Гирокомпас


 


Владельцы патента RU 2544295:

Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" (RU)

Изобретение относится к гироскопическим приборам для навигации, геодезии, измерения азимута на земной поверхности. Гирокомпас содержит корпус, платформу, датчик угловой скорости в виде гироскопа, закрепленного на платформе, датчик горизонта, приводной двигатель, систему управления гирокомпаса. В качестве датчика угловой скорости применяется волоконно-оптический гироскоп, установленный на поворотной платформе и через интерфейс RS-485 информационно связанный с внешней ЭВМ типа «ноутбук», горизонтирование платформы с волоконно-оптическим гироскопом осуществляется посредством линейных шаговых микродвигателей. Вращение отгоризонтированного датчика угловой скорости вокруг своей оси до угловой фиксации оптическим прибором ориентира на местности осуществляется через червячный редуктор от приводного шагового двигателя. Электрически шаговые двигатели через блоки управления, USB-разветвитель связаны с внешней ЭВМ. Обработка внешней ЭВМ данных с акселерометров осуществляется через малогабаритный, многофункциональный USB-модуль АЦП/ЦАП с функциями цифрового ввода-вывода. Техническим результатом изобретения является уменьшение размеров гирокомпаса и повышение точности измерений азимута на земной поверхности. 1 ил.

 

Изобретение относится к гироскопическим приборам для навигации, геодезии, измерения азимута на земной поверхности.

Известен гирокомпас (см. свидельство на полезную модель RU 30971 U1, опубл. 10.07.2003 г.), принятый за прототип. Гирокомпас содержит корпус, платформу, установленную в подшипниках корпуса, первый и второй датчики угловой скорости, закрепленные на платформе, датчик угла и приводной двигатель, размещенные на оси подвеса платформы, и индикаторный прибор. В систему управления гирокомпаса введены последовательно соединенные блок разности и вычислительный блок, первый и второй входы блока разности подключены к выходам первого и второго датчика угловой скорости соответственно, а выход вычислительного блока подключен к первому входу индикаторного прибора, второй вход которого подключен к выходу датчика угла (горизонта). Первый и второй датчики угловой скорости выполнены в виде микромеханических гироскопов.

Недостатками устройства, принятого за прототип, являются:

- высокая сложность и трудоемкость изготовления устройства;

- недостаточная метрологическая точность определения углового положения при наличии высоких затрат на изготовление.

Предлагаемым изобретением решается задача по упрощению конструкции гирокомпаса при наличии возможности получения высоких точностных характеристик.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании с минимальными затратами измерительного прибора, предназначенного для использования в различных областях техники с целью измерения и контроля углового положения в инерциальном пространстве.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом гирокомпасе, содержащем корпус, платформу, датчик угловой скорости в виде гироскопа, закрепленного на платформе, датчик горизонта, приводной двигатель, систему управления гирокомпаса, новым является то, что в качестве датчика угловой скорости применяется волоконно-оптический гироскоп, установленный на поворотной платформе и через интерфейс RS-485 информационно связанный с внешней ЭВМ типа «ноутбук», горизонтирование платформы с волоконно-оптическим гироскопом осуществляется посредством линейных шаговых микродвигателей, механически связанных с платформами типа карданов подвес и выполненных с возможностью углового перемещения относительно друг друга в перпендикулярных относительно друг друга плоскостях вращения, вращение отгоризонтированного датчика угловой скорости вокруг своей оси до угловой фиксации оптическим прибором ориентира на местности осуществляется через червячный редуктор от приводного шагового двигателя, электрически шаговые двигатели через блоки управления, USB-разветвитель связаны с внешней ЭВМ, обработка внешней ЭВМ данных с датчиков горизонта - акселерометров осуществляется через малогабаритный, многофункциональный USB-модуль АЦП/ЦАП с функциями цифрового ввода-вывода.

Применение в качестве датчика угловой скорости волоконно-оптического гироскопа, установленного на поворотной платформе, через интерфейс RS-485 информационно связанного с внешней ЭВМ типа «ноутбук», позволяет:

- обеспечить простоту схемных решений и снизить себестоимость изделия;

- упростить кинематическую схему гирокомпаса;

- высокопроизводительно производить обработку поступающей информации;

- достигнуть достаточной точности определяемых параметров без усложнения конструкции.

