DE3448045A1 - Rate-of-rotation measuring device with measuring element damping - Google Patents
Rate-of-rotation measuring device with measuring element dampingInfo
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Abstract
Description
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER- TTTEF - TTF-GOS-DIVTER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER- TTTEF - TTF-GOS-DIV
Drehratenmeßvorrichtung mit MeßelementdämpfungYaw rate measuring device with measuring element damping
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drehratenmessung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for measuring rotation rates according to the preamble of claim 1.
Das Prinzip des sogenannten trockenen Kreisels ist bekannt: Das empfindliche Element, der Rotor, wird durch eine Achse angetrieben und ist derart an dieser Achse befestigt, daß er wie ein freier Kreisel wirkt. Das Prinzip der meisten bekannten Konstruktionen trockener Kreisel beruht darauf, daß der Rotor durch dynamische Abstimmung von der Antriebsachse entkoppelt wird. Bekannt ist auch die Entkopplung durch magnetische Felder oder mechanische Gegenfedern. Bei der Drehrate bleibt dann der Rotor stehen und es baut sich ein Neigungswinkel zwischen Rotor und Kreiselgehäuse auf, dessen Signal über einem Abgriff erfaßt wird. Bei den sogenannten Plattformanwendungen dient dieses Abgriffsignal zur Stabilisierung eines mechanischen Rahmensystems. Der Torquer des trockenen Kreisels, bestehend aus wenigstens einem Torquermagneten auf dem Rotor und gehäusefesten Spulen dient bei dieser Anwendung als Führungssystem für die zu stabilisierende Plattform, beispielsweise zum Horizontieren.The principle of the so-called dry gyro is known: The sensitive element, the rotor, is through an axle is driven and is attached to this axle in such a way that it acts like a free gyroscope. That The principle of most known constructions of dry gyroscopes is based on the fact that the rotor is driven by dynamic Tuning is decoupled from the drive axle. Decoupling by magnetic fields is also known or mechanical counter springs. The rotor then stops at the rate of rotation and an angle of inclination is built up between the rotor and the gyro housing, the signal of which is detected via a tap. With the so-called This tap signal is used for platform applications to stabilize a mechanical frame system. The torquer of the dry top, consisting of at least one torque magnet on the rotor and fixed to the housing In this application, the coil serves as a guide system for the platform to be stabilized, for example for leveling.
Bei den sogenannten Strapdown-Anwendungen wird das Abgriffsignal über einen Regler so auf den Torquer geschaltet, daß die Rotorauslenkung möglichst klein wird. Der Torquerstrom ist dann proportional zur Drehrate und bildet das Meßsignal.In the so-called strapdown applications, the tap signal is Switched to the torque via a controller in such a way that the rotor deflection is as small as possible. The torque cross current is then proportional to the rate of rotation and forms the measurement signal.
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TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER LITEF - LTF-0G5-DIV.TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER LITEF - LTF-0G5-DIV.
In beiden genannten Fällen müssen je nach Genauigkeitsanforderungen die Störmomente möglichst klein gehalten werden. Störmomente treten auf beispielsweise durch Reibung (z.B. durch Gas) und durch die unvermeidliche Dämpfung (z.B. durch das Federmaterial oder durch eine elektromagnetische Dämpfung) des Rotors, die bei Verstimmung des Nullpunkts des Rotorabgriffs über eine Zeitkonstante zu einer Drift D führt:In both cases mentioned, the disturbing torques must be kept as small as possible, depending on the accuracy requirements will. Interfering torques occur, for example, due to friction (e.g. due to gas) and due to the unavoidable damping (e.g. by the spring material or by electromagnetic damping) of the rotor, which in the event of detuning of the zero point of the rotor tap leads to a drift D over a time constant:
D = i · <* (1)D = i <* (1)
l/l /
(D: Drift des Kreisels;«?' : Zeitkonstante des Kreisels; oc : Auslenkwinkel des Rotors)(D: drift of the gyro; «? ': Time constant of the gyro; oc : deflection angle of the rotor)
Typische Zeitkonstanten von trockenen Kreiseln liegen zwischen 5 und 50 Sekunden.Typical time constants for dry gyroscopes are between 5 and 50 seconds.
