專利名稱：有源磁懸浮陀螺儀浮子定中心調(diào)整裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于磁懸浮陀螺儀技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種有源磁懸浮陀螺儀浮子定中心調(diào)整裝置。
背景技術(shù)：
在液浮陀螺儀中，較常使用液浮或?qū)毷S承的支承方式，該方式平衡了浮子的重力，但沒有完全消除寶石軸承和寶石眼之間的摩擦，干擾力矩依然較大，導(dǎo)致陀螺儀的精度無法大幅提高。隨著科技進(jìn)步，磁懸浮技術(shù)正逐漸應(yīng)用在陀螺儀中，其利用電磁力實(shí)現(xiàn)動子和定子之間的完全懸浮，消除了因摩擦產(chǎn)生的干擾力矩，但由于外界因素的影響，陀螺儀內(nèi)的浮子還是會產(chǎn)生微小的位移，這些微小位移會影響陀螺儀的精度。目前，微小位移的檢測調(diào)整裝置不是體積過于龐大，就是控制的效果不好，不利于陀螺儀精度的提高
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧且靈敏度高、工作穩(wěn)定的有源磁懸浮陀螺儀浮子定中心調(diào)整裝置。本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是一種有源磁懸浮陀螺儀浮子定中心調(diào)整裝置，其特征在于包括徑向位移檢測調(diào)整模塊、軸向位移檢測調(diào)整模塊、前置放大器模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊和滯環(huán)開關(guān)功率放大器，徑向位移檢測調(diào)整模塊同軸安裝在與陀螺儀浮子上端和下端相對位的陀螺儀內(nèi)壁，軸向位移檢測調(diào)整模塊同軸安裝在陀螺儀浮子上方和下方的陀螺儀內(nèi)壁， 徑向位移檢測調(diào)整模塊和軸向位移檢測調(diào)整模塊的一端均連接前置放大器模塊的一端，前置放大器模塊的另一端連接A/D轉(zhuǎn)換模塊的一端，A/D轉(zhuǎn)換模塊的另一端連接DSP模塊的輸入輸出接口，DSP模塊的輸入輸出接口還連接D/A轉(zhuǎn)換模塊的一端，D/A轉(zhuǎn)換模塊的另一端連接滯環(huán)開關(guān)功率放大器的一端，滯環(huán)開關(guān)功率放大器的另一端連接徑向位移檢測調(diào)整模塊和軸向位移檢測調(diào)整模塊的另一端，一基準(zhǔn)信號通過A/D轉(zhuǎn)換模塊連接DSP模塊的輸入輸出接口。而且，所述徑向位移檢測調(diào)整模塊包括兩個(gè)徑向定環(huán)和兩個(gè)徑向動片，兩個(gè)徑向動片分別同軸套裝在懸浮在陀螺儀內(nèi)的陀螺儀浮子上端和下端的外緣，與兩個(gè)徑向動片相對位的陀螺儀內(nèi)壁上分別同軸安裝兩個(gè)徑向定環(huán)，在每個(gè)徑向定環(huán)內(nèi)緣均布制出至少一個(gè)磁極對，每個(gè)徑向定環(huán)中的磁極對的端部與相對位的徑向動片外緣間隔設(shè)置，每個(gè)磁極對上纏繞的兩個(gè)徑向激磁線圈的一端分別連接一電阻、前置放大器模塊和滯環(huán)開關(guān)放大器的一端，上述兩個(gè)電阻的另一端連接在變阻器的兩端，該變阻器的動觸點(diǎn)連接電源，兩個(gè)徑向激磁線圈的另一端接地。而且，所述軸向位移檢測調(diào)整模塊包括兩個(gè)軸向定環(huán)和兩個(gè)軸向動片，兩個(gè)軸向定環(huán)分別安裝在陀螺儀浮子上方和下方的陀螺儀內(nèi)壁，兩個(gè)軸向動片分別安裝在懸浮在陀螺儀內(nèi)的陀螺儀浮子的上端和下端，該兩個(gè)軸向動片與同側(cè)的軸向定環(huán)均同軸間隔設(shè)置，在兩個(gè)軸向定環(huán)內(nèi)緣均同軸安裝一軸向激磁線圈，兩個(gè)軸向激磁線圈的一端分別連接一電阻、前置放大器模塊和滯環(huán)開關(guān)放大器的一端，上述兩個(gè)電阻的另一端連接在變阻器的兩端，該變阻器的動觸點(diǎn)連接電源，兩個(gè)軸向激磁線圈的另一端接地。而且，所述與徑向激磁線圈一端連接的電阻的阻值大于徑向激磁線圈和電源的內(nèi)阻。而且，所述與軸向激磁線圈一端連接的電阻的阻值大于軸向激磁線圈和電源的內(nèi)阻。而且，所述前置放大器模塊使用差分放大器。 