Способ подвеса чувствительного элемента поплавкового прибора (варианты) и устройство, его реализующее (варианты)
Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при создании прецизионных поплавковых гироскопов и акселерометров. Сущность изобретения заключается в ограничении величин поворотов и минимизации их посредством формирования противодействующих моментов с использованием однополюсных магнитов, закрепленных друг против друга на корпусе прибора и поплавка, или компенсирующих моментов вновь введенных датчиков момента электрическим путем, а также оценка входных угловых воздействий вокруг выходной оси. Технический результат заключается в повышении точности поплавковых двухстепенных гироскопов за счет минимизации дрейфа, обусловленного поворотами поплавка вокруг оси чувствительности, и минимизации кинематического дрейфа, обусловленного вращением гироблока вокруг оси собственного вращения, а также в измерении угловых скоростей гироблоком не только вокруг оси чувствительности, а и вокруг выходной оси гироблока. 5 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при создании прецизионных поплавковых приборов, например гироскопов и акселерометров, для различных систем навигации и ориентации.
Известен способ центрирования чувствительного элемента (ЧЭ) прибора, заключающийся в гидростатической разгрузке центрирующих опор (см. Никитин Е.А., Шестов С.А., Матвеев В.А. Гироскопические системы. Элементы гироскопических приборов. - М.: Высшая школа, 1988, с.209). Указанный способ реализуется поплавковым прибором, содержащим герметичный корпус, герметичный поплавковый узел с заключенным внутри него ЧЭ, поддерживающую жидкость, заполняющую все пространство между внутренней поверхностью корпуса и поплавковым узлом, и опоры, центрирующие поплавковый узел относительно корпуса (например, камневые опоры скольжения) (там же, с.210). При этом опоры скольжения могут быть цилиндрического, конического и шарового типа (см. Ковалев М.П., Сивоконенко И.М., Явленский К.Н. Опоры приборов. - М.: Машиностроение, 1967, с.4-35). Однако известные способы и устройства имеют тот недостаток, что из-за наличия остаточного веса и момента дифферента поплавка на оси подвеса возникают вредные моменты, снижающие точность прибора (например, вредный момент трения между цапфами и камневыми подшипниками центрирующих опор).
Известен способ снижения момента трения в камневых центрирующих опорах, согласно которому применяют "оживление" опор, т.е. подшипник приводят в колебательное движение вдоль оси цапфы, за счет чего происходит кажущееся уменьшение трения в направлении поворота цапф в подшипниках, т.е. вокруг оси подвеса (так называемый эффект Жуковского) (см. Гироскопические системы..., с.222). Известны конструкции поплавкового подвеса, реализующие указанный способ уменьшения момента трения путем размещения подшипников центрирующих опор на электромагнитных, магнитострикционных или пьезоэлектрических вибраторах (см., например, патент Англии N 931398, кл. 97 (3), 1963 г.). Однако известные способ и устройство имеют тот недостаток, что несмотря на возвратно-поступательное движение камневых подшипников вдоль цапф, механический контакт в опорах по-прежнему сохраняется. В результате вредный момент трения, хотя и уменьшается, но всего в несколько раз (см. Никитин Е.А., Шестов С.А., Матвеев В.А. Гироскопические системы, ч.III. Элементы гироскопических приборов. - М.: Высшая школа, 1972, с.260), по-прежнему оставаясь источником неприемлемо большой погрешности измерений поплавковым прибором.
