Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен

  • Для чего нужен ОрбиКрафт
  • Подсистемы конструктора
  • Инструкции по работе с ОрбиКрафт
  • Лабораторная оснастка
  • Знакомство с Arduino
  • Полезная нагрузка на базе Arduino
  • Обратная связь

Содержание

02 Урок. Знакомство с датчиками

Датчик угловой скорости

Датчик угловых скоростей предназначен для измерения угловой скорости вращающегося объекта. Измерять угловую скорость необходимо для того, чтобы можно было остановить вращение спутника – стабилизировать его. Также с помощью датчика угловой скорости можно заставить спутник вращаться с определенной скоростью.

Принцип работы датчика угловой скорости

Основным измерительным элементом датчика угловой скорости является специальный микроэлектромеханический (МЭМС) гироскоп. Это не обычный гироскоп, в котором с большой скоростью вращается диск, а миниатюрный вибрационный гироскоп. Внутри МЭМС гироскопа есть кольцо, которое, колеблется в одной плоскости.

Если такой гироскоп поставить на вращающуюся платформу, плоскость которой совпадает с плоскостью колебаний кольца, то на нее начнет действовать сила Кориолиса пропорциональная скорости вращения платформы.

Сила Кориолиса измеряется с использованием пьезоэлементов, которые выдают напряжение, пропорциональное приложенной силе.

Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен

Определив силу Кориолиса и зная скорость колебания, можно вычислить угловую скорость и ее изменение (угловое ускорение).

Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен

Проверка работоспособности датчика угловой скорости

Подключите датчик угловой скорости и СЭП к БКУ. Откройте Notepad++ и напишите программу на Python или на С.

Запустите программу и протестируйте работу ДУС.

Анализ кода

  1. Обратите внимание, после символа # пишут комментарии, которые никак не влияют на работу программы.
  2. Программа начинается с объявления функции control().
  3. Затем мы создаем список hyro_result для получения данных от датчика и переменную num, хранящую номер датчика.

  4. Далее оператор print выводит сообщение о включении датчика.
  5. Затем функция hyro_turn_on(num) включает датчик с указанным номером.
  6. Функция sleep(1) приостанавливает выполнение программы на 1 секунду.
  7. Затем в цикле for i in range(10): мы 10 раз считываем и выводим значение датчика.

  8. Показания датчика считываем с помощью функции hyro_request_raw(num).

Магнитометр

Назначение магнитометра

Информацию об ориентации спутник получает по датчику угловой скорости и магнитометру. Информация об угле нужна для того чтобы разворачивать спутник в необходимую сторону, а информация об угловой скорости необходима для того чтобы стабилизировать спутник, т.е. погасить угловое вращение. Управляющий момент создается с помощью двигателя маховика.

Принцип работы магнитометра

Работа магнитометра основана на применении магниторезистивного эффекта, когда электрическое сопротивление проводника изменяется в соответствии с направлением линий магнитного поля.

В основе датчика лежит слой пермаллоя (специального сплава никеля с железом), который обладает сильным магниторезистивным эффектом.

Электрическое сопротивление пермаллоя меняется обычно в пределе ±5 % в зависимости от силы и направления действующего магнитного поля.

Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен

Таким образом, измеряя силу тока, протекающего через слой пермаллоя при подаче постоянного напряжения +5В можно определить направление линий магнитного поля. Для того чтобы измерить направление магнитных линий по всем трем осям используют три маленьких датчика, ориентированных по осям X, Y и Z, установленные в одной микросхеме.

Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен

Проверка работоспособности магнитометра

Откройте Notepad++ и напишите программу на Python или на С.

  Датчик включения вентилятора какое сопротивление

Запустите программу и протестируйте работу магнитометра.

Анализ кода

  • Программа начинается с объявления функции control().
  • Затем мы создаем список mgn_result для получения данных от датчика и переменную num, хранящую номер магнитометра.
  • Далее оператор print выводит сообщение о включении датчика.
  • Затем функция magnetometer_turn_on(num) включает магнитометр с указанным номером.
  • Функция sleep(1) приостанавливает выполнение программы на 1 секунду.
  • Затем в цикле for i in range(10): мы 10 раз считываем и выводим значение магнитометра.
  • Показания магнитометра считываем с помощью функции magnetometer_request_raw(num).

Солнечные датчики

Назначение солнечных датчиков

Назначение солнечных датчиков – определение расположения спутника относительно Солнца. Так-как положение Солнца относительно Земли в любой момент времени известно достаточно точно, следовательно, можно определить и расположение спутника относительно Земли.

Принцип работы солнечных датчиков

В основе солнечного датчика лежит фотодетектор, который измеряет яркость света. Самые популярные фотодетекторы — это фоторезисторы и фотодиоды. Фоторезистор состоит из материала, сопротивление которого меняется в зависимости от интенсивности падающего света.

В отличие от фоторезистора фотодиод выдает напряжение под действием света. Фотодиодные датчики бывают нескольких типов — LEP (Latheral Effect Photodiode), QD-фотодиод (Quadrant Detector) или матричные.

Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен

LEP фотодиод – это одиночный фотодиод с большой чувствительной поверхностью.

Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен

QD-фотодиод состоит из четырех независимых фотодиодов, расположенных симметрично относительно центра чувствительной поверхности.

Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен

Расчет положения пятна на поверхности QD-фотодиода получается из соотношений выходных токов фотодиодов.

Матричный датчик содержит большое количество фотодиодов и позволяет определить положение Солнца еще точнее.

Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен

Проверка работоспособности солнечных датчиков

  1. Подключите по очереди солнечные датчики и СЭП к БКУ и проверьте их работу.
  2. Откройте Notepad++ и напишите программу на Python или на С.
  3. Запустите программу и протестируйте работу солнечного датчика.
  4. Поочередно протестируйте все 4 солнечных датчика.

Анализ кода

  • Программа начинается с объявления функции control().
  • Затем мы создаем список sun_result для получения данных от датчика и переменную num, хранящую номер датчика.
  • Далее оператор print выводит сообщение о включении датчика.
  • Затем функция sun_sensor_turn_on(num) включает датчик с указанным номером.
  • Функция sleep(1) приостанавливает выполнение программы на 1 секунду.
  • Затем в цикле for i in range(10): мы 10 раз считываем и выводим значение датчика.
  • Показания датчика считываем с помощью функции sun_sensor_request_raw(num).
  • Источник

Датчик угловой скорости

  1. Датчик угловой скорости (ДУС) используется в различных системах летательных аппаратов, в частности, автопилоте и предназначен для измерения угловой скорости самолета и выдачи электрического сигнала, пропорционального измеряемой угловой скорости.

Широкое применение нашли ДУС с поплавковыми гироскопами.

В таком гироскопе жидкость выполняет роль демпфирующей среды, в которой за счет трения жидкости о стенки корпуса и кожуха при повороте последнего в результате прецессии гироскопа создается демпфирующий момент. На корпусе ДУС обычно указывают ось, вокруг которой он измеряет скорость. Эта ось называется измерительной, на корпусе она обозначается точкой и стрелкой.

ДУС обычно устанавливают вблизи центра тяжести самолёта.

С развитием многоканальных систем управления получили блочные конструкции, объединяющие в одном корпусе несколько однотипных ДУС. Такие изделия называются блоком демпфирующих гироскопов, или сокращённо — БДГ.

  Датчик температуры масла aem

См. также

Внешние ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Датчик угловой скорости» в других словарях:

  • гироскопический датчик угловой скорости — гиротахометр демпфирующий гироскоп дифференцирующий гироскоп Гироскопический прибор, предназначенный для измерения проекции вектора угловой скорости основания на входную ось прибора. Примечание Датчик на основе роторного гироскопа образован… … Справочник технического переводчика
  • Угловой кодер — Датчик угла Датчик угла или преобразователь угол код, также называемый энкодер устройство, предназначенное для преобразования угла поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить угол его поворота. Широко… … Википедия
  • Датчик углового положения — Датчик угла Датчик угла или преобразователь угол код, также называемый энкодер устройство, предназначенное для преобразования угла поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить угол его поворота. Широко… … Википедия
  • Датчик угла — или преобразователь угол код, также называемый энкодер устройство, предназначенное для преобразования угла поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить угол его поворота. Широко применяются в промышленности … Википедия

авиационный датчик тахометра — датчик тахометра Ндп. первичный тахометрический преобразователь Устройство для выработки сигнала, пропорционального частоте вращения в силовой установке летательного аппарата. [ … Справочник технического переводчика

  1. ДУС — датчик угловой скорости дежурный по узлу связи дополнительный угол сноса … Словарь сокращений русского языка
  2. ДУС-Р — датчик угловой скорости по каналу рыскания … Словарь сокращений русского языка
  3. ДУС-Т — датчик угловой скорости по каналу тангажа … Словарь сокращений русского языка
  4. ГИРОСКОП — навигационный прибор, основным элементом которого является быстро вращающийся ротор, закрепленный так, что ось его вращения может поворачиваться. Три степени свободы (оси возможного вращения) ротора гироскопа обеспечиваются двумя рамками… … Энциклопедия Кольера

Гиротахометр — указатель угловой скорости, прецессионный, или скоростной, гироскоп, датчик угловой скорости, гироскопическое устройство (См. Гироскопические устройства) для определения угловой скорости объекта, на котором оно установлено. Наиболее… … Большая советская энциклопедия

Источник

AutoXS.ru — Авто Энциклопедия

В системе курсовой устойчивости для оценки фактических параметров движения автомобиля используется несколько датчиков. Датчик угловой скорости определяет скорость вращения автомобиля вокруг вертикальной оси. Эту скорость еще называют скоростью рыскания, а сам датчик – датчиком рыскания. Датчик угловой скорости используется, как правило, совместно с датчиком ускорения.

Датчик рыскания представляет собой разновидность гироскопа, а именно вибрационный (камертонный) гироскоп. В датчике для определения вращения используется вибрирующий элемент.

При вращении в вибрирующем элементе (вибрационном резонаторе) под действием силы Кориолиса возникают вторичные вибрации.

Измерение параметров вторичной вибрации позволяет определить угловую скорость вращения автомобиля.

