значении времени
t t_ф получаем:
U ≈ K_фД Δν_нt_ф К_фД Δϕ.

Обнуление приращения фазы Δϕ (обнуление напряжения U) производят устранением материала (притиркой) торцовых колец 14, 15, изменяя при этом параметры m, h, l.

Формула изобретения

1. Способ регулировки динамически настроенного роторного вибрационного гироскопа, включающий совмещение полюса тепловой деформации с центром масс и осями подвеса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулировки, в гироскопе дополнительно возбуждают нутационные колебания, измеряют приращение фазы нутационных колебаний за фиксированный промежуток времени при изменении температуры в гироскопе, а совмещение полюса тепловой деформации с центром масс и осями подвеса проводят до обнуления измеренного приращения фазы.

2. Динамически настроенный роторный вибрационный гироскоп, содержащий два кольцевых ротора и последовательно соединенные датчик угла, усилитель и датчик момента, отличающийся тем, что в него введены фазовый дискриминатор с двумя входами и одним выходом, генератор эталонной частоты, причем выход усилителя дополнительно соединен с первым входом фазового дискриминатора, генератор эталонной частоты соединен с вторым входом фазового дискриминатора, при этом один из кольцевых роторов гироскопа выполнен в виде трех соединенных между собой торцами колец, причем температурные коэффициенты линейного расширения материалов его среднего и крайних колец различны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2