Trockene Kreisel mit inertialer Genauigkeit verlangen eine relativ hohe Fertigungsgenauigkeit und einenDry gyroscopes with inertial accuracy require a relatively high level of manufacturing accuracy and a
*< 20 hohen Aufwand an Mechanik und Elektronik im Bereich der Nachstellung und Regelung. Es gibt jedoch einen relativ hohen Bedarf an Kreiselanwendungen, bei denen eine verringerte Genauigkeit ausreichend ist. In vielen dieser Anwendungsbereiche konnte sich die erläuterte Gattung von Kreiseln aus Kostengründen nicht oder nur teilweise durchsetzen. * < 20 high expenditure on mechanics and electronics in the area of readjustment and control. However, there is a relatively high demand for gyroscopic applications in which reduced accuracy is sufficient. In many of these areas of application, the explained type of gyroscope could not or only partially prevail for reasons of cost.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Drehratenmessung mittels eines Kreisels zu schaffen, die sich für einen weiten Anwendungsbereich eignet, jedoch bei deutlich geringerem Aufwand an Mechanik und Elektronik wesentlich preisgünstiger herstellen läßt.The invention is therefore based on the object of providing a device for measuring the rotation rate by means of a gyroscope create that is suitable for a wide range of applications, but with significantly less mechanical effort and electronics can be produced much cheaper.
Die Erfindung ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Drehratenmessung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.The invention is in a device of the type mentioned for rotation rate measurement by the in the characteristic of claim 1 specified features characterized.
TER MEER ■ MÖLLER ■ STEINMEISTER UI^Ef- LTF-ÜQ5-DIV TER SEA ■ MÖLLER ■ STEINMEISTER UI ^ Ef- LTF-ÜQ5- DIV
- " 3Ü8045 \ - "3Ü8045 \
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen angegeben und außerdem in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert. Advantageous further developments of the inventive concept are specified in the subclaims and also explained in the following description of exemplary embodiments.
Der Grundgedanke der Erfindung geht dahin, einen bekannten trockenen Kreisel zu einem zweiachsigen Wendekreisel, der auch als "trockener Wendekreisel" bezeichnet werden könnte, umzukonstruieren und dadurch die Mechanik und die Elektronik des Kreisels so zu vereinfachen, daß ein zum herkömmlichen Wendekreisel in Funktion und Meßgenauigkeit vergleichbares Instrument entsteht, das jedoch alle Vorteile eines trockenen Kreisels aufweist, vor allem die Zweiachsigkeit. Der Kerngedanke der Erfindung ist es, im Gegensatz zu den bisher bekannten trockenen Kreiseln, die Dämpfung nicht zu verringern, sondern sie so zu erhöhen, daß ein Wendekreisel entsteht.The basic idea of the invention is a known dry gyro to a biaxial rate gyro, which are also referred to as "dry rate gyro" could, to redesign and thereby simplify the mechanics and electronics of the gyro so that a to The result is an instrument comparable to conventional rate gyros in function and measurement accuracy, but with all the advantages of a dry top, especially the biaxiality. The core idea of the invention is In contrast to the previously known dry gyroscopes, not to reduce the damping, but to increase it, that a rate gyro is created.
Bei diesem Prinzip wird sich der Rotor gegenüber seiner Referenzebene um einen Winkel anstellen, der von der Drehgeschwindigkeit des Gehäuses (Fahrzeug, Flugkörper)· abhängt. Das Ausgangssignal des Winkelabgriffs am Rotor wird als Maß für die Drehgeschwindigkeit ausgelesen, d.h. die oben angegebene Gleichung (1) für das Dämpfungsstörmoment, wird zum Auslesen des Meßsignals benutzt.With this principle, the rotor will make an angle with respect to its reference plane that is different from the Rotational speed of the housing (vehicle, missile) · depends. The output signal of the angle tap on the rotor is read out as a measure for the rotational speed, i.e. the above equation (1) for the damping disturbance torque, is used to read out the measurement signal.