Датчик угловой скорости имеет микромеханическую структуру, в которой две кремниевые массы совершают колебания равной амплитуды, но в противоположном направлении. Физическая модель камертонного гироскопа может быть представлена двойным камертоном, состоящим из камертона возбудителя и соединенного с ним камертона измерителя. Камертоны имеют разную резонансную частоту колебаний.

Читайте также:  Какая разница между AWD и 4WD: как правильно?

При подаче на двойной камертон напряжения с частотой возбудителя, последний будет колебаться в резонансе, а камертон измерителя не колеблется.

Камертон возбудителя, находящийся в резонансе, реагирует на внешние силы более инертно (с запаздыванием). Камертон измерителя при этом движется вместе с автомобилем.

Двойной камертон закручивается, что приводит к изменению напряжения на выходе. Эти изменения определяются системой как крутящий момент вокруг вертикальной оси.

  Если не исправен датчик температуры охлаждающей жидкости

С целью экономии внутреннего пространства, сокращения элементной базы в системе курсовой устойчивости практикуется блочная компоновка датчиков. В одном блоке размещается датчик угловой скорости и один или два датчика ускорения.

  • Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в х, и мы исправим статью!
  • Источник
Главная | Aвиационные приборы | Cамолеты | Помощь сайту | Обратная связь | Карта сайта
ДАТЧИК УГЛОВОЙ СКОРОСТИ (ДУС) Датчик угловой скорости используется в различных системах самолета, в частности, автопилоте и предназначен для измерения угловой скорости самолета и выдачи электрического сигнала, пропорционального измеряемой угловой скорости. Кинематическая схемл ДУС представлена на рис. 4.8. Ротор 1 гироскопа крепится через подшипники к раме 2, которая выполнена в виде герметичного кожуха. Кожух имеет ось, называемую осью прецессии, которой он связан с корпусом прибора 3. Угол поворота оси ограничивается пружи нами 4. Между кожухом и корпусом прибора находится. Рис. 4.8. Кинематическая схема датчика угловой скорости. 1-ротор гироскопа; 2-кожух; 3-корпус; 4—пружины; 5—потенциометр удельный вес которой близок к удельному весу кожуха. При этом масса собранного кожуха уравновешивается подъемной силой в данной жидкости; опоры по оси прецессии не несут нагрузки,. благодаря чему силы трения в них мало отличаются от нуля, что увеличивает чувствительность прибора. Такие гироскопы называются поплавковыми. Жидкость в ДУС выполняет также роль демпфирующей среды, в которой за счет трения жидкости о стенки корпуса и кожуха при повороте последнего в результате прецессии гироскопа создается демпфирующий момент. Электрический сигнал, пропорциональный измеряемой скорости, получают с прецизионного потенциометра 5. В некоторых конструкциях ДУС используют бесконтактные индукционные датчики, выгодно отличающиеся от потенциометров тем, что не создают дополнительный момент трения по оси прецессии щетки о потенциометр, более долговечны, но требуют дополнительных усилительных устройств. На корпусе ДУС обычно указывают ось, вокруг которой он измеряет скорость. Эта ось называется измерительной, на корпусе она обозначается точкой и стрелкой, как это показано на рис. 4.8. ДУС присущи те же погрешности, что и указателю поворота. Для уменьшения погрешности при крене угол поворота оси прецессии ДУС делается небольшим, а чувствительность прибора повышается за счет разгрузки подшипников. Датчики угловой скорости в зависимости от того, в каких системах их используют, имеют разные технические характеристики. Для примера здесь приводятся технические характеристики ДУС, используемого в автонилоте АП-6Е.Основные технические данные ДУС М-6Напряжение питания по переменному току, В . . . 36±1,8 Частота, Гц. 400+8 Порог чувствительности при температурах, град/с: + 20 и +50° С. . не более 0,05 -60° С. . 0,1

Обзор методов и средств измерения угловых скоростей

Для определения места и роли датчиков угловой скорости в управлении объектом контроля рассмотрим классификационную схему, представленную на рис.2.

  • пилотажных параметров полета
    навигационных параметров полета
    по характеру задачи управления ЛА
    аэротермо- динамические поля
    электромагнитное поле (излучение)
    поле инерциаль- ных сил ЛА
    по физической природе источника информации
    акустическое поле (излучение)
    по виду модуляции информативного параметра
    по типу структурного построения
    Развертывающего преобразования
    Дифференциального преобразования
    Уравновешивающего преобразования
    по типу объекта измерения
    по форме представления измерительной информации
  • Рис.2 Классификационная схема измерителей и навигационных параметров ЛА (угловой скорости)
  • Информация по угловой скорости может быть получена измерительными преобразователями (датчиками), основанными на самых различных физических принципах.
Датчики (преобразователи угловой скорости)
по характеру движения носителя информации
колебательные (вибрационные)
по типу носителя кинетической энергии
по физ. состоянию нос. инф-ии
по структуре носителя информации
по виду вторичного преобразования
по структуре преобразования

Рис.3 Классификация преобразователей угловой скорости

Преобразователи угловой скорости применяются на объектах различного назначения, требования к которым, соответственно, тоже различны. Датчик должен вырабатывать сигнал с заданной точностью в условиях эксплуатации объекта, на котором он применяется, т.е. в соответствующих диапазонах скоростей, температур, ускорений, вибраций [1].

