[go: up one dir, main page]

RU2150087C1 - Indicator of direction of geographic meridian - Google Patents

Indicator of direction of geographic meridian Download PDF

Info

Publication number
RU2150087C1
RU2150087C1 RU98111788A RU98111788A RU2150087C1 RU 2150087 C1 RU2150087 C1 RU 2150087C1 RU 98111788 A RU98111788 A RU 98111788A RU 98111788 A RU98111788 A RU 98111788A RU 2150087 C1 RU2150087 C1 RU 2150087C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
suspension
meridian
geographic meridian
axes
sensitive element
Prior art date
Application number
RU98111788A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU98111788A (en
Inventor
В.П. Нестеренко
Т.Г. Нестеренко
И.В. Плотникова
Original Assignee
Томский политехнический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Томский политехнический университет filed Critical Томский политехнический университет
Priority to RU98111788A priority Critical patent/RU2150087C1/en
Publication of RU98111788A publication Critical patent/RU98111788A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2150087C1 publication Critical patent/RU2150087C1/en

Links

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: orientation of object with respect to plane of geographic meridian. SUBSTANCE: sensitive element is put on object with use of gimbal suspension composed of outer ring and inner cross piece. Sensitive element includes inert body tied by means of restoring members to oscillation exciter. It will oscillate about axes of its suspension as result of interaction of translation velocity of inert body with angular velocity of rotation of the Earth. Amplitudes of these oscillations depend on direction of geographic meridian. Angle transducers which inputs are connected to input of computer are set on axes of suspension of sensitive element. Computer calculates angle determining position of object relative to plane of geographic meridian. Time of determination of orientation of object with reference to geographic meridian amounts to some seconds or a few tens of seconds. EFFECT: reduced energy consumption and mass and size characteristics of indicator. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения ориентации объекта относительно направления плоскости географического меридиана. The invention relates to measuring technique and can be used to determine the orientation of the object relative to the direction of the plane of the geographical meridian.

Известен гирокомпас (ГК) с косвенным управлением [1], содержащий гиродвигатель, установленный внутри вертикального кольца на подшипниках, расположенных вдоль горизонтальной оси, перпендикулярной к главной оси гироскопа. Вертикальное кольцо подвешено в следящем кольце на торсионном подвесе и направляющих подшипниках. Следящее кольцо установлено в корпусе на двухосном кардановом подвесе. Центр тяжести чувствительного элемента (ЧЭ), включающего в себя гиродвигатель и вертикальное кольцо, совпадает с точкой подвеса. На камере гиродвигателя установлен плоский маятник-индикатор горизонта таким образом, что ось его чувствительности параллельна главной оси гироскопа. На внутренней и наружной осях подвеса гироскопа установлены датчики момента, на которые поступают сигналы с индикатора горизонта. По истечении времени переходного процесса главная ось гирокомпаса показывает направление плоскости географического меридиана. Таким образом, время определения направления меридиана находится в пределах периода прецессионных колебаний ГК и составляет десятки минут. Гирокомпас имеет значительные массогабаритные характеристики и энергопотребление. Known gyrocompass (GC) with indirect control [1], containing a gyrodrive mounted inside a vertical ring on bearings located along a horizontal axis perpendicular to the main axis of the gyroscope. The vertical ring is suspended in the follower ring on a torsion bar and guide bearings. The follower ring is installed in the housing on a biaxial gimbal. The center of gravity of the sensing element (SE), which includes a gyrodrive and a vertical ring, coincides with the suspension point. A flat pendulum-horizon indicator is installed on the gyrodrive chamber so that its sensitivity axis is parallel to the main axis of the gyroscope. On the internal and external axes of the suspension of the gyroscope installed torque sensors, which receive signals from the horizon indicator. After the transition time, the main axis of the gyrocompass shows the direction of the plane of the geographic meridian. Thus, the time to determine the direction of the meridian is within the period of the precession oscillations of the HA and amounts to tens of minutes. The gyrocompass has significant weight and size characteristics and power consumption.

