DE1548463C3

DE1548463C3 - Sensing arrangement for swing rotor gyroscope

Info

Publication number: DE1548463C3
Application number: DE19661548463
Authority: DE
Inventors: Clifford R.; Lipman Jerome S.; Sawyer Bruce A.; Los Angeles Calif. Frohmberg (V.StA.)
Original assignee: Litton Industries Inc
Current assignee: Litton Industries Inc
Priority date: 1965-07-07
Filing date: 1966-06-22
Publication date: 1976-12-23

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abfühlanordnung für einen Schwingrotorkreisel mit einem Trägheitselement, das aus magnetischem Material besteht, drehbar um eine Drehachse angeordnet ist und mit Hilfe von Torsionsstäben eine Schwingbewegung um eine durch die Torsionsstäbe festgelegte und im Winkel gegenüber der Drehachse verschobene zweite Achse ausführt, wobei die Abfühlanordnung in der Nähe einer die Drehachse festlegenden Drehwelle befestigte Abfühlsignalgeneratoren mit einem Permanentmagneten zum Aufbau eines Magnetflußpfades aufweist und in einem Spalt zwischen dem Trägheitselement und äußeren Elementen des Flußpfades befestigte Spulen vorgesehen sind, die den Flußpfad schneiden, wodurch Abfühlsignale in den Spulen erzeugt werden, die der Schwingbewegung des sich drehenden Trägheitselementes entsprechen. The invention relates to a sensing arrangement for a vibrating rotor gyro with an inertia element, which consists of magnetic material, is arranged rotatably about an axis of rotation and with the help of Torsion bars an oscillating movement around a defined by the torsion bars and at an angle opposite the second axis displaced from the axis of rotation, the sensing arrangement being in the vicinity of one of the axis of rotation Sense signal generators with a permanent magnet to the structure fixed to the rotating shaft of a magnetic flux path and in a gap between the inertia element and outer elements coils attached to the flux path are provided which intersect the flux path whereby sensing signals are generated in the coils corresponding to the oscillating motion of the rotating inertia member.

Eine Ausführungsform eines Schwingrotorkreisels, der als Trägheitsinstrument entscheidende Vorteile gegenüber konventionellen Kreiseln besitzt, ist Gegenstand des älteren Patentes 14 73 983. Dieser Schwingrotorkreisel besitzt ein Trägheitselement, das im Betrieb mit einer umlaufenden Antriebswelle gekoppelt ist. Das Trägheitselement rotiert mit der eine Spinachse festlegenden Welle und weist eine gegen Torsion behinderte Schwingungsfreiheit um die Befestigungsachse auf, die im Winkel (normalerweise senkrecht) zur Welle angeordnet ist. Der Schwingrotorkreisel ist so ausgelegt, daß die Schwingungsresonanzfrequenz des Trägheitselementes um die Befestigungsachse gleich der Frequenz der Spinwellendrehung (N) ist, damit das Trägheitselement sehr empfindlich gegenüber einer rechtwinklig zur Achse der Welle auftretenden Bewegung wird. Eine Winkelverschiebung des Schwingrotorkreisels um eine beliebige Achse mit Ausnahme der Spinachse bewirkt, daß das Trägheitselement bei seiner Resonanzfrequenz vibriert, wobei die maximale Amplitude einer derartigen Schwingung proportional der Winkelverschiebung ist. Zusätzlich ist die Phasenlage der Schwingung relativ zu einem Taktgebersignal einAn embodiment of a vibrating rotor gyroscope, which as an inertial instrument has decisive advantages over conventional gyroscopes, is the subject of the earlier patent 14 73 983. This vibrating rotor gyroscope has an inertia element which is coupled to a rotating drive shaft during operation. The inertia element rotates with the shaft which defines a spin axis and has a freedom from vibration around the fastening axis which is hindered against torsion and which is arranged at an angle (normally perpendicular) to the shaft. The oscillating rotor gyroscope is designed so that the oscillation resonance frequency of the inertia element around the mounting axis is equal to the frequency of the spin shaft rotation (N) so that the inertia element becomes very sensitive to a movement occurring at right angles to the axis of the shaft. An angular displacement of the vibrating rotor gyro about any axis with the exception of the spin axis causes the inertia element to vibrate at its resonance frequency, the maximum amplitude of such a vibration being proportional to the angular displacement. In addition, the phase position of the oscillation is relative to a clock signal

direktes Maß für die Richtung der Winkelverschiebung. Damit kann der Schwingrotorkreisel anstatt eines direkt ablesenden Kreisels mit zwei Freiheitsgraden verwendet werden. Da ferner der Schwingrotorkreisel kein kompliziertes Kardanaufhängungssystem oder ein Flotationsmedium benötigt, besitzt er eine extrem niedrige Abtriftrate und ist konventionellen Kreiseln weit überlegen.direct measure for the direction of the angular displacement. This means that the vibrating rotor gyro can be used instead of a direct reading gyro with two degrees of freedom will. Furthermore, since the swing rotor gyro is not a complicated gimbal system or a Flotation medium is required, it has an extremely low drift rate and is far from conventional gyroscopes think.

Wie in dem obenerwähnten älteren Patent erörtert, erfordert der wirksame Betrieb eines Schwingrotorkreiseis bei einem Verschiebungsbetrieb einmal, daß die Zeitkonstante des Systems groß ist, damit gewährleistet wird, daß die maximale Schwingungsamplitude des Trägheitselementes eine lineare Funktion der Winkelverschiebung des Schwingrotorkreisels ist, und ferner, daß die Zeitdauer des Aufgebens einer bestimmten Winkelverschiebungsrate sehr viel kleiner als die Zeitkonstante des Systems ist. Man hat festgestellt, daß diese Anforderungen am besten dadurch erfüllt werden, daß das Trägheitselement in eine gesteuerte Atmo-Sphäre im Mikrodruckbereich gesetzt wird, und daß Drehmomentspulen vorgesehen werden, die in ihrem Ansprechen auf ein Drehmomentsignal arbeiten und dem Trägheitselement sehr hohe Drehmomentgeschwindigkeiten aufgeben, so daß seine Schwingungsbewegung gesteuert wird. Um den Vorteil der potentiellen Empfindlichkeit des Schwingrotorkreisels voll auszunutzen, soll das Trägheitselement ferner extrem dünn gemacht werden und eine sehr geringe Torsionsbeschränkung um die Befestigungsachse besitzen. Wenn das Trägheitselement so konstruiert ist, ist es nicht nur empfindlich gegenüber Kräften, die Schwingungen im normalen Betrieb hervorrufen, sondern auch empfindlich gegenüber Kräften, die die longitudinalen und transversalen Oszillationsbewegungen, d. h. paral-IeI und senkrecht zu der Achse der Welle, verursachen. Zusätzlich kann eine solche oszillatorische Bewegung durch geringe Exzentrizitäten hervorgerufen werden, die in dem Trägheitselement selbst und in seiner Lageranordnung vorhanden sind.As discussed in the aforementioned prior patent, a swing rotor circuit requires effective operation in the case of a shift operation once that the time constant of the system is large, this ensures becomes that the maximum oscillation amplitude of the inertia element is a linear function of the angular displacement of the vibrating rotor gyro, and further that the duration of the abandonment of a certain Angular displacement rate is much smaller than the time constant of the system. It has been found that this Requirements are best met by placing the inertia element in a controlled atmosphere is set in the micro pressure range, and that torque coils are provided, which in their In response to a torque signal, the inertia element works and very high torque speeds give up so that its vibratory motion is controlled. To take advantage of the potential To fully utilize the sensitivity of the vibrating rotor gyro, the inertia element should also be extreme can be made thin and have very little torsional restriction about the mounting axis. If the inertia element is so constructed, it is not only sensitive to forces, the vibrations in normal operation, but also sensitive to forces affecting the longitudinal and transverse oscillatory movements, d. H. paral-IeI and perpendicular to the axis of the shaft. In addition, such an oscillatory movement caused by slight eccentricities in the inertia element itself and in its bearing arrangement available.