В табл.1 систематизированы различные датчики измерения угловых скоростей, основанные на различных эффектах, рассмотрены их достоинства и недостатки.

Таблица 1

№ п/п Принципиальная схема Обозначения Достоинства и недостатки
Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен Гироскопические ДУС: 1-цилиндр; 2-рышки; 3-центральный внутренний выступ; 4-пьезопластины; 5-инерционные массы ЧЭ; 6-V-образный рычаг; 7-грузарретир; 8-груз-противовес; 9-упругие пластины. Недостатки: Значительный и непостоянный по величине момент трения в подшипниках рамы подвеса; большое время готовности; недостаточная вибрационная и ударная прочность и устойчивость; относительно небольшое быстродействие; большая величина дрейфа 4,8*10-7…1,9*10-6 рад/с.
Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен Вихревой ДУС: 1-корпус; 2-соедини-тельное кольцо; 3,4-диски; 5-проводящий канал; 6-камера; 7-выходной канал; 8-приёмные трубки. Недостатки: Высокое потребление энергии; высокий выходной импеданс; узкая полоса пропускания.
Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен Струйный преобразователь угловой скорости ЛСДУС: 1-нагнетатель, 2-сопло, 3-рабочая камера, 4-корпус, 5-термоанемочувствительные элементы, 9-затопленная струя. Достоинства: Высокий предельный динамический диапазон; малый дрейф нуля; не восприимчив ко всем видам излучений;

Свойство гироскопов сохранять заданное направление и реагировать на угловые отклонения и угловые скорости изменения положения своего основания обусловило широкое их применение в различных системах управления движением кораблей, самолетов, ракет и космических аппаратов.

В настоящее время гироскопы стали основными элементами большинства навигационных систем. Точность их работы определяет точность самих систем, поэтому развития гироскопов уделяется исключительно большое внимание [2].

В ведущих странах мира разработкой и производством гироскопов и гироскопических систем, в которых они используются, занято значительное количество научных и промышленных организаций, причем суммы затрат на проводимые исследования с каждым годом возрастают. Только в США разработкой гироскопических элементов и гиросистем занято около 50 фирм.

Прилагаемые усилия привели к значительному увеличению точности и улучшению других параметров гироскопов. В основном это было достигнуто за счет усовершенствования конструкции и использования новой технологии изготовления гиромоторов и подвесов.

Однако дальнейшее улучшение конструкции применяющихся подвесов ротора, технологии изготовления и методов сборки с целью повышения точности и увеличения срока службы современных гироскопов «обычных» типов встречает очень серьезные трудности и, кроме того, связано с существенным возрастанием стоимости их производства (рис.4) .

Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен

  1. Рис.4 Возрастание стоимости производства
  2. гироскопов при повышении их точности по годам
  3. 1 – скорость хода; 2 – стоимость;
  4. Особенно жесткие требования к гироскопическим элементам предъявляют навигационные системы, условия использования, которых требуют длительной непрерывной и автономной работы, что имеет место на большинстве морских объектов, а также системы объектов, присутствие человека на которых заведомо исключено или возможности его вмешательства очень ограничены, например, на ракетах и космических аппаратах.

Все возрастающие требования к навигационному оборудованию, особенно с учетом автономности объекта или его необитаемости, в наибольшей степени могут быть удовлетворены лишь при использовании инерциальных навигационных систем, позволяющих автономно вырабатывать основные навигационные параметры и автономно управлять объектами. Однако точность таких систем и область их применения ограничиваются в настоящее время величиной погрешности (дрейфом) и недостаточным сроком службы используемых гироскопов.

Рост требований к точности гироскопических ДУС чрезвычайно велик (рис. 5.).

Существующие гироскопы (на шариковых и газовых подшипниках, а также поплавковых), несмотря на большие усилия, прилагаемые к их усовершенствованию, не отвечают предъявляемым требованиям.

Поэтому наряду с совершенствованием уже известных типов гироскопических ДУС во многих странах мира проводится широкий поиск путей создания гироскопов новых типов.

Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен

Рис.5 Кривая роста требований к точности

гироскопических ДУС по годам

Этот поиск преследует также и другую цель, а именно снижение стоимости гироскопических ДУС, что очень существенно в условиях их массового использования. Стоимость отдельных гироскопов составляет от 20 до 60% стоимости гироплатформ и до 20% стоимости гиросистем.

Общая же сумма затрат на производство гироскопов, например, в США только в 1964 г. превысила 121 млн. долл.

Поэтому вопросам снижения стоимости гироскопических ДУС уделяется серьезное внимание, и здесь существенных результатов можно ожидать именно от новых типов гироскопических ДУС.

Новые типы гироскопических ДУС условно можно подразделить на шесть различных групп: гироскопические ДУС с новым типом подвеса сферического твердотелого ротора, вращающегося в вакууме; гироскопические ДУС с нетвердотелым носителем момента количества движения (жидкость, облако ионов и т. п.

