автоматический гирокомпас
Классы МПК: | G01C19/38 осуществляющие поиск направления на север с помощью немагнитных средств, например гирокомпасы |
Автор(ы): | Болячинов М.Ю., Буров Д.А., Верзунов Е.И., Кокошкин Н.Н., Сдвижков А.И. |
Патентообладатель(и): | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно- исследовательский институт "Сигнал" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-01-28 публикация патента:
10.11.2003 |
Использование: при разработке и изготовлении гирокомпасов и курсоуказывающих устройств. Сущность: автоматический гирокомпас содержит гироблок, оптическое визирное устройство, установленное с возможностью вращения относительно гироблока, треногу с устройством горизонтирования, измерительно-вычислительное устройство, гироузел, установленный с возможностью вращения относительно гироблока, датчики наклона, гироскопический чувствительный элемент, имеющий одну или несколько измерительных осей, перпендикулярных оси вращения гироузла и связанных с измерительно-вычислительным устройством, датчики угла, датчик момента. Технический результат: уменьшение трудоемкости дополнительного операторского обслуживания, сокращение времени определения азимута заданного ориентирного направления в полевых условиях. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Автоматический гирокомпас, содержащий гироблок, оптическое визирное устройство, треногу с устройством горизонтирования, автономный источник питания, причем гироблок включает измерительно-вычислительное устройство, датчик угла, преобразователь угол - код, причем выход датчика угла связан с преобразователем угол - код, выход которого связан с измерительно-вычислительным устройством, датчик момента, вход которого связан с измерительно-вычислительным устройством, гироузел, датчики наклона, а гироузел установлен с возможностью вращения относительно гироблока и содержит гироскопический чувствительный элемент, имеющий одну или несколько измерительных осей, связанных с измерительно-вычислительным устройством, причем измерительные оси гироскопического чувствительного элемента перпендикулярны оси вращения гироузла, датчик момента установлен по оси вращения гироузла, гироузел механически связан со статором (или ротором) датчика угла, отличающийся тем, что гироблок содержит второй датчик угла, установленный по оси вращения гироузла, оптическое визирное устройство механически связано со статором (или ротором) второго датчика угла, выход которого связан с преобразователем угол - код, соответственно роторы (или статоры) обоих датчиков угла механически связаны с гироблоком. 2. Автоматический гирокомпас по п. 1, отличающийся тем, что выходы датчиков наклонов соединены с измерительно-вычислительным устройством. 3. Автоматический гирокомпас по п. 1 или 2, отличающийся тем, что измерительно-вычислительное устройство содержит цифроаналоговый преобразователь, интерфейс, микроЭВМ. 4. Автоматический гирокомпас по п. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что в качестве гироскопического чувствительного элемента используется динамически настраиваемый гироскоп (ДНГ) с датчиками угла и датчиками момента, образующих две измерительные оси, гироузел содержит усилительное устройство, входы которого подключены к датчикам угла, выходы - к датчикам момента ДНГ.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области измерительной техники, преимущественно гироскопической и может быть использовано при разработке и изготовлении гирокомпасов и курсоуказывающих устройств. Известны наземные гирокомпасы (ГК) разных типов [1], применяемые для автономного определения азимутов направлений на неподвижном основании, недостатком которых является повышенная масса и габариты, повышенное время определения азимута. Среди наземных ГК умеренной точности известны наземные ГК, выполненные по схеме датчика угловой скорости (ДУС) [1], измеряющего проекцию угловой скорости вращения Земли на ось чувствительности прибора, свободные от недостатков, указанных выше, но обладающие недостаточной точностью. Известны наземные ГК, выполненные по схеме ДУС [2, 3], в которых для повышения точности и сокращения времени определения угла курса используются ДУС, выполненные на гироскопических чувствительных элементах с вертикальной ориентацией вектора кинетического момента. В качестве гироскопических чувствительных элементов в указанных наземных ГК применяются динамически настраиваемые гироскопы (ДНГ), для наиболее полного использования возможностей которых в указанной ориентации их измерительных осей применяются специальные методики определения угла курса [3]. Недостатком схем известных наземных ГК с вертикальной ориентацией вектора кинетического момента гироскопического чувствительного элемента является повышенная трудоемкость операторского обслуживания, повышенное время определения азимутов в полевых условиях, связанные с отсутствием возможности автоматического ввода и обработки угла заданного ориентирного направления в измерительно-вычислительные