Известен наземный гирокомпас с камневыми опорами [2]. Такой гирокомпас состоит из чувствительного элемента (ЧЭ) и корпуса прибора. Внутри ЧЭ установлен гиродвигатель с горизонтальной осью вращения. ЧЭ установлен в корпусе на камневых опорах, для уменьшения контактного давления на опоры ЧЭ погружен в поддерживающую жидкость, которая одновременно используется как проводник для передачи питания к гиродвигателю с электродов корпуса на соответствующие электроды ЧЭ. ЧЭ такого гирокомпаса совершает затухающиеся гармонические колебания относительно направления географического меридиана, положение которого рассчитывается по определенному алгоритму на основании съема отсчетов с ЧЭ. Сокращение времени определения направления географического меридиана гирокомпасом может быть достигнуто только путем уменьшения периода его незатухающих колебаний. Для этого необходимо уменьшать величину кинетического момента и увеличивать восстанавливающий момент гирокомпаса. Уменьшение кинетического момента приводит к резкому снижению точности ГК, увеличение восстанавливающего момента целесообразно только в определенных пределах и приводит к увеличению габаритов прибора. Кроме того, время определения направления меридиана гирокомпасом включает в себя также время разгона гиродвигателя до набора им номинальной скорости вращения. Все это ограничивает возможность сокращения времени определения направления меридиана гирокомпасом, которое может быть достигнуто порядка 10-15 минут. Known ground gyrocompass with stone supports [2]. Such a gyrocompass consists of a sensitive element (SE) and the instrument body. A gyrodrive with a horizontal axis of rotation is installed inside the SE. The FE is installed in the housing on stone supports, to reduce the contact pressure on the supports, the FE is immersed in a supporting fluid, which is simultaneously used as a conductor to transfer power to the gyrodrive from the electrodes of the housing to the corresponding electrodes of the CE. The SE of such a gyrocompass makes damped harmonic oscillations relative to the direction of the geographic meridian, the position of which is calculated according to a certain algorithm based on the readout of readings from the SE. Reducing the time to determine the direction of the geographic meridian with a gyrocompass can be achieved only by reducing the period of its undamped oscillations. For this, it is necessary to reduce the magnitude of the kinetic moment and increase the recovery moment of the gyrocompass. A decrease in the kinetic moment leads to a sharp decrease in the accuracy of the HA, an increase in the recovery moment is advisable only within certain limits and leads to an increase in the dimensions of the device. In addition, the time to determine the direction of the meridian by the gyrocompass also includes the acceleration time of the gyro motor to its nominal speed. All this limits the possibility of reducing the time to determine the direction of the meridian with a gyrocompass, which can be reached on the order of 10-15 minutes.

Известен маятниковый гироскопический компас на торсионном подвесе [3]. Данный прибор, выбранный в качестве прототипа, предназначен для определения азимута объекта в условиях неподвижного относительно Земли основания. Гирокомпас содержит чувствительный элемент (ЧЭ), который на торсионе подвешен в корпусе как двухкоординатный физический маятник. В ЧЭ установлен гиродвигатель, ось вращения которого горизонтальна. Для устранения воздействия момента сил упругости торсиона на ЧЭ используют следящую систему, разворачивающую верхний конец торсиона вслед за поворотом гиродвигателя, в результате чего торсион остается незакрученным. Положение плоскости меридиана определяется в режиме слабо затухающих колебаний по точкам реверсии, то есть точкам предельных отклонений ЧЭ в азимуте. Недостатком такого гирокомпаса является то, что время определения направления меридиана им составляет не менее одного периода его прецессионных колебаний. Период прецессионных колебаний ГК обычно порядка 8-12 минут. Кроме того, до начала процесса измерения необходимо обеспечить разгон гиродвигателя, который составляет 0,5-2 минуты. Наличие гиродвигателя вызывает необходимость специализированного источника питания (переменный ток, частота 400 или 500, или 1000 Гц) достаточной мощности. Возможности уменьшения массогабаритных характеристик гирокомпаса также ограничены из-за присутствия гиродвигателя и необходимости обеспечения достаточной длины торсиона. Known pendulum gyroscopic compass on a torsion bar [3]. This device, selected as a prototype, is designed to determine the azimuth of an object in a fixed base relative to the Earth. The gyrocompass contains a sensitive element (SE), which is suspended on the torsion bar in the body as a two-coordinate physical pendulum. A gyrodrive is installed in the SE, the axis of rotation of which is horizontal. To eliminate the effect of the moment of elasticity forces of the torsion bar on the SE, a follow-up system is used that turns the upper end of the torsion bar following the rotation of the gyro motor, as a result of which the torsion bar remains untwisted. The position of the meridian plane is determined in the mode of weakly damped oscillations from the points of reversal, that is, the points of the limiting deviations of the SE in azimuth. The disadvantage of such a gyrocompass is that it takes at least one period of its precession oscillations to determine the direction of the meridian. The period of precessional fluctuations of the HA is usually about 8-12 minutes. In addition, before the start of the measurement process, it is necessary to ensure acceleration of the gyromotor, which is 0.5-2 minutes. The presence of a gyro motor necessitates a specialized power source (alternating current, frequency 400 or 500, or 1000 Hz) of sufficient power. The possibility of reducing the weight and size characteristics of the gyrocompass is also limited due to the presence of a gyro motor and the need to ensure a sufficient torsion bar length.