Задачей изобретения по патенту №2149357 является дальнейшее уменьшение вредного момента трения в центрирующих опорах поплавкового подвеса ЧЭ. Для решения поставленной задачи в известном способе центрирования ЧЭ, заключающемся в гидростатической разгрузке опор трения скольжения ЧЭ и создании относительного перемещения контактирующих друг с другом элементов опор, периодически устраняют механический контакт элементов опор для полного освобождения ЧЭ от их воздействия, при этом центрирование ЧЭ осуществляется за счет демпфирования его движения жидкостью, а затем восстанавливают механический контакт в опорах и возвращением элементов опор к исходному положению восстанавливают сцентрированное положение ЧЭ. В результате устранения механического контакта в опорах и тем самым освобождения ЧЭ от их воздействия момент трения на оси подвеса исчезает. При этом в течение определенного времени сохраняется достаточно точное центрирование ЧЭ благодаря большому демпфированию поддерживающей жидкостью его движения относительно корпуса прибора. Однако с течением времени погрешность центрирования освобожденного ЧЭ нарастает. Поэтому периодически восстанавливают механический контакт в опорах и тем самым их действие на ЧЭ на время, достаточное для возвращения опор (и вместе с ними ЧЭ) к исходному положению, предшествовавшему освобождению ЧЭ. Фактически чередование освобожденного состояния ЧЭ и восстановления его сцентрированного положения представляет собой непрерывный периодический процесс, осуществляемый на протяжении всей работы прибора. При этом за счет того, что часть времени механический контакт в опорах полностью отсутствует, происходит резкое уменьшение вредного момента трения на оси подвеса ЧЭ. Недостатком прототипа является отсутствие технических средств устранения малых по величине поворотов поплавка вокруг оси чувствительности в пределах радиальных зазоров опор выходной оси гироблока. Причина этих поворотов - это неизбежное вращение прибора в составе блока датчиков угловой скорости в составе бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) вокруг не только оси чувствительности, а и вокруг оси собственного вращения и вокруг выходной оси. Это явление порождает возникновение также входных гироскопических моментов, обусловленных вращением гироблока вокруг не только выходной оси, а относительно оси чувствительности и оси собственного вращения. В результате появления этих гироскопических моментов возникают повороты поплавка на малые углы в пределах радиальных зазоров опор выходной оси, что, кроме сухого трения, приводит к возникновению кинематического дрейфа прецизионного гироблока. Для того чтобы исключить возникновение моментов сухого трения в опорах выходной оси и уменьшить или устремить к нулю погрешности гироблоков, обусловленные кинематическим дрейфом, при поворотах поплавка необходимо либо еще больше ограничить эти малые повороты, либо полностью традиционным способом введения обратных связей (следящих систем) скомпенсировать формируемые угловыми скоростями гироскопические моменты. Для ограничения величин поворотов предлагается упрощенный вариант технического решения с двумя парами постоянных магнитов с одинаковыми полюсами, расположенными друг против друга. Этот вариант применим, в первую очередь, для гироблоков с узким диапазоном измерения входных величин угловых скоростей. А для полной компенсации входных гироскопических моментов предлагается реализация дополнительной следящей системы по типу обратной связи («электрической пружины») в датчике угловой скорости по оси, поворот относительно которой нежелателен. Такое техническое решение применимо для практически любых входных угловых воздействий, действующих на гироблоки БИНС. Нужно лишь произвести необходимые инженерные расчеты для установления равенства ожидаемых входных гироскопических и формирующихся электрическим путем компенсирующих их моментов датчиков моментов. Следует отметить, что токи дополнительно введенного датчика момента естественно будут содержать информацию о не измеряемой в «классическом понимании» данным гироблоком составляющей вектора входной угловой скорости (вокруг выходной оси). Т.е. одним гироблоком можно измерить даже не одну, а две составляющие угловой скорости!
Задача технического решения - повышение точности поплавковых двухстепенных гироскопов за счет минимизации дрейфа, обусловленного возникновением механического контакта при поворотах поплавка в жидкости относительно оси чувствительности и кинематического дрейфа, обусловленного вращением гироблока относительно оси собственного вращения.
ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ РЕШЕНИЯ:
Решение задачи подвеса чувствительного элемента поплавкового прибора, заключающегося в гидростатической разгрузке опор трения скольжения чувствительного элемента и формировании относительного перемещения контактирующих друг с другом элементов опор, имеет особенность, такую что устанавливают друг против друга на поплавке и на корпусе гироблока экранированные магниты с одноименными полюсами, в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, при действии входной угловой скорости относительно всех осей гироблока допускают малые угловые повороты поплавка в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, которые ограничивают моментами сил взаимодействия одинаковых полюсов магнитов, установленных друг против друга на корпусе гироблока и поплавка, при уменьшении или обнулении входных угловых скоростей поплавок возвращают в исходное положение, минимизируют кинематический дрейф гироблока путем уменьшения (сведения к минимуму) отклонения поплавка от исходного положения вокруг выходной оси посредством выбора максимально возможной жесткости «электрической пружины», обеспечивающей заданный показатель колебательности, и минимального кинетического момента, обеспечивающего заданный масштабный коэффициент Км и диапазон измерения входной угловой скорости ωвх из соотношения
Н=Io Кдм Т/Км, Кдм Io≥Н ωвх,
где Io - максимальный ток «электрической пружины» в обмотке управления датчика момента, формирующего момент относительно выходной оси гироблока, Кдм - крутизна обмотки управления датчика момента, Т - период квантования тока в его обмотке управления.