Wegen der extrem hohen Empfindlichkeit des Schwingrotorkreisels und wegen der Schwierigkeiten, die bei der Beseitigung der geringen Exzentrizitäten des Trägheitselementes und der Nebenoszillationen auftreten, ist es erwünscht, daß die Abfühlanordnung des Schwingrotorkreisels gegenüber normalen Betriebsschwingungen des Trägheitselementes besonders empfindlich und gegenüber allen anderen Arten von Oszillatoren unempfindlich ist. Es sind viele Arten von Abfühlanordnungen bei bekannten Vorrichtungen untersucht worden, die sich aber alle als unzureichend erwiesen haben. Die piezoelektrischen Anordnungen beispielsweise besitzen eine nicht ausreichende Empfindlichkeit und einen zu hohen Dämpfungseffekt gegenüber Schwingungen des Trägheitselementes. Die kapazitiven Anordnungen andererseits sind Störungen auf Grund von Lärm aus elektrischen und magnetischen Streufeldern wegen ihrer hohen Impedanz unterworfen und weisen eine zu geringe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit über eine lange Zeitdauer auf Grund der dielektrischen Änderungen (z. B. Entgasung) auf. Während die induktiven Anordnungen eine ausreichende Empfindlichkeit und Genauigkeit ergeben, hat sich herausgestellt, daß keine der bekannten Anordnungen unempfindlich gegenüber Exzentrizitäten und fehlerhaften Oszillationen, auf die vorstehend Bezug genommen ist, sind.Because of the extremely high sensitivity of the swing rotor gyro and because of the difficulties that in eliminating the slight eccentricities of the inertia element and the secondary oscillations occur, it is desirable that the sensing arrangement of the vibrating rotor gyro against normal operating vibrations of the element of inertia and particularly sensitive to all other types of Oscillators is insensitive. Many types of sensing arrangements have been studied in known devices but all of which have proven to be inadequate. The piezoelectric arrangements, for example have insufficient sensitivity and too high a dampening effect Vibrations of the inertial element. The capacitive arrangements, on the other hand, are disturbances Subjected to reason of noise from stray electric and magnetic fields because of their high impedance and have insufficient accuracy and reproducibility over a long period of time due to the dielectric changes (e.g. degassing). While the inductive arrangements are sufficient Sensitivity and accuracy, it has been found that none of the known arrangements is insensitive versus eccentricities and faulty oscillations referred to above is, are.

Zusätzlich ist es erwünscht, ein Gasspinlager im Schwingrotorkreisel zu verwenden, da der von Natur aus weichere Betrieb und die längere Lebensdauer eine krafterzeugende Oszillationsquelle überflüssig macht. Das Gasspinlager erfordert jedoch eine Druckatmosphäre, damit es den hohen Beschleunigungskräften widerstehen kann, und muß deshalb gegen das Trägheitselement isoliert werden. Diese Isolierung wird in dem vorstehend erwähnten älteren Patent durch ein rotierendes Gehäuse, das das Trägheitselement umgibt, erreicht. Bei einer derartigen Anordnung ist es jedoch erforderlich, die Abfühl- und Drehmomentanordnungen innerhalb des rotierenden Gehäuses vorzusehen und damit wird der Schwingrotorkreisel möglichen Spulenentgasungen und Instabilitäten unterworfen. Zusätzlich macht die Anordnung die Verwendung eines Drehmomentauflösers und eines umlaufenden Wandlers notwendig und es ist nicht möglich, eine Abfühl-Drehmoment-Anordnung zu verwenden, die im äußeren Gehäuse des Kreisels angeordnet ist.In addition, it is desirable to use a gas spin bearing in the swing rotor gyro, as that is inherent in it due to the softer operation and the longer service life, a force-generating oscillation source is superfluous. The gas spin bearing, however, requires a pressurized atmosphere so that it can withstand the high acceleration forces can withstand, and must therefore be isolated from the inertia element. This isolation is used in the earlier mentioned patent by a rotating housing surrounding the inertia element, achieved. However, such an arrangement requires the sensing and torque arrangements to be provided inside the rotating housing and thus the vibrating rotor gyro becomes possible Subject to coil degassing and instabilities. In addition, the arrangement makes the use of a Torque resolver and a rotating converter are necessary and it is not possible to use a sensing torque arrangement to use, which is arranged in the outer housing of the gyro.

Es ist ferner bereits eine Abfühlanordnung für einen Schwingrotorkreisel bekannt (FR-PS 13 28 401), bei der das Aufnahmesystem ausschließlich aus Spulen zusammengesetzt ist und deshalb im Hinblick auf die Amplitude der Aufnahmesignale weit weniger wirksam ist und einen geringeren Ausgangspegel ergibt als im Falle einer Anordnung mit Elektromagneten mit Eisenkern.There is also already a sensing arrangement for a vibrating rotor gyro known (FR-PS 13 28 401), in which the recording system is composed exclusively of coils and therefore with regard to the amplitude the recording signals is far less effective and results in a lower output level than in the case an arrangement with electromagnets with an iron core.

Des weiteren ist eine Signalabnahme- und Gleichstromdrehmomentabgabevorrichtung mit einem umlaufenden System bekannt (US-PS 31 88 540), die kein Schwingbauteil aufweist, das einem Trägheitselement entspricht. Das rotierende Element dieser Anordnung ist ein sternförmiger Permanentmagnet der fest auf der ihn in Drehung versetzenden Welle angeordnet ist. Zwar ist bei dieser Anordnung ein radiales Magnetfeld vorhanden, und es ist grundsätzlich auch ein Topfmagnet bekannt, bei dem zylindrische Magnete in Topfform einen zentrisch angeordneten Stab in der Achse besitzen, wobei der Stab einen der beiden Pole bildet, während die zylindrischen Wandungen den anderen Pol darstellen, so daß ein radiales Magnetfeld erzielt wird. Derartige radial verlaufende Flußfelder, die ein rotierendes Element durchsetzen, sind jedoch im Falle dieses älteren Vorschlages nicht in Verbindung mit Schwingrotoren angesprochen.It is also a signal take-off and DC torque output device with a revolving system known (US-PS 31 88 540), which has no oscillating component that an inertia element is equivalent to. The rotating element of this arrangement is a star-shaped permanent magnet that is fixed to the it is arranged in rotation shaft. It is true that there is a radial magnetic field in this arrangement available, and there is basically also a pot magnet known in which cylindrical magnets in the shape of a pot have a centrally arranged rod in the axis, the rod forming one of the two poles, while the cylindrical walls represent the other pole, so that a radial magnetic field is achieved will. Such radially extending flow fields which penetrate a rotating element are, however, in the case of this older proposal is not addressed in connection with oscillating rotors.

