CN106123883A - 球体转子三轴陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球体转子三轴陀螺仪，属于陀螺仪技术领域。其包括若干传感器和由内向外依次排布的球体转子、轴架、常平架以及陀螺仪框架，所述球体转子与其外周的轴架转动连接，所述轴架与常平架转动连接，常平架与陀螺仪框架转动连接，所述球体转子、轴架、常平架以及陀螺仪框架的转动轴心均穿过球体转子的球心，陀螺仪框架底部连接支架座。本发明大大提高了陀螺仪自身的稳定性，对陀螺仪进动角的不规则变动加以遏制，从而提高测量精度，相比较于同等直径圆片转子，其转速不变的情况下转子转动惯量得到增大，对陀螺仪三轴垂直度稳定性有所增强。

Description

球体转子三轴陀螺仪

技术领域

本发明涉及一种应用球体转子的多轴陀螺仪，属于陀螺仪技术领域。

背景技术

陀螺仪是一种即使无外界参考信号也能探测出运载体本身姿态和状态变化的内部传感器，如该新式球体结构三轴陀螺仪得到应用普及，利用陀螺的定轴性和进动性可测量运动体的姿态角(航向、俯仰、滚动)，精确测量运动体的角运动，通过陀螺组成的惯性坐标系实现稳定惯性平台，从而可以利用陀螺的特性建立一个相对惯性空间的人工参考坐标系，通过精确的陀螺仪和加速度计算出运载器(包括火箭、导弹、潜艇、远程飞机、宇航飞行器等)的旋转运动和直线运动信号，经计算机综合计算，并指令姿态控制***和推进***，实现运载器的完全自主导航。现有应用到各个领域的陀螺仪，因其结构设计的局限性，应用在某些特殊环境恶劣的场合时，时常会由于转子角速度小、转子转动惯量不够大以及三轴垂直度出现偏差等原因使得陀螺仪自身不够稳定，造成测量不准、稳定性不够，甚至会出现突然失灵的情况，从而造成测量额偏差。其主要表现在转子转动惯量不够大以及三轴垂直度出现偏差等原因，极大的影响了使用人员对所处环境的判断及一些其它的技术应用。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种稳定可靠、测量精度高的球体转子三轴陀螺仪。

本发明的技术方案是：球体转子三轴陀螺仪，包括若干传感器和由内向外依次排布的球体转子、轴架、常平架以及陀螺仪框架，球体转子处于由陀螺仪框架和常平架、轴架所组成的立体空间结构内，所述球体转子与其外周的轴架转动连接，所述轴架与常平架转动连接，常平架与陀螺仪框架转动连接，所述球体转子、轴架、常平架以及陀螺仪框架的转动轴心均穿过球体转子的球心，陀螺仪框架底部连接支架座。

所述球体转子通过固定连接的轴a与轴架转动连接，轴a和轴架上设有相互配合的传感器。

所述轴架通过固定连接的轴b与常平架转动连接，轴b和常平架上设有相互配合的传感器。

所述常平架通过固定连接的轴c与陀螺仪框架转动连接，轴c和陀螺仪框架上设有相互配合的传感器。

所述轴架、常平架以及陀螺仪框架均为圆环形结构。

所述陀螺仪框架与支架座的固定点与球体转子的球心以及轴a在同一平面内。

所述支架座包括圆盘底座，所述圆盘底座连接椎体，椎体顶部连接陀螺仪框架。

本发明的有益效果是：转动惯量是影响进动性的重要因素，转动惯量越大，进动角速度越小，陀螺仪动态特性越好，球体转子相比较于同等直径圆片转子，其转速不变的情况下转子转动惯量得到增大，大大提高了陀螺仪自身的稳定性，对陀螺仪进动角的不规则变动加以遏制，从而提高测量精度，对陀螺仪三轴垂直度稳定性有所增强。

附图说明

本发明共有附图1幅。

图1为本发明的结构图。

图中附图标记如下：1、陀螺仪框架，2、轴a，3、常平架，4、球体转子，5、轴架，6、支架座，7、轴b，8、轴c。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明做进一步说明：

球体转子三轴陀螺仪，包括若干传感器和由内向外依次排布的球体转子4、轴架5、常平架3以及陀螺仪框架1，球体转子4处于由陀螺仪框架1和常平架3、轴架5所组成的立体空间结构内，所述球体转子4与其外周的轴架5转动连接，所述轴架5与常平架3转动连接，常平架3与陀螺仪框架1转动连接，所述球体转子4、轴架5、常平架3以及陀螺仪框架1的转动轴心均穿过球体转子4的球心，陀螺仪框架1底部连接支架座6。