Задачей настоящего изобретения является создание измерителя, имеющего время определения направления меридиана единицы или десятки секунд. The present invention is to provide a meter having a time to determine the direction of the meridian of a unit or tens of seconds.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в измерителе направления географического меридиана, содержащем чувствительный элемент, выполненный в виде физического маятника, установленного в корпусе с помощью двухкоординатного подвеса, согласно изобретению чувствительный элемент содержит инерционное тело, связанное упругой связью с возбудителем колебаний. Двухкоординатный подвес выполнен в виде двухосного карданового подвеса, на осях которого установлены датчики угла, выходные сигналы которых поступают на вход вычислителя. Сущность устройства заключается в том, что в результате взаимодействия скорости поступательного перемещения инерционного тела с угловой скоростью вращения Земли ЧЭ будет совершать колебания вокруг своих осей подвеса. Амплитуды этих колебаний зависят от ориентации объекта относительно направления географического меридиана, которые рассчитываются вычислителем. The solution of this problem is achieved by the fact that in the directional measuring device of the geographical meridian containing the sensing element, made in the form of a physical pendulum mounted in the housing using a two-coordinate suspension, according to the invention, the sensing element contains an inertial body coupled by an elastic connection with the vibration exciter. The two-coordinate suspension is made in the form of a biaxial cardan suspension, on the axes of which angle sensors are installed, the output signals of which are fed to the input of the calculator. The essence of the device lies in the fact that as a result of the interaction of the speed of translational movement of the inertial body with the angular velocity of rotation of the Earth, the SE will oscillate around its suspension axes. The amplitudes of these oscillations depend on the orientation of the object relative to the direction of the geographical meridian, which are calculated by the calculator.

Признаки, отличающие предлагаемый измеритель направления географического меридиана от наиболее близкого к нему маятникового гироскопического компаса на торсионном подвесе, заключаются в наличии в ЧЭ инерционного тела, которому возбудитель колебаний, установленный в ЧЭ, сообщает поступательное движение вдоль линии отвеса. В результате взаимодействия угловой скорости вращения Земли и поступательного перемещения инерционного тела, ЧЭ совершает угловые колебания вокруг своих осей подвеса, амплитуды этих колебаний зависят от ориентации объекта относительно направления географического меридиана, что позволяет уменьшить время определения направления географического меридиана, снизить энергопотребление и массогабаритные характеристики прибора. Signs that distinguish the proposed measuring instrument of the direction of the geographical meridian from the pendulum gyroscopic compass closest to it on the torsion suspension are the presence of an inertial body in the SE, to which the vibration exciter installed in the SE reports translational motion along the plumb line. As a result of the interaction of the angular velocity of the Earth’s rotation and the translational movement of the inertial body, the CE makes angular vibrations around its suspension axes, the amplitudes of these vibrations depend on the orientation of the object relative to the direction of the geographic meridian, which reduces the time to determine the direction of the geographic meridian, reduces energy consumption and weight and size characteristics of the device.

Время определения направления географического меридиана предлагаемым измерителем складывается из времени готовности возбудителя колебаний, времени переходного процесса в системе, времени расчета вычислителем и составляет единицы или десятки секунд. The time to determine the direction of the geographical meridian of the proposed meter is the sum of the readiness of the pathogen, the time of the transition process in the system, the calculation time of the computer and is one or tens of seconds.

На чертеже изображено устройство для измерения направления географического меридиана. The drawing shows a device for measuring the direction of the geographical meridian.