而且，所述磁極對包括在徑向定環(huán)內(nèi)壁對稱制出的兩個(gè)磁極組件，每個(gè)磁極組件由兩個(gè)相鄰的直齒構(gòu)成，在兩個(gè)直齒的外緣分別纏繞一個(gè)徑向激磁線圈的兩端且該兩端繞線的方向相反。而且，所述徑向定環(huán)內(nèi)壁所制磁極對為兩個(gè)，該兩個(gè)磁極對中的八個(gè)直齒對應(yīng)的極性為NNSSNNSS。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧，能夠檢測小于0. 1 μ m的位移信號，當(dāng)陀螺儀浮子離開中心位置時(shí)，可以提供精確的輸出控制電流，使陀螺儀浮子回到中心位置，整個(gè)調(diào)整過程精確、快速，在加力完成后電感線圈內(nèi)的電流能很快的衰減，保證了下一個(gè)采樣周期的采樣精度。
圖1是本實(shí)用新型的方框圖；圖2是陀螺儀內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是徑向定環(huán)和徑向動片之間的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是軸向定環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是徑向定環(huán)上所制的一個(gè)磁極對與前置放大器模塊、滯環(huán)開關(guān)功率放大器的連接示意圖；圖6是DSP模塊內(nèi)置模糊RID調(diào)節(jié)算法的原理圖；圖7是滯環(huán)開關(guān)功率放大器的原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明，下述實(shí)施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實(shí)施例來限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。一種有源磁懸浮陀螺儀浮子定中心調(diào)整裝置，如圖1 7所示，本實(shí)用新型的創(chuàng)新在于包括徑向位移檢測調(diào)整模塊、軸向位移檢測調(diào)整模塊、前置放大器模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊和滯環(huán)開關(guān)功率放大器，徑向位移檢測調(diào)整模塊同軸安裝在與陀螺儀浮子上端和下端相對位的陀螺儀內(nèi)壁，軸向位移檢測調(diào)整模塊同軸安裝在陀螺儀浮子上方和下方的陀螺儀內(nèi)壁，徑向位移檢測調(diào)整模塊和軸向位移檢測調(diào)整模塊的一端均連接前置放大器模塊的一端，前置放大器模塊的另一端連接A/D轉(zhuǎn)換模塊的一端，A/D轉(zhuǎn)換模塊的另一端連接DSP模塊的輸入輸出接口，DSP模塊的輸入輸出接口還連接D/A轉(zhuǎn)換模塊的一端，D/A轉(zhuǎn)換模塊的另一端連接滯環(huán)開關(guān)功率放大器的一端，滯環(huán)開關(guān)功率放大器的另一端連接徑向位移檢測調(diào)整模塊和軸向位移檢測調(diào)整模塊的另一端，一基準(zhǔn)信號通過A/D轉(zhuǎn)換模塊連接DSP模塊的輸入輸出接口。 本實(shí)施例中，徑向位移檢測調(diào)整模塊包括兩個(gè)徑向定環(huán)9和兩個(gè)徑向動片8，兩個(gè)徑向動片分別同軸套裝在懸浮在陀螺儀1內(nèi)液體2的陀螺儀浮子10上端和下端的外緣，與兩個(gè)徑向動片相對位的陀螺儀內(nèi)壁上分別同軸安裝徑向定環(huán)，在每個(gè)徑向定環(huán)內(nèi)緣均布制出兩個(gè)磁極對4，每個(gè)磁極對端部與徑向動片外緣均間隔設(shè)置，每個(gè)磁極對上纏繞的兩個(gè)徑向激磁線圈3的一端分別連接一電阻Rb、前置放大器模塊和滯環(huán)開關(guān)放大器的一端，上述兩個(gè)電阻Rb的另一端連接在變阻器R的兩端，該變阻器R的動觸點(diǎn)連接電源V，兩個(gè)徑向激磁線圈的另一端接地。軸向位移檢測調(diào)整模塊包括兩個(gè)軸向定環(huán)5和兩個(gè)軸向動片7，兩個(gè)軸向定環(huán)分別安裝在陀螺儀浮子上方和下方的陀螺儀內(nèi)壁，兩個(gè)軸向動片分別安裝在懸浮在陀螺儀內(nèi)的陀螺儀浮子的上端和下端，該兩個(gè)軸向動片與同側(cè)的軸向定環(huán)均同軸間隔設(shè)置，在兩個(gè)軸向定環(huán)內(nèi)緣均同軸安裝一軸向激磁線圈6，兩個(gè)軸向激磁線圈的一端分別連接一電阻 Rb、前置放大器模塊和滯環(huán)開關(guān)放大器的一端，上述兩個(gè)電阻Rb的另一端連接在變阻器R 的兩端，該變阻器的動觸點(diǎn)連接電源V，兩個(gè)軸向激磁線圈的另一端接地。