所述球体转子4通过固定连接的轴a2与轴架5转动连接，轴a2和轴架5上设有相互配合的传感器，当陀螺仪的球体转子4和轴架5受到外力作用位置发生变化时，球体转子4的初始状态发生改变，相对轴a2初始位置发生角度的改变，通过传感器便可以测量出物体空间位置的变化情况。

所述轴架5通过固定连接的轴b7与常平架3转动连接，轴b7和常平架3上设有相互配合的传感器，当陀螺仪的常平架3和轴架5受到外力作用位置发生变化时，平架轴3相对于轴b7初始位置发生角度的改变，通过传感器便可以测量出物体空间位置的变化情况。

所述常平架3通过固定连接的轴c8与陀螺仪框架1转动连接，轴c8和陀螺仪框架1上设有相互配合的传感器，当陀螺仪的陀螺仪框架1和常平架3受到外力作用位置发生变化时，陀螺仪框架1相对于轴c8初始位置发生角度的改变，通过传感器便可以测量出物体空间位置的变化情况。

所述轴架5、常平架3以及陀螺仪框架1均为圆环形结构。

所述陀螺仪框架1与支架座6的固定点与球体转子4的球心以及轴a2在同一平面内。

所述支架座6包括圆盘底座，所述圆盘底座连接椎体，椎体顶部连接陀螺仪框架1。

在陀螺仪正常使用时，球体转子4处于由陀螺仪框架1和轴a2、常平架3、轴架5、支架座6所组成的立体空间结构内。以轴a2、常平架3为例，球体转子4在外力的作用下绕着陀螺仪轴a2进行高速旋转；当受到其他外力作用时，球体转子4的初始状态发生改变，相对轴a2或常平架轴3初始位置发生角度的改变，通过传感器便可以测量出物体空间位置的变化情况。

理论数据计算如下：

球面坐标系中选取任一体积元作为质量元，该体积元的体积：

dV＝r sinφdθ·rdφdr＝r^2sinφdrdθdφ

其质量：

dm＝m/(4/3πR^3)dV＝4m/3πR r^2 sinφdrdθdφ

在坐标系中对OZ轴的转动惯量：

整个球体的转动惯量：

J＝＝sin^3φdφ＝2/5mR^2

而薄圆盘的转动惯量：

J＝1/2mR^2

同样直径(50mm)的球的体积为523333立方毫米；

同样直径(50mm)的盘(厚20mm)的体积为157000立方毫米。

球的体积是盘的体积的3.3倍。

代入得：球的转动惯量为3300。

盘的转动惯量为1250。球的转动惯量是盘的2.64倍。

通过上述理论计算可知，同直径尺寸下球体转子质量远大于圆片转子的质量，其转子转动惯量数值都大大增加，从而减少了陀螺仪的进动角速度；质量较大的球体转子在对维持陀螺仪整体三轴垂直度结构上也强于圆片转子陀螺仪。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种球体转子三轴陀螺仪，其特征在于，包括若干传感器和由内向外依次排布的球体转子(4)、轴架(5)、常平架(3)以及陀螺仪框架(1)，球体转子(4)处于由陀螺仪框架(1)和轴a(2)、常平架(3)、轴架(5)所组成的立体空间结构内，所述球体转子(4)与其外周的轴架(5)转动连接，所述轴架(5)与常平架(3)转动连接，常平架(3)与陀螺仪框架(1)转动连接，所述球体转子(4)、轴架(5)、常平架(3)以及陀螺仪框架(1)的转动轴心均穿过球体转子(4)的球心，陀螺仪框架(1)底部连接支架座(6)。

2.根据权利要求1所述的球体转子三轴陀螺仪，其特征在于，所述球体转子(4)通过固定连接的轴a(2)与轴架(5)转动连接，轴a(2)和轴架(5)上设有相互配合的传感器。

3.根据权利要求1所述的球体转子三轴陀螺仪，其特征在于，所述轴架(5)通过固定连接的轴b(7)与常平架(3)转动连接，轴b(7)和常平架(3)上设有相互配合的传感器。

4.根据权利要求1所述的球体转子三轴陀螺仪，其特征在于，所述常平架(3)通过固定连接的轴c(8)与陀螺仪框架(1)转动连接，轴c(8)和陀螺仪框架(1)上设有相互配合的传感器。

5.根据权利要求1所述的球体转子三轴陀螺仪，其特征在于，所述轴架(5)、常平架(3)以及陀螺仪框架(1)均为圆环形结构。

6.根据权利要求1所述的球体转子三轴陀螺仪，其特征在于，所述陀螺仪框架(1)与支架座(6)的固定点与球体转子(4)的球心以及轴a(2)在同一平面内。

7.根据权利要求1所述的球体转子三轴陀螺仪，其特征在于，所述支架座(6)包括圆盘底座，所述圆盘底座连接椎体，椎体顶部连接陀螺仪框架(1)。