[科普中國]-液浮陀螺儀

分類

液浮陀螺儀通常按不同結(jié)構(gòu)、工作原理、功能等進(jìn)行分類，常見的分類有以下幾種。

1)按自轉(zhuǎn)軸所具有的進(jìn)動自由度數(shù)目分為：單自由度液浮陀螺和雙自由度液浮陀螺。

2)按所采用的懸浮支承是單一的或是多重的分為：液浮陀螺(fluid floated gyroscope)、兩浮陀螺(dual-floated gyroscope)(采用動壓氣浮轉(zhuǎn)子、液浮框架)、三浮陀螺(triple-floated gyroscope)(采用動壓氣浮轉(zhuǎn)子、液浮框架、磁浮定中)。1

結(jié)構(gòu)組成單自由度液浮陀螺儀單自由度液浮陀螺儀(single—D()F fluid flo；Lted gyroscope)的典型結(jié)構(gòu)如右圖所示。

各組成部分的主要作用及特點(diǎn)如下所述。

1)陀螺電機(jī)：提供陀螺動量矩，通常采用3相或2相磁滯同步電機(jī)，也可采用永磁電機(jī)等，一般為內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子形式。其軸承既可以是滾珠軸承，也可以是動壓氣浮軸承。

2)傳感器組件：將浮子組件相對于殼體的機(jī)械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化為電信號，通常有動圈式和微動同步器式角度傳感器。

3)力矩器組件：利用電磁原理產(chǎn)生力矩，常見有永磁式力矩器和電磁式力矩器。

4)浮子組件(即陀螺組件)：通常為圓柱形，也有紡錘形(即陀螺房)，其內(nèi)裝有電機(jī)，預(yù)抽真空并充以一定』蕞力的高純度氦氣或氫氣，外部充滿懸浮液體，兩端有浮子配平機(jī)構(gòu)，中間為樞軸(即進(jìn)動軸)。

5)輸出軸承：由安裝在浮子組件上的一對樞軸和與其同心的安裝在殼體(或端蓋)上的一對寶石軸承組成。樞軸和寶石軸承由特殊材料制成，要求耐磨、硬度高、摩擦系數(shù)小、抗沖擊。也可同時采用磁懸浮支承．利用電磁力將浮子定位于支承中心。

6)殼體組件：提供密閉液浮環(huán)境和溫控組件。

7)浮液：通常為具有一定黏性的高密度液體，提供懸浮、阻尼以及抗振、熱傳遞等作用，常見的有氟氯油、氟溴油、硅油等。

8)平衡機(jī)構(gòu)：利用增重或減重以及質(zhì)心沿軸、徑向位移使浮子合力與合力矩均趨于零，滿足力學(xué)平衡條件。

9)引線裝置：通過軟導(dǎo)線(即導(dǎo)電游絲)和絕緣子將電機(jī)、傳感器、力矩器、磁懸浮等電磁元件輸電由內(nèi)部引出。

10)限位裝置：限定浮子組件沿輸出軸的最大轉(zhuǎn)角。

11)溫控組件：由位于陀螺內(nèi)部和殼體上的熱敏絲和加熱絲組成．與外圍溫控電路一起控制陀螺懸浮溫度。用測溫絲測量陀螺實(shí)際工作溫度。

12)波紋管組件：補(bǔ)償由于溫度變化引起的浮液體積變化。

13)陀螺外罩：起電磁屏蔽、保護(hù)和附帶保溫作用。1

雙自由度液浮陀螺儀雙自由度液浮陀螺儀)基本結(jié)構(gòu)如右圖所示。

陀螺電機(jī)采用高精度滾珠軸承支承在密封的陀螺球(也稱浮球)內(nèi)，為獲得較大動量矩采用丁字形外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。陀螺球由兩個半球殼體密封組成，內(nèi)充氫氣或氦氣，以減少電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)阻，防止零件和潤滑劑氧化，提高導(dǎo)熱性。陀螺球上裝有密封的絕緣子．其上焊接導(dǎo)電游絲．供信號傳輸和電源供電用。三心調(diào)整裝置制成一組合件．同定在陀螺球兩端。陀螺球懸浮在浮液中，用寶石軸承定位。為獲得兩個轉(zhuǎn)動自由度．設(shè)計(jì)了環(huán)形裝置。起萬向支架作用。環(huán)上安裝兩對正交的寶石軸承座．分別與陀螺球和基座上的軸頸配合．形成陀螺垂直軸和水平軸。軸頸裝有調(diào)整和鎖定機(jī)構(gòu)，保證軸向間隙。在工作溫度下，陀螺呈工性懸?。∏蚴艿降母×εc重力相等而使內(nèi)、外環(huán)寶石軸承支承卸載，軸承支承僅起定位作用。陀螺兩個輸出軸裝有兩個動圈式傳感器和兩個直流動圈式力矩器。傳感器轉(zhuǎn)子組件安裝在陀螺球上，其外端蓋上，定子通交流激磁。力矩器轉(zhuǎn)子組件安裝在陀螺球上，定子組件由磁鋼、導(dǎo)磁環(huán)等組成．也安裝在外端蓋力矩器轉(zhuǎn)子輸以直流控制信號。陀螺殼體由兩個外端蓋和基座組成密閉容器．內(nèi)寬懸浮液。外端蓋兩端裝有波紋管組件。用以補(bǔ)償由溫度引起的浮液體積變化。外強(qiáng)內(nèi)對稱分布的加熱絲和熱敏組成溫控組件．用于陀螺溫度控制．外罩起磁屏蔽、保護(hù)和附帶保溫作用。

與單自由度陀螺儀不同，雙自由度液浮陀螺儀陀螺球的一對樞軸安裝在內(nèi)環(huán)上的寶石軸承中．然后，浮球與內(nèi)環(huán)一起，通過內(nèi)環(huán)上的一對樞軸安裝在殼體上的寶石軸承中．電機(jī)軸垂直于內(nèi)、外環(huán)軸構(gòu)成的平面．這樣陀螺球(即電機(jī)軸)具有沿內(nèi)環(huán)軸和外環(huán)軸兩個方向轉(zhuǎn)動的自由度。

用兩個正交安裝的傳感器來測量浮球繞兩個正交方向的角位移，其輸出分別與繞內(nèi)環(huán)軸和外環(huán)軸的轉(zhuǎn)動相對應(yīng)。同樣．用兩個正交安裝的力矩器分別控制兩個正交方向的運(yùn)動．以產(chǎn)生繞內(nèi)環(huán)軸和外環(huán)軸的力矩。

這種雙自由度液浮陀螺儀．同時敏感兩個正交軸的角運(yùn)動，用2個陀螺作敏感元件構(gòu)成3軸穩(wěn)定平臺系統(tǒng)．可以實(shí)現(xiàn)一軸冗余。為保證精度，浮球沿兩個正交軸的工作角度范圍很小。1

性能參數(shù)隨機(jī)漂移

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速率測量范圍10-6~103°/s1

特點(diǎn)及適用范圍液浮陀螺儀具有精度高、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)．但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，因此主要適用于精度要求高、環(huán)境條件惡劣的載體和系統(tǒng)中．包括飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈、火箭、車輛等載體及多種武器系統(tǒng)。其中．兩浮、三浮陀螺儀還具有壽命長的優(yōu)點(diǎn)．特別適用于戰(zhàn)略導(dǎo)彈、核潛艇、空問站等的導(dǎo)航、航姿系統(tǒng)。1