Способ герметизации ампулы модуляционного гироскопа

Изобретение относится к гироскопии и может быть использовано в модуляционных, твердотельных волновых, лазерных и прочих гироскопах. Изобретение позволяет решить проблему вакуума в ампуле гироскопа и сохранить его на весь срок эксплуатации прибора, а также повысить точность гироскопа. Согласно изобретению способ герметизации ампулы модуляционного гироскопа заключается в том, что осуществляют вакуумное оксидирование ампулы гироскопа, выполненной из титанового сплава, включающее промывку в нефрасе, вакуумное обезгаживание в вакууме (1÷2)·10^-2 мм рт. столба при температуре 600-650°С в течение двух часов, остывание с печью до 100°С, далее на воздухе, после чего производят обезгаживание ампулы в герметичном приспособлении при температуре 160±10°С и давлении 3·10^-6 мм рт. столба, непрерывно в течение десяти суток, и осуществляют лазерную герметизацию ампулы через стекло в приспособлении лучом лазера, ударяющим в подготовленное в ампуле отверстие с отбортовкой. 3 ил.

 

Изобретение относится к гироскопии и может быть использовано в модуляционных, твердотельных волновых, лазерных и прочих гироскопах.

Известен динамически настраиваемый гироскоп (ДНГ), содержащий корпус, ротор и датчик угла, закрепленные во вращающейся герметичной ампуле, электропривод, высокоскоростные газодинамические опоры, опорные поверхности которых выполнены в корпусе полусферическими, устройство передачи информации от датчика к корпусу и устройства передачи энергии от корпуса. Во внутренней полости первого фланца установлена герметичная ампула и преобразователь сигнала датчика угла в код, а во внутреннюю полость второго фланца установлены элементы электропривода и генератора опорных импульсов (Патент RU 2101679, Гулевич В.П., Невоструев В.В., Белугин В.Б., НПОЭ г.Миасс).

В данном гироскопе, использующем модуляционный (колебательный) принцип работы ротора гироскопа, ампульный вариант герметизации ротора, съем сигнала с ротора и управление им во вращающейся системе координат, применение газодинамических сферических опор с разделением полостей, содержащих ротор в вакууме или сильно разряженной среде и газодинамическую опору, которая работает на воздухе, необходимо создание глубокого вакуума с целью обеспечения высоких точностных характеристик гироскопов.

Со временем в полости, содержащей ротор, происходит нарушение состояния вакуума, что приводит к нарушению режима работы гироскопа. Известные на сегодняшний день способы герметизации, применяемые в динамически настраиваемых гироскопах, например, путем завертывания пробки в вакууме с помощью герметика (клея) или путем холодного откусывания по меди (предварительно отожженной) и дальнейшей опайки припоем места откуса, не позволяют добиться сохранения вакуума 10^-5÷10^-6 мм рт. на весь срок эксплуатации прибора.

Техническим результатом изобретения является создание глубокого вакуума на уровне 10^-5 мм рт. столба в ампуле модуляционного гироскопа на весь срок эксплуатации прибора и повышение точности гироскопа.

Указанный результат достигается тем, что осуществляют герметизацию ампулы модуляционного гироскопа, выполненной из титанового сплава, путем вакуумного оксидирования ампулы, которое включает промывку в нефрасе, вакуумное обезгаживание в вакууме (1÷2)·10^-2 мм рт. столба при температуре 600-650°С в течение 2 часов, остывание с печью до 100°С, далее на воздухе, а затем дополнительного непрерывного обезгаживания ампулы в герметичном приспособлении при температуре 160±10°С и давлении 3·10^-6 мм рт. столба в течение десяти суток; после чего проводят лазерную герметизацию ампулы через стекло в приспособлении лучом лазера, направленным в подготовленное в ампуле отверстие с отбортовкой.

На фиг.1 представлена конструкция модуляционного гироскопа. На фиг.2 показана зависимость падения постоянной времени гироскопа τ от времени, с течением которого в гироскопе происходит нарушение состояния вакуума. На фиг.3 показан процесс непрерывного обезгаживания ампулы гироскопа.

Модуляционный гироскоп содержит ротор 1 в виде параллелепипеда на упругом равножестком подвесе, помещенный в герметизированную, вакуумированную, вращающуюся вместе с ротором ампулу 2, приводимую во вращение с помощью торцевого электрического вентильного двигателя 3 с резонансной угловой скоростью Ω, газодинамические сферические опоры и датчик момента. Устройство съема информации с ротора выполнено во вращающейся вместе с ротором системе координат в виде емкостного датчика угла 4, емкостно-частотного преобразователя (ЕЧП) 5, токоподвода-токосъема 6, служащего для запитки ЕЧП и съема информации с ротора. Генератор с внешним возбуждением (ГВВ) 7 вместе с двумя электронными диодами, конструктивно входящими в ЕЧП, и двумя электромагнитами 8 служит для управления ротором во вращающейся системе координат. Генераторы опорных импульсов (ГОИ) 9 формируют опорное напряжение для разложения сигнала на две составляющие.