Читайте также:  Чем смазать замки дверей автомобиля - 5 лучших средств

); гироскопические ДУС, момент количества движения, которых связан не с вращением, а с колебанием тел; гироскопические ДУС, использующие гиромагнитные свойства микрочастиц (электронов, протонов, нейтронов), атомов и атомных ядер; гироскопические ДУС, использующие изменение параметров электромагнитных колебаний, распространяющихся во вращающихся замкнутых резонансных и нерезонансных контурах; струйно – поляризационные гироскопические ДУС.

  • Первая группа гироскопических ДУС включает: гироскопические ДУС с электрическим подвесом ротора, создаваемым регулируемым высоковольтным электрическим полем между вращающимся электропроводным ротором и электродами подвеса; гироскопические ДУС с магнитным подвесом ротора; криогенные гироскопы, подвес ротора у которых осуществляется в магнитном поле тока сверхпроводника; радиоизотопные гироскопы.
  • Ко второй группе относятся: гироскопические ДУС с жидкостным ротором (гидродинамические и магнитогидродинамические), твердотелый ротор, у которых заменен вращающейся жидкостью; ионные ДУС, носителем момента количества движения у которых является вращающееся облако ионов.
  • Третья группа объединяет вибрационные ДУС различных типов.

К четвертой группе относится большое число различных вариантов гироскопических ДУС, в основе работы которых лежит использование гиромагнитных (т. е. гироскопических и магнитных) свойств микрочастиц, атомов и атомных ядер. В литературе гироскопических ДУС этой группы описываются под наименованием ядерных, спиновых, атомных, индукционных, ядерно — прецессионных, корпускулярных и т. п.

К пятой группе относятся: кольцевые нерезонансные гироскопических ДУС на основе использования электромагнитных колебаний различных диапазонов длин волн; кольцевые резонансные (лазерные) ДУС, использующие кольцевые квантово-оптические генераторы; джозефсоновские ДУС.

К шестой группе относятся: струйные ДУС, использующие инерционные свойства струй жидкости и газа; поляризационные ДУС, основанные на использовании инерционных свойств, плоскости поляризации электромагнитных волн.

Широкий круг эффектов и явлений, на основе которых разрабатываются эти гироскопические ДУС, а также различный уровень их развития на данном этапе в сильной степени затрудняют проведение их сравнительного анализа е целью выявления наиболее перспективных вариантов гироскопических ДУС новых типов. В настоящее время еще трудно предсказать, какой из новых типов гироскопических ДУС окажется, в конечном счете, наилучшим.

Учитывая разнообразные требования, предъявляемые к гироскопических ДУС, можно лишь утверждать, что широкий круг областей их использования ведет к необходимости иметь целый ряд гироскопических ДУС, обладающих различными параметрами.

В табл.2 кратко рассмотрены некоторые типы гироскопических ДУС, развитие которых находятся еще на начальном этапе [2].

Таблица 2

№ п/п Принципиальная схема Обозначения Достоинства и недостатки
  Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен Вихревой ДУС (вариант I) в двух сечениях.1 – цилиндрическая камера; 2 – выходное сопло;3 – коллектор; 4 – полость камеры;5,12 – сопла;9 – смеситель; 6,7,8,10,11 – система трубопроводов; Достоинства: нечувствительность к радиации, малая чувствительность к ускорениям, относительно невысокая стоимость и большая прочность.
  Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен Вихревой ДУС (вариант II). 1 — камера;2 – пористое металлическое кольцо;3 – зазор; 4 – входное и выходное сопло;   Достоинства: нечувствительность к радиации, малая чувствительность к ускорениям, относительно невысокая стоимость и большая прочность
    Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен Принципиальная схема ионного ДУС. 1 – сосуд;2 – полая игла; 3 – источник свет;4 – вакуумная камера;5 – облако;6 – фотодетектор; Достоинства 1.отсутствие вращающихся механических частей и связанного с ними трения. 2.ионные ДУС оказываются полностью электронными, что должно значительно облегчить их изготовление и уменьшить стоимость.

Одним из наиболее перспективных направлений в разработке датчиков угловых скоростей для объектов разового применения является струйный датчик угловых скоростей (ДУС) на основе вихревых эффектов.

Возможность их использование, обусловлено, тем что они отличаются способностью надежно функционировать в сложных окружающих условиях (при наличии пыли, грязи, ударах, вибрациях, значительных изменениях температуры внешней среды).

Отделением Aerosрасе Div.фирмы Ноneуwе11 Миннеаполис, шт. Миннесота (США) разработана относительно простая и недорогая струйная система демпфирования колебаний вертолета относительно трех осей, вызываемых внешними возмущениями, например, изменениями ветровой нагрузки. Разработанная система при действии внешних возмущений значительно облегчает пилотирование.

Система состоит из трех блоков (по одному на каждую ось вертолета), включающих струйные вихревые датчики угловой скорости, усилительные и преобразовательные элементы. Выходные сигналы блоком подаются к рулевым машинкам, корректирующим положение рулей.

Она менее чувствительна к неблагоприятным окружающим условиям, чем существующие системы, и может питаться непосредственно от бортовой сети гидропитания. Стоимость изготовления установки и эксплуатации струйной системы демпфирования намного меньше стоимости обычных систем.