Измеритель направления географического меридиана (см. чертеж) содержит чувствительный элемент 1, установленный на объекте с помощью карданового подвеса, состоящего из наружного кольца 2 и внутренней крестовины 3. В ЧЭ 1 на направляющих 4 установлено инерционное тело 5, связанное с возбудителем колебаний 6 упругими элементами 7. Возбудитель 6 закреплен на корпусе ЧЭ, на осях подвеса которого установлены датчики угла 8, 9. Сигналы с датчиков угла поступают в вычислитель 10. The geographic meridian direction measuring instrument (see the drawing) contains a sensing element 1 mounted on the object using a cardan suspension consisting of an outer ring 2 and an internal cross 3. In CE 1, an inertial body 5 is mounted on the guides 4, which is connected with the vibration exciter 6 by elastic elements 7. The causative agent 6 is mounted on the housing of the CE, on the axes of the suspension of which angle sensors 8, 9 are installed. Signals from the angle sensors are supplied to the calculator 10.

Измеритель направления географического меридиана работает следующим образом. В рабочем режиме возбудитель колебаний сообщает инерционному телу 5 поступательное колебательное движение вдоль линии отвеса по закону z = z0sinωt, где z - отклонение центра масс тела вдоль оси OZ в момент времени t, z0 - амплитуда колебаний центра масс тела, ω - угловая частота колебаний центра масс тела. Вместе с Землей тело 5 участвует в переносном движении со скоростью Ωη= ΩЗcosφ, где ΩЗ - угловая скорость суточного вращения Земли, φ - широта места. В результате этого на тело 5 действует сила инерции

Figure 00000002
, обусловленная периодическим поворотным ускорением
Figure 00000003
[4]. В общем случае оси подвеса ЧЭ не совпадают с направлением восток - запад (ось ξ), следовательно, вокруг этих осей действуют моменты
Figure 00000004

где m - масса ЧЭ, 1 - длина маятника, α - угол, определяющий ориентацию объекта относительно направления меридиана.The measuring direction of the geographical meridian works as follows. In the operating mode, the pathogen informs the inertial body 5 of the translational oscillatory motion along the plumb line according to the law z = z 0 sinωt, where z is the deviation of the body center of mass along the OZ axis at time t, z 0 is the amplitude of the center of mass of the body, ω is the angular frequency of oscillations of the center of mass of the body. Together with the Earth, body 5 participates in a portable motion with a speed of Ω η = Ω З cosφ, where Ω З is the angular velocity of the Earth's daily rotation, φ is the latitude of the place. As a result of this, inertia force acts on body 5
Figure 00000002
due to periodic rotational acceleration
Figure 00000003
[4]. In the general case, the CE suspension axes do not coincide with the east – west direction (ξ axis); therefore, moments act around these axes
Figure 00000004

where m is the mass of the SE, 1 is the length of the pendulum, α is the angle that determines the orientation of the object relative to the direction of the meridian.

Эти моменты вызывают колебания чувствительного элемента 1 вокруг его осей подвеса, амплитуды этих колебаний зависят от ориентации объекта относительно направления меридиана (угла α). Углы колебаний ЧЭ измеряются датчиками угла 8, 9, выходные сигналы которых поступают в вычислитель 10. Вычислитель 10 рассчитывает угол α, определяющий положение объекта относительно направления географического меридиана. These moments cause oscillations of the sensitive element 1 around its suspension axes, the amplitudes of these oscillations depend on the orientation of the object relative to the direction of the meridian (angle α). The angles of variation of the SE are measured by angle sensors 8, 9, the output signals of which are fed to the calculator 10. The calculator 10 calculates the angle α, which determines the position of the object relative to the direction of the geographic meridian.

В качестве примера технической реализации заявляемого устройства можно привести измеритель, в котором применен возбудитель электродинамического типа, содержащий постоянный магнит, закрепленный на корпусе ЧЭ, и катушку, связанную с инерционным телом. Катушка питается напряжением U = Uоsinωt. В качестве датчиков угла могут быть использованы бесконтактные датчики угла, например, емкостные или оптико-электронные. Сигналы с датчиков угла поступают на вычислитель, построенный на основе цифровой однокристальной микроЭВМ. В состав вычислителя также должны входить аналого-цифровые преобразователи для преобразования напряжений с датчиков угла в пропорциональный им цифровой код; блок индикации для отображения полученной информации об угле азимута.As an example of the technical implementation of the inventive device, a meter can be used in which an electrodynamic type exciter is used, which contains a permanent magnet mounted on the SE housing and a coil connected with an inertial body. The coil is powered by voltage U = U о sinωt. Non-contact angle sensors, for example, capacitive or optoelectronic, can be used as angle sensors. The signals from the angle sensors are fed to a computer, based on a digital single-chip microcomputer. The computer should also include analog-to-digital converters for converting voltages from angle sensors to a digital code proportional to them; an indication unit for displaying the received information about the azimuth angle.