Осуществление горизонтирования волоконно-оптического гироскопа посредством линейных шаговых микродвигателей, механически связанных с платформами типа карданов подвес, позволяет:

- значительно упростить классическую схему и, соответственно, конструкцию гирокомпаса;

- снизить затраты на его разработку и изготовление.

Осуществление вращения отгоризонтированного датчика угловой скорости вокруг своей оси до угловой фиксации оптическим прибором ориентира на местности через червячный редуктор от приводного шагового двигателя позволяет:

- обеспечить определение истинных азимутов ориентирных направлений в диапазоне широт ±70°;

- исключить наличие высоких скоростей и обеспечить энергетический и информационный обмен между аппаратными средствами, размещенными на неподвижных и вращающихся частях гирокомпаса без применения контактных токосъемных устройств.

Обеспечение электрической связи шаговых двигателей через блоки управления, USB-разветвитель с внешней ЭВМ позволяет:

- своевременно выдавать управляющие сигналы на исполнительные устройства;

- программно организовать в штатном режиме работу гирокомпаса;

- исключить за счет программных средств погрешности в механических передачах.

Осуществление обработки внешней ЭВМ данных с датчиков горизонта - акселерометров через малогабаритный, многофункциональный USB-модуль АЦП/ЦАП с функциями цифрового ввода-вывода позволяет:

- обеспечить гибкие возможности задания количества опрашиваемых каналов, последовательности опроса каналов, поддиапазона на каждом канале;

- обеспечить программное управление разрешения АЦП;

- обеспечить возможность обновления программы через USB;

- получить малый габарит корпуса гирокомпаса.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана структурная схема гирокомпаса.

Гирокомпас содержит датчик угловой скорости, выполненный в виде волоконно-оптического гироскопа (ВОГ) 1, поворотную платформу (ПП) 2, внешнюю ЭВМ 3 типа «ноутбук», линейные шаговые микродвигатели (ЛШД) 4 и 5, механически связанные с платформами (П) 6 и 7 типа карданов подвес, выполненными с возможностью углового перемещения относительно друг друга в перпендикулярных относительно друг друга плоскостях вращения, оптический прибор (ОП) 8, жестко связанный с ПП 2, червячный редуктор (ЧР) 9 и связанный с ним приводной шаговый двигатель (ПШД) 10, которые установлены на неподвижном корпусе (К) 11. Электрически ЛШД 4 и 5, ПШД 10 через блоки управления (БУ) 12, 13 и 14, USB-разветвитель 15 связаны с внешней ЭВМ 3. С внешней ЭВМ 3 через малогабаритный, многофункциональный USB-модуль АЦП/ЦАП 16 связаны датчики горизонта - акселерометры (А) 17 и 18, установленные на П 6 и 7. ВОГ 1 через интерфейс RS-485 информационно связан с внешней ЭВМ 3.

Гирокомпас функционирует следующим образом. С помощью линейных шаговых двигателей (ЛШД) 4 и 5, обеспечивающих наклон платформ (П) 6 и 7, закрепленных в кардановом подвесе в двух плоскостях, внешняя управляющая ЭВМ 3, постоянно получая данные от акселерометров (А) 17 и 18 через высокоточное АЦП/ЦАП 16 по каналу USB о величине наклона платформ 4 и 5 относительно горизонтальной плоскости Земли, производит подачу сигналов на блоки управления (БУ) 12 и 13 шаговыми двигателями до момента пока наклон платформ относительно горизонтальной плоскости Земли не станет равным нулю. Затем управляющая ЭВМ 3 по каналу RS-485 в течение заданного времени производит постоянное измерение и фильтрацию скорости вращения Земли, получаемую от ВОГ 1, для компенсации погрешностей ВОГ 1 подав сигнал на блок управления (БУ) 14 приводным шаговым двигателем (ПШД) 10 разворота поворотной платформы (ПП) 2. После чего происходит ее разворот на 180°. В этом положении управляющая ЭВМ 3 по каналу RS-485 в течение заданного времени производит постоянное измерение и фильтрацию скорости вращения Земли получаемую от ВОГ 1. После завершения измерения управляющая ЭВМ 3 производит расчет и компенсацию азимута (направления на север). Истинное значение азимута получают вычитанием постоянной ошибки (корпусная погрешность). Корпусная погрешность рассчитывается один раз путем ориентирования оптического прибора (ОП) 8 на удаленный объект с известным азимутом и проведения режима ориентирования гирокомпаса. Разница между истинным значением и результатом, полученным в результате ориентирования, и есть корпусная поправка, которая постоянна в диапазоне от 0° до 360° и учитывается при всех измерениях. Измерение скорости вращения Земли в двух разных положениях путем разворота ВОГ 1, установленного на горизонтальное основание, позволяет повысить точность определения азимута путем взаимной компенсации долгосрочно нестабильных системных погрешностей ВОГ 1 (например, температурная зависимость).