Weiterhin ist ein grundsätzlicher Aufbau von Abfühlanordnungen bei Kreiseln aus US-PS 31 07 540 bekannt, wobei jedoch die Kreisel ebenfalls keine Schwingrotorkreisel sind. Bei dieser bekannten Anordnung handelt es sich um eine Vielzahl von Elektromagneten, die in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind.Furthermore, a basic structure of sensing arrangements in gyroscopes is known from US-PS 31 07 540, however, the gyroscopes are also not oscillating rotor gyroscopes. In this known arrangement it is a large number of electromagnets that are offset from one another in the circumferential direction are.

Weiterhin ist eine Abfühlanordnung für eine Kreiseleinrichtung mit Trägheitselement bekannt (US-PS 27 19 291), das um eine Drehachse angeordnet ist und das Präzessionsbewegungen um zwei Achsen ausführt, die im Winkel gegenüber der Drehachse verschoben sind. Ferner sind Abfühlsignalgeneratoren vorgesehen, die eine einen Magnetflußpfad aufbauende Magnetfeldspeisequelle und Spulen aufweisen, die die Flußbahn an einer Stelle zwischen dem Trägheitselement und äußeren Elementen des geschlossenen Flußpfades schneiden, so daß Abfühlsignale in den Spulen erzeugt werden, die die Bewegungen des die Drehbewegung ausr führenden Trägheitselementes darstellen. Der Spalt im Magnetflußpfad ist hierbei so ausgebildet, daß die Richtung des Magnetflusses parallel zur Rotationsachse des gesamten Systems verläuft, also in axialer Richtung Bei dieser bekannten Anordnung ergibt sich, daß die BreiteFurthermore, a sensing arrangement for a gyroscopic device with an inertial element is known (US-PS 27 19 291), which is arranged around an axis of rotation and performs precession movements around two axes, which are shifted at an angle with respect to the axis of rotation. Sensing signal generators are also provided, which have a magnetic field supply source building a magnetic flux path and coils which connect the flux path intersect a point between the element of inertia and outer elements of the closed flow path, so that sensing signals are generated in the coils, which the movements of the rotary movement ausr represent leading element of inertia. The gap in the magnetic flux path is designed so that the direction of the magnetic flux runs parallel to the axis of rotation of the entire system, i.e. in the axial direction At this known arrangement results in the width

des Spaltes sich ändert, wenn der Rotor während seines Betriebes Schwingbewegungen ausführt. Infolgedessen ist es von besonderem Nachteil, die Aufnahmespulen innerhalb des Spaltes anzuordnen. Die Aufnahmespule ist deshalb auch in der Mitte der Anordnung zusammen mit dem Eisenkern vorgesehen. Dadurch ist die Empfindlichkeit des gesamten Gerätes relativ gering. Dies muß so sein da das Aufnahmesystem einem zentralen Teil des Rotorsteges zugewandt ist und in diesem Bereich nur ein Teil der Bewegung stattfindet, die abgefühlt werden kann. Die maximale Amplitude der Schwingbewegung tritt an den äußeren Enden auf, praktisch am Umfang, da es sich in vorliegendem Fall jeweils um rotationssymmetrische Körper handelt; die Ausnutzung der maximalen Amplitude ist jedoch im Falle dieser bekannten Anordnung nicht möglich.of the gap changes when the rotor oscillates during its operation. Consequently it is particularly disadvantageous to arrange the take-up reels within the gap. The take-up reel is therefore also provided in the middle of the arrangement together with the iron core. This is the sensitivity of the entire device is relatively low. This must be so because the recording system is a central one Part of the rotor web is facing and in this area only part of the movement takes place that is sensed can be. The maximum amplitude of the oscillating movement occurs at the outer ends, practically on the circumference, since in the present case it is a matter of rotationally symmetrical bodies; the However, in the case of this known arrangement, it is not possible to utilize the maximum amplitude.

Zwar verlaufen kurze Abschnitte von Magnetflußlinien bei dieser bekannten Anordnung in radialer Richtung. Es kann jedoch kein rotationssymmetrisches Magnetfeld aufgebaut werden, d. h. ein Magnetfeld, in welehern magnetische Flußlinien in allen radialen Richtungen über volle 360° vorhanden sind. Die magnetischen Flußlinien erstrecken sich dabei in einem beliebigen Spalt (nicht im Trägheitselement), der im System nach dieser bekannten Anordnung ausgebildet wird, in axialer Richtung.Although short sections of magnetic flux lines run in this known arrangement in the radial direction. However, a rotationally symmetrical magnetic field cannot be built up; H. a magnetic field in which magnetic flux lines are present in all radial directions over a full 360 °. The magnetic Lines of flux extend into any gap (not in the inertia element) that follows in the system this known arrangement is formed in the axial direction.

Schließlich ist aus der US-PS 29 95 938 ein Kreisel bekannt, der durch eine isoelastische Biegeanordnung aufgehängt und angetrieben wird. Bei diesem Kreisel ist ein Elektromagnet in radialer Richtung innerhalb des radial äußeren Kopfteiles des Schwungrades angeordnet. Dieser Elektromagnet ist ringförmig ausgebildet und die Ebene des Spaltes zwischen dem Elektromagnet und dem Schwungrad steht senkrecht zur Ebene der Spinachse, so daß der Magnetfluß durch den Spalt in axialer Richtung parallel zur Spinachse verläuft. Bei dieser bekannten Anordnung erzeugt der Permanentmagnet kein rotationssymmetrisches Magnetfeld. Finally, from US-PS 29 95 938 a gyro is known, which by an isoelastic bending arrangement suspended and powered. This gyro has an electromagnet inside in the radial direction arranged the radially outer head part of the flywheel. This electromagnet is ring-shaped and the plane of the gap between the electromagnet and the flywheel is perpendicular to Plane of the spin axis, so that the magnetic flux runs through the gap in the axial direction parallel to the spin axis. In this known arrangement, the permanent magnet does not generate a rotationally symmetrical magnetic field.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, bei einem Schwingrotorkreisel der eingangs angegebenen Art die Abfühlanordnung des Kreisels besonders empfindlich auszugestalten und die volle Amplitude der Aufnahmesignale auszunutzen, um einen möglichst hohen Ausgangspegel zu erzielen. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, daß der magnetische Fluß so vollständig wie möglich ausgenutzt wird.The object of the present invention is, in a vibrating rotor gyro of the type specified at the outset, the Design the sensing arrangement of the gyro particularly sensitive and the full amplitude of the recording signals to use in order to achieve the highest possible output level. This is particularly due to this achieves that the magnetic flux is used as fully as possible.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 niedergelegte Ausbildung gelöst.This problem is solved according to the invention by what is laid down in the characterizing part of claim 1 Training solved.

