электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора
Классы МПК: | G01C19/24 с использованием магнитного или электростатического поля |
Автор(ы): | Анфиногенов А.С., Гусинский В.З., Парфенов О.И., Сумароков В.В. |
Патентообладатель(и): | Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-07-01 публикация патента:
10.02.1998 |
Использование: в области гироскопической техники. Сущность изобретения: повышение точности и надежности работы электростатического гироскопа (ЭСГ) с оптоэлектронной системой съема угловой информации достигается устранением неопределенности в системе съема угловой информации путем выработки сигналов опорного (грубого) отсчета оптоэлектронными средствами. Для этого расстояния между контрастными линиями на роторе гироскопа делаются разной ширины, а каждый измеритель сдвига фаз состоит из двух блоков фазовой автоподстройки, двух ждущих мульвибраторов, двух логических схем И, счетчика, двух счетчиков с начальной установкой, двух преобразователей фаза-код и триггера. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, содержащий ротор, блок подвеса гироскопа, блок раскрутки гироскопа, три пары оптических датчиков, расположенных в корпусе гироскопа по осям прямоугольной системы координат, выходы которых подключены к входам соответствующих трех измерителей сдвига фаз, отличающийся тем, что на роторе нанесен рисунок из 16 полос, наклоненных к экватору, ширина 14 полос равна ширине промежутка между полосами и только один из промежутков сужен по сравнению с остальными за счет увеличения ширины прилегающих к нему полос, кроме того, каждый измеритель сдвига фаз состоит из двух блоков фазовой автоподстройки, двух ждущих мультивибраторов, двух логических схем И, счетчика, двух счетчиков с начальной установкой, двух преобразователей фаза - код и триггера, причем в первом измерителе сдвига фаз вход первого блока фазовой автоподстройки подключен к одному оптическому датчику и входам первого ждущего мультивибратора и первой схемы И, а выход подключен к опорному входу первого преобразователя фаза код и через счетчик к входу первого преобразователя фаза код, счетному входу первого счетчика с начальной установкой и входу обратной связи первого блока фазовой автоподстройки, вход второго блока фазовой автоподстройки подключен к другому оптическому датчику и входам второго ждущего мультивибратора и второй схемы И, а выход соединен с другим входом первого преобразователя фаза код, опорным входом второго преобразователя фаза код и со счетным входом второго счетчика с начальной установкой, входы начальной установки обоих счетчиков соединены с выходами соответствующих схем И, а выходы подключены к входам второго преобразователя фаза код, выход первого счетчика с начальной установкой соединен с D-входом триггера и счетным входом триггера в третьем измерителе сдвига фаз, счетный вход триггера подключен к выходу первого счетчика с начальной установкой второго измерителя сдвига фаз, у которого счетный вход триггера подключен к выходу первого счетчика с начальной установкой третьего измерителя сдвига фаз.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области гироскопической техники. Известно, что в бескарданных инерциальных навигационных системах (БИНС) корпус бесконтактного гироскопа установлен непосредственно на объекте и может принимать любое угловое положение в диапазоне 0-360o, которое измеряется системой съема угловой информации (ССУИ). Известны БИНС, в ССУИ которых используется оптический метод съема информации [1]. Сферический ротор такой БИНС имеет на поверхности контрастный (в смысле светового отражения)рисунок, а ССУИ содержит три пары фотодатчиков, расположенных по осям координатной системы xyz, и электронную схему для обработки сигналов датчиков. В данной БИНС используется ССУИ с время-импульсной модуляцией светового потока. Однако реализация таких ССУИ затруднена сложностью устранения погрешностей, вызванных нестабильностью скорости вращения ротора. Наиболее близким к предлагаемому является электростатический гироскоп (ЭСГ) [2] , в котором в ССУИ применена фазо-импульсная модуляция светового потока, позволяющая исключить влияние нестабильности вращения ротора на точность системы списывания углового положения оси ротора. Для этого на поверхность ротора нанесен рисунок, состоящий из непересекающихся поглощающих линий, являющихся дугами большого круга. Линии имеют одинаковую толщину по всей длине и нанесены от 50o северной параллели до 50o южной параллели. Дуги каждой линии пересекаются с экватором под углом 60o, имеют одинаковую ширину и расстояние между соседними линиями одинаково по всей поверхности ротора. ССУИ с фазо-импульсной модуляцией содержит три идентичных пары оптических датчиков, образующих прямоугольную систему координат. Каждый датчик состоит из последовательно соединенных фотоумножителя и осциллятора, два выхода каждой пары оптических датчиков соединены с двумя входами соответствующего измерителя сдвига фаз (ИСФ), выход которого подключен для обработки информации к ЭВМ. При вращении ротора оптические датчики выдают серию импульсов определенной частоты и фазы. Разность фаз между импульсами каждой пары оптических датчиков является функцией широтного угла и не зависит от скорости вращения ротора. Для увеличения точности работы гироскопа за один оборот ротора количество нанесенных на него оптических линий должно быть как можно больше. Недостаток известного устройства заключается в том, что при числе оптических линий больше двух появляется неоднозначность информации,т.