Таким образом, в предлагаемом изобретении решена задача по достижению технического результата, заключающегося в создании с минимальными затратами измерительного прибора, предназначенного для использования в различных областях техники с целью измерения и контроля углового положения в инерциальном пространстве.

Гирокомпас, содержащий корпус, платформу, датчик угловой скорости в виде гироскопа, закрепленного на платформе, датчик горизонта, приводной двигатель, систему управления гирокомпаса, отличающийся тем, что в качестве датчика угловой скорости применяется волоконно-оптический гироскоп, установленный на поворотной платформе и через интерфейс RS-485 информационно связанный с внешней ЭВМ типа «ноутбук», горизонтирование платформы с волоконно-оптическим гироскопом осуществляется посредством линейных шаговых микродвигателей, механически связанных с платформами типа карданов подвес и выполненных с возможностью углового перемещения относительно друг друга в перпендикулярных относительно друг друга плоскостях вращения, вращение отгоризонтированного датчика угловой скорости вокруг своей оси до угловой фиксации оптическим прибором ориентира на местности осуществляется через червячный редуктор от приводного шагового двигателя, электрически шаговые двигатели через блоки управления, USB-разветвитель связаны с внешней ЭВМ, обработка внешней ЭВМ данных с датчиков горизонта - акселерометров - осуществляется через малогабаритный, многофункциональный USB-модуль АЦП/ЦАП с функциями цифрового ввода-вывода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для торможения и фиксации вращающейся части механизма в произвольном угловом положении с заданным моментом.

Изобретение относится к области приборостроения - лазерным датчикам угловой скорости, применяемым в навигационных системах, и может быть использовано в волоконно-оптических гироскопах на основе эффекта Саньяка.

Изобретение относится к гироскопическим устройствам. Может быть преимущественно использовано для исследования поверхностных явлений смачивания и растекания при нагреве в вакууме и инертной или активной газовых средах. Самогоризонтируемое устройство включает корпус 1, выполненный из керамики, молибдена или стали, в верхней части которого установлен промежуточный элемент 2, выполненный из такого же материала, что и корпус 1 или отличающийся от него, закрепленный двумя стержнями 3 к стенке корпуса 1, самогоризонтируемый столик 4, выполненный из такого же материала, что и корпус 1 или отличающийся от него, в нижней части которого расположен массивный груз 5, который может быть выполнен съемным и соединяться через соединительный стержень 6; самогоризонтируемый столик 4 закреплен двумя стержнями 7 в промежуточном элементе 2, причем стержни 3 и 7 расположены взаимно - перпендикулярно друг другу.

Изобретение относится к вибрационным гироскопам. Гироскопическая система производит измерения при помощи вибрационного гироскопа, который вибрирует в первом положении вибрации и передает сигнал измерений.

Изобретение относится к вибрационным датчикам гироскопического типа. Резонатор (3)датчика содержит корпус из материала на основе кремния с по меньшей мере одной резонансной частью (Z), имеющей по меньшей мере один участок, покрытый электропроводящим слоем, и по меньшей мере один участок, не покрытый проводящим слоем.