Weitere Merkmale Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further features of the invention emerge from the subclaims.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird erreicht, daß die magnetischen Elemente, die den Magnetflußpfad bilden, stationär bleiben, während im Falle der Entgegenhaltungen das gesamte Magnetsystem sich drehen muß. Ferner wird mit der Erfindung erreicht, daß das rotationssymmetrische Feld zu einer Anordnung führt, bei der die Breite des Spaltes praktisch nicht verändert wird, wenn das Trägheitselement schwingt.With the device according to the invention it is achieved that the magnetic elements that form the magnetic flux path form, remain stationary, while in the case of the citation the entire magnet system has to turn. It is also achieved with the invention that the rotationally symmetrical field to a Leads arrangement in which the width of the gap is practically not changed when the inertia element swings.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird weiterhin erreicht, daß die Empfindlichkeit des gesamten Gerätes im Vergleich zu bekannten Geräten vergleichbarer Art erheblich höher ist, da die Abführspulen im Spalt in unmittelbarer Nähe der maximalen Amplitude der Schwingungsbewegung liegen, und die Breite des Spaltes bei der erfindungsgemäßen Anordnung sich auf Grund von Schwingungen kaum ändern kann.With the device according to the invention it is also achieved that the sensitivity of the entire device compared to known devices of a comparable type is considerably higher, since the discharge coils in the Gap are in close proximity to the maximum amplitude of the vibratory motion, and the width of the Gap in the arrangement according to the invention can hardly change due to vibrations.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiclcs erläutert. Es zeigtThe invention is described below in conjunction with the drawing on the basis of an exemplary embodiment explained. It shows

F i g. 1 eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung längs der Linie 1-1 der F i g. 2,F i g. 1 is a cross-sectional view taken along the line of a preferred embodiment of the present invention 1-1 of FIG. 2,

F i g. 2 eine Querschnittsansicht der Ausführungsform nach F i g. 1 längs der Linie 2-2, F i g. FIG. 2 is a cross-sectional view of the embodiment of FIG. 1 along line 2-2,

F i g. 3 eine stark vereinfachte Schnittansicht der Anordnung gemäß der Erfindung, aus der die magnetischen Flußpfade ersichtlich werden,F i g. 3 is a greatly simplified sectional view of the arrangement according to the invention, from which the magnetic River paths become visible

F i g. 4 eine vereinfachte Ansicht der Abfühlclemcntc gemäß vorliegender Erfindung, wobei die durch die Bewegungen des Trägheitselementes induzierten Spannungen angedeutet sind, undF i g. Fig. 4 is a simplified view of the sensing clamps of the present invention, shown by the movements of the inertia element induced voltages are indicated, and

F i g. 4a ein schematisches Blockschaltbild der Schaltung, die für die Abfühl-Drehmoment-Anordnung verwendet wird.F i g. Figure 4a is a schematic block diagram of the circuit used for the sensing torque arrangement will.

In den F i g. 1 und 2 ist ein Kreisel 10 mit Vibrationsrotor dargestellt, der aus einem zylindrischen, äußeren Gehäuse 11 und einem daran befestigten Trägerbauteil 12 besteht, auf welchem der Stator 14 eines mit konstanter Geschwindigkeit umlaufenden Synchronhysteresemotors 16 angebracht ist. Das Rotorelement 18 des Synchronmotors 16 ist über ein Bauteil 19 und eine Haltevorrichtung 23 an einer Spinwelle oder einem Wellenzapfen 20 befestigt, der einen damit verbundenen Zweiweg-Druckpuffer 24 aufweist, damit axiale Belastungen aufgenommen werden können, und der zusammen mit einer Hülse 25 über das Rotorelement 18 angetrieben wird, so daß eine Drehung auf einem Gasspinlager 22 erfolgt, das von dem Trägerbauteil 12 aufgenommen wird. Das äußere Gehäuse 11 ist aus hochpermeablem Material, z. B. Eisen-Nickel-Legierung (für Abschirmzwecke) aufgebaut, während das Lager 20 aus einem starren Material, z. B. korrosionsbeständigem Stahl hergestellt ist. Das Trägheitselement 26 (im Falle des Ausführungsbeispieles in Form eines Ringes) des Kreisels 10 mit Vibrationsrotor ist mit dem Lager 20 über ein regenschirmähnlichen Bauteil 21 gekoppelt, welches für eine gemeinsame Drehung ein Gehäuse 32 aufnimmt, das ein Trägerpaar 30 besitzt, das mit einem der Innenwandungen verbunden ist sowie ein Paar von Torsionsstäben 28 kreuzförmigen Querschnittes, die mit einem Träger des Paares 30 verbunden sind. Mit dem Ende der Träger 30, das in das Gehäuse 32 hineinragt, sind die Torsionsstäbe 28 befestigt, die das Trägheitselement 26 aufnehmen, während das andere Ende mit dem rotierenden Gehäuse 32 befestigt ist, das das Trägheitselement 26 vollständig umgibt. Wie aus den F i g. 1 und 2 zu entnehmen ist, erstrecken sich die Träger 30 in Öffnungen, die in' dem ringförmigen oder scheibenförmigen Trägheitselement 26 vorgesehen sind, wobei die Öffnungen die Träger 30 und die radial verlaufenden Torsionsstäbe 28 aufnehmen, während die äußeren Enden der Torsionsstäbe mit den Kanten der Öffnungen befestigt sind. Das rotierende Gehäuse 32 ist im allgemeinen hermetisch abgedichtet, im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es vollständig evakuiert oder enthält eine gesteuerte Atmosphäre geringer Dichte, z. B. Wasserstoff oder Helium.In the F i g. 1 and 2, a gyro 10 is shown with vibration rotor, which consists of a cylindrical, outer Housing 11 and a support component attached to it 12 consists on which the stator 14 of a synchronous hysteresis motor rotating at constant speed 16 is attached. The rotor element 18 of the synchronous motor 16 is via a component 19 and a Holding device 23 attached to a spin shaft or a shaft journal 20, the one connected thereto Has two-way pressure buffer 24, so that axial loads can be absorbed, and together is driven with a sleeve 25 via the rotor element 18, so that a rotation on a gas spin bearing 22 takes place, which is received by the carrier component 12. The outer housing 11 is made of highly permeable Material, e.g. B. iron-nickel alloy (for shielding purposes) while the bearing 20 is made of a rigid material, e.g. B. corrosion-resistant steel is made. The inertia element 26 (in the case of the embodiment in the form of a ring) of the gyro 10 with vibration rotor is with the bearing 20 Coupled via an umbrella-like component 21 which, for common rotation, has a housing 32 receives, which has a pair of supports 30 which is connected to one of the inner walls and a pair of Torsion bars 28 of cruciform cross-section, which are connected to a carrier of the pair 30. With the end of the carrier 30, which protrudes into the housing 32, the torsion bars 28 are attached, which the inertia element 26 while the other end is attached to the rotating housing 32, which the Inertia element 26 completely surrounds. As shown in FIGS. 1 and 2, the beams extend 30 in openings which are provided in 'the annular or disk-shaped inertia element 26 are, the openings receiving the beams 30 and the radially extending torsion bars 28, while the outer ends of the torsion bars are attached to the edges of the openings. The rotating case 32 is generally hermetically sealed, in the preferred embodiment it is completely evacuated or contains a controlled, low density atmosphere, e.g. B. hydrogen or helium.