Задача решается при помощи поплавкового прибора, содержащего заполненный жидкостью герметичный корпус, в котором на опорах трения скольжения, состоящих из подшипников и цапф, установлен чувствительный элемент-поплавок, имеет особенность, такую что на торцевых частях корпуса прибора и поплавка друг против друга закрепляется пара однополюсных экранированных магнитов, причем эту магнитную систему устанавливают симметрично в торцевых частях прибора в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности гироблока.
ВТОРОЙ ВАРИАНТ РЕШЕНИЯ:
Решение задачи подвеса чувствительного элемента поплавкового прибора, заключающегося в гидростатической разгрузке опор трения скольжения чувствительного элемента и создании относительного перемещения контактирующих друг с другом элементов опор, имеет особенность, такую что устанавливают на торцевых частях корпуса гироблока по паре экранированных магнитов, а на торцевых частях поплавка по паре обмоток ротора датчиков момента с направлением активных витков в поле магнитов поперек образующей, при действии входной угловой скорости формируют моменты электрическим путем не только вокруг выходной оси, а и вокруг оси чувствительности, причем взаимодействующие элементы датчика момента, установленные в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности препятствуют разворотам поплавка вокруг нее, при этом для определения направления и величины формируемых моментов на торцевых частях поплавка и корпуса прибора в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, относительно которой осуществляется дополнительное формирование компенсационных моментов, устанавливают датчики углов, соединяют их через усилители обратных связей с соответствующими парами обмоток датчиков момента, при действии входной угловой скорости относительно всех осей гироблока допускают угловые повороты поплавка относительно оси чувствительности, определяют их и формируют, ограничивающие эти повороты моменты электрическим путем за счет компенсации входных гироскопических моментов, действующих вокруг оси чувствительности, моментами взаимодействия введенных магнитов корпуса и дополнительных обмоток датчиков момента, закрепленных в торцевых частях поплавка, при уменьшении или обнулении входных угловых скоростей поплавок возвращают в исходное положение путем разворота его посредством пар обмоток дополнительно введенного датчика момента, минимизируют кинематический дрейф гироблока путем уменьшения отклонения поплавка от исходного положения вокруг выходной оси посредством выбора максимально возможной жесткости «электрической пружины», обеспечивающей заданный показатель колебательности, и минимального кинетического момента, обеспечивающего заданный масштабный коэффициент Км и диапазон измерения входной угловой скорости ωвх из соотношения Н=Io Кдм Т/Км, Кдм Io≥Н ωвх, где Io - максимальный ток «электрической пружины» в обмотке управления датчика момента, формирующего момент относительно выходной оси гироблока, Кдм - крутизна обмотки управления датчика момента, Т - период квантования тока в обмотке управления датчика момента.
Задача решается так, что поплавковый прибор, содержащий заполненный жидкостью герметичный корпус, в котором на опорах трения скольжения, состоящих из подшипников и цапф, установлен чувствительный элемент, имеет особенность, такую что на торцевых частях корпуса прибора закрепляют по паре однополюсных экранированных магнитов, а напротив них на поплавке размещают обмотки датчиков момента с направлением активных витков в поле магнитов поперек образующей поплавка, причем эти магнитные системы устанавливают симметрично в торцевых частях прибора в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности гироблока, причем дополнительно на поплавке и корпусе прибора устанавливаются элементы датчика угла, выходы которого соединены через усилитель обратной связи, содержащий фазочувствительный усилитель и трехпозиционное устройство, со входами пары контуров формирования тока в обмотках датчика момента, при этом эти контуры состоят из параллельно соединенных обмоток датчиков моментов, подключенных через коммутатор к источнику - стабилизатору тока, а управляемые входы коммутаторов каждого из контуров формирования тока в обмотках датчика момента подключены к одному из выходов порогового устройства.
