動力調(diào)諧陀螺儀

1、動力調(diào)諧陀螺儀的基本原理、主要特點及應用情況張小東2120121057什么是動力調(diào)諧陀螺儀q 一種利用撓性支承懸掛陀螺轉(zhuǎn)子，并將陀螺轉(zhuǎn)子與驅(qū)動電機隔開，其撓性支承的彈簧力矩由平衡環(huán)產(chǎn)生的動力效應力矩補償?shù)亩杂啥韧勇荨Ｉ蠄D為國產(chǎn)高精度動力調(diào)諧陀螺儀HT-A3q 轉(zhuǎn)子通過一對外扭桿與平衡環(huán)連接，平衡環(huán)通過一對內(nèi)扭桿與電機軸連接。內(nèi)外扭桿具有很大的抗彎剛度和很小的抗扭剛度，所以電機的驅(qū)動力矩可通過內(nèi)、外扭桿傳給陀螺，而轉(zhuǎn)子可繞內(nèi)、外扭桿軸線轉(zhuǎn)動，在赤道平面內(nèi)具有兩個旋轉(zhuǎn)自由度，所以動力調(diào)諧陀螺是一種雙自由度陀螺儀。基本工作原理動力調(diào)諧陀螺儀的原理結構圖q 在陀螺殼體上安裝了位置中心對稱的兩對信號器

2、和兩對力矩器，一軸上的電氣對稱軸與另一軸上額的電氣對稱軸相互正交，是陀螺的測量基準軸，同軸上的力矩器和信號器的電氣對稱軸相重合。q 轉(zhuǎn)子鑲有徑向充磁的磁鋼，力矩器是繞制在陶瓷片骨架上圓柱面內(nèi)的線圈，線圈有效工作段鑲在轉(zhuǎn)子的環(huán)形槽內(nèi)，且與環(huán)形槽留有一定的活動空隙。當線圈通入施矩電流時，在徑向磁場的作用下，轉(zhuǎn)子受到沿轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸方向的電磁作用力，同軸上的力矩器工作在推挽狀態(tài)，產(chǎn)生的電磁作用力對另一軸形成力偶，從而實現(xiàn)對陀螺施矩。q 信號器用來測量轉(zhuǎn)子赤道平面相對殼體基準面（由電氣對稱軸確定的平面）的偏轉(zhuǎn)角，同軸上的信號器輸出接成差動形式。主要特點q 能實現(xiàn)動力調(diào)諧，在動力調(diào)諧工作狀態(tài)下，平衡環(huán)扭擺產(chǎn)

3、生的慣性力矩正好平衡掉扭桿的扭桿彈性變形產(chǎn)生的彈性恢復力矩，使轉(zhuǎn)子成為自由陀螺；q 有平臺型和捷聯(lián)型兩大類型；q 結構簡單、體積小、重量輕、功耗少、起動快、成本低、壽命長、抗沖擊能力強、精度高、適合于批量生產(chǎn)等；國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀q1、優(yōu)化設計，提高陀螺性能重復性和穩(wěn)定性a、優(yōu)化設計多種撓性接頭，并進行試驗驗證，提高了陀螺承載能力和重復性，減小了陀螺 誤差；b、優(yōu)化設計磁路，提高了陀螺性能的穩(wěn)定性。2gq2、應用和研制新器件，提高陀螺使用精度和使用壽命a、應用軸聯(lián)軸承，縮小了陀螺體積，提高了軸承的承載能力、軸系的旋轉(zhuǎn)精度和電機壽命；b、研制混合磁路式永磁力矩器，提高了力矩器磁路的工作效率，降低了磁路