Die erfindungsgemäße Abfühl-Drehmoment-Anordnung kann am besten in Verbindung mit den F i g. 3 und 4 in Zusammenhang mit den F i g. 1 und 2 beschrieben werden. Ein Permanentmagnet 34 ist auf dem stationären Lager 22 befestigt und besitzt eine damit befestigte Polkappe 36, damit der magnetische Fluß aus dem Per-The sensing torque assembly of the present invention can best be used in conjunction with FIGS. 3 and 4 in connection with the F i g. 1 and 2 are described. A permanent magnet 34 is on top of the stationary Mounted bearing 22 and has a pole cap 36 attached to it, so that the magnetic flux from the Per-

mancntmagnet 34 zu der Kante des rotierenden Gehäuses 32 geführt wird. Der magnetische Fluß ist über das rotierende Gehäuse 32 mit dem Trägheitselcment 26 über einen Ferritring 38 gekoppelt, wobei der Ferritring 38 in der Weise wirkt, daß Wirbelströme ausgeschaltet werden, die üblicherweise auf Grund der Vibrationen des Trägheitselementes 26 in bezug auf die Polkappe 36 auftreten würden. Sowohl das Element 26 als auch die Polkappe 36 sind aus magnetischem Material, z. B. 50% Ni und 50% Fe hergestellt. Der magnetische Fluß verläuft dann in radialer Richtung nach außen durch das Trägheitselement 26 und den äußeren Teil 40 des rotierenden Gehäuses 32. Damit der Energieverlust auf Grund der durch Vibrationen induzierten Dämpfung auf ein Minimum herabgesetzt wird, so daß ein möglichst großer magnetischer Fluß von dem Trägheitselement 26 zu den Abfühl-Drehmomentspulen 42 über den äußeren Teil 40 des rotierenden Gehäuses 32 gekoppelt wird; der äußere Teil 40 besteht aus einem Material, das einen geringen Hystereseverlust und einen geringen Wirbelstromverlust aufweist. Der Teil 40 besteht somit z. B. aus einem nichtmagnetischen und den Strom nichtleitenden Material, z. B. einem keramischen Material (Aluminiumoxyd), einem Kunststoff, einem Siliziumoxyd oder einem mit Silizium angereicherten Glas. Zusätzlich werden die Seiten 33 des rotierenden Gehäuses 32 mit Hilfe des Ferritringes 38 auf dem gleichen magnetischen Potential wie das Trägheitselement 26 gehalten, damit eine durch Vibrationen induzierte Dämpfung des Trägheitselementes 26 auf Grund einer möglichen Flußkopplung mit nichtvibrierenden Teilen des Kreisels 10 mit Vibrationsrotor verhindert wird. Da die Seiten 33 und das Trägheitselement 26 auf dem gleichen magnetischen Potential liegen, besteht keine Flußkopplung zwischen beiden, sondern lediglich zwischen den Seiten 33 und den vorerwähnten Teilen. Da es erwünscht ist, das gleiche magnetische Potential auf der gesamten Länge der Seiten 33 aufrechtzuerhalten, sind die Seiten 33 aus einem Material hergestellt, das so ausgewählt wurde, daß es einen kleinen Abfall in der magnetomotorischen Kraft in seiner Längsrichtung ergibt; ein derartiges Material ist z. B. ein ferromagnetisches Material. Eine der Seiten des rotierenden Gehäuses 32 weist einen keramischen Ring 35 auf, der verhindert, daß ein zirkulierender Strom aus den Relativbewegungen der Polkappe 36 und dem Gehäuse 32 erzeugt wird.mancntmagnet 34 to the edge of the rotating case 32 is performed. The magnetic flux is via the rotating housing 32 with the inertia element 26 coupled via a ferrite ring 38, the ferrite ring 38 acting in such a way that eddy currents are eliminated are usually due to the vibrations of the inertia member 26 with respect to the Polar cap 36 would occur. Both the element 26 and the pole cap 36 are made of magnetic material, z. B. 50% Ni and 50% Fe produced. The magnetic flux then follows in the radial direction outside through the inertia member 26 and the outer part 40 of the rotating housing 32. So that the energy loss is reduced to a minimum due to the damping induced by vibrations, so that as large a magnetic flux as possible from the inertia element 26 to the sensing torque coils 42 is coupled via the outer portion 40 of the rotating housing 32; the outer part 40 consists of one Material that has low hysteresis loss and low eddy current loss. The part 40 is thus z. B. of a non-magnetic and the current non-conductive material, for. B. a ceramic Material (aluminum oxide), a plastic, a silicon oxide or one enriched with silicon Glass. In addition, the sides 33 of the rotating housing 32 are opened with the aid of the ferrite ring 38 held the same magnetic potential as the inertia member 26, thus one by vibration induced damping of the inertia element 26 due to a possible flux coupling with non-vibrating Sharing of the gyro 10 with the vibration rotor is prevented. Since the sides 33 and the element of inertia 26 are at the same magnetic potential, there is no flux coupling between the two, but rather only between pages 33 and the aforementioned parts. As it is desirable, the same magnetic To maintain potential over the entire length of the sides 33, the sides 33 are made of one material selected to have a small drop in magnetomotive force results in its longitudinal direction; such a material is e.g. B. a ferromagnetic material. One of the sides of the rotating housing 32 has a ceramic ring 35, which prevents a circulating Current is generated from the relative movements of the pole cap 36 and the housing 32.

Der magnetische Fluß verläuft von der Spule 42 zu einem Trägerbauteil 44 aus Ferrit (das die gleiche Funktion wie der Ferritring 38 hat) und zurück zum Magneten 34 über das Gehäuse 11 und das Trägerbauteil 12. Damit wird ein permanenter, geschlossener Magnetflußpfad, der das Trägheitselement 26 als integralen Bestandteil besitzt, in vorliegender Erfindung als Teil der Abfühl-Drehmoment-Anordnung aufrechterhalten. Während in der bevorzugten Ausführungsform der Magnet 34 stationär auf dem Lager 22 gehalten wird, kann der Magnet 34 einstückig mit dem Lager oder mit dem Trägheitselement 26 ausgebildet sein. Ferner ist darauf hinzuweisen, daß das rotierende Gehäuse 32 (mit dem Teil 40) dazu dient, das Trägheitselement 26 in einem Vakuum bei einem Gasspinlager zu halten, während der Teil 40 ermöglicht, daß die Spulen 42 außerhalb des rotierenden Gehäuses 32 angeordnet werden.The magnetic flux passes from the coil 42 to a support member 44 made of ferrite (which is the same Function like the ferrite ring 38 has) and back to the magnet 34 via the housing 11 and the carrier component 12. This creates a permanent, closed magnetic flux path, which the inertia element 26 as an integral Component is maintained in the present invention as part of the sensing torque assembly. While in the preferred embodiment the magnet 34 is held stationary on the bearing 22 is, the magnet 34 may be formed integrally with the bearing or with the inertia member 26. It should also be noted that the rotating housing 32 (with the part 40) serves to hold the inertia element 26 in a vacuum at a gas spin bearing, while part 40 allows the coils 42 can be arranged outside the rotating housing 32.