ТРЕТИЙ ВАРИАНТ РЕШЕНИЯ - РАЗВИТИЕ ВТОРОГО
Способ подвеса чувствительного элемента поплавкового прибора, заключающийся в гидростатической разгрузке опор трения скольжения чувствительного элемента и создании относительного перемещения контактирующих друг с другом элементов опор, имеет особенность, такую что устанавливают на торцевых частях корпуса гироблока по паре экранированных магнитов, а на торцевых частях поплавка по паре обмоток ротора датчиков момента с направлением активных витков поперек образующей, при действии входной угловой скорости формируют моменты электрическим путем не только вокруг выходной оси, а и вокруг оси чувствительности, причем взаимодействующие элементы датчика момента, установленные в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, препятствуют разворотам поплавка вокруг нее, при этом для определения направления и величины формируемых моментов на торцевых частях поплавка и корпуса прибора в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, относительно которой осуществляется дополнительное формирование компенсационных моментов, устанавливают датчик угла, соединяют его через усилители обратных связей с обмотками соответствующих датчиков момента, при действии входной угловой скорости относительно всех осей гироблока допускают угловые повороты поплавка относительно оси, вокруг которой повороты должны отсутствовать, определяют их и формируют, ограничивающие эти повороты моменты электрическим путем за счет компенсации входных гироскопических моментов моментами взаимодействия введенных магнитов корпуса и дополнительных обмоток датчиков момента, закрепленных в торцевых частях поплавка, при уменьшении или обнулении входных угловых скоростей поплавок возвращают в исходное положение путем разворота его посредством введенных датчиков момента, при этом по величине тока в обмотках дополнительно введенного датчика момента судят об угловых скоростях относительно выходной оси гироблока.
По величине тока в дополнительно введенных датчиках момента судят об угловых скоростях относительно выходной оси и оси собственного вращения гироблока так, что ток датчика момента преобразуют в дискретную форму посредством преобразователя ток - цифровой код с интегрирующей емкостью или посредством преобразования его контуром импульсной обратной связи, при этом усилитель обратной связи выполняют в виде последовательно соединенных фазочувствительного выпрямителя, порогового устройства и коммутатора, включенного в цепь формирования токов стабилизатора в торцевых обмотках датчика момента.
Новизна. Предложено осуществлять ограничение и компенсацию угла поворота поплавка относительно оси чувствительности гироблока, а также минимизировать кинематическую составляющую скорости его дрейфа путем оптимизации выбора некоторых основных его параметров. Предложено измерять составляющую угловой скорости гироблока, действующую относительно его выходной оси.
Фиг.1 Конструктивная схема поплавкового гироскопов упрощенного 1 варианта исполнения предложенного способа. Фиг.2 - вариант №2 реализации способа со схемой компенсации и минимизации поворота вокруг оси чувствительности поплавка посредством дополнительной «электрической пружины». Здесь обозначено 1 - корпус прибора, 2 - цилиндрический поплавок; 3 - радиальный зазор, заполненный вязкой несжимаемой жидкостью; 4 - магниты корпуса прибора; 5а и 5б - обмотки дополнительно введенного датчика момента; 6 - статор датчика угла; 7 - сумматор (Сум) сигналов с датчика угла; 8 - фазочувствительный выпрямитель; 9 - пороговое устройство; 10 - коммутатор К1 и K2; 11 - стабилизатор тока (СТ1 и СТ2); Р11, Р12, Р21, Р22 - регулировочные резисторы; Г11, Г12, Г21, Г22 - пары сил, разворачивающих поплавок вокруг оси чувствительности; Н - кинетический момент гироскопа; α - угол отклонения поплавка относительно выходной оси; ωх, ωy, ωz - проекции входной угловой скорости на оси, связанные с корпусом прибора; Мгх(Ох), Mrz (Oz) - гироскопические моменты, формирующиеся входными угловыми воздействиями и Mrz1(Oz) - момент, формирующий кинематическую его погрешность гироскопа. На обмотках 5а и 5б точками обозначено направление тока перпендикулярно рисунку «на нас», а крестиками - «от нас». Отсюда получаем по правилу «левой руки» направление действия пар сил, разворачивающих поплавок или препятствующих его поворотам.
