Файл: Ковалев М.П. Динамическое и статическое уравновешивание гироскопических устройств.pdf

где М х и Mr,— коэффициенты взаимоиндукции; а — угол поворота фазовращателя; ю— частота напряжения сигнала.

Суммарная э. д. с. взаимоиндукции, наводимая в катушке L3 полями катушек L1 и L2, будет

е = ех-\-е2 = —M 1sin а -/ро cos wt-\-M2cos а - /2шsin «i.

Если M X= M2—M и /, = /, = /, то

e= M h ü sin (і.сі— а).

У ВТ имеются роторные обмотки л: — х и у — у. Наводимые в них э. д. с. будут

ел.=М Ію sin («i— а);

ey= М/ш cos (ct^ — а).

От усилителя сигнала датчиков к фазовым различителям под­ водятся напряжения о выходного трансформатора

ет — тВхsin(co^ — ©),

где т— величина неуравновешенности; В х— постоянный коэффициент;

<р— угол места расположения неуравновешенности на рото­ ре относительно опорной отметки.

Ѵ'2

I сріг= 0,45 ~z sin (с?-а).

к 2

Подставив значение I, получим

/ СРjc = kmm cos (у —а);

где km — коэффициент пропорциональности. При ср = а

fср X==^гп^І’

'сРІ,= 0 .

Таким образом, если поворотом ВТ добиться, чтобы / сри = 0> Ю указатель 10 покажет в определенном масштабе величину неуравновешенности.

Угол поворота ротора ВТ будет точно равен углу места не­ уравновешенности массы т на роторе, отсчитанному от отметки.

Ротор фазовращателя поворачивается следящей системой.

158

Угол поворота фазовращателя от начального положения равен углу <р. Зная угол ср можно найти место расположения не­ уравновешенности.

Рассмотренная измерительная схема имеет следующие пре­ имущества:

1 ) она универсальна, т. е. позволяет уравновешивать роторы

гироприборов при различных частотах вращения; 2 ) показания измерительных приборов не зависят от измене­

ния частоты вращения уравновешиваемого ротора в рабочем диа­ пазоне частот, поэтому не требуется строгий контроль частоты вращения ротора во время уравновешивания;

3)установка позволяет уравновешивать роторы как в корпу­ се, так и вне его;

4)место расположения неуравновешенности определяется с помощью стрелочного прибора, что исключает субъективную ошибку, обычную при определении места расположения неурав­ новешенности по осциллографу.

7.П. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СХЕМА С КОМПЛЕКСНЫМ ПРИБОРОМ

Комплексный прибор, обладающий избирательными свойства­ ми электродинамического прибора, позволяет измерить на одной шкале одновременно амплитуду и фазу напряжения сигнала, соответствующего неуравновешенности.

Подвижная катушка помещена в магнитное поле двух непод­ вижных полукатушек, магнитные оси которых расположены под углом 90° (ем. рис. 7.42). Полукатушки, расположенные вдоль оси ОХ, соединены последовательно и питаются током Іх. Полу­ катушки, расположенные вдоль оси OY, также соединены после­ довательно и питаются током Іу.

Токи Іх и Іу сдвинуты по фазе на четверть периода.

Если по подвижной катушке протекает ток /, то в измери­ тельном механизме комплексного прибора возникнут два мо­ мента

М х= схІхІ cos?;

My— c j y l sin cp,

где Ci— коэффициент пропорциональности, зависящий от пара­ метров комплексного прибора;

Ф — сдвиг по фазе токов Іх и I.

Отсчет по шкале, представляющей полярную систему коор­ динат, производится световым указателем, состоящим из освети­

159

При Ix —ly —const радиус-вектор результирующего отклонения на шкале будет

А= ѴА І + А І ,

аугол, составленный радиусом-вектором с одной из осей прямо­ угольной системы координат шкалы, равен

Av

Таким образом, комплексный прибор позволяет на одной шкале измерить величину и фазу вектора переменного тока.

Функциональная схема измерительного блока с комплексным прибором изображена на рис. 7.47. В схеме имеются три элек­ тронных усилителя, из которых два предназначены для формиро­ вания опорных напряжений, подаваемых на неподвижные ка­ тушки комплексного прибора, а третий — для усиления сигнала датчиков. Механические колебания оси ротора преобразуются в электрическую величину посредством двух датчиков' вибрации И и 12. Сигналы датчиков, пропорциональные скорости переме­ щения концов оси ротора, поступают на схему устраненйя взаим­ ного влияния плоскостей уравновешивания 13. Затем сигнал по­

160

ступает на интегрирующий каскад 14, а с него — «а выходной каскад 15. С выходного каскада 15 через трансформатор согла­ сования сигнал, пропорциональный неуравновешенности, подаетг ся на подвижную катушку компл-екон-ого прибора 5.

Для получения периодических опорных напряжений с часто­ той, соответствующей частоте вращения ротора, используются осветитель и фотодиод 1. На половину периметра ротора нано­ сится темная полоса. Поток света отражается от поверхности ро­ тора и .падает на фотодиод. При вращении ротора световой поток

усилителей стоит интегрирующий каскад 6 для получения сдви­ га на 90° между опорными напряжениями (рис. 7.48). Напряже­ ние на выходе каскада сдвинуто относительно «ф на 90° без зна­ чительного ослабления сигнала.

Чтобы усилители опорных сигналов имели одинаковые пара­ метры оконечных каскадов, сигналы, снимаемые с выхода их первых каскадов, должны быть одинаковыми по величине.