4、分布的不均勻性，減小了漏磁率，減小了陀螺常值漂移系數(shù)的大小，提高了逐次穩(wěn)定性；c、研制永磁磁滯電機，采用磁滯啟動，永磁主工作的工作方式，啟動方便，陀螺性能重復性好。q3、完善工藝，提高陀螺質(zhì)量和可靠性a、改進撓性接頭、磁鋼等材料的熱處理工藝和加工工藝；b、創(chuàng)新編制陀螺傳感器梯度控制工藝，有效控制傳感器梯度；c、優(yōu)化陀螺裝配和調(diào)試流程；d、采用獨特的零部件清洗、除氣、存儲及老化工藝，提高陀螺質(zhì)量和可靠性；e、研究一套電機軸承測試和裝配方法，大大減小陀螺自振；f、探索一套陀螺振動測試方法和指標，為系統(tǒng)選配陀螺提供依據(jù)。q4、開展溫控和補償研究，減小陀螺漂移，縮短陀螺準備時間a、應用新技術，設計陀螺

5、溫控環(huán)境，大大縮短高精度陀螺準備時間；b、深入開展溫度場、溫度控制和標定補償研究，有效減小由溫度引起的溫度漂移。q5、建設基礎平臺，確保陀螺質(zhì)量a、配置電機、軸承裝配和檢測的多種專用設備；b、建設傳感器、力矩器實驗室，可測試傳感器線性度、傳感器梯度、力矩器刻度系數(shù)的溫度系數(shù)和磁場的不均勻性；c、配備陀螺調(diào)試所需的各種專用設備。q6、滿足市場需求，研發(fā)新陀螺 為了滿足應用市場需要，我國多家科研單位研發(fā)了新的動力調(diào)諧陀螺：A、為了滿足高精度慣性平臺系統(tǒng)要求，開發(fā)了某平臺型動力調(diào)諧陀螺，其隨機漂移 ，逐次漂移同步時間小于20s。B、為了滿足小型化、高動態(tài)捷聯(lián)慣性系統(tǒng)要求，研制出某捷聯(lián)型動力調(diào)諧陀螺，

6、其外形尺寸 ，質(zhì)量60g，隨機漂移 ，逐次漂移 ，同步時間小于3s。以上研究均取得了很好的成果，并在多個慣性系統(tǒng)中得到了成功應用。0.003 / (1 )h0.003 / (1 )h23 260.5 / (1 )h0.5 / (1 )h應用情況q 目前已用于水面、陸上捷聯(lián)，快速尋北儀、電視天線跟蹤儀，并大量應用于航天捷聯(lián)慣導系統(tǒng)中，也可用于高動態(tài)運載體的姿態(tài)系統(tǒng)；q 在鉆井領域中，慣性器件的應用比起飛行領域，在技術上要求更高、產(chǎn)品適應性更強，因為它的工作條件惡劣、環(huán)境溫度高，對溫度的適應及壽命要求都是非常苛刻，專為測井的情況下而設計開發(fā)的更高精度的動力調(diào)諧陀螺儀，克服了以上技術難關，其工作溫度

7、可達100度。目前國內(nèi)技術與國外的差距q 我國動力調(diào)諧陀螺雖已發(fā)展了30多年，形成了系列型譜，在許多領域獲得了廣泛應用。但與國外同類型高性能陀螺相比還存在差距。究其原因主要是在材料、工藝等方面與國外差距較大。表現(xiàn)在技術水平上，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：q1、陀螺精度國內(nèi)比國外相對較低目前國內(nèi)動力調(diào)諧陀螺隨機漂移和逐日漂移的精度相對較低，國外如美國基爾福特制導與導航公司的MOD型陀螺連續(xù)工作穩(wěn)定性為 ，逐日漂移 ；德國利鐵夫公司K262陀螺隨機漂移為 。0.001 / h0.004 / h0.001 / hq2、誤差補償國外比國內(nèi)更精細更全面如美國基爾福特制導與導航公司的K130A08陀螺，為了補償陀螺電機速率變化引起的陀螺標度因數(shù)變化，減少逐日漂移，除采取溫度控制、溫度補償外，還在陀螺轉(zhuǎn)子上設立一個位置標記，電機每轉(zhuǎn)一周輸出一個脈沖，用于補償誤差。法國測試儀器制造公司GAM1-G系列陀螺亦采用了陀螺電機轉(zhuǎn)速檢測補償和溫度補償裝置。為了提高陀螺工作壽命和可靠性，英國史密斯工業(yè)宇航與防衛(wèi)系統(tǒng)有限公司的2000系列和3000系列陀螺，均采用氣