Обоснование технического решения. На фиг.1 помечены угловые скорости ωх, ωу, ωz и образующиеся ими гироскопические моменты Мгх, Мгу, Мгz и Мгz1. Измеряемым здесь является Мгz=ωх×Н, формируемый при измерении входной угловой скорости ωх. Он вызывает отклонение поплавка α вокруг выходной оси. В плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, формируется гироскопический момент: Мгx=ωz×H, a кинематическую погрешность формирует гироскопический момент Мгz1=ωy×H sinα, где α - угол отклонения поплавка вокруг выходной оси относительно корпуса прибора. При этом составляющая кинетического момента Н sinα также формирует дополнительный гироскопический момент Мгу и незначительно разворачивает поплавок вокруг оси собственного вращения так, что Мгу=ωz×H sinα≪Мгx, т.к. угол α не превышает 1 угловой минуты в точных гироблоках. Отсюда и вытекает решение задачи: ограничить отклонение поплавка в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, и минимизировать кинематическую погрешность, обусловленную гироскопическим моментом Мгz1=ωy×H sinα путем выбора малых величин кинетических моментов Н (порядка 50) в точных гироблоках для БИНС и обеспечить малость угла α→0 посредством использования максимально возможной величины жесткости «электрической пружины»вокруг выходной оси, обеспечивающей заданный показатель колебательности системы-гироблока с обратной связью, как элемента автоматики.
«Способ подвеса чувствительного элемента поплавкового гироскопа» реализуется следующим образом (фиг.1, 2)
1 ВАРИАНТ РЕШЕНИЯ
Осуществляется гидростатическая разгрузка опор трения скольжения чувствительного элемента 2 и формирование относительного перемещения контактирующих друг с другом элементов опор.
Устанавливают друг против друга на поплавке 2 и на корпусе 1 гироблока экранированные магниты с одноименными полюсами в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности.
При действии входной угловой скорости относительно всех осей гироблока допускают малые угловые повороты поплавка 2 в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, которые ограничивают моментами сил взаимодействия одинаковых полюсов магнитов 4, установленных друг против друга на корпусе 1 гироблока и поплавка 2, при уменьшении или обнулении входных угловых скоростей поплавок 2 возвращают в исходное положение.
Минимизируют кинематический дрейф гироблока путем уменьшения (сведения к минимуму) отклонения поплавка 2 от исходного положения вокруг выходной оси посредством выбора максимально возможной жесткости «электрической пружины» (8-11, 5а или 5б), обеспечивающей заданный показатель колебательности, и минимального кинетического момента, обеспечивающего заданный масштабный коэффициент Км и диапазон измерения входной угловой скорости ωвх из соотношения Н=Io Кдм Т/Км, Кдм Io≥Н ωвх, где Io - максимальный ток «электрической пружины» в обмотке управления датчика момента, формирующего момент относительно выходной оси гироблока, Кдм - крутизна обмотки управления датчика момента, Т - период квантования тока в обмотке управления датчика момента. Данный способ реализуется при помощи поплавкового прибора, содержащего заполненный жидкостью герметичный корпус 1, в котором на опорах трения скольжения, состоящих из подшипников и цапф, установлен чувствительный элемент - поплавок 2, имеет особенность, такую что на торцевых частях корпуса 1 прибора и поплавка 2 друг против друга закрепляется пара однополюсных экранированных магнитов 4, причем эту магнитную систему устанавливают симметрично в торцевых частях прибора в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности гироблока.
2 ВАРИАНТ
Осуществляют гидростатическую разгрузку опор трения скольжения чувствительного элемента 2 и создание относительного перемещения контактирующих друг с другом элементов опор.
Устанавливают на торцевых частях корпуса 1 гироблока по паре экранированных магнитов 4, а на торцевых частях поплавка 2 по паре (5а и 5б) обмоток ротора датчиков момента с направлением активных витков в поле магнитов 4 поперек образующей цилиндрического поплавка.
При действии входной угловой скорости формируют моменты электрическим путем не только вокруг выходной оси, а и вокруг оси чувствительности, причем взаимодействующие элементы 4 и 5а-5б датчика момента, установленные в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, препятствуют разворотам поплавка 2 вокруг нее. При этом для определения направления и величины формируемых моментов на торцевых частях поплавка 2 и корпуса 1 прибора в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, относительно которой осуществляется дополнительное формирование компенсационных моментов, устанавливают датчики углов 6-7, соединяют их через усилители обратных связей (8-11) с соответствующими парами обмоток 5а или 5б датчиков момента.
