Способ измерения температуры вращающихся элементов роторного вибрационного гироскопа

 

Изобретение относится к годроскопии и может быть использовано в системах инерциального управления подвижных объектов. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры. В способе возбуждают автоколебания ротора гидроскопа, измеряют частоту этих автоколебаний и частоту вращения скорости ротора гидроскопа, а значение температуры вращающихся элементов гидроскопа определяют по разности измеренных частот.

Изобретение относится к гироскопии и может быть использовано в системах инерциального управления подвижных объектов.

Известен способ измерения температуры вращающихся элементов гироскопов, заключающийся в измерении сигналов, пропорциональных температуре отдельных элементов, и определении по ним температурного состояния гироскопа.

Недостатком известного способа является низкая точность измерения температуры вращающихся элементов (ротора) и отсутствие выработки интегральной оценки температуры по объему вращающихся элементов.

Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения температуры путем выработки ее интегрального значения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения температуры вращающихся элементов гироскопа дополнительно возбуждают автоколебания ротора гироскопа, измеряют частоту этих автоколебаний и приводной скорости вращения ротора, а значение температуры определяют по формуле где t^o - интегральное по объему ротора значение температуры; f₀ - частота измеренных автоколебаний; K₀, C₀, A₀ - коэффициент упругости торсионов, полярный и экваториальный моменты инерции ротора при нулевой температуре соответственно; Ω - скорость вращения ротора; α - температурный коэффициент линейного расширения ротора и торсионов; γ - температурный коэффициент модуля упругости торсионов.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Собственная частота f_a автоколебаний ротора имеет вид
где
H = (J_x + J_yk)Ω = CΩ;
A = J_y + 1/2 J_yк;

Z = C/A;
J_x, J_y - полярный и экваториальный моменты инерции наружного кольца;
J_xк, J_yк - полярный и экваториальный моменты инерции внутреннего кольца;
k -коэффициент упругости торсионов ротора;
Ω - - скорость вращения ротора.

С учетом температуры t^o ротора его параметры примут вид
C = C₀(1 + αt^o)² ≈ C₀(1 + 2αt^o) ;
A = A₀(1 + αt^o)² ≈ A₀(1 + 2αt^o) ;


k ≈ K₀(1 + 3αt^o - γt^o) ;


где C₀, A₀, K₀, - соответствующие параметры при нулевой температуре.

Подставляя (2) в (1), получаем:

С точностью до малых второго порядка относительно αt^o выражение (3) примет вид:

Поскольку для гироскопа обеспечивается условие динамической настройки:

то из (4) получаем

Тогда

где
коэффициент пропорциональности;
Δ = f_a - rΩ - разность сравниваемых частот.

Таким образом, измеряемое значение температуры вращающегося ротора пропорционально разности сравниваемых частот Δ с коэффициентом пропорциональности S.

В результате определение температуры ротора, состоящего из колец и торсионов, производят без каких-либо термодатчиков, поскольку сам ротор выполняет функцию термодатчиков. Показания температуры передается на основание гироскопа бесконтактно. Измерение температуры производят в процессе обычной работы гироскопа в качестве чувствительного элемента инерциальных систем. Точность измерения повышается за счет низкого уровня помех на частоте f_a.

Формула изобретения

Способ измерения температуры вращающихся элементов роторного вибрационного гироскопа, заключающийся в измерении сигналов, пропорциональных температуре отдельных элементов, и определении по ним температурного состояния гироскопа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры путем выработки ее интегрального значения, возбуждают автоколебания ротора гироскопа, измеряют частоту этих автоколебаний и приводной скорости вращения ротора гироскопа, а значение температуры определяют по формуле

где t⁰ - интегральное по объему ротора значение температуры;
f₀ - частота измеренных автоколебаний;
K₀, C₀, A₀ - коэффициент упругости торсионов, полярный и экваториальный моменты инерции ротора при нулевой температуре соответственно;
Ω - скорость вращения ротора;
α - температурный коэффициент линейного расширения ротора и торсионов;
γ - температурный коэффициент модуля упругости торсионов.