Источники информации
1. Матвеев С.С. Гирокомпасы и гирогоризонткомпасы. - Л.: Судостроение, 1974, с. 33-38.
Sources of information
1. Matveev S.S. Gyrocompasses and gyrohorizon compasses. - L .: Shipbuilding, 1974, p. 33-38.

2. Сергеев М. А. Наземные гирокомпасы. - Л.: Машиностроение, 1969, с. 124-151. 2. Sergeev M. A. Ground gyrocompasses. - L .: Engineering, 1969, p. 124-151.

3. Одинцов А.А. Теория и расчет гироскопических приборов. - Киев: Виша школа, 1985, c.161 - 165. 3. Odintsov A.A. Theory and calculation of gyroscopic devices. - Kiev: Vichy School, 1985, p. 161 - 165.

4. Авторское свидетельство N 1675671, G 01 C/00, 07.09.91. 4. Copyright certificate N 1675671, G 01 C / 00, 09/07/91.

Claims (1)

Измеритель направления географического меридиана, содержащий чувствительный элемент в виде физического маятника, установленного в корпусе с помощью двухкоординатного подвеса, отличающийся тем, что чувствительный элемент содержит инерционное тело, соединенное упругой связью с возбудителем колебаний, сообщающим инерционному телу поступательное движение вдоль линии отвеса маятника, а двухкоординатный подвес выполнен в виде карданового подвеса с установленными по его осям датчиками угла, выходы которых соединены с входом вычислителя. A geographic meridian direction measuring instrument containing a sensing element in the form of a physical pendulum installed in the housing using a two-coordinate suspension, characterized in that the sensing element contains an inertial body coupled by an elastic coupling with an oscillation pathway, which communicates the inertial body along the pendulum plumb line, and the two-coordinate the suspension is made in the form of a gimbal suspension with angle sensors installed on its axes, the outputs of which are connected to the input of the calculator.
RU98111788A 1998-06-15 1998-06-15 Indicator of direction of geographic meridian RU2150087C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98111788A RU2150087C1 (en) 1998-06-15 1998-06-15 Indicator of direction of geographic meridian

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98111788A RU2150087C1 (en) 1998-06-15 1998-06-15 Indicator of direction of geographic meridian

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98111788A RU98111788A (en) 2000-04-10
RU2150087C1 true RU2150087C1 (en) 2000-05-27

Family

ID=20207496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98111788A RU2150087C1 (en) 1998-06-15 1998-06-15 Indicator of direction of geographic meridian

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2150087C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102788598A (en) Error suppressing method of fiber strap-down inertial navigation system based on three-axis rotation
RU2324897C1 (en) Azimuthal orientation of free gyro platform by precession angle of gyro unit
CN109681189A (en) A kind of hole diameter sector cementing quality and track integrated measuring instrument
CN101581221A (en) Measurement while drilling system
RU2150087C1 (en) Indicator of direction of geographic meridian
CN1062353C (en) Method for shortening the compass swing period of two freedom deg. swing top
US3805625A (en) Asymmetric gyroscope
US4123849A (en) Miniature north reference unit
US3229376A (en) Pendulous gyrocompass
US3172213A (en) eklund
US3898744A (en) Constant precessed gyrocompass
RU89723U1 (en) MOBILE ABSOLUTE GRAVIMETER FOR GEOLOGICAL EXPLORATION, GEOPHYSICAL RESEARCHES AND OPERATIONAL IDENTIFICATION OF EARTHQUAKES OF EARTHQUAKES (OPTIONS)
RU2111454C1 (en) Inclinometer
RU2030574C1 (en) Method for determination of well drift angle in successive points and gyroscopic inclinometer
US2970382A (en) Gyro-compass
JPH0535971B2 (en)
RU2408843C1 (en) Analytical gyro-compass for quasi-static measurements
RU35005U1 (en) The device of the initial exhibition of inertial navigation system
RU2112876C1 (en) Inclinometer
Bakhtieva et al. Astatic gyrocompass based on a hybrid micromechanical gyroscope
Lauf Precise determinations of azimuth using gyroscopic methods
RU33219U1 (en) The device of the initial exhibition of inertial navigation system
RU2300078C1 (en) Method for measurement of projections of horizontal component of vector of earth angular velocity for determination of azimuth direction (compassing)
SU481769A1 (en) The method for determining the latitude of the location
US3815428A (en) Gyrocompasses