JPS595846B2 - Sway angle measurement device for traveling objects - Google Patents
Sway angle measurement device for traveling objectsInfo
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- JPS595846B2 JPS595846B2 JP4007877A JP4007877A JPS595846B2 JP S595846 B2 JPS595846 B2 JP S595846B2 JP 4007877 A JP4007877 A JP 4007877A JP 4007877 A JP4007877 A JP 4007877A JP S595846 B2 JPS595846 B2 JP S595846B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ジャイロスコープを用いた走行体の動揺角測
定装置、特にジャイロスコープの特性の一つであるプレ
セツションの反作用トルクを利用して1軸の周りに安定
な面を作り、この面と走行体に固定した基盤の面との相
対角変位を検出して、走行体の動揺角の変化を精度良く
測定する走行体の動揺角測定装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is a device for measuring the oscillation angle of a traveling body using a gyroscope, and in particular, a device for measuring the sway angle of a traveling body using a gyroscope, which uses the reaction torque of preset, which is one of the characteristics of the gyroscope, to measure a stable surface around one axis. This invention relates to a sway angle measuring device for a running body that measures changes in the sway angle of the running body with high accuracy by detecting the relative angular displacement between this surface and the surface of a base fixed to the running body.
走行体例えば鉄道車輌などは、走行中直交3軸の各軸の
方向や各軸の周りに激しく動揺し、又各軸方向に加速度
も働く。A running object, such as a railway vehicle, shakes violently in and around each of three orthogonal axes while running, and also receives acceleration in the direction of each axis.
このような走行中における走行体の動揺角の変化を精度
良く測定するには、特別な要件を必要とする。Special requirements are required to accurately measure changes in the oscillation angle of the vehicle during such travel.
以下これについて述べる。This will be discussed below.
通常の振子は、静かな状態において使用するときは、精
度の良い傾斜角(動揺角)測定の基準となるが、走行中
の車輌など走行体に使用するときは、基準にならないこ
とは周知の通りである。It is well known that a normal pendulum, when used in a quiet state, can serve as a standard for accurately measuring the angle of inclination (sway angle), but it cannot be used as a standard when used on a moving object such as a moving vehicle. That's right.
それは、振子が一般にその周期が短いため、水平加速度
を受けると直ちに振れてしまうからである。This is because pendulums generally have a short period, so they swing immediately when subjected to horizontal acceleration.
周期Tの振子が、水平方向に加速度αを連続的に受けて
いる場合の、鉛直線に対する振れ角(動揺角)βは、減
衰作用が働かないときは次式で表わされる。When a pendulum with period T is continuously subjected to acceleration α in the horizontal direction, the swing angle (oscillation angle) β with respect to the vertical line is expressed by the following equation when no damping action is performed.
β−(α7g)(1−cO3(2π/T)×t)・・・
・・・(1)ここにJは重力加速度、tは経過時間であ
る(単位はCGS単位)。β-(α7g)(1-cO3(2π/T)×t)...
...(1) Here, J is the gravitational acceleration and t is the elapsed time (units are CGS units).
第1図は、振子の周期Tの大小による振れ角βと経過時
間tとの関係を表わす振子の特性曲線図であり、曲線A
、B、C,Dの順に周期が長くなっている。FIG. 1 is a pendulum characteristic curve diagram showing the relationship between the swing angle β and the elapsed time t depending on the magnitude of the period T of the pendulum, and the curve A
, B, C, and D have longer periods in this order.
一般の振子は周期Tが短いから、短時間のうちに振れ角
βが大きくなり、ついには鉛直線と2×α/9の角の間
で振揺を続けることになる。Since a general pendulum has a short period T, the swing angle β increases in a short period of time, and eventually it continues to swing between an angle of 2×α/9 with the vertical line.
それより短い時間加速度が働いた場合には、その角まで
振れないだけである。If the acceleration is applied for a shorter period of time, it will simply not be able to swing to that angle.
振子の周期Tが十分に長ければ2×α/gの角度に振れ
る迄の時間は十分に長くなるから短時間の加速度では実
際上にほとんど振れないとすることも出来る。If the period T of the pendulum is sufficiently long, the time required for the pendulum to swing to an angle of 2×α/g will be sufficiently long, so it can be assumed that the pendulum will hardly swing under short-term acceleration.
本発明はこの特性を特別な要件の一つとして利用したも
のである。The present invention utilizes this characteristic as one of its special requirements.