Изобретение может быть использовано при производстве навигационных приборов. Способ балансировки металлического зубчатого резонатора волнового твердотельного гироскопа заключается в том, что измеряют параметры неуравновешенной массы, рассчитывают массу, подлежащую удалению с каждого балансировочного зубца, и удаляют неуравновешенную массу с поверхности балансировочных зубцов путем электрохимического растворения, при этом каждый зубец погружают в отдельную ванну с электролитом и через поверхность каждого зубца пропускают заранее рассчитанный электрический заряд, величину которого регулируют временем пропускания постоянного тока.

Изобретение относится к твердотельным волновым гироскопам (ТВГ), которые используются для определения угловых перемещений в составе блоков навигационных устройств наземной и авиационно-космической техники.

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано в различных устройствах ориентации подвижных объектов, в частности при производстве надежных малогабаритных гироскопов-акселерометров для приборов подземной навигации - инклинометров.

Изобретение относится к твердотельным волновым гироскопам (ТВГ), которые используются для определения угловых перемещений в составе блоков навигационных устройств наземной, морской, авиационной и космической техники.

Изобретение относится к гироскопическим системам, которые основаны на использовании вибрационных гироскопов. В гироскопической системе, содержащей по меньшей мере четыре вибрационных гироскопа, первое измерение обеспечивается вибрационным гироскопом, подлежащим калибровке, и второе измерение обеспечивается комбинацией измерений из других вибрационных гироскопов системы.

Изобретение относится к приборостроению и представляет собой способ уменьшения магнитного дрейфа зеемановских лазерных гироскопов, вызванного термоЭДС на границах материалов магнитного экрана и корпуса. Способ заключается в том, что перед креплением магнитного экрана к корпусу гироскопа на элементы крепления и по крайней мере в местах соприкосновения магнитного экрана и корпуса, на корпус и/или магнитный экран наносят пленку из парилена толщиной 7…10 мкм. Техническим результатом является изоляция друг от друга корпуса и магнитного экрана, предотвращение возникновения термоЭДС и уменьшение магнитного дрейфа гироскопа. 4 ил.

Изобретение относится к передаче данных телеизмерений через воздушный зазор. Технический результат заключается в уменьшении потребляемой мощности и сокращении длительности формируемых сигналов. В способе в качестве сигнала возбуждения индуктивно связанных контуров используют короткие импульсы, например, положительной полярности, получаемые в результате дифференцирования исходных кодовых посылок данных. В устройстве на вращающейся части включены повторитель, дифференцирующая цепь, ограничитель, например, отрицательных импульсов, формирователь, первичный контур индуктивно связанных контуров и их вторичный контур на неподвижной части. Вход повторителя является входом устройства, а его выход через дифференцирующую цепь и ограничитель подключен к входу формирователя, выход которого подключен к первичному контуру индуктивно связанных контуров, выход вторичного контура которых является выходом устройства. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области управления рабочим орудием, присоединенным к корпусу машины, в частности к оценке ориентации и смещения рабочего орудия бульдозера относительно корпуса машины. Техническим результатом является повышение надежности и точности определения ориентации и смещения отвала бульдозера. Предложен метод для оценки ориентации из множества ориентаций управляемого рабочего орудия, присоединенного к корпусу машины, включающий следующие шаги: получение значения ускорения корпуса машины от акселерометра, установленного на корпусе машины; получение значения ускорения рабочего орудия от акселерометра, установленного на рабочем орудии; расчет оценки первого вектора состояния, соответствующего первому моменту времени из множества моментов времени, причем: оценка первого вектора состояния основана, по меньшей мере, на значении ускорения корпуса машины и значении ускорения рабочего орудия; и оценка первого вектора состояния включает векторное представление первой ориентации рабочего орудия относительно корпуса машины. Предложены также аппаратура для оценки ориентации рабочего оборудования и компьютерный программоноситель для осуществления указанного способа. 3 н. и 39 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к вибрационному инерциальному датчику угловой скорости, такому как гирометр или гироскоп, и к способу балансировки этого датчика. Вибрационный инерциальный датчик угловой скорости типа МЭМС содержит опору для, по меньшей мере, двух масс, которые установлены с возможностью перемещения по отношению к опоре, и, по меньшей мере, один электростатический привод и, по меньшей мере, один электростатический детектор, которые предназначены соответственно для выработки и обнаружения колебания масс, при этом массы подвешены в рамке, которая присоединена с помощью средства подвешивания к опоре так, что массы и рамка имеют три степени свободы в плоскости относительно опоры. Технический результат - повышение точности балансировки датчика. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к системам регулирования температуры и может быть использовано в инерциальных микромеханических навигационных системах на основе датчиков ускорения и угловой скорости. Блок стабилизации температуры инерциальной навигационной системы содержит микромеханическую инерциальную навигационную систему, электровентилятор, электронагреватель блока стабилизации температуры теплоносителя, датчик температуры, автоматический регулятор температуры. Датчик температуры и осушитель воздуха помещены в герметичном кожухе, содержащем минимальный объем воздуха, который через переходную плиту жестко связан с негерметичным кожухом, оснащенным радиатором, и который в свою очередь соединен с шаговым двигателем калибровки, размещенным на корпусе самодвижущейся платформы робототехнического комплекса. Электронагреватель блока стабилизации температуры теплоносителя и электровентилятор установлены внутри негерметичного кожуха. Автоматический регулятор температуры выполнен в виде блока управления, который включает в себя микроконтроллер, выполняющий программу стабилизации температуры и управляющий работой подсистем калибровки и стабилизации температуры. Технический результат - повышение точности навигационных определений. 2 ил.