к. при последовательном наклоне ротора от 0 до 50o разность фаз пары датчиков неоднократно повторяет свои значения и не ясно, в каком углу работает гироскоп. Это может привести к потере правильности снятого угла при включениях питания, кратковременном его пропадании или при единичных сбоях компьютера. Для исключения неоднозначности необходимо усложнять ССУИ, используя дополнительные грубые каналы отсчета. При этом параллельно с оптическим считыванием информации работает система, считывающая информацию, вызываемую дебалансом ротора. Данные системы по сложности аналогичны оптической ССУИ,что снижает в целом надежность ЭСГ. Кроме того, сознательное внесение дебаланса в ротор ухудшает его свойства как гироскопа и падает точность работы. Также возникают проблемы, связанные со стыковкой точных и грубых отсчетов, созданных датчиками разной физической природы. При этом имеет место несовпадение их информации при снятии амплитудной характеристики, что вносит опять неоднозначность отсчетов при некоторых углах оси ротора. Техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности работы электростатического гироскопа с оптоэлектрической системой съема угловой информации. Это достигается устранением неопределенности в ССУИ путем выработки сигналов опорного (грубого) отсчета оптоэлектронными средствами. Для этого в ЭСГ с оптическим считыванием положения оси ротора, содержащий ротор с нанесенным на него рисунком из 16 полос, наклоненных к экватору, блок подвеса гироскопа, блок раскрутки гироскопа, три пары оптических датчиков, расположенных в корпусе гироскопа по осям прямоугольной системы координат, выходы которых подключены к входам соответствующих трех измерителей сдвига фаз (ИСФ), форма полос на рисунке ротора выполнена так, что ширина 14-ти полос рисунка равна ширине промежутка между полосами и только один из промежутков сужен па сравнению с остальными за счет увеличения ширины прилегающих к нему полос, кроме того, в первом ИСФ вход первого блока фазовой автоподстройки (ФАПЧ) подключен к одному оптическому датчику и к входам первого ждущего мультивибратора и первой схемы И, и выход подключен к опорному входу первого преобразователя фаза-код (ПФК), и через счетчик - к входу первого ПФК, к счетному входу первого счетчика с начальной установкой и к входу обратной связи первого ФАПЧ, вход второго ФАПЧ подключен к другому оптическому датчику и к входам второго ждущего мультивибратора и второй схемы И, а выход соединен с другим входом первого ПФК, с опорным входом второго ПФК и со счетным входом второго счетчика с начальной установкой, входы начальной установки обоих счетчиков соединены с выходами соответствующих схем И,а выходы подключены к входам второго ПФК, выход первого счетчика с начальной установкой соединен с Д-входом триггера и со счетным входом триггера в третьем ИСФ, счетный вход триггера подключен к выходу первого счетчика с начальной установкой второго ИСФ, у которого счетный вход триггера подключен к выходу первого счетчика с начальной установкою третьего ИСФ. На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства ЭСГ с оптическим считыванием положения оси ротора;на фиг.2 - проекция на плоскость нанесенного на роторе рисунка. Устройство состоит из ротора 1 с нанесенным на него конкретным рисунком 2, блока 3 подвеса гироскопа, блока 4 раскрутки ротора, трех пар оптических датчиков 5-6,7-8, и 9-10 и трех измерителей 11,12 и 13 сдвига фаз. Каждый из измерителей 11,12 и 13 состоит из аналогичных узлов, показанных на фиг.1 для измерителя 11, а именно блоков фазовой автоподстройки (ФАПЧ) 14 и 15 ; ждущих мультивибраторов 16 и 17 логических схем И 18 и 19, счетчика 20, счетчиков с начальной установкой 21 и 22, преобразователей фаза-код (ПФК)23 и 24, триггера 25. На роторе 1 нанесен рисунок 2, состоящий из п = 16 полос, которые наклонены к экватору, лежащему в плоскости ХОУ, под углом![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104007/946.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104005/177.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/945.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/945.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/945.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/183.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/183.gif)
214
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/183.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/945.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/945.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104491/2104491-2t.gif)
где
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104143/981.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104007/946.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104491/2104491-3t.gif)
при
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104007/946.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104016/916.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104143/981.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104005/177.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104016/916.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104143/981.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104040/8773.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104005/177.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104491/2104491-4t.gif)
При увеличении угла
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/945.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/945.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/945.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104491/2104491-5t.gif)
Поэтому необходимо определять нахождение угла
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/945.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104491/2104491-6t.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104491/2104491-7t.gif)
при
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104007/946.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104016/916.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104143/981.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104005/177.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/945.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/945.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/945.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/945.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/945.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/945.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/945.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104113/920.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104113/920.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104113/920.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104113/920.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104010/945.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104113/920.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104113/920.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104113/920.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104113/920.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104113/920.gif)
![электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора, патент № 2104491](/images/patents/367/2104113/920.gif)
1. US, патент 3355953, кл. 74.5, 1967. 2. US, патент 3313161, кл. 74.5.6, 1967.4
Класс G01C19/24 с использованием магнитного или электростатического поля