При действии входной угловой скорости относительно всех осей гироблока допускают угловые повороты поплавка 2 относительно оси чувствительности, определяют их и формируют ограничивающие эти повороты моменты электрическим путем за счет компенсации входных гироскопических моментов, действующих вокруг оси чувствительности, моментами взаимодействия введенных магнитов 4 корпуса 1 и дополнительных обмоток 5а или 5б датчиков момента, закрепленных в торцевых частях поплавка 2, при уменьшении или обнулении входных угловых скоростей поплавок 2 возвращают в исходное положение путем разворота его посредством пар обмоток 5а или 5б дополнительно введенного датчика момента. Минимизируют кинематический дрейф гироблока путем уменьшения отклонения поплавка 2 от исходного положения вокруг выходной оси посредством выбора максимально возможной жесткости «электрической пружины» (8-11), обеспечивающей заданный показатель колебательности, и минимального кинетического момента, обеспечивающего заданный масштабный коэффициент Км и диапазон измерения входной угловой скорости ωвх из соотношения Н=Io Кдм Т/Км, Кдм Io≥Н ωвх, где Io - максимальный ток «электрической пружины» (8-11) в обмотке управления датчика момента, формирующего момент относительно выходной оси Z гироблока, Кдм - крутизна обмотки управления датчика момента, Т - период квантования тока в обмотке управления датчика момента.
Реализует способ поплавковый прибор (фиг.2), содержащий заполненный жидкостью герметичный корпус 1, в котором на опорах трения скольжения, состоящих из подшипников и цапф, установлен чувствительный элемент 2, имеет особенность, такую что на торцевых частях корпуса 1 прибора закрепляют по паре однополюсных экранированных магнитов 4, а напротив них на поплавке 2 размещают обмотки датчиков момента 5а или 5б с направлением активных витков в поле магнитов поперек образующей поплавка 2, причем эти магнитные системы устанавливают симметрично в торцевых частях прибора в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности гироблока, причем дополнительно на поплавке 2 и корпусе прибора устанавливаются элементы датчика угла 6, выходы которого соединены через усилитель обратной связи, содержащий фазочувствительный усилитель 8 и трехпозиционное устройство 9, со входами пары контуров формирования тока в обмотках 5а или 5б датчика момента, при этом эти контура состоят из параллельно соединенных обмоток 5а и 5б датчиков моментов, подключенных через коммутатор 10 к источнику - стабилизатору тока 11, а управляемые входы коммутаторов 10 каждого из контуров формирования тока в обмотках 5а и 5б датчика момента подключены к одному из выходов порогового устройства 9.
3 ВАРИАНТ:
Осуществляется гидростатическая разгрузка опор трения скольжения чувствительного элемента 2 и формирование относительного перемещения контактирующих друг с другом элементов опор.
Устанавливают на торцевых частях корпуса 1 гироблока по паре экранированных магнитов 4, а на торцевых частях поплавка 2 по паре обмоток 5а или 5б ротора датчиков момента с направлением активных витков поперек образующей поплавка.
При действии входной угловой скорости формируют моменты электрическим путем не только вокруг выходной оси, а и вокруг оси чувствительности, причем взаимодействующие элементы 4 и 5а/5б датчика момента, установленные в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, препятствуют разворотам поплавка 2 вокруг нее, при этом для определения направления и величины формируемых моментов на торцевых частях поплавка 2 и корпуса 1 прибора в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, относительно которой осуществляется дополнительное формирование компенсационных моментов, устанавливают датчик угла 6-7, соединяют его через усилители обратных связей (8-11) с обмотками 5а или 5б соответствующих датчиков момента.
При действии входной угловой скорости относительно всех осей гироблока допускают угловые повороты поплавка 2 относительно оси, вокруг которой повороты должны отсутствовать, определяют их и формируют ограничивающие эти повороты моменты электрическим путем за счет компенсации входных гироскопических моментов моментами взаимодействия введенных магнитов 4 корпуса и дополнительных обмоток 5а или 5б датчиков момента, закрепленных в торцевых частях поплавка 2. При уменьшении или обнулении входных угловых скоростей поплавок 2 возвращают в исходное положение путем разворота его посредством введенных (4-5а, 5б) датчиков момента, при этом по величине тока в обмотках дополнительно введенного датчика момента судят об угловых скоростях относительно выходной оси гироблока.
По величине тока в дополнительно введенных датчиках момента судят об угловых скоростях относительно выходной оси и оси собственного вращения гироблока так, что ток датчика момента преобразуют в дискретную форму посредством преобразователя ток- цифровой код с интегрирующей емкостью или посредством преобразования его контуром импульсной обратной связи, при этом усилитель обратной связи выполняют в виде последовательно соединенных фазочувствительного выпрямителя 8, порогового устройства 9 и коммутатора 10, включенного в цепь формирования токов стабилизатора 11 в торцевых обмотках 5а или 5б датчика момента. Преобразователи тока датчиков момента на фиг.2 не показаны, т.к. являются стандартными и известными элементами гироскопических датчиков угловой скорости с дискретным выходом для БИНС.
Технический результат - повышение точности поплавковых двухстепенных гироскопов за счет минимизации дрейфа, обусловленного поворотами поплавка вокруг оси чувствительности, и минимизация кинематического дрейфа, обусловленного вращением гироблока вокруг оси собственного вращения. Дополнительный технический результат - измерение угловых скоростей гироблоком не только вокруг оси чувствительности, а и вокруг выходной оси гироблока. Технический эффект - ограничение величин поворотов и минимизация их посредством формирования противодействующих моментов с использованием однополюсных магнитов, закрепленных друг против друга на корпусе прибора и поплавка, или компенсирующих моментов вновь введенных датчиков момента электрическим путем, а также оценка входных угловых воздействий вокруг выходной оси. Также технический эффект состоит в разработке рекомендаций по выбору параметров гироблока для БИНС, обеспечивающих минимум кинематической погрешности прибора из-за вращения его вокруг оси собственного вращения.
1. Способ подвеса чувствительного элемента поплавкового прибора, заключающийся в гидростатической разгрузке опор трения скольжения чувствительного элемента и формировании относительного перемещения контактирующих друг с другом элементов опор, отличающийся тем, что устанавливают друг против друга на поплавке и на корпусе гироблока экранированные магниты с одноименными полюсами в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, при действии входной угловой скорости относительно всех осей гироблока допускают малые угловые повороты поплавка в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, которые ограничивают моментами взаимодействия одинаковых полюсов магнитов, установленных друг против друга на корпусе гироблока и поплавка, при уменьшении или обнулении входных угловых скоростей поплавок возвращают в исходное положение, минимизируют кинематический дрейф гироблока путем уменьшения отклонения поплавка от исходного положения вокруг выходной оси посредством выбора максимально возможной жесткости "электрической пружины", обеспечивающей заданный показатель колебательности, и минимального кинетического момента, обеспечивающего заданный масштабный коэффициент Км и диапазон измерения входной угловой скорости ωвх из соотношения Н=Io Кдм Т/ Км, Кдм Io≥Н ωвх, где Io - максимальный ток "электрической пружины" в обмотке управления датчика момента, формирующего момент относительно выходной оси гироблока, Кдм - крутизна обмотки управления датчика момента, Т - период квантования тока в обмотке управления датчика момента.
2. Поплавковый прибор для осуществления способа по п.1, содержащий заполненный жидкостью герметичный корпус, в котором на опорах трения скольжения, состоящих из подшипников и цапф, установлен чувствительный элемент, отличающийся тем, что на торцевых частях корпуса прибора и поплавка друг против друга закрепляют пару однополюсных экранированных магнитов, причем эту магнитную систему устанавливают симметрично в торцевых частях прибора в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности гироблока.
3. Способ подвеса чувствительного элемента поплавкового прибора, заключающийся в гидростатической разгрузке опор трения скольжения чувствительного элемента и формировании относительного перемещения контактирующих друг с другом элементов опор, отличающийся тем, что устанавливают на торцевых частях корпуса гироблока по паре экранированных магнитов, а на торцевых частях поплавка по паре обмоток ротора датчиков момента с направлением активных витков в поле магнитов поперек образующей, при действии входной угловой скорости формируют моменты электрическим путем не только вокруг выходной оси, а и вокруг оси чувствительности, причем взаимодействующие элементы датчика момента, установленные в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, препятствуют разворотам поплавка вокруг нее, при этом для определения направления и величины формируемых моментов на торцевых частях поплавка и корпуса прибора в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, относительно который осуществляется дополнительное формирование компенсационных моментов, устанавливают датчики углов, соединяют их через усилители обратных связей с обмотками соответствующих пар обмоток датчиков момента, при действии входной угловой скорости относительно всех осей гироблока допускают угловые повороты поплавка относительно оси чувствительности, определяют их и формируют ограничивающие эти повороты моменты электрическим путем за счет компенсации входных гироскопических моментов, действующих вокруг оси чувствительности, моментами взаимодействия введенных магнитов корпуса и дополнительных обмоток датчиков момента, закрепленных в торцевых частях поплавка, при уменьшении или обнулении входных угловых скоростей поплавок возвращают в исходное положение путем разворота его посредством пар обмоток дополнительно введенного датчика момента, минимизируют кинематический дрейф гироблока путем уменьшения отклонения поплавка от исходного положения вокруг выходной оси посредством выбора максимально возможной жесткости "электрической пружины", обеспечивающей заданный показатель колебательности, и минимального кинетического момента, обеспечивающего заданный масштабный коэффициент Км и диапазон измерения входной угловой скорости ωвх из соотношения Н=Io Кдм Т/Км, Кдм Io≥Н ωвх, где Io - максимальный ток "электрической пружины" в обмотке управления датчика момента, формирующего момент относительно выходной оси гироблока, Кдм - крутизна обмотки управления датчика момента, Т - период квантования тока в обмотке управления датчика момента.
4. Поплавковый прибор для осуществления способа по п.3, содержащий заполненный жидкостью герметичный корпус, в котором на опорах трения скольжения, состоящих из подшипников и цапф, установлен чувствительный элемент, отличающийся тем, что на торцевых частях корпуса прибора закрепляют по паре однополюсных экранированных магнитов, а напротив них на поплавке размещают обмотки датчиков момента с направлением активных витков в поле магнитов поперек образующей поплавка, причем эти магнитные системы устанавливают симметрично в торцевых частях прибора в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности гироблока, причем дополнительно на поплавке и корпусе прибора устанавливаются элементы датчика угла, выходы которого соединены через сумматор, фазочувствительный усилитель и трехпозиционное пороговое устройство с входами пары контуров формирования тока в обмотках датчика момента, при этом эти контуры состоят из параллельно соединенных обмоток датчиков моментов, подключенных через коммутатор к источнику - стабилизатору тока, а управляемые входы коммутаторов каждого из контуров формирования тока в обмотках датчика момента подключены к одному из выходов порогового устройства.
5. Способ подвеса чувствительного элемента поплавкового прибора, заключающийся в гидростатической разгрузке опор трения скольжения чувствительного элемента и формировании относительного перемещения контактирующих друг с другом элементов опор, отличающийся тем, что устанавливают на торцевых частях корпуса гироблока по паре экранированных магнитов, а на торцевых частях поплавка по паре обмоток ротора датчиков момента с направлением активных витков поперек образующей, при действии входной угловой скорости формируют моменты электрическим путем не только вокруг выходной оси, а и вокруг оси чувствительности, причем взаимодействующие элементы датчика момента, установленные в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, препятствуют разворотам поплавка вокруг нее, при этом для определения направления и величины формируемых моментов на торцевых частях поплавка и корпуса прибора в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности, относительно которой осуществляется дополнительное формирование компенсационных моментов, устанавливают датчик угла, соединяют его через усилители обратных связей с обмотками соответствующих датчиков момента, при действии входной угловой скорости относительно всех осей гироблока допускают угловые повороты поплавка относительно оси, вокруг которой повороты должны отсутствовать, определяют их и формируют ограничивающие эти повороты моменты электрическим путем за счет компенсации входных гироскопических моментов моментами взаимодействия введенных магнитов корпуса и дополнительных обмоток датчиков момента, закрепленных в торцевых частях поплавка, при уменьшении или обнулении входных угловых скоростей поплавок возвращают в исходное положение путем разворота его посредством введенных датчиков момента, при этом по величине тока в обмотках дополнительно введенного датчика момента судят об угловых скоростях относительно выходной оси гироблока.
6. Способ подвеса чувствительного элемента поплавкового прибора по п.5, отличающийся тем, что по величине тока в дополнительно введенных датчиках момента судят об угловых скоростях относительно выходной оси гироблока так, что ток датчиков момента преобразуют в дискретную форму посредством преобразователя ток - цифровой код с интегрирующей емкостью или посредством преобразования его контуром импульсной обратной связи, при этом усилитель обратной связи выполняют в виде последовательно соединенных фазочувствительного выпрямителя, порогового устройства и коммутатора, включенного в цепь формирования токов стабилизатором в торцевых обмотках датчика момента.
