液浮陀螺仪

陀螺仪类型

将陀螺框架组件用高密度液体悬浮．利用阿基米德原理使浮液浮力完全克服重力，实现中性悬浮使其支承轴承卸载，这种陀螺仪称为全液浮陀螺仪，简称液浮陀螺仪(fluid floated gyroscope)。

分类

液浮陀螺仪通常按不同结构、工作原理、功能等进行分类，常见的分类有以下几种。

1)按自转轴所具有的进动自由度数目分为：单自由度液浮陀螺和双自由度液浮陀螺。

2)按所采用的悬浮支承是单一的或是多重的分为：液浮陀螺(fluid floated gyroscope)、两浮陀螺(dual-floated gyroscope)(采用动压气浮转子、液浮框架)、三浮陀螺(triple-floated gyroscope)(采用动压气浮转子、液浮框架、磁浮定中)。

结构组成

单自由度液浮陀螺仪

单自由度液浮陀螺仪(single—D()F fluid flo；Lted gyroscope)的典型结构如图1所示。

各组成部分的主要作用及特点如下所述。

1)陀螺电机：提供陀螺动量矩，通常采用3相或2相磁滞同步电机，也可采用永磁电机等，一般为内定子外转子形式。其轴承既可以是滚珠轴承，也可以是动压气浮轴承。

2)传感器组件：将浮子组件相对于壳体的机械转角转化为电信号，通常有动圈式和微动同步器式角度传感器。

3)力矩器组件：利用电磁原理产生力矩，常见有永磁式力矩器和电磁式力矩器。

4)浮子组件(即陀螺组件)：通常为圆柱形，也有纺锤形(即陀螺房)，其内装有电机，预抽真空并充以一定』蕞力的高纯度氦气或氢气，外部充满悬浮液体，两端有浮子配平机构，中间为枢轴(即进动轴)。

5)输出轴承：由安装在浮子组件上的一对枢轴和与其同心的安装在壳体(或端盖)上的一对宝石轴承组成。枢轴和宝石轴承由特殊材料制成，要求耐磨、硬度高、摩擦系数小、抗冲击。也可同时采用磁悬浮支承．利用电磁力将浮子定位于支承中心。

6)壳体组件：提供密闭液浮环境和温控组件。

7)浮液：通常为具有一定黏性的高密度液体，提供悬浮、阻尼以及抗振、热传递等作用，常见的有氟氯油、氟溴油、硅油等。

8)平衡机构：利用增重或减重以及质心沿轴、径向位移使浮子合力与合力矩均趋于零，满足力学平衡条件。

9)引线装置：通过软导线(即导电游丝)和绝缘子将电机、传感器、力矩器、磁悬浮等电磁元件输电由内部引出。

10)限位装置：限定浮子组件沿输出轴的最大转角。

11)温控组件：由位于陀螺内部和壳体上的热敏丝和加热丝组成．与外围温控电路一起控制陀螺悬浮温度。用测温丝测量陀螺实际工作温度。

12)波纹管组件：补偿由于温度变化引起的浮液体积变化。

13)陀螺外罩：起电磁屏蔽、保护和附带保温作用。

双自由度液浮陀螺仪

双自由度液浮陀螺仪)基本结构如图2所示。

陀螺电机采用高精度滚珠轴承支承在密封的陀螺球(也称浮球)内，为获得较大动量矩采用丁字形外转子结构。陀螺球由两个半球壳体密封组成，内充氢气或氦气，以减少电机运转风阻，防止零件和润滑剂氧化，提高导热性。陀螺球上装有密封的绝缘子．其上焊接导电游丝．供信号传输和电源供电用。三心调整装置制成一组合件．同定在陀螺球两端。陀螺球悬浮在浮液中，用宝石轴承定位。为获得两个转动自由度．设计了环形装置。起万向支架作用。环上安装两对正交的宝石轴承座．分别与陀螺球和基座上的轴颈配合．形成陀螺垂直轴和水平轴。轴颈装有调整和锁定机构，保证轴向间隙。在工作温度下，陀螺呈工性悬浮．浮球受到的浮力与重力相等而使内、外环宝石轴承支承卸载，轴承支承仅起定位作用。陀螺两个输出轴装有两个动圈式传感器和两个直流动圈式力矩器。传感器转子组件安装在陀螺球上，其外端盖上，定子通交流激磁。力矩器转子组件安装在陀螺球上，定子组件由磁钢、导磁环等组成．也安装在外端盖力矩器转子输以直流控制信号。陀螺壳体由两个外端盖和基座组成密闭容器．内宽悬浮液。外端盖两端装有波纹管组件。用以补偿由温度引起的浮液体积变化。外强内对称分布的加热丝和热敏组成温控组件．用于陀螺温度控制．外罩起磁屏蔽、保护和附带保温作用。

与单自由度陀螺仪不同，双自由度液浮陀螺仪陀螺球的一对枢轴安装在内环上的宝石轴承中．然后，浮球与内环一起，通过内环上的一对枢轴安装在壳体上的宝石轴承中．电机轴垂直于内、外环轴构成的平面．这样陀螺球(即电机轴)具有沿内环轴和外环轴两个方向转动的自由度。

用两个正交安装的传感器来测量浮球绕两个正交方向的角位移，其输出分别与绕内环轴和外环轴的转动相对应。同样．用两个正交安装的力矩器分别控制两个正交方向的运动．以产生绕内环轴和外环轴的力矩。

这种双自由度液浮陀螺仪．同时敏感两个正交轴的角运动，用2个陀螺作敏感元件构成3轴稳定平台系统．可以实现一轴冗余。为保证精度，浮球沿两个正交轴的工作角度范围很小。

性能参数

随机漂移

速率测量范围

10-6~103°/s

特点及适用范围

液浮陀螺仪具有精度高、可靠性高、环境适应能力强等优点．但结构比较复杂，生产成本较高，因此主要适用于精度要求高、环境条件恶劣的载体和系统中．包括飞机、舰船、导弹、火箭、车辆等载体及多种武器系统。其中．两浮、三浮陀螺仪还具有寿命长的优点．特别适用于战略导弹、核潜艇、空问站等的导航、航姿系统。

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