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

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.

Описание изобретения к патенту

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:

= K (a С/2) ₂² 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

₁ К (а C/2 + a_д C_д/2) ₂² 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:

_н= ₂+

(3) С учетом изменения t⁰ температуры роторов и упругого подвеса параметры гироскопа примут вид:

C C_o(1+t)

A A_o(1+t)

C C_o(1+t)

a a_o(1+t)

C_д C(1+t) (4)

a_д а_до (1 + t^o)

K K₀(1 + t⁰ + 3 t^o), где С₀, А₀, С₀, а₀, С_д0, а_д0, К₀ соответствующие параметры роторов и подвеса при нормальной температуре;

температурный коэффициент модуля упругости торсионов.

Подставляя (4) и (3), получаем выражение для нутационной частоты с учетом изменения температуры t⁰:

(5)

Поскольку при нормальной температуре выполняется условие динамической настройки (2):

K_o-a_o- + a- 0 (6) то приращение нутационной частоты _н, обусловленное изменением температуры t^o, примет вид:

_н= (7)

Приращение фазы нутационных колебаний

=_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:

= 0 (при t_ф > 0).

Тем самым обеспечивают выполнение условия (2) при любом изменении температуры 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 , выполнено вместе с торсионами и наружным ротором из одной заготовки. Материал дополнительных колец 14, 15 имеет коэффициент линейного расширения _д, не равный .

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 ₂ 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) ₂. Выходной сигнал усилителя 10, имеющий нутационную частоту _н, поступает на первый вход ФД 11, на второй вход которого подан выходной сигнал ГЭЧ 12, имеющий частоту _н.

В исходном положении при нормальной температуре гироскопа сигналы на входах ФД сдвинуты по фазе на 90^о (изменяются по законам sin _нt и cos _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 _нtcos _нt

К_фД sin( _н- _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 .

В результате выходной сигнал ФД

U K_фД sin( _н + _н)t cos _нt К_фД sin _нt К_{фД н}t, где _нt << 1.

При фиксированном значении времени

t t_ф получаем:

U K_{фД н}t_ф К_фД .

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