In den F i g. 3 und 4 sind die verschiedenen magnetischen Felder und Spannungen, die während des Betriebes des Kreisels mit Vibrationsrotor auftreten, dargestellt. Das magnetische Hauptfeld, das von dem Permanentmagneten 34 erzeugt wird, ist durch die Pfeile dargestellt, die dem magnetischen Flußpfad 46 folgen. Die Vibrationsbewegung des Trägheitselementes 26 (und damit des magnetischen Hauptfeldes), die durch den Pfeil 56 in F i g. 3 angedeutet ist, ergibt eine Spannung, die durch Pfeile 52 in F i g. 4 ausgedrückt ist, und die in den Abfühl-Drehmomentspulen 42 des Kreisels mit Vibrationsrotor erzeugt wird. Wie die F i g. 4 zeigt, nimmt die durch die Vibrationsbewegung des Trägheitselementes 26 induzierte Spannung in jeder der in Reihe geschalteten Spulen der Abfühl-Drehmomentspulen 42 eine entgegengesetzte Richtung an; da jedoch die Spulen 42 in Reihe geschaltet sind, wie Fig.4a zeigt, addieren sich die entgegengesetzt gerichteten Spannungen und ergeben ein kombiniertes Abführsignal an den Klemmen 60. In ähnlicher Weise wird eine Spannung an den Klemmen 60' auf Grund der Bewegung des Trägheitselementes 26 in bezug auf die Abfühl-Drehmomentspulen 42' induziert. Da sowohl die Richtung des magnetischen Hauptfeldes durch die Spulen 42' als auch die Richtung der Bewegung des Trägheitselementes 26 in bezug auf die Spulen 42' entgegengesetzt zur Richtung des Feldes und der Bewegung des Trägheitselementes 26 in bezug auf die Spulen 42 ist, liegt die an den Klemmen 60' auftretende Spannung in Phase milder an den Klemmen 60 auftretenden Spannung und kann bei einem kombinierten Abfühlsignal einfach addiert werden.In the F i g. 3 and 4 are the different magnetic ones Fields and voltages that occur during operation of the gyro with vibration rotor are shown. The main magnetic field generated by the permanent magnet 34 is indicated by the arrows which follow the magnetic flux path 46. The vibratory motion of the inertia member 26 (and thus the main magnetic field) indicated by arrow 56 in FIG. 3 is indicated, results in a voltage indicated by arrows 52 in FIG. 4, and that in the gyro's sense torque coils 42 is generated with a vibrating rotor. As the F i g. 4 shows that takes place by the vibratory movement of the inertia member 26 induced voltage in each of the series connected coils of the sensing torque coils 42 indicates an opposite direction; however, since the coils 42 are connected in series, like 4a shows, the oppositely directed add up Voltages and result in a combined discharge signal at terminals 60. Similarly becomes a voltage on the terminals 60 'due to the movement of the inertia member 26 with respect to the sense torque coils 42 'induced. As both the direction of the main magnetic field through the coils 42 'as well as the direction of movement of the inertia member 26 with respect to the coils 42' are opposite the direction of the field and the movement of the inertia element 26 with respect to the coils 42 is, the voltage appearing at the terminals 60 'is in the milder phase occurring at the terminals 60 Voltage and can simply be added for a combined sense signal.

Wie vorstehend beschrieben, ist das Trägheitselement 26 longitudinalen und transversalen Vibrationen unterworfen, d. h. Bewegungen parallel und senkrecht zur Spinachse 20. Wie sich aus den F i g. 3 und 4 ergibt, sind die Abfühl-Drehmomentspulen 42 auf Grund ihrer Auslegung unempfindlich gegen solche transversalen Vibrationen. Wenn das Trägheitselement 26 sich in der durch den Pfeil 58 in F i g. 3 angezeigten Richtung verschiebt, tritt eine Flußkopplungszunahme oder -abnähme durch die Abfühl-Drehmomentspulen 42 auf, weil der Spalt zwischen dem Trägheitselement 26 und den Abfühl-Drehmomentspulen 42 sich ändert. Diese Änderung in der Flußverkettung induziert Spannungen in den Spulen 42, deren Richtung, die durch die Pfeile 54 in F i g. 4 angedeutet ist, in beiden Spulen gleich ist. Da die Spulen 42 in Reihe geschaltet sind, löschen die induzierten Spannungen einander aus und ergeben damit an den Klemmen 60 einen Nullausgang. In ähnlicher Weise wird ein Nullausgang an den Klemmen 60' erhalten. Wenn das Trägheitselement 26 in longitudinal Richtung (durch Pfeil 57 in F i g. 3 dargestellt) vibriert, gehen alle Teile des Trägheitselementes 26 in bezug auf die Spulen 42 und 42' in die gleiche Richtung. Damit wird eine Spannung in den Spulen 42 induziert und an den Klemmen 60 dargeboten; diese Spannung weist eine entgegengesetzte Polarität in bezug auf die Spannung auf, die in den Spulen 42' induziert und an den Klemmen 60' dargeboten wird. Dies steht im Gegensatz zu der normalen Vibrationsbewegung des Trägheitselementes 26, das durch den Pfeil 56 in F i g. 3 angedeutet ist, bei welchem das Trägheitselement 26 sich in einer Richtung in bezug auf die Spulen 42 und in einer anderen Richtung in bezug auf die Spulen 42' verschiebt. Während somit im Falle vorliegender Erfindung die Addition von Abfühlsignalen aus den An-Schlüssen 60 und 60' ein kombiniertes Abfühlsignal für die normale Vibrationsbewegung des Trägheitselementes 26 ergibt, werden alle Signale, die an den Klemmen 60 und 60' durch longitudinal oder transversale Vibra-As described above, the inertia member 26 is longitudinal and transverse vibrations subject, d. H. Movements parallel and perpendicular to the spin axis 20. As can be seen from FIGS. 3 and 4 results, the sensing torque coils 42 are, by virtue of their design, insensitive to transverse ones Vibrations. When the inertia member 26 is in the position indicated by arrow 58 in FIG. 3 moves the indicated direction, a flux coupling increase or decrease occurs through the sensing torque coils 42 because the gap between the inertia member 26 and the sensing torque coils 42 changes. This change in the flux linkage induces voltages in the coils 42, the direction of which is indicated by the arrows 54 in Fig. 4 is indicated, is the same in both coils. Since the coils 42 are connected in series, the induced clear Voltages from one another and thus result in a zero output at terminals 60. In a similar way a zero output is obtained at terminals 60 '. When the inertia member 26 in the longitudinal direction (shown by arrow 57 in Fig. 3) vibrates, all parts of the inertia member 26 go with respect to one another coils 42 and 42 'in the same direction. A voltage is thus induced in the coils 42 and on presented to terminals 60; this voltage has an opposite polarity with respect to the voltage which is induced in the coils 42 'and presented at the terminals 60'. This is in contrast to the normal vibratory motion of inertia member 26 indicated by arrow 56 in FIG. 3 indicated in which the inertia member 26 rotates in one direction with respect to the coils 42 and in another direction with respect to the coils 42 '. While thus in the case of the present invention the addition of sense signals from terminals 60 and 60 'create a combined sense signal for the normal vibratory motion of the inertia member 26 results, all signals applied to the clamps 60 and 60 'by longitudinal or transversal vibra-

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tion oder Verschiebung des Träghcitselcmcntes 26 induziert werden, gelöscht (wie in F i g. 4a dargestellt).tion or displacement of the carrier element 26 induced are deleted (as shown in Fig. 4a).