Изобретение относится к микромеханическим датчикам скорости вращения, в которых используется эффект Кориолиса, в частности к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа. Способ настройки фазы опорного сигнала демодулятора выходного тракта микромеханического гироскопа заключается в измерении выходного сигнала при изменении фазы опорного сигнала и последующем анализе получаемой зависимости, при этом последовательно задают первое и второе значения угловой скорости по оси чувствительности микромеханического гироскопа, находят зависимости выходного сигнала от фазы для двух значений задаваемых угловых скоростей, определяют первое (φ1) и второе (φ2) значения фазы, соответствующие точкам пересечения найденных зависимостей выходного сигнала от фазы, и выбирают фазу опорного сигнала, равную величине 0,5(φ1+φ2). Технический результат изобретения - повышение точности ММГ. 5 ил.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве электростатических гироскопов. Способ изготовления ротора электростатического гироскопа содержит этапы, на которых: формируют из сплошной заготовки сферическую поверхность ротора, выполняют вдоль его диаметральной оси сквозное цилиндрическое отверстие, выполняют финишную обработку поверхности ротора, устанавливают ротор в корпусе гироскопа, выполняют обезгаживание ротора в корпусе, при этом вдоль диаметральной оси ротора, перпендикулярной к оси сквозного цилиндрического отверстия, выполняют второе сквозное цилиндрическое отверстие. Технический результат - повышение точности электростатического гироскопа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к следящим системам (СС) с гироскопическим приводом в качестве исполнительного механизма (ИМ). Технический результат - обеспечение устойчивой работы СС. Для этого дополнительно измеряют сигнал угловой скорости колебаний продольной оси корпуса исполнительного механизма, отображающий ее координаты в системе координат, связанной с корпусом, с помощью датчика угловой скорости колебаний продольной оси корпуса (ДУСк), формируют сигналы, отображающие вращающуюся систему координат ротора (ВСКр) на основе сигналов датчика вращения ротора относительно корпуса (ДВРк) и датчика вращения корпуса (ДВК), преобразуют сигнал датчика угла пеленга (ДУП) из ВСКр в неподвижную систему координат ротора (НСКр), а сигнал ДУСк - в неподвижную систему координат корпуса НСКк. Затем дифференцируют преобразованный сигнал ДУП, вычитают из него преобразованный сигнал ДУСк, а полученную разность сигналов преобразуют в дополнительный сигнал управления, отображающий координаты угловой скорости ротора на выходе звена нутаций на частоте сигнала управления угловым положением визирной оси головки самонаведения, и формируют отрицательную обратную связь между выходом и входом звена нутаций, вычитая ее из сигнала управления угловым положением визирной оси головки самонаведения. 2 з.п. ф-лы
Наверх