ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ДАТЧИК УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ

Полезная модель относится к области навигационной техники и может найти применение при построении устройств, использующих датчики угловых отклонений, например в гиростабилизированных платформах систем управления или в любых других быстровращающихся системах.
Прототипом является гироскопический датчик угловых скоростей, который используется в прецизионном гиростабилизаторе с ротором обращенного типа и одноосной системой стабилизации гироскопа (патент RU №2417352 С1, МПК G01C 19/56, 27.04.2011). Известный гироскопический датчик угловых скоростей содержит камеры, заполненные жидкостью, в каждой из которых размещен поплавок, связанный через пьезокристалл с камерой.
Основным недостатком известного гироскопического датчика угловых скоростей является низкая точность определения параметров отклонения, а также невозможность создания плоскостной системы стабилизации гироскопа.
Задачей полезной модели является разработка гироскопического датчика угловых скоростей, в котором устранен основной недостаток прототипа.
Техническим результатом является повышение точности определения параметров отклонения, а также создание плоскостной системы стабилизации гироскопа за счет новой встроенной конструкции гироскопического датчика.
Технический результат достигается тем, что гироскопический датчик угловых скоростей, содержащий камеры, заполненные жидкостью, в каждой из которых размещен поплавок, связанный через пьезокристалл с камерой, согласно настоящей полезной модели, гироскопический датчик выполнен в виде вращающегося датчика, при этом он дополнительно содержит рычаг, на концах которого расположены указанные камеры, рычаг расположен перпендикулярно оси вращения с возможностью обеспечения двухкоординатного принципа стабилизации, каждая камера выполнена в виде сферы, жидкостью заполнен больший объем каждой камеры, меньший объем камеры остается свободным от жидкости, поплавок размещен в камере с возможностью свободного перемещения, а при вращении датчика в меньшем объеме камеры находится пьезокристалл.
Каждый поплавок выполнен в виде эллипсоида вращения.
Гироскопический датчик угловых скоростей может быть установлен в роторе гиромотора.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема предлагаемого гироскопического датчика угловых скоростей в статическом состоянии, на фиг. 2 - схема гироскопического датчика угловых скоростей в динамическом режиме.
Цифрами и буквами на чертежах обозначены:
1 - ось вращения;
2 - рычаг;
3 - камера;
4 - поплавок;
5 - пьезокристал;
6 - меньший объем камеры;
ω - угловая скорость вращения датчика;
Г
ω - угловая скорость прецессии;
- угловая скорость перемещения поплавка, параллельная оси вращения;
- угловая скорость перемещения поплавка, перпендикулярная оси вращения;
1
φ - угол отклонения продольной линии поплавка к осевой линии рычага;
R - расстояние от оси вращения до центра пьезокристалла 5;
l - суммарная длина чувствительного элемента датчика, равная  длины поплавка 4 и  пьезокристалла 5.
Гироскопический датчик угловых скоростей содержит камеры 3, заполненные жидкостью, в каждой из которых размещен поплавок 4, связанный через пьезокристалл 5 с камерой 3.
ж
Отличием предлагаемого гироскопического датчика является то, что гироскопический датчик выполнен в виде вращающегося датчика, при этом он дополнительно содержит рычаг 2, на концах которого расположены указанные камеры 3, рычаг 2 расположен перпендикулярно оси 1 вращения с возможностью обеспечения двухкоординатного принципа стабилизации, каждая камера 3 выполнена в виде сферы, больший объем каждой камеры 3 жидкостью заполнен жидкостью (полость каждой камеры 3 приблизительно заполняется на  объема поддерживающей жидкостью с удельной массовой плотностью ρ), а меньший объем 6 каждой камеры 3 остается свободным от жидкости (внутренняя полость воздушного пузыря меньшего объема 6 остается свободной), поплавок 4 размещен в камере 3 с возможностью свободного перемещения, а при вращении датчика пьезокристалл 5 находится меньшем объеме 6 камеры 3.
Каждый поплавок 4 выполнен в виде эллипсоида вращения.
Гироскопический датчик угловых скоростей может быть установлен в роторе гиромотора (на чертеже он условно не показан).
Предлагаемый гироскопический датчик угловых скоростей работает следующим образом.
При отсутствии измеряемых скоростей  за счет центробежных сил инерции и сил тяжести, действующих на жидкость, плоскости зеркал жидкостей в каждой камере 3 будут занимать положение под некоторым углом к вертикали. Важно то, что эти углы будут одинаковыми для обеих полостей каждой камеры 3 датчика.
Г
При наличии измеряемых угловых скоростей ( или ) за счет гироскопических сил, поддерживающая жидкость в камерах 3, сохраняя свою, по закону инерции, первоначальную форму, будет вызывать колебания поплавков 4 с угловой скоростью ω. Учитывая при этом, что часть жидкости из камеры 3 должна перейти во внутреннюю часть воздушного пузыря, а их объемы не равны, то это приведет к смещению центра давления на поплавок 4.
1
Из анализа следует, что поскольку величина электрического сигнала, снимаемого с двух пьезокристаллов 5, размещенных в камерах 3, которые расположены на концах рычага 2, пропорциональны углу отклонения (φ), то можно получить информацию, как об угловых скоростях, так и об угловых ускорениях, по двум взаимно перпендикулярным плоскостям.
Решить эту задачу можно с помощью применения узкополосных фильтров и классических преобразователей координат.
В результате могут быть получены сигналы вида
;
,
где  и  - ускорение по соответствующим осям,
которые можно использовать для коррекции гироскопических или других устройств. Причем в последнем случае с большой степенью точности угловыми ускорениями можно пренебречь, т.е. считать, что .
Таким образом, использование предлагаемого гироскопического датчика угловых скоростей позволит, по сравнению с прототипом, повысить точность определения параметров отклонения и обеспечить плоскостную систему стабилизации гироскопа.