Die Spulen 42 und 42' werden, wie vorstehend bereits ausgeführt, auch zum Aufgeben von Drehmomentkräften auf das Trägheitselement 26 verwendet. Zusätzlich ist zum Aufgeben von Drehmomentkräftcn längs orthogonaler Achsen, die in bezug auf das Gehäuse 11 fest sind, ein getrenntes Paar von Drehmomentspulen 43,43' vorgesehen, die gegenüber den Spulen 42, 42' um 90° verschoben sind. Das Verfahren der Drehmomentbildung wird in Zusammenhang mit F i g. 3 auf einfache Weise erläutert. Ein an die Klemmen 60 und 60' gelegter Strom bewirkt, daß Magnetfelder durch die Spulen 42 und 42' erzeugt werden, wobei die Richtung und der Flußpfad solcher magnetischer Felder durch die gestrichelten Linien 48 und 50 angedeutet ist. Während das magnetische Hauptfeld, das von dem Permanentmagneten 34 (durch den Pfad 46 angedeutet) erzeugt wird, im oberen Teil und im unteren Teil des Trägheitselementes 26 in entgegengesetzten Richtungen verläuft, nehmen die von dem Strom in den Spulen 42 und 42' erzeugten Felder sowohl im oberen Teil als auch im unteren Teil des Trägheitselementes 26 die gleiche Richtung ein. Die gegenseitige Beeinflussung des Hauptfeldes und des von den Spulen 42 und 42' erzeugten Feldes ergibt somit entgegengesetzte Einflüsse auf den oberen Teil und den unteren Teil des Trägheitselementes 26. Da jedoch der obere Teil und der untere Teil des Trägheitselementes 26 bei normaler Vibration sich in entgegengesetzten Richtungen bewegen, ergibt eine derartige magnetische Beeinflussung ein gemeinsames Drehmoment auf den oberen Teil und den unteren Teil des Trägheitselementes 26. Wenn beispielsweise der obere Teil des Trägheitselementes 26 sich nach links bewegt, erzeugt die linke Spule der Spulen 42 ein Magnetfeld, das das Trägheitselement nach links anzuziehen versucht, während die rechte Spule der Spulen 42 ein Magnetfeld erzeugt, das das Trägheitselement 26 nach links abstoßen will; da der untere Teil des Trägheitselementes 26 sich nach links bewegt, erzeugt die rechte Spule der Spulen 42' ein Magnetfeld, das das Trägheitselement 26 nach rechts zu ziehen versucht, während die linke Spule der Spulen 42' ein Magnetfeld erzeugt, das das Trägheitselement 26 nach rechts abstößt. Der Nutzeffekt beider solchen Spulen 42 und 42' besteht dann darin, daß ein resultierendes Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn auf das Trägheitselement 26 ausgeübt wird.The coils 42 and 42 'are, as before executed, also used to apply torque forces to the inertia element 26. Additionally is for applying torque forces along orthogonal axes with respect to the housing 11 are a separate pair of torque coils 43, 43 'are provided, which are displaced by 90 ° with respect to the coils 42, 42'. The procedure of Torque generation is in connection with F i g. 3 explained in a simple way. One to the terminals Current applied to 60 and 60 'causes magnetic fields to be generated by coils 42 and 42', with the direction and the flux path of such magnetic fields are indicated by the dashed lines 48 and 50 is. While the main magnetic field generated by permanent magnet 34 (through path 46 indicated) is generated, in the upper part and in the lower part of the inertia element 26 in opposite directions Directions take the fields generated by the current in the coils 42 and 42 'both in the upper Part and in the lower part of the inertia element 26 in the same direction. The mutual influence of the main field and the field generated by the coils 42 and 42 'thus result in opposite directions Influences on the upper part and the lower part of the inertia element 26. However, since the upper part and the lower part of the inertia member 26 with normal vibration move in opposite directions move, such a magnetic influence gives a common torque on the top Part and the lower part of the inertia element 26. If, for example, the upper part of the inertia element 26 moves to the left, the left coil of the coils 42 generates a magnetic field that tries to attract the inertial element to the left, while the right coil of the coils 42 generates a magnetic field that wants to repel the inertia element 26 to the left; there the lower part of the inertia element 26 moves to the left, creating the right coil of coils 42 ' a magnetic field that tries to pull the inertia element 26 to the right, while the left coil of the Coils 42 'generates a magnetic field which repels the inertia element 26 to the right. The benefits of both such coils 42 and 42 'is then that a resulting torque is counterclockwise is exerted on the inertia member 26.

Wie oben bereits ausgeführt, werden die Abfühl-Drehmomentspulen 42 und 42' sowohl zum Abfühlen des Trägheitselementes 26 als auch zur Aufgabe eines Drehmomentes auf das Trägheitselement 26 verwendet. Die entsprechende Schaltung ist in Fig.4a dargestellt. Das Drehmomentsignal zur Aufbringung des Drehmomentes auf das Trägheitselement 26 wird an der Klemme 70 aufgegeben und über einen Gleichstromverstärker 72 an die in Reihe geschalteten Spulen 42 und 42' gegeben, wobei der Strom durch die Spulen 42 und 42' Drehmomentfelder auf dem Trägheitselement 26 erzeugt, wie im vorstehenden Abstatz erläutert. Gleichzeitig werden Abfühlsignale durch die Vibrationsbewegung des Trägheitselementes 26 erzeugt und den Klemmen 60 und 60' aufgegeben. Das das Trägheitselement 26 nicht nur vibriert, sondern auch rotiert, ist die Frequenz der Abfühlsignale, die von dem Trägheitselement 26 erzeugt werden, eine Funktion dieser beiden Bewegungen und ist direkt gleich der Summe der Rotationsfrequenz und der Vibrationsfrequenz (wobei auch ein kleiner Differenzfrequenzausdruck vorhanden ist). Somit weisen bei der Abführanordnung nach vorliegender Ausführungsform die Abfühlsignale (im Idealfalle) eine Frequenz von 2 N auf, da die Frequenz der Wellendrehung N und die Resonanzfrequenzvibration des Trägheitselementes 26 gleich sind. Bei einem praktisch ausgeführten Beispiel beträgt die Frequenz der Wellendrehung 375 Hz und damit besitzen die Abfühlsignale eine Frequenz von 750 Hz. Die Abfühlsignale werden dann durch ein Filter 74 geleitet, das zum Aussperren irgendwelcher an der Klemme 70 auftretenden Gleichstromdrehmomentsignale dient und das entweder ein schmales Bandfilter ist, das nur eine Frequenz von 750 Hz durchläßt, oder aber ein Sperrfilter wie z. B. ein Kondensator. Die Abfühlsignale werden dann mit einem Differentialverstärker 76 gekoppelt und an der Klemme 78 dargeboten.As stated above, the sensing torque coils 42 and 42 ′ are used both to sense the inertia element 26 and to apply torque to the inertia element 26. The corresponding circuit is shown in Fig.4a. The torque signal for applying the torque to the inertia element 26 is applied to the terminal 70 and passed via a direct current amplifier 72 to the coils 42 and 42 'connected in series, the current through the coils 42 and 42' generating torque fields on the inertia element 26, as explained in the previous paragraph. At the same time, sensing signals are generated by the vibratory motion of the inertia member 26 and applied to the clamps 60 and 60 '. Since the inertia member 26 not only vibrates but also rotates, the frequency of the sensing signals generated by the inertia member 26 is a function of these two movements and is directly equal to the sum of the frequency of rotation and the frequency of vibration (there is also a small difference frequency term ). Thus, in the discharge arrangement according to the present embodiment, the sensing signals (in the ideal case) have a frequency of 2 N, since the frequency of the shaft rotation N and the resonance frequency vibration of the inertia element 26 are the same. In a practical example, the frequency of the shaft rotation is 375 Hz and thus the sensing signals have a frequency of 750 Hz. The sensing signals are then passed through a filter 74, which is used to block out any DC torque signals occurring at terminal 70, either a narrow band filter is that only lets through a frequency of 750 Hz, or a notch filter such. B. a capacitor. The sense signals are then coupled to a differential amplifier 76 and presented at terminal 78.