徑向激磁線圈一端連接的電阻Rb的阻值大于徑向激磁線圈和電源的內(nèi)阻，軸向激磁線圈一端連接的電阻Rb的阻值大于軸向激磁線圈和電源的內(nèi)阻，前置放大器模塊使用差分放大器。徑向定環(huán)內(nèi)壁所制磁極對如圖3所示，兩個(gè)徑向定環(huán)共制出四個(gè)磁極對，每個(gè)磁極對由兩個(gè)磁極組件構(gòu)成，每個(gè)磁極組件由兩個(gè)相鄰的直齒11構(gòu)成，在兩個(gè)直齒的外緣分別纏繞一個(gè)徑向激磁線圈的兩端，兩個(gè)直齒上繞線的方向相反。一個(gè)徑向定環(huán)中的磁極組件為0-1、0-2、0-3和0-4，八個(gè)直齒對應(yīng)的極性為NS — SN — NS — SN，整體極性的排列符合NNSSNNSS，其主要目的是消除在不同磁路間的耦合作用，有利于微小位移的精確測量。動片位移電壓轉(zhuǎn)換模塊與每個(gè)徑向定環(huán)中的兩個(gè)磁極對中所裝的徑向激磁線圈以及兩個(gè)軸向定環(huán)中的兩個(gè)軸向激磁線圈均連接，圖5為徑向定環(huán)上的由0-2和0-4構(gòu)成的磁極對上所纏繞的徑向激磁線圈與控制部分的連接圖。實(shí)際上，兩個(gè)軸向定環(huán)中的兩個(gè)激磁線圈相當(dāng)于徑向定環(huán)上一個(gè)磁極對的功能。本實(shí)用新型的工作原理是1.微小位移的檢測陀螺儀浮子發(fā)生位移時(shí)，陀螺儀浮子與磁極對之間的間隙發(fā)生變化，使激磁線圈的電感發(fā)生變化，由此使如圖5所示的阻抗電橋電路不平衡，再借助由差分放大器構(gòu)成的前置放大器模塊得出不平衡信號，該不平衡信號作為定中心調(diào)整的反饋信號。在磁懸浮粗調(diào)中心時(shí)我們只需差動調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)電阻RW即可，電源U(U)統(tǒng)一采用正弦波激磁電源(2V、 9. 6KHZ)以保證后續(xù)采樣時(shí)的時(shí)鐘一致性，同時(shí)電阻Rb的阻值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于各線圈的直流電阻以及電源U的內(nèi)阻，以免直流加力電流(定中心調(diào)整時(shí)的電流)饋入低阻抗激磁電源，Rb 還有一個(gè)作用就是限制線圈中的交流激磁電流，保證在定中心調(diào)整時(shí)只有一個(gè)很小的交流量疊加在直流加力電流上，以免鐵心損耗過高導(dǎo)致溫度升高。當(dāng)陀螺儀浮子定中心時(shí)，應(yīng)該有Rb = WL0, L0為定中心時(shí)一個(gè)線圈回路的電感。這時(shí)，惠斯頓電橋的靈敏度最高，這時(shí)信號差值為
權(quán)利要求
1.一種有源磁懸浮陀螺儀浮子定中心調(diào)整裝置，其特征在于包括徑向位移檢測調(diào)整模塊、軸向位移檢測調(diào)整模塊、前置放大器模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊和滯環(huán)開關(guān)功率放大器，徑向位移檢測調(diào)整模塊同軸安裝在與陀螺儀浮子上端和下端相對位的陀螺儀內(nèi)壁，軸向位移檢測調(diào)整模塊同軸安裝在陀螺儀浮子上方和下方的陀螺儀內(nèi)壁，徑向位移檢測調(diào)整模塊和軸向位移檢測調(diào)整模塊的一端均連接前置放大器模塊的一端，前置放大器模塊的另一端連接A/D轉(zhuǎn)換模塊的一端，A/D轉(zhuǎn)換模塊的另一端連接DSP模塊的輸入輸出接口，DSP模塊的輸入輸出接口還連接D/A轉(zhuǎn)換模塊的一端，D/A轉(zhuǎn)換模塊的另一端連接滯環(huán)開關(guān)功率放大器的一端，滯環(huán)開關(guān)功率放大器的另一端連接徑向位移檢測調(diào)整模塊和軸向位移檢測調(diào)整模塊的另一端，一基準(zhǔn)信號通過A/D轉(zhuǎn)換模塊連接DSP模塊的輸入輸出接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源磁懸浮陀螺儀浮子定中心調(diào)整裝置，其特征在于所述徑向位移檢