устройства ГК. В качестве прототипа изобретения принят наземный ГК, построенный по схеме ДУС и описанный в статье [3]. Изобретение направлено на уменьшение трудоемкости дополнительного операторского обслуживания, сокращение времени определения азимута заданного ориентирного направления. Это достигается тем, что в известном наземном ГК, содержащем гироблок, оптическое визирное устройство, треногу с устройством горизонтирования, автономный источник питания, причем гироблок включает измерительно-вычислительное устройство, датчик угла, преобразователь угол-код, причем выход датчика угла связан с преобразователем угол-код, выход которого связан с измерительно-вычислительным устройством, датчик момента, вход которого связан с измерительно-вычислительным устройством, гироузел, датчики наклона, а гироузел установлен с возможностью вращения относительно гироблока и содержит гироскопический чувствительный элемент, имеющий одну или несколько измерительных осей, связанных с измерительно-вычислительным устройством, причем измерительные оси гироскопического чувствительного элемента перпендикулярны оси вращения гироузла, датчик момента установлен по оси вращения гироузла, гироузел механически связан со статором (или ротором) датчика угла, гироблок содержит второй датчик угла, установленный по оси вращения гироузла, гироузел механически связан со статором (или ротором) второго датчика угла, выход которого связан с преобразователем угол-код, соответственно роторы (или статоры) обоих датчиков угла механически связаны с гироблоком. В частной реализации выходы датчиков наклонов могут быть соединены с измерительно-вычислительным устройством. В частной реализации измерительно-вычислительное устройство может содержать цифроаналоговый преобразователь, интерфейс, микроЭВМ. В частной реализации в качестве гироскопического чувствительного элемента может использоваться динамически настраиваемый гироскоп (ДНГ) с датчиками угла и датчиками момента, образующими две измерительные оси, а гироузел может содержать усилительное устройство, входы которого подключены к датчикам угла, выходы - к датчикам момента ДНГ. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых соответственно приведены схема автоматического гирокомпаса (фиг.1) и схема частной реализации измерительно-вычислительного устройства (фиг.2). Предлагаемый автоматический гирокомпас (см. фиг.1) содержит гироблок 1, оптическое визирное устройство 2, треногу 3 с устройством горизонтирования 4, автономный источник питания 5. Гироблок 1 включает измерительно-вычислительное устройство 6, гироузел 7, датчики наклона 8, гироскопический чувствительный элемент 9 с измерительными осями 10. Гироузел 7 установлен с возможностью вращения относительно гироблока 1. Измерительные оси 10 гироскопического чувствительного элемента 9 перпендикулярны оси вращения гироузла 7 и подключены к измерительно-вычислительному устройству 6. При подготовке гирокомпаса к работе к гироблоку 1 подключается автономный источник питания 5, с помощью которого осуществляется питание гирокомпаса, сам гироблок 1 фиксируется с помощью треноги 3 на поверхности Земли. Датчики наклонов 8 используются для горизонтирования гироблока 1 с помощью устройства горизонтирования 4. В частной реализации сигналы с датчиков наклонов 8 могут также использоваться для выработки поправки к определяемому углу азимута, так как это осуществляется в схемах известных наземных ГК [2, 3]. В последнем случае информация с выходов датчиков наклонов 8 может поступать на входы измерительно-вычислительного устройства 6, в котором по измеренным сигналам с датчиков наклонов 8 может рассчитываться поправка к определяемому углу азимута. Для уменьшения ошибки определения азимута ГК обеспечивается параллельность осей чувствительности датчиков наклонов 8 плоскости, содержащей измерительные оси 10 гироскопического чувствительного элемента 9. Для удобства эксплуатации и обеспечения точности ввода заданного ориентирного направления в предлагаемом автоматическом ГК ось вращения оптического визирного устройства 2 располагается параллельно либо совмещается с осью вращения гироузла 7. В частной реализации в качестве гироскопического чувствительного элемента 9 в предлагаемом ГК может применяться динамически настраиваемый гироскоп, имеющий две ортогональные измерительные оси 10, образованные каждая соответствующим датчиком угла 11 и датчиком момента 12 (см. фиг.1). В частной реализации для обеспечения работы ДНГ в режиме ДУС по двум измерительным осям 10 гироузел 7 дополнительно может содержать усилительное устройство 13, на входы которого поступают сигналы с выходов датчиков углов 11 ДНГ 9, и после усиления с соответствующих выходов - на датчики момента 12 ДНГ 9, замыкая цепи обратной связи гироскопического чувствительного элемента. При работе ГК после горизонтирования гироблока 1 с помощью устройства горизонтирования 4 на соответствующих выходах усилительного устройства 13 вырабатываются сигналы, пропорциональные проекциям горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли на измерительные оси 10 ДНГ 9:Uyгi = U