Основным элементом каждого из трех блоков системы является встроенный датчик угловой скорости, представляющих вихревую камеру с кольцевой пористой вставкой, через которую в основном объеме камеры поступает рабочая жидкость. Ось камеры совпадает с направлением оси вертолета, относительно которой рассматриваемый блок демпфирует колебания. Схема вихревого датчика приведена на рис. 6.

Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен

Рис. 6. Вихревой датчик угловой скорости

Где:

1 — подвод жидкости; 2 — пористая кольцевая вставка; 3 — направление движения жидкости при неподвижном корпусе датчика; 4 — направление движения жидкости при вращении корпуса; 5 — вращение корпуса; 6 — винтовые линии тока в выходном канале.

Подаваемая под давлением во внешнюю кольцевую часть камеры рабочая жидкость проходит через кольцевую пористую вставку в основной объем камеры. Когда камера неподвижна, линии тока жидкости направлены по радиусам к центру вихревой камеры.

Гидравлическое сопротивление камеры в этом случае мало. При вращении камеры относительно оси поток в камере завихряется (в соответствии с законом, сохранения момента количества движения линии тока, становятся спиральными).

Отклонение линий тока от радиального направления увеличивается с приближением к выпускному отверстию.

Гидравлическое сопротивление камеры возрастает, что приводит к уменьшению выходного давления датчика, причем изменение давления оказывается пропорциональным изменению угловой скорости вихревой камеры.

Наиболее простым является блок демпфирования колебаний относительно оси крена, в который кроме датчика угловой скорости и дифференцирующего контура входит предварительный и выходной усилители, а также гидромеханический преобразователь, с рулевой машинкой.

Блок тангажа обладает наибольшим коэффициентом усилении и содержит кроме дифференцирующего, еще и интегро — дифференцирующий контур. Рулевая машинка блока выходит на ограничение при угловой скорости около 4°/сек.

Блок рысканья отличается от описанных блоков наличием обратной связи по положению руля, выполненной с использованием датчиков типа сопло — заслонка 10, дросселей, сильфона и усилителя.

Кинематическая схема и принцип действия ДУС

  • Датчик угловой скорости ДУС-Л7А.
  • Цель работы: ознакомление с принципом действия и конструкцией датчика угловой скорости ДУС-Л7А, экспериментальное определение его выходных характеристик, крутизны обмотки ДМ, нелинейности выходных характеристик.
  • Назначение прибора:датчик угловой скорости ДУС-Л7А предназначен для измерения угловой скорости объекта вокруг одной из его осей (Х,Y,Z) и выдача электрического сигнала, пропорционального по величине и соответствующего по знаку измеряемой угловой скорости объекта.
  • Состав лабораторной установки
  • · Прибор ДУС-Л7А
  • · Пульт управления У1
  • · Поворотный стол МПУ1
  • Содержание отчета

· Название и цель лабораторной работы. Назначение ДУС-Л7А.

  1. · Кинематическая схема ДУС (рис. 1)
  2. · Формулы (3), (4)
  3. · Таблицы 1,2
  4. · График I=f(ω)
  5. Теоретическая часть
  6. Кинематическая схема и принцип действия ДУС

ДУС представляет собой двухстепенный гироскоп, движение которого вокруг оси х ограничено упругой связью, реализуемой электрической пружиной (рис. 1).

Ротор 1 гироскопа вращается в подшипниках 5, установленных в поплавковой камере 2.

Зазор между поплавковой камерой и корпусом 3 заполнен вязкой жидкостью, создающей демпфирующий момент вокруг оси х для демпфирования колебаний поплавковой камеры.

Обозначение осей ДУС: ось х — выходная ось, ось у — ось чувствительности, или входная, ось z — ось собственного вращения.

Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен

  • Оси объекта имеют обозначения :
  • Х — продольная ось;
  • У — нормальная ось;
  • Z — поперечная ось.

На выходной оси х установлены ротор датчика угла 4 и ротор датчика момента 6. Контур электрической пружины включает датчик угла (ДУ), блок усилителя 7, состоящий из фазочувствительного выпрямителя ФЧВ и усилителя постоянного тока УПТ, датчик момента (ДМ). Выходным сигналом ДУС является ток I в обмотке управления ДМ. Момент, создаваемый ДМ,

Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен

Из (1) следует, что момент пропорционален углу , т.е. момент ДМ по своей структуре эквивалентен упругому моменту, создаваемому механической пружиной. Основное преимущество «электрической пружины»

по сравнению с механической – стабильность жесткости с.

При вращении корпуса ДУС со скоростями , вокруг его выходной оси х возникает гироскопический момент.

при малом . Под действием происходит поворот поплавковой камеры на угол , с ДУ снимается сигнал, пропорциональный углу поворота . Этот сигнал после усиления поступает на ДМ, который создает момент .