Um bei in der Praxis auftretenden kleinen Auslenkungen des Rotors einen ausreichend großen Drehratenbereich zu erzielen, muß die Dämpfung so groß gewählt werden, daß die Zeitkonstante nur wenige. Millisekunden beträgt.In order to achieve a sufficiently large rotation rate range for small deflections of the rotor that occur in practice achieve, the damping must be chosen so large that the time constant only a few. Milliseconds.
Es können grundsätzlich unterschiedliche Möglichkeiten für die Dämpfung des Rotors um die Meßachsen erwogen werden.In principle, different options for damping the rotor around the measuring axes can be considered will.
COpy'COpy '
TER MEER ■ MÜLLER ■ STEiNME-ISTER LTF-005-DIV.TER SEA ■ MÜLLER ■ STEiNME-ISTER LTF-005-DIV.
(a) Bei einer Dämpfung mit Antriebsbelastung wird der Dämpfungsvektor ohne äußere Drehrate in die Richtung der Rotorachse weisen. Bei einer Drehrate lenkt der Rotor aus, bis die Komponente der Dämpfung, die in die Eingangsachse fällt, der Drehrate entspricht. Bei dieser Lösung jedoch muß der Motor die Grunddämpfung überwinden. Daher eignen sich für diesen Typ z.B. elektromagnetische Bremsen, bei denen das Magnetsystem gehäusefest ist und längs des Rotorumfangs wechselnde Polarität aufweist.(a) In the case of damping with drive load , the damping vector will point in the direction of the rotor axis without an external rate of rotation. At a rate of rotation, the rotor deflects until the component of the damping that falls in the input axis corresponds to the rate of rotation. With this solution, however, the motor has to overcome the basic damping. For this reason, electromagnetic brakes, for example, are suitable for this type, in which the magnet system is fixed to the housing and has alternating polarity along the circumference of the rotor.
(b) Bei einer Dämpfung ohne merkliche Antriebsbelastung gemäß der Erfindung ist eine Gasdämpfung, bestehend aus einer Kammer und einem Dämpfungsteil (Paddel) vorgesehen, wobei sowohl die Kammer als auch das Paddel jeweils mit dem Rotor oder dem Gehäuse bzw. der Welle verbunden sein können. Es lassen sich vier Lösungsfälle angeben. Besonders vorteilhaft ist es, eine rotationssymmetrische Anordnung zu wählen, um die Belastung des Antriebs klein zu halten.(b) In the case of damping without noticeable drive load according to the invention, gas damping consisting of a chamber and a damping part (paddle) is provided, whereby both the chamber and the paddle can each be connected to the rotor or the housing or the shaft . There are four possible solutions. It is particularly advantageous to choose a rotationally symmetrical arrangement in order to keep the load on the drive low.
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert.The invention and advantageous details are described below with reference to the drawing in an exemplary manner Embodiment explained in more detail.
Die einzige Figur zeigt ein Konstruktionsbeispiel für einen trockenen Wendekreisel mit Gasdämpfung.The single figure shows an example of a construction for a dry rate gyro with gas damping.
Die Schnittbilddarstellung zeigt ein Ausführungsbeispiel eines dynamisch abgestimmten trockenen Wendekreisels mit Gas-Dämpfung gemäß der Erfindung. In einem rotationssymmetrischen Gehäuse 3 ist ein Motorrotor 8 (Außenläufer) mit einer Welle 6 durch zwei nicht näher bezeichneteThe sectional view shows an embodiment of a dynamically tuned dry rate gyro Gas damping according to the invention. In a rotationally symmetrical housing 3 is a motor rotor 8 (external rotor) with a shaft 6 through two unspecified
TER MEER · MÖLLER · STEIN M EJ STHR . LTF-OO5-DIV.TER MEER · MÖLLER · STEIN M EJ STHR. LTF-OO5-DIV.
Kugellager gelagert. Der Motorstator 7 ist durch einen gleichzeitig als Magnetjoch dienenden Deckel 11 gehalten. Am vom Stator 7 entfernten Ende ist ein Träger 9 für ein Federgelenk auf die Welle 6 aufgesetzt, das durch eine Anschlagschraube TO gehalten wird. Das Federgelenk 5 ist von bekannter Konstruktion und bedarf für den Fachmann keiner näheren Erläuterung. Mit dem Federgelenk 5 ist ein weiterer Rotor 4 verbunden, der über das Federgelenk 5 relativ zur Welle 6 um zwei Achsen um einen geringen Winkelbetrag verschwenkbar ist.Bearings in bearings. The motor stator 7 is through one at a time serving as a magnetic yoke cover 11 held. At the end remote from the stator 7 is a support 9 for a spring joint placed on the shaft 6, which is held by a stop screw TO. The spring joint 5 is of known construction and does not require any further explanation for the person skilled in the art. With the spring joint 5, a further rotor 4 is connected, which via the spring joint 5 is pivotable relative to the shaft 6 about two axes by a small angular amount.
Die Welle 6 ist über das Federgelenk 5 mit im dargestellten Beispiel annähernd kugelförmig gestaltetem Rotor 4 als Meßelement verbunden. Der Rotor 4 weist in Vertikalebenausrichtung zur Welle 6 einen außen flanschartig abstehenden Ringansatz auf, der in einer durch zwei ringförmig umlaufende Ansätze 16 gebildeten Dämpfungsnut umläuft. Bei einer Drehrate wird sich beim Verkippen des Meßelements 4 der Spalt zwischen dem Ring-Flansch-Ansatz 15 und einer Wand der durch die Ringansätze 16 gebildeten Nut verengen, so daß eine deutliche Verringerung des Luft-Strömungsquerschnitts mit entsprechender Erhöhung der Dämpfung auftritt. Zur Einstellung der Dämpfung, aber auch aus anderen Gründen (z.B. Korrosionsschutz) kann es zweckmäßig sein, den Raum innerhalb der Haube 1 mit einem anderen Gas zu füllen.The shaft 6 is via the spring joint 5 with the approximately spherical rotor 4 as a measuring element in the example shown tied together. The rotor 4 has a flange-like protruding ring extension on the outside in a plane vertical alignment to the shaft 6 on, which rotates in a damping groove formed by two annular circumferential lugs 16. At a rate of rotation will be when tilting the measuring element 4, the gap between the ring-flange approach 15 and a wall of the groove formed by the annular lugs 16 narrow, so that a significant reduction of the air flow cross-section occurs with a corresponding increase in damping. To adjust the damping, however For other reasons (e.g. corrosion protection) it can be useful to fill the space inside the hood 1 with a to fill another gas.
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Claims (3)
(Litton Technische Werke) der HELLIGE GmbHLITEF
(Litton Technical Works) of HELLIGE GmbH
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Applications Claiming Priority (2)
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| DE3448045A DE3448045A1 (en) | 1984-07-02 | 1984-07-02 | Rate-of-rotation measuring device with measuring element damping |
Publications (1)
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|---|---|
| DE3448045A1 true DE3448045A1 (en) | 1986-07-03 |
Family
ID=25822563
Family Applications (1)
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| Country | Link |
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| DE (1) | DE3448045A1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH479053A (en) * | 1966-06-22 | 1969-09-30 | Brown Ltd S G | Method for influencing the behavior of the rotor of a gyroscope and gyroscope for carrying out the method |
| DE2848504A1 (en) * | 1977-11-09 | 1979-06-13 | Sagem | DEVICE WITH A MOVABLE, IN PARTICULAR ROTATING, AND A FIXED WALL |
-
1984
- 1984-07-02 DE DE3448045A patent/DE3448045A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH479053A (en) * | 1966-06-22 | 1969-09-30 | Brown Ltd S G | Method for influencing the behavior of the rotor of a gyroscope and gyroscope for carrying out the method |
| DE2848504A1 (en) * | 1977-11-09 | 1979-06-13 | Sagem | DEVICE WITH A MOVABLE, IN PARTICULAR ROTATING, AND A FIXED WALL |
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