測調(diào)整模塊包括兩個(gè)徑向定環(huán)和兩個(gè)徑向動片，兩個(gè)徑向動片分別同軸套裝在懸浮在陀螺儀內(nèi)的陀螺儀浮子上端和下端的外緣，與兩個(gè)徑向動片相對位的陀螺儀內(nèi)壁上分別同軸安裝兩個(gè)徑向定環(huán)，在每個(gè)徑向定環(huán)內(nèi)緣均布制出至少一個(gè)磁極對，每個(gè)徑向定環(huán)中的磁極對的端部與相對位的徑向動片外緣間隔設(shè)置，每個(gè)磁極對上纏繞的兩個(gè)徑向激磁線圈的一端分別連接一電阻、前置放大器模塊和滯環(huán)開關(guān)放大器的一端，上述兩個(gè)電阻的另一端連接在變阻器的兩端，該變阻器的動觸點(diǎn)連接電源，兩個(gè)徑向激磁線圈的另一端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源磁懸浮陀螺儀浮子定中心調(diào)整裝置，其特征在于所述軸向位移檢測調(diào)整模塊包括兩個(gè)軸向定環(huán)和兩個(gè)軸向動片，兩個(gè)軸向定環(huán)分別安裝在陀螺儀浮子上方和下方的陀螺儀內(nèi)壁，兩個(gè)軸向動片分別安裝在懸浮在陀螺儀內(nèi)的陀螺儀浮子的上端和下端，該兩個(gè)軸向動片與同側(cè)的軸向定環(huán)均同軸間隔設(shè)置，在兩個(gè)軸向定環(huán)內(nèi)緣均同軸安裝一軸向激磁線圈，兩個(gè)軸向激磁線圈的一端分別連接一電阻、前置放大器模塊和滯環(huán)開關(guān)放大器的一端，上述兩個(gè)電阻的另一端連接在變阻器的兩端，該變阻器的動觸點(diǎn)連接電源，兩個(gè)軸向激磁線圈的另一端接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有源磁懸浮陀螺儀浮子定中心調(diào)整裝置，其特征在于所述與徑向激磁線圈一端連接的電阻的阻值大于徑向激磁線圈和電源的內(nèi)阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的有源磁懸浮陀螺儀浮子定中心調(diào)整裝置，其特征在于所述與軸向激磁線圈一端連接的電阻的阻值大于軸向激磁線圈和電源的內(nèi)阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任意一項(xiàng)所述的有源磁懸浮陀螺儀浮子定中心調(diào)整裝置，其特征在于所述前置放大器模塊使用差分放大器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的有源磁懸浮陀螺儀浮子定中心調(diào)整裝置，其特征在于 所述磁極對包括在徑向定環(huán)內(nèi)壁對稱制出的兩個(gè)磁極組件，每個(gè)磁極組件由兩個(gè)相鄰的直齒構(gòu)成，在兩個(gè)直齒的外緣分別纏繞一個(gè)徑向激磁線圈的兩端且該兩端繞線的方向相反。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有源磁懸浮陀螺儀浮子定中心調(diào)整裝置，其特征在于所述徑向定環(huán)內(nèi)壁所制磁極對為兩個(gè)，該兩個(gè)磁極對中的八個(gè)直齒對應(yīng)的極性為NNSSNNSS。
全文摘要
一種有源磁懸浮陀螺儀浮子定中心調(diào)整裝置，其特征在于包括徑向位移檢測調(diào)整模塊、軸向位移檢測調(diào)整模塊、前置放大器模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊和滯環(huán)開關(guān)功率放大器。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧，能夠檢測小于0.1μm的位移信號，當(dāng)陀螺儀浮子離開中心位置時(shí)，可以提供精確的輸出控制電流，使陀螺儀浮子回到中心位置，整個(gè)調(diào)整過程精確、快速，在加力完成后電感線圈內(nèi)的電流能很快的衰減，保證了下一個(gè)采樣周期的采樣精度。
文檔編號G01C19/30GK102288171SQ201110109188
公開日2011年12月21日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者武麗花, 王智奇, 裴闖, 趙丙權(quán) 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七○七研究所