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215013/8226.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215145/981.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215013/8226.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215006/945.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215013/8226.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215145/981.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215013/8226.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215006/945.gif)
где U - угловая скорость вращения Земли;
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215145/981.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215006/945.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215006/945.gif)
или с использованием более сложных алгоритмов [3], например,:
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215006/945.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215006/945.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215013/8226.gif)
где Uх г0, Uу г0, Uх г90, Uх г180, Uy г180 - сигналы с измерительных осей 10 ДНГ 9 в исходном положении гироузла 7 и положениях, развернутых относительно исходного соответственно на 90o и 180o. Алгоритмы (2, 3) обеспечивают более точное определение азимута и предполагают двух-, трех- или многопозиционный режимы работы гироскопического чувствительного элемента 9. При реализации алгоритмов (2, 3) в известном [3] и предлагаемом ГК для управления угловым положением гироузла 7 используется информация датчика угла 14, установленного по оси гироузла. С выхода преобразователя угол-код 15 информация с датчика угла 14 поступает в измерительно-вычислительное устройство 6, с выхода которого сигнал разворота поступает на датчик момента 16. После горизонтирования гироблока 1, оптическое визирное устройство 2 разворачивают в направлении на ориентир. Для сокращения времени определения азимута в предлагаемом ГК реализуется возможность совмещения во времени операций по выверке заданного ориентирного направления (наведения оптического визирного устройства 2 на ориентир) и непосредственно измерения азимута заданного ориентирного направления (связанного с реализацией алгоритмов (2, 3) путем разворотов гироузла 7 и вместе с ним гироскопического чувствительного элемента 9 на заданные углы
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215006/945.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215006/946.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215070/920.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215070/920.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215070/920.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215070/920.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215070/920.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215070/920.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215006/945.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215070/920.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215195/968.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215070/920.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215195/968.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215070/920.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215006/946.gif)
По величинам
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215006/945.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215195/968.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215006/945.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215006/945.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215195/968.gif)
В частной реализации измерительно-вычислительное устройство 6 предлагаемого ГК может содержать (см. фиг.2) цифроаналоговый преобразователь 18, интерфейс 19, микроЭВМ 20 и работает следующим образом. Аналоговые сигналы Uу гi, Uх гi с выходов измерительных осей 10 гироскопического чувствительного элемента 9 поступают в цифроаналоговый преобразователь 18, в котором преобразуются в цифровую форму и через интерфейс 19 по запросу поступают в микроЭВМ 20. Цифровые сигналы
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215006/946.gif)
![автоматический гирокомпас, патент № 2215993](/images/patents/253/2215070/920.gif)
1. Воронков Н.Н., Кугырев В.В., Ашимов Н.М. Гироскопическое ориентирование. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1980. 2. Попов Г.В., Наумов А.А., Сорокин А.И. Исследование возможности построения наземного гирокомпаса на ДНГ по схеме ДУС // IV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Сб. докл. - 1997, с.200-208. 3. Шестов С.А., Мокрышев С.В. Развитие наземных гирокомпасов, построенных на основе гиротахометров // Гироскопия и навигация, 2000, 1, с.95-112.
Класс G01C19/38 осуществляющие поиск направления на север с помощью немагнитных средств, например гирокомпасы