  1. В установившемся режиме ( ) гироскопический момент уравновешивается моментом, создаваемым ДМ:
  2. .
  3. Или
  4. ,
  5. где . (2)
  6. При
  7. , (3)
  8. где — чувствительность ДУС, или крутизна его выходной характеристики (3).
  9. Чувствительность ДУС является одной из основных его технических характеристик.
  10. Сравнение (2) и (3) показывает, что угловая скорость вызывает изменение чувствительности ДУС на величину

Для уменьшения влияния этой скорости на выходной сигнал ДУС следует увеличивать жесткость с, что в свою очередь, уменьшает угол отклонения . Поэтому в ДУС угол поворота ограничен величиной град. В этом случае справедливы соотношения .

Читайте также:  2012 Toyota GT86

Угловую скорость вокруг оси объекта Z, с которой совпадает ось собственного вращения z при , называют перекрестной угловой скоростью.

Вокруг выходной оси х всегда есть возмущающий момент , который обусловлен тяжением токоподводов, остаточной несбалансированностью и т.д. Возмущающий момент характеризует качество изготовления ДУС. Возмущающий момент уравновешивается моментом «электрической пружины» .

  • При из равенства получим . Тогда
  • .
  • Величина характеризует нулевой сигнал ДУС. Нулевой сигнал может быть выражен в единицах угловой скорости
  • При
  • (4)
  • ДУС измеряет угловую скорость в диапазоне от до . Величина называется порогом чувствительности ДУС и определяется из равенства
  • ,
  • где — момент трения вокруг выходной оси Х.

lesson02 [Конструктор спутника "ОрбиКрафт"]

lesson02

Датчик угловых скоростей предназначен для измерения угловой скорости вращающегося объекта. Измерять угловую скорость необходимо для того, чтобы можно было остановить вращение спутника – стабилизировать его. Также с помощью датчика угловой скорости можно заставить спутник вращаться с определенной скоростью.

Основным измерительным элементом датчика угловой скорости является специальный микроэлектромеханический (МЭМС) гироскоп. Это не обычный гироскоп, в котором с большой скоростью вращается диск, а миниатюрный вибрационный гироскоп. Внутри МЭМС гироскопа есть кольцо, которое, колеблется в одной плоскости.

Если такой гироскоп поставить на вращающуюся платформу, плоскость которой совпадает с плоскостью колебаний кольца, то на нее начнет действовать сила Кориолиса пропорциональная скорости вращения платформы.

Сила Кориолиса измеряется с использованием пьезоэлементов, которые выдают напряжение, пропорциональное приложенной силе.

Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен

Определив силу Кориолиса и зная скорость колебания, можно вычислить угловую скорость и ее изменение (угловое ускорение).

Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен

Подключите датчик угловой скорости и СЭП к БКУ.
Откройте Notepad++ и напишите программу на Python или на С.

Код на Python.

hyro_test.py
def control(): # Основная функция программы, в которой вызываем остальные функции
  hyro_result = [0,0,0,0] # Инициализируем hyro_result num = 1 # Номер Датчика угловой скорости print «Enable angular velocity sensor №», num hyro_turn_on(num) # Включаем ДУС sleep(1) # Ждем включения 1 секунду print «Get RAW data from angular velocity sensor»
  for i in range(10): #Считываем показания 10 раз hyro_result = hyro_request_raw(num) #записываем ответ функции # hyro_request_raw в переменную hyro_result if not hyro_result[0]: # если датчик не вернул сообщение об ошибке, print «state:», hyro_result[0], «x_raw =», hyro_result[1], «y_raw =», hyro_result[2], «z_raw =», hyro_result[3] # Выводим данные elif hyro_result[0] == 1: # если датчик вернул сообщение об ошибке 1 print «Fail because of access error, check the connection» elif hyro_result[0] == 2: # если датчик вернул сообщение об ошибке 2 print «Fail because of interface error, check your code»
  sleep(1) # Показания считываются раз в секунду
  print «Disable angular velocity sensor №», num hyro_turn_off(num) # Выключаем ДУС

Код на С.

hyro_test.c
#include «libschsat.h»
 
int control(){ uint16_t num = 1; // Номер Датчика угловой скорости int16_t hyro_result[] = {0, 0, 0, 0}; printf(«Enable angular velocity sensor № %d», num); hyro_turn_on(num); // Включаем ДУС Sleep (1); //Ждем включения 1 секунду printf(»
Get RAW data from angular velocity sensor
«);
  int i; for (i = 0; i

Измерители угловой скорости

  • Общие сведения
  • Определение направления и величины угловой скорости враще­ния самолета относительно его осей необходимо для целей пило­тирования.
  • В измерителях угловых скоростей применяются в качестве чув­ствительных элементов скоростные гироскопы.

Скоростной гироскоп (рис. 187) имеет только две степени сво­боды (относительно корпуса прибора).

Причем свобода вращения рамки относительно ее оси ограничивается пружиной ГІР.