又、船舶や航空機などでは、その姿勢を知るために通常
2軸自由のジャイロを使ったジャイロ水平儀が使用され
ている。Furthermore, in order to determine the attitude of a ship or aircraft, a gyro horizon using a two-axis free gyro is usually used.
ところが、本発明のように分単位の角度を問題にするも
のではなく、はるかに荒い精度のものであり、これを本
発明の目的と同じ目的には使用出来ない。However, unlike the present invention, the angle in units of minutes is not a problem, but the precision is much rougher, and this cannot be used for the same purpose as the present invention.
以下この点について説明する。This point will be explained below.
第2図は、このようなジャイロ水平儀の一般例を示す説
明用斜視図である。FIG. 2 is an explanatory perspective view showing a general example of such a gyro horizon.
図において、1はジャイロ、2はジャイロ1を収めたジ
ャイロケース、3.3’はジャイロ2に取付けた水平な
ケース軸で、これらケース軸3,3′の両端は軸受を介
してジンバシリング(以下単にリングという)4により
回転自在に支持されている。In the figure, 1 is a gyro, 2 is a gyro case housing the gyro 1, and 3.3' is a horizontal case shaft attached to the gyro 2. Both ends of these case shafts 3 and 3' are connected via bearings to a gyro ring ( It is rotatably supported by a ring (hereinafter simply referred to as a ring) 4.
5,5′はリング4に固定された水平なジンバル軸で、
ケース軸3,3′と直角方向にある。5 and 5' are horizontal gimbal axes fixed to ring 4,
It is perpendicular to the case axes 3, 3'.
又、ジンバル軸5,5′は軸受を介してブラケット6゜
6′により回転自在に支持され、ブラケット6.6′は
基盤7に固定されている。The gimbal shafts 5, 5' are rotatably supported by brackets 6.6' through bearings, and the brackets 6.6' are fixed to the base 7.
この水平儀はジャイロ1が2軸自由で、かつ可動部の重
心がケース軸3,3′とジンバル軸5,5′との延長線
の交点にある所謂自由ジャイロ方式によるもので、これ
自体ではジャイロ1の鉛直指向性は持っていない。This horizon is based on the so-called free gyro system, in which the gyro 1 is free on two axes, and the center of gravity of the movable part is at the intersection of the extension lines of the case axes 3, 3' and the gimbal axes 5, 5'. It does not have the vertical directivity of 1.
この自由ジャイロに鉛直指向性を与えるため、起立機構
を付加したものがジャイロ水平儀である。A gyro horizon is a free gyro with an erecting mechanism added to give it vertical directivity.
起立機構には極めて多くの種類があるが、その要点は、
振子、電解水準器、その他を用いて重力方向との差、即
ち傾きを検知し、この傾きを電気信号に変えてトルカ−
によりジャイロ1にトルクを与えるか、機械的にジャイ
ロ1にトルクを与えるかして、ジャイロ1に鉛直指向性
を与えるものである。There are many types of orthostatic mechanisms, but the main points are:
Using a pendulum, electrolytic level, or other device, detect the difference from the direction of gravity, that is, the tilt, and convert this tilt into an electrical signal to generate a torquer.
The vertical directivity is given to the gyro 1 by applying a torque to the gyro 1 or mechanically giving a torque to the gyro 1.
第2図のものは電解水準器とトルカ−を備えたジャイロ
水平儀の一例である。The one in Figure 2 is an example of a gyro horizon equipped with an electrolytic level and a torquer.
即ち、8.8’は夫々ジャイロケース2のケース軸3,
3′及びリング4のジンバル軸5,5′の周りの傾斜角
を検出する電解水準器、9,9′はその出力により励磁
されるトルカ−で、ジャイロ1にトルクを与えてプレセ
ツションを起こさせ、夫々電解水準器8,8′の出力が
0になるまでジャイロ1に起立運動を与える。That is, 8.8' are the case shafts 3 and 8 of the gyro case 2, respectively.
3' and an electrolytic level for detecting the inclination angle around the gimbal axes 5, 5' of the ring 4, and 9, 9' are torquers excited by the output thereof, which apply torque to the gyro 1 to cause preset. , gives the gyro 1 an upright motion until the outputs of the electrolytic levels 8 and 8' become 0, respectively.
10,10’はジャイロケース2の姿勢を基準にして基
盤7の傾斜角に応じた出力を直交2軸に分けて発信する
よう夫々ケース軸3とジンバル軸5の先端に取り付けた
角度検出器である。Reference numerals 10 and 10' denote angle detectors attached to the tips of the case shaft 3 and gimbal shaft 5, respectively, so as to transmit outputs corresponding to the inclination angle of the base 7 to two orthogonal axes based on the attitude of the gyro case 2. be.
