Гіроскопічний вимірник параметрів руху
Власники патенту UA 2253090:
Винахід відноситься до галузі гіроскопічної техніки і може бути використане для розробки гіроскопічного вимірювача кутових відхилень від вертикалі та поперечних прискорень. Вимірювач містить два поплавцевих сферичних гіроскопи з двокоординатними датчиками кута і зміщеним центром мас ротора одного з гіроскопів у напрямку вектора кінетичного моменту і блок перетворення інформації, що включає чотири суматора, два інтегратори і два аперіодичних підсилювача з коефіцієнтом передачі і постійного часу Т, рівної постійної часу гіроскопів, де l – аксіальне зміщення центру мас сферичного поплавця одного з гіроскопів, m – маса поплавців, g – прискорення сили тяжіння, b – коефіцієнт рідинного демпфування, Ω – кутова швидкість власного обертання поплавців. Технічним результатом є спрощення вимірювача. 2 іл.
Винахід відноситься до галузі гіроскопічної техніки і може бути використане при розробці гіроскопічного вимірювача кутових відхилень від вертикалі та поперечних прискорень.
Відома гіросистема, що містить пару однакових поплавкових гідродинамічних гіроскопів з двокоординатними датчиками кута і зміщеним центром мас чутливого елемента, чотири суматора, причому виходи датчика кута першого гіроскопа підключені до підсумовують входів першого і третього суматорів та інверсних входів другого підключені до підсумовуючих входів другого та четвертого суматорів та підсумовуючих входів першого та третього суматорів, при цьому гіроскопи мають єдиний привід, вертикально розташовані осі власного обертання співвісни та кінематично пов'язані, а їх сферичні поплавці виконані зі зміщеннямвздовж осі власного обертання центрів мас у протилежних напрямках, напрям кінетичних моментів збігається, при цьому в нього додатково введені два інтегратори і підсилювально-аперіодичні ланки, чотири суматори, причому підсумовуючі входи п'ятого і сьомого суматорів підключені через підсилювально-аперіодичні ланки і третього суматорів, а підсумовуючі входи шостого і восьмого суматорів з'єднані з виходами другого і четвертого суматорів, відповідно, причому виходи другого другого і четвертого суматорів з'єднані, відповідно, з підсумовуючим входом сьомого та інверсним входом п'ятого суматорів, а виходи п'ятого і відповідно, з підсумовуючим входом восьмого та інверсним входом шостого суматорів, крім того, підсилювально-аперіодичні ланки виконані з коефіцієнтом посилення, рівним постійної часу Т, що дорівнює постійному часу поплавкового гідродинамічного гіроскопа, де l - величина зміщення центру мас поплавків, m - маса поплавців , g - прискорення сили тяжкості b - коефіцієнт в'язкого рідинного демпфування, Ω - кутова швидкість власного обертання поплавців.
Недоліком даного технічного рішення, вибраного за прототип, є порівняльна складність конструкції. При цьому при дії поперечних прискорень, що перевищують навіть трохи діапазон вимірювання прискорень, за рахунок взаємодії поплавця і механічного пристрою його центрування, інформація про кутові рухи основи буде спотворена. З іншого боку, з допомогою кінематичного зв'язку між елементами /тобто. між гіроскопами за рахунок єдиного приводу/ при налаштуванні системи виникають труднощі забезпечення ідентичності гіроблоків до коефіцієнтів перначі каналів кутового та поступального рухувимірника.
Мета технічного рішення – спрощення вимірювача.
Сутність винаходу зводиться до реалізації вимірювача на базі парк гідродинамічних гіроскопів, тільки в одному з яких зміщений центр мас уздовж осі власного обертання, причому кожен має власний привід. Наслідком цієї сукупності ознак є спрощення конструкції "механіки" та блоку перетворення інформації.