Пусть, например, самолет совершает разворот относительно оси У с угловой скоростью «с (без крена). Тогда к оси X рамы гиро­скопа через подшипники будет приложена пара сил Fon, создаю­щая момент ЛГВ„ внешних сил относительно оси У. Под действием момента Л1вн будет прецессировать ось ротора Z с угловой скоро­стью

  1. Лівії
  2. т* = ~ТГ»
  3. Момент М„„ будет уравновешен гироскопическим моментом Л1Гу, когда рама гироскопа отклонится от нейтрального положе­ния на некоторый угол ос. За счет этого пружина деформируется и создает момент Мпр относительно оси х:
  4. МПР — АГпр-а.
Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен
Рис. 187. Скоростной гироскоп
Датчик угловой скорости: что это и зачем нужен
Рис. 188. Внешний вид указателя по­ворота и скольжения ЭУП-53

Момент Мпр вызовет угловую скорость 10у прецессии гироско­па относительно оси У в сторону разворота самолета:

  • Момент МПр пружины уравновешивается гироскопическим мо­ментом Мгх.
  • В результате появления угловой скорости (Оу прецессии гиро­скопа уменьшается момент Мв„, а угол а будет увеличиваться до тех пор, пока не выполнится равенство
  • Шу = 0)с.
  • Тогда давление подшипников на оси рамы исчезнет и прекра­тится дальнейшее нарастание угла а. В этом случае
  • Уоп = 0; Мвн = 0; ш* = 0.

Из (2.29) и (2.30) угол а будет равен:

а = jT— • Шу = М— • шс, (2.31)

Щф Л пр

т. е. угол поворота оси рамы гироскопа относительно оси х пропор­ционален угловой скорости Шс разворота самолета.

  1. В общем случае этот угол равен:
  2. //сое cos 7Лпр — //-coc-sin-r
  3. і де у — угол крена.

Из формулы (2.32) видно, что при одной и тон же угловой ско­рости, но различных углах крена будут разные углы а отклоне­ния оси рамы гироскопа. Для уменьшения этой погрешности на летательном аппарате гироскоп устанавливают так, чтобы знаки углов а и у были противоположны.

Демпфер Д (рнс. 188) — пневматический. Он служит для га­шения колебаний стрелки указателя поворота. Если на оси рамы гироскопа закрепить стрелку, то можно получить прибор, указыва­ющий угловую скорость разворота, т.

е. указатель поворота. Если же вместо стрелки закрепить щетку потенциометра, то получим потенциометрический преобразователь угловой скорости. Послед­ний выдает сигналы в различные автоматические системы управ­ления.

  • В связи с зависимостью угла а отклонения оси рамы гироско­па от угла у крена указатели поворота часто не имеют градуиро­ванной шкалы и используются только как индикаторы наличия и знака угловой скорости разворота.
  • При правильном вираже
  • где V — скорость полета; g — ускорение силы тяжести.

Отсюда, при l/=const, угол у крена и угловая скорость пропор­циональны. Поэтому для определенной скорости V шкала указате­ля может градуироваться в значениях углов крена. Например, для указателя ЭУП-53 эта скорость V=500 км/ч.

Датчики угловой скорости в автомобилях

Ответ на этот вопрос знают далеко не все автомобилисты. А ведь если на вашем автомобиле имеется датчик скорости вращения, то это может быть полезным.

Например, с его помощью можно контролировать работу двигателя или же тормозной системы автомобиля. Датчик – это устройство, которое в процессе работы измеряет скорость вращения какого-либо объекта.

Подробно про работу датчика угловой скорости (ДУС) написано на портале AutoXS. Мы же приведём здесь основные данные про ДУС.

Назначение и принцип действия датчика

Датчик угловой скорости необходим для того, чтобы определять скорость вращения колес. Это позволяет точно регулировать положение руля и колес, что существенно облегчает управление автомобилем и делает езду более безопасной.

Принцип действия датчика основан на использовании закона Ампера. В качестве чувствительного элемента используется резистор с высокой частотой отклика. При повороте колеса датчик вырабатывает электрический сигнал, который обрабатывается компьютером. По частоте сигнала компьютер определяет скорость вращения колеса.

Когда требуется замена датчика

В случае выхода из строя датчика вращения передних колес необходимо заменить данный элемент. Его своевременная замена существенно повышает качество управления автомобилем.

Датчик нужен для контроля положения автомобиля относительно дороги. Если у вас стоят колеса, на которых нет датчиков, то их необходимо установить.

Технические условия

Если у вас установлен не заводской комплект колес, то надо обязательно установить датчик. Он необходим для того, чтобы передавать информацию о скорости вращения коленвала.

Также данный датчик используют для того, чтобы определить скорость вращения роторов других установленных механизмов.

В автомобиле датчик угла поворота коленвала – это важная деталь. Благодаря датчику положения коленвала, осуществляется контроль за работой двигателя. Датчик, фиксирующий вращение коленчатого вала, работает как в статическом, так и в динамическом режиме.

Статическая работа датчика осуществляется в том случае, когда двигатель не запущен. Если датчик начал работать, то он передает информацию на электронный блок управления.

Когда же двигатель запущен, датчик передает информацию о том, что происходит вращение коленвала, на блок электронных датчиков.

Так, блок электронных датчиков подает сигнал о том, сколько оборотов совершает коленвал. После этого все сигналы поступают на регулятор холостого хода. В результате чего на данном регуляторе меняется частота вращения мотора, а также при необходимости меняется положение дросселя.

На основании полученных сигналов регулятор холостого хода меняет положение дроссельной заслонки.

Ссылка на основную публикацию