Зависимость падения постоянной времени гироскопа τ показывает, что интенсивность падения особенно велика в первый месяц после обезгаживания, а в течение первых трех месяцев постоянная времени падает от 180 до 20 секунд. Постоянная времени τ гироскопа - это один из параметров, определяющих точность гироскопа

где ω_др - дрейф гироскопа; α_ст - статическая ошибка системы стабилизации или арретирования. Дальнейшее падение постоянной времени до 1÷2 секунд вызывает падение крутизны сигнала с гироскопа до нуля. Для сохранения состояния вакуума были применены геттеры (газопоглотители), лазерная сварка крышки и корпуса ампулы лазерным швом на стали типа 12Х18Н10Т, а также лазерная герметизация ампулы, сварка внутри ампулы в сочетании с ультразвуковой промывкой в среде трихлорэтилена. Но все эти меры не позволили преодолеть данный недостаток.

Использование метода изготовления ампулы и всего модуляционного гироскопа из титана ВТ-5 частично решает проблему вакуума, поскольку титан является пассивным геттером (газопоглотителем). Но уже через 2-3 месяца постоянная времени гироскопа τ падает до 2÷5 секунд. Причиной газовыделения является сам титан, имеющий пористую структуру. Титан очень хорошо поглощает водород, который начинает выделяться из стенок ампулы в ее полость после герметизации.

Поэтому для достижения требуемого значения вакуума необходимо вакуумное оксидирование внутренней и наружной поверхности ампулы при следующем режиме:

- промывка в нефрасе;

- вакуумное обезгаживание в вакууме (1÷2)·10^-2 мм рт. столба при температуре 600÷650°С в течение двух часов, остывание с печью до 100°С, далее на воздухе,

после чего осуществляют обезгаживание ампулы при температуре 160±10°С и давлении 3·10^-6 мм рт. столба, непрерывно в течение десяти суток, а затем лазерную герметизацию ампулы.

Процесс непрерывного обезгаживания ампулы при температуре 160±10°С осуществляют с помощью герметичного приспособления, представляющего собой металлический корпус с герметичным стеклом 10, печки 11, служащей для нагрева приспособления до температуры 160±10°С, поддерживаемой автоматически на весь процесс обезгаживания. Внутри приспособления устанавливается ампула 2 с ротором 1 модуляционного гироскопа, причем так, чтобы луч 12 лазера "Квант-12" был направлен прямо в отверстие с отбортовкой 13 в донышке ампулы, через которое и осуществляется лазерная герметизация.

Механический 14 и форвакуумный 15 насосы обеспечивают через магистраль 16 внутри приспособления вакуум на уровне 3·10^-6 мм рт. столба на весь срок обезгаживания. После десяти суток обезгаживания производят герметизацию ампулы лучом лазера. За один удар лучом лазера происходят расплавление отверстия и его герметизация.

Заявляемый способ герметизации ампулы модуляционного гироскопа отличается от всех известных в настоящее время способов герметизации и позволяет получить вакуум внутри полости ампулы 10^-5 мм рт. столба и сохранить его на весь срок эксплуатации прибора.

Проведенные испытания показали, что применение нового способа герметизации ампулы модуляционного гироскопа позволяет выйти на уровень:

- точностей 0,005⁰/ч (3σ) без тарировок и калибровок;

- перегрузочной способности 40 g;

- ресурса работы 100 тыс. часов.

Способ герметизации ампулы модуляционного гироскопа, заключающийся в том, что осуществляют вакуумное оксидирование ампулы гироскопа, выполненной из титанового сплава, включающее промывку в нефрасе, вакуумное обезгаживание в вакууме (1÷2)·10^-2 мм рт. ст. при температуре 600-650°С в течение 2 ч, остывание с печью до 100°С, далее на воздухе, после чего производят обезгаживание ампулы в герметичном приспособлении при температуре 160±10°С и давлении 3·10^-6 мм рт. ст., непрерывно в течение 10 сут, и осуществляют лазерную герметизацию ампулы через стекло в приспособлении лучом лазера, ударяющим в подготовленное в ампуле отверстие с отбортовкой.