Поставлена мета досягається тим, що гіроскопічний вимірювач параметрів руху, що містить два сферичні поплавцеві гіроскопи з двокоординатними датчиками кута і зміщеним центром мас ротора одного з гіроскопів у напрямку вектора кінетичного моменту і блок перетворення інформації з чотирма входами і чотирма виходами два аперіодичних підсилювача і два інтегратори, при цьому осі обертання гіроскопів співвісні або паралельні заданому напрямку, а виходи датчиків кута гіроскопів з'єднані з чотирма входами блоку перетворення інформації, додатково включає наступні нові ознаки - перший вхід блоку перетворення інформації через послідовно з'єднані перший аперіодичний підсилювач, перший інтегратор і третій суматор з'єднаний з першим виходом блоку перетворення інформації, другий вхід цього блоку з'єднаний через послідовно з'єднані перший і четвертий, суматори з другим виходом блоку перетворення інформації, третій вхід цього блоку з'єднаний через послідовно з'єднані другий аперіодичний підсилювач, другий інтегратор і четвертий суматор з другим виходом блоку перетворення інформації, четвертий вхід цього блоку з'єднаний через послідовно з'єднані другий суматор та інверсний вхід третього суматора з першим виходом блоку перетворення інформації, при цьомупершим вхід блоку перетворення інформації додатково з'єднаний з інверсним входом першого суматора і третім виходом блоку перетворення інформації, а третій вхід цього блоку додатково з'єднаний з інверсним входом другого суматора і четвертим виходом блоку перетворення інформації.
Параметри схеми аперіодичного підсилювача вибираються з урахуванням рівності коефіцієнта передачі а постійної часу Т рівної постійної часу поплавцевих гідродинамічних гіроскопів, де l - аксіальне зміщення центру мас сферичного поплавця одного з гідродинамічних гіроскопів, m - маса поплавців, g - прискорення сили тяжкості демпфування, Ω - кутова швидкість власного обертання поплавців.
На фіг, 1 представлена схема механічної частини запропонованого вимірювача.
На фіг. 2 зображено схему блоку перетворення інформації вимірювача.
Гіроскопічний вимірювач параметрів руху, що містить два поплавцевих сферичних гіроскопи 1, 2 з двокоординатними датчиками кута і зміщеним центром мас ротора одного з гіроскопів у напрямку вектора кінетичного моменту і блок перетворення інформації 3 з чотирма входами і чотирма 6 виходами, 7 , 8, 11, два апериодических підсилювача 4, 9 і два інтегратора 5 і 10, при цьому осі обертання гіроскопів 1, 2 співвісні або паралельні заданому напрямку, а виходи датчиків кута гіроскопів з'єднані з чотирма входами блоку перетворення інформації 3, причому перетворення інформації 3 через послідовно з'єднані перший аперіодичний підсилювач 4 перший інтегратор 5 і третій суматори з'єднаний з першим виходом блоку перетворення інформації 3, другий вхід цього блоку з'єднаний через послідовно з'єднані перший 7і четвертий суматори 8 з другим виходом блоку перетворення інформації, третій вхід цього блоку з'єднаний через послідовно з'єднані другий аперіодичний підсилювач 9, другий інтегратор 10 і четвертий суматор 8 з другим виходом блоку перетворення інформації, четвертий вхід цього блоку з'єднаний через послідовно з'єднані другий суматор 11 і інверсний вхід третього суматора 6 з першим виходом блоку перетворення інформації, при цьому перший вхід блоку перетворення інформації 3 додатково з'єднаний з інверсним входом першого суматора 7 і третім виходом блоку перетворення інформації, а третій вхід цього блоку додатково з'єднаний з інверсним входом другого суматора 11 і четвертим виходом блоку перетворення інформації.
Розглянемо роботу гіроскопічного вимірювача параметрів руху як гіроскопічного вимірювача кутових відхилень від вертикалі та поперечних прискорень. Нехай у гіроблока 1 відсутня маятниковість /зміщення центру мас уздовж осі власного обертання/, а у гіроблоку 2 є аксіальне зміщення центру мас,
Лінійні прецесійні рівняння гіроблока 2 запишемо у вигляді
Застосовуючи пряме перетворення Лапласа за нульових початкових умов до цих рівнянь, отримаємо
де
для визначення α2 та β2 знаходимо