その他必要に応じて地球自転による誤差の修正機構など
を付加するが、これらは本発明に直接関係がないので省
略する。In addition, a mechanism for correcting errors caused by the earth's rotation may be added as necessary, but these will be omitted as they are not directly related to the present invention.
次に、このようなジャイロ水平儀に水平方向の加速度α
が連続作用した場合を考える。Next, we apply the horizontal acceleration α to such a gyro horizon.
Let us consider the case where is applied continuously.
ジャイロケース2の傾斜を検出する電解水準器8.8′
は、上記加速度αを受けて丁度ジャイロケース2が傾い
ているような出力信号を出す。Electrolytic level 8.8' that detects the tilt of gyro case 2
outputs an output signal that indicates that the gyro case 2 is tilted in response to the acceleration α.
これによりトルカ−9,9′が働いてジャイロ1はプレ
セツションを始め、ついにはα7gの角度、即ち見掛上
の重力方向まで傾斜する。As a result, the torquers 9 and 9' act to cause the gyro 1 to begin presetting, and finally tilt to an angle α7g, that is, to the apparent direction of gravity.
ここで始めて電解水準器8,8′の出力がOとなり、ジ
ャイロ1の傾きは停止する。For the first time, the outputs of the electrolytic levels 8 and 8' become O, and the tilting of the gyro 1 stops.
このときの経過時間と傾斜角度の関係は、起立定数によ
って異る。The relationship between the elapsed time and the inclination angle at this time differs depending on the standing constant.
この関係は第1図と同じではないが似ている。This relationship is similar, but not the same, as in Figure 1.
そして、加速度によるこの傾斜をより少なくするには起
立定数を小さくすればよい。In order to further reduce this inclination due to acceleration, the upright constant may be made smaller.
その極端の場合には、起立定数をO即ち起立作用をなく
すわけであるが、ジャイロ1は空間に対してその向きを
変えない性質を持っているため、地球の自転により見掛
上の傾斜運動が起きたり、軸受の摩擦やバランスの不平
衡などに基くトルクによってドリフトを生ずるので、長
い時間起立を中断するとジャイロ1は傾いてくる。In the extreme case, the erecting constant is O, that is, the erecting action is eliminated, but since the gyro 1 has the property of not changing its orientation with respect to space, the apparent tilting movement due to the rotation of the earth The gyro 1 will tilt if the standing position is interrupted for a long period of time, as this will cause drift due to torque caused by friction in the bearings or unbalanced balance.
ジャイロ1が一方へ傾いたまま走行体の進行方向が変る
と、ジャイロ1の姿勢はその間空間に対して不変である
のに対し、角度検出器10.10’の角位置が変るため
、角度検出器10.10’の出力が変化する。If the traveling direction of the traveling object changes while the gyro 1 is tilted to one side, the attitude of the gyro 1 remains unchanged with respect to the space, but the angular position of the angle detector 10, 10' changes, so the angle cannot be detected. The output of the device 10.10' changes.
従って、進行方向が頻繁に変る走行体においては、ジャ
イロ1がケース軸3とジンバル軸5のいずれに対しても
鉛直でない限り、方向変化に伴って誤差が生ずることに
なるし、これを避けることは出来ない。Therefore, in a traveling object whose traveling direction changes frequently, unless the gyro 1 is perpendicular to both the case axis 3 and the gimbal axis 5, errors will occur as the direction changes, and this should be avoided. I can't.
従って、ジャイロを使用すると周期の長い振子が得られ
るが、この誤差を避けるというもう一つの特別な要件が
必要になる。Therefore, although the use of a gyro provides a pendulum with a long period, another special requirement is required to avoid this error.
本発明は、これらの特別な要件を充たすため、2個のジ
ャイロを用いて1軸周りに安定化し、走行体の進行方向
が変っても前述のような誤差が発生しないようにすると
共に、振子状の特性による周期を使用状態において任意
に連続的に変えることが出来て、第1図に示す時間対傾
斜角の曲線を随意に選択出来るようにして長い周期にし
、走行体の動揺角の変化を高精度で測定できるようにし
たものである。In order to satisfy these special requirements, the present invention uses two gyros to stabilize around one axis so that even if the traveling direction of the traveling object changes, the above-mentioned error does not occur, and the pendulum The period due to the characteristics of the vehicle can be changed continuously as desired in the usage state, and the curve of