Изменения яркости осветителя, расстояния до поверхности ротора и коэффициента отражения поверхности ротора вызыва­ ют изменение величины «ф и, следовательно, величины опорных напряжений. При одинаковых параметрах усилителей изменение выходных напряжений не вызовет погрешности в определении места неуравновешенности, но приведет к погрешности в опре­ делении величины неуравновешенности. Для стабилизации амплитуды опорных напряжений в усилителях имеются каскады двустороннего ограничения на уровне 0,5—1 В. Такой уровень ограничения позволяет поддерживать выходное напряжение по­ стоянным при двадцатикратном изменении напряжения на фото­ диоде.

С увеличением частоты вращения сдвиг по фазе приближает­

подвижной катушки от тока наи-

большей нечетной /е-й гармоники будет минимум в k2 раз меньше отклонения от основной гармоники, так как момент в приборе пропорционален произведению токов. Поэтому двустороннее ог­ раничение для стабилизации величины опорных напряжений не вносит заметных погрешностей. Это позволяет при анализе ра­ боты схемы пренебречь нелинейными искажениями усилителей и рассматривать только первые гармоники напряжения опорного сигнала и сигнала от датчика.

Пусть на механическую систему подвеса установлен ротор,

вправой 'плоскости которого под углом ср к диаметру, соединяю­ щему концы черной полосы, имеется 'неуравновешенная масса т (см. рис. 7.47). Если осветитель, фотодиод и датчики установить

вгоризонтальной плоскости, а точку а принять за начало отсче­ та места неуравновешенности, то первая гармоника сигнала от фотосопротігвления будет

«ф—l/27/ф sin ш/?.

Напряжение Цф после ограничения и усиления каскадами 1, 2, 3 и 4 подается на неподвижную катушку X — X комплексного прибора. После интегрирования, ограничения и усиления в кас­ кадах 6, 7, 8 и 9 оно подается на неподвижную катушку У — У комплексного прибора. .

Таким образом, неподвижные катушки комплексного прибора включены на напряжения

их= У 2Uх sin (<irf-|- д<р_г),

Uy= V2Uy cos («rf-)- Деру),

где Uх и Uу — напряжения на выходе усилителей опорного на­ пряжения;

Афх и Д<?у— фазовые сдвиги, вносимые этими усилителями. Первая гармоника сигнала датчика после интегрирующего каскада и усиления подается на подвижную катушку прибора в

виде

Д ®0 — фазовый сдвиг, вносимый усилителем.

Если сопротивление цепи катушек комплексного прибора со­ ответственно Zx, Zv и Zo, то токи в катушках будут

*о= — У 2 ^ - cos (шУ-(- деро — %) = У2Ійcos(üi+ Дср0 — фо,) z 0

162

где -фд;, грщ и фо — фазовые сдвиги, обусловленные индуктивно­ стью цепей катушек.

Составляющие отклонения на шкале от взаимодействия токов неподвижных и подвижной катушек будут

a x — c J qI x s i n (< р + д « р 0 - Д 'р.ѵ+Ф л-— % );

Аи = с1V y cos (tp ■+ д«р0- + % —%).

Результирующее отклонение на шкале при

Іх= Іу = І = const, Д®г=Дс?г/= Д® и ф.г = ^ = ф

равно

A = \ f Ах-\- Ay — схІІй.

Так как сила тока пропорциональна неуравновешенности, то и отклонение прибора пропорционально величине неуравнове­ шенности.

Принимая за начало отсчета места неуравновешенности ось шкалы прибора, можно определить угол, образованный осью и отклонением:

фт = arctg -4 l = arctg [ sin (? + АУо — Ay + ф — ф0) 1 >

Ay L c°s (? + Д<Ро — Д<? -1- Ф— Фо) J

или

где бф= Дфо—Дф+ф—фо — погрешность в определении места не­ уравновешенности, зависящая от ха­ рактеристик усилителя и параметров прибора.

Фазовые искажения, вносимые усилителями напряжения опор­ ных сигналов, состоящих из каскадов RC, определяются пара­ метрами схемы и диапазоном изменения частоты сигнала.

Сдвиг по фазе, вносимый одним каскадом:

: arctg ■

u}RcCг

где Сс— емкость конденсатора межкаскадной связи;

Rc— сопротивление в цепи сетки последующего каскада. Предварительные каскады при изменении частоты от 50 до

1200 Гц вносят фазовую погрешность около 1° и почти не вносят амплитудной погрешности.

Из частотных характеристик выходного каскада с трансфор­ матором (рис. 7.49) следует, что изменения коэффициента уси­ ления k и сдвига по фазе ф в диапазоне 200— 1000 Гц пренебре­ жимо малы. Наибольшее изменение амплитуды и фазы происхо­ дит на участке 50—200 Гц, где амплитуда изменяется на 10%, а фаза — на 20°. Однако даже в этом диапазоне величина и место

Большое различие в выходной мощности затрудняет выполне­ ние этого условия в широком диапазоне частот, однако погреш­ ность измерения места неуравновешенности в любом случае бу­ дет равна разности фазовых погрешностей и усилителя сигнала датчика и усилителя опорного сигнала.

У л у ч ш е н и е и з б и р а т е л ь н ы х с в о й с т в

и з м е р и т е л ь н ы х у с т р о й с т в ,

и с п о л ь з у ю щ и х о п о р н ы й с и г н а л

Избирательные свойства схем с опорным сигналом можно значительно улучшить, если исключить из напряжения опорного сигнала гармоники, имеющиеся в напряжении сигнала датчика.

Рис. 7.50. Опорный сигнал с нулевой зоной

Это возможно при использовании сигнала, форма которого изоб­ ражена на рис. 7.50. При разложении в ряд Фурье

164