Um die Abfühlsignale aus den Spulen 42, 42' (an der Klemme 78) in Komponenten nach einem Satz von orthogonalen Achsen aufzulösen, die in bezug auf das äußere Gehäuse 11 festgelegt sind (um die Richtung der Winkelverschiebung der Spinwelle 20 gegenüber solchen Achsen zu bestimmen), wird ein Taktgebersignal mit einer Frequenz 2 N erzeugt. Ein C-förmiger Taktgebergenerator 80(F i g. 1) ist mit dem äußeren Gehäuse 11 über ein Trägerbauteil 12 befestigt und weist einen C-förmigen Permanentmagnet 81 mit einer darauf gewickelten Abfühlspule (und einer Ausgangsleitung) 82 auf. Ein umlaufendes Ferritbauteil 84 (das einen Teil des geschlossenen Flußpfades bildet) ist sehr leicht ellipsenförmig ausgebildet, so daß der magnetische Widerstand des magnetischen Pfades zwischen den Schenkeln des C-förmigen Taktgebergenerators 80 verändert wird. Da der C-förmige Generator 80 stationär ist, oszilliert die Lage des rotierenden Bauteiles 84 über die beiden Schenkel des Magneten 81 in radialer Richtung während einer jeden Umdrehung der Spinwelle 20. Bei jeder Umdrehung der Welle 20 bewirkt die radiale Oszillation des Bauteils 84, daß sie maximale und minimale Abstände von dem Taktgebergenerator 80 zweimal während jeder Umdrehung annimmt. Während einer jeden Umdrehung der Spinwelle 20 werden somit abwechselnd Pfade minimalen und maximalen magnetischen Widerstandes zweimal zwischen den beiden Schenkeln des C-förmigen Taktgebergenerators 80 ausgebildet. Da der magnetische Widerstand des Magnetpfades sich über zwei Maxima und zwei Minima bei jeder Umdrehung verändert, wird eine Wechsel-EMK in der Abfühlspule (und der Ausgangsleitung) 82 mit einer Frequenz von doppeltem Wert der Frequenz der Umdrehung der Spinwelle 20 erzeugt. Diese Wechsel-EM K dient zur Erzeugung eines Taktgebersignals mit der Frequenz 2 N. Wie in dem älteren Vorschlag, auf den eingangs Bezug genommen worden ist, erläutert, kann das Taktgebersignal einem Phasenschieber aufgegeben werden, damit zwei Taktgebersignale erreicht werden, die 90° in der Phase gegeneinander verschoben sind und die ihrerseits mit den Abfühlsignalen aus der Abfühlanordnung in gewöhnlichen Demodulatoren kombiniert werden, damit Signale erzeugt werden, die die Größen der Komponenten der Winkelverschiebung der Spinwelle 20 längs orthogonaler Achsen darstellen, welche in bezug auf das äußere Gehäuse 11 fest vorgegeben sind. Bei einer anderen Ausführungsform kann ein zweiter Taktgebergencrator 80 vorgesehen werden, der in Umfangsrichtung um 45° versetzt ist, damit er das zweite Taktgebersignal erzeugt, das in der Phase urn 90° verschoben ist.To convert the sensing signals from coils 42, 42 '(at terminal 78) into components according to a set of orthogonal Resolve axes defined with respect to the outer housing 11 (to determine the direction of the To determine angular displacement of the spin shaft 20 with respect to such axes), a clock signal generated at a frequency of 2N. A C-shaped clock generator 80 (Fig. 1) is associated with the outer case 11 is attached via a support member 12 and has a C-shaped permanent magnet 81 with a one thereon wound sensing coil (and output lead) 82. A circumferential ferrite component 84 (the forms part of the closed flux path) is very slightly elliptical, so that the magnetic Resistance of the magnetic path between the legs of the C-shaped clock generator 80 is changed. Since the C-shaped generator 80 is stationary, the position of the rotating component 84 oscillates via the two legs of the magnet 81 in the radial direction during each revolution of the spin shaft 20. With each revolution of the shaft 20, the radial oscillation of the component 84 causes it to be maximal and assumes minimum distances from clock generator 80 twice during each revolution. While of each revolution of the spin shaft 20, paths are thus alternately minimum and maximum magnetic resistance twice between the two legs of the C-shaped clock generator 80 educated. Since the magnetic resistance of the magnetic path extends over two maxima and two minima changed with each revolution, an alternating EMF is generated in the sensing coil (and the output line) 82 is generated at a frequency of twice the frequency of rotation of the spin shaft 20. This Wechsel-EM K is used to generate a clock signal with the frequency 2 N. As in the older proposal, to which was initially referred to, explained, the clock signal can be a phase shifter be abandoned so that two clock signals can be achieved that are 90 ° in phase with each other are shifted and in turn with the sensing signals from the sensing arrangement in ordinary demodulators can be combined to produce signals that are the magnitudes of the components of the angular displacement of the spin shaft 20 along orthogonal axes relative to the outer housing 11 are fixed. In another embodiment a second clock generator 80 can be provided, which is rotated in the circumferential direction by 45 ° is offset to generate the second clock signal that is 90 degrees out of phase.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Sensing arrangement for a swing rotor gyro with an inertia element made of magnetic material, rotatable about an axis of rotation is arranged and with the help of torsion bars an oscillating movement around one by the torsion bars executed second axis fixed and displaced at an angle with respect to the axis of rotation, wherein the sensing arrangement mounted in the vicinity of a rotating shaft defining the axis of rotation having a permanent magnet for establishing a magnetic flux path and in a gap between the inertia element coils attached to outer elements of the flow path are provided which intersect the flow path, whereby sensing signals are generated in the coils that reflect the oscillating motion of the rotating Inertia element correspond, thereby characterized in that the permanent magnet is a rotationally symmetrical, cup-shaped magnetic body (44, 11, 12, 34, 36) is a circularly symmetrical magnetic field with radially through the air gap running field lines generated, in which the inertia element (26) revolves and oscillates and whose axis coincides with the spin axis of the inertia element that the gap is radially inward through a radially outwardly directed surface of the inertia element (26) and radially outwardly through a radially inwardly directed surface of the outer pole piece (44) of the permanent magnet is formed is, and that the coils (42,42 ') with the outer stationary housing or on the rotating Housing part and are arranged to rotate with this.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the permanent magnet (34) in the Proximity of a rotary shaft defining the axis of rotation (20) is attached, and that highly permeable pole pieces (36, 44) having magnetic elements are provided so that a closed magnetic flux path (38, 36, 34, 12, 44) is formed, of which the inertia element (26) has a one-piece, radial Branch forms.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the coils (42, 42 ') the flux path at a point between the inertia element (26) and outer elements of the closed Cut the river path.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that one or more sensing units are provided, each of which has two adjacent coils (42, 42 ') connected in series (FIG. 4).

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that at least two units (42,42 ') each has two adjacent coils connected in series, offset by 180 ° from one another and in Are connected in series with each other (Fig. 4a).

6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the parts (40) of the housing wall, which cut the magnetic flux path (46, Fig. 3) consist of a material, which transmits the magnetic flux.

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the material is a current non-conductive, is non-magnetic, preferably ceramic material.

8. Arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that an intermediate carrier part (21) is provided which is fixed to the rotating shaft (20) and which has a toroidal shape Housing (32) carries, and that the central opening of the toroid part (34,36) of the magnetic So that the magnetic Flow is in a radial path (46) through the annular inertia member (26).

9. Arrangement according to claim 1 and 6, characterized in that the radially extending parts, z. B. the side walls (33) of the housing (32) have the same magnetic potential as the inertia element exhibit.

10. Arrangement according to claim 8, characterized in that the inertia element (26) has two has diametrically opposite openings that two inertia elements (30) with the inner Wall of the circumferential housing (32) are attached that each carrier element (30) in one of the openings protrudes, and that the torsion bars (28) extend in the radial direction through the opening, wherein one end of a torsion bar is connected to the inertia member (26).