1 / 17

静电陀螺概述

静电陀螺概述. 框架陀螺 ：精度追求、三浮 结构复杂，成本高昂 静电陀螺 (Electrostatic Gyro) ：较彻底的支承革新. 球形转子 ; 电极球腔 静电悬浮 ; 超高真空 静电陀螺优点 ： 精度高，真正的自由转子 结构简单，可靠性高 应用 ：战略武器、火箭 缺点 ：工艺 复杂. 发展概况. 发展阶段. 1952 年提出 1970s 初期 0.01 （ 0 /h ） 1970s 中期 0.0001 （ 0 /h ） 1970s 末期进入实用 1995 年 0.00001 （ 0 /h ）

buffy-gardner
Download Presentation

静电陀螺概述

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 静电陀螺概述 • 框架陀螺：精度追求、三浮 • 结构复杂，成本高昂 • 静电陀螺(Electrostatic Gyro)：较彻底的支承革新 • 球形转子; 电极球腔 • 静电悬浮; 超高真空 • 静电陀螺优点： • 精度高，真正的自由转子 • 结构简单，可靠性高 • 应用：战略武器、火箭 • 缺点：工艺复杂

  2. 发展概况 发展阶段 • 1952年提出 • 1970s初期0.01（0/h） • 1970s中期0.0001（0/h） • 1970s末期进入实用 • 1995年0.00001（0/h） • 04年斯坦福大学10-11（0/h） • 主要研制机构： • 1950s后期，美国Honeywell和Autonetics开始研制 • 从 1960s 末到 1980s，法国、英国、前苏联、中国也相继展开静电陀螺的研制

  3. 结构组成：总述 • 球形转子 • 陶瓷球腔 • 凹形球面电极 高电压/小间隙/强电场/悬浮/控制回路稳定 • 驱动线圈：转子起旋 • 定中线圈：转子轴对准 • 钛离子泵：抽真空 • 光电传感 ：读取角度

  4. 结构组成：球形转子 • 两种类型：空心球和实心球 • 材料：铍（密度小、刚度大） 制造工艺： • 空心球：两个薄壁半球配合而成 外径：38~50mm 壁厚：0.4~0.5mm 赤道处加厚 • 实心球：钽丝嵌入铍棒 • 让质心偏离球心 • 两种类型比较： • 直径、静电支承力 • 变形、转速

  5. 结构组成：壳体、电极、驱动与定中 • 壳体：两块陶瓷碗密封连接 • 电极：碗内壁制成球面电极 • 内壁研磨，电镀，切割 • 切割方案：正六、正八面体

  6. 支承原理：从平板到球面电极 • 平板电极 板间电场强度 板间电容 电场能量 将 W 对 d 求导，得到静电引力公式 • 球面电极 每块微小面积可看作和平板情形相同 所以合力

  7. 支承原理：两种球面电极引力公式 • 对于正六面体电极的每块 静电引力的方向，如图 • 对于正八面体电极的每块 静电引力的方向，如图

  8. 支承原理：稳定性的保证 • 以正六面体为例，设转子沿 AB 轴朝 A 偏离Δx • 两边引力的变化会进一步把转子吸到 A 的一边 • 必须改变两边静电引力变化，才能抑制转子的位移。 • 基本思路：测量位移Δx，改变两端电压 UA，UB

  9. 支承原理：位移导致电极电容改变 • 转子位移 Δx：通过测量电极和转子之间电容改变量 电容 • 转子位于中心时，两个电极和转子间的电容均为 • 转子向 A 电极移动Δx，两个电极和转子的间距分别变为 • dA = d0 -Δx • dB = d0 +Δx 类似地 • 电容改变量 ΔC 和位移 Δx 成正比，用敏感电桥可以测出

  10. 支承原理：位置反馈回路 △U = kC·△C = k·△x UA = U0- k·△x UB = U0 + k·△x 转子受到的合力 支承弹簧，K支承刚度

  11. 支承原理：承载能力 • 静电陀螺承载能力(Suspension Capability)：根据 • UA = U0 - △U • UB = U0+ △U • 当△U=U0 时，UA= 0，FA= 0，UB = 2U0，最大支承力： 所以又可写成 Fm = 4F0 静电陀螺的承载能力

  12. 角度读取概述 • 角度读取 • 壳体相对转子极轴的转角 • 读取范围分类 • 小角度、大角度 • 读取方式分类 • 光电法、质量不平衡调制法(Imbalanced Mass Modulation)

  13. 光电读取法：刻线区和光电传感器 • 光电读取法：借助光电传感器扫描转子上的刻线 • 刻线区： 极轴处和倾斜处 • 光电传感器：（两个） • 测量原理： • 起始零位：极轴传感器输出恒值信号，倾斜传感器输出脉冲

  14. 光电读取法：光轴偏离产生周期信号 当壳体转动，使极轴传感器的光轴向对转子极轴偏离一小角度（比如向右），则在转子绕极周旋转一周的过程中，极轴光电传感器输出周期信号。

  15. 质量不平衡调制法：原理 测量范围：大角度 适用类型：实心转子 • 质心偏于赤道平面 • 旋转轴通过质心 • 球心绕质心旋转:偏摆 • 转子与各电极的间隙发生周期性变化

  16. 质量不平衡调制法：原理 • 在赤道平面内间隙变化最大，沿极轴方向变化最小 • 间隙调制=> 电容调制=> 电极输出信号被调制 • 电极旋转角度影响到其输出中的调制信号的强弱 • 旋转角度大小和方向的判断 静电陀螺仪的三个基本问题： 一、支承 二、读取 三、精度（误差控制） • 正八面体电极支承及其变换

  17. 静电陀螺误差源分析 转子质心 轴向位移 加速度 干扰力矩 球静平衡误差 球加工误差 转子非球形 球离心变形 间 隙 变 化 球温度变形 场 强 变 化 重力加速度 转子中心线 位移 载体加速度 振动或冲击 静电场 干扰力矩 电 容 变 化 电 压 变 化 碗中心错位 碗装配误差 电极球面误差 电极表面 非球形 碗温度变形 电极开槽误差 电极面积 不相等 碗开孔影响 杂散磁场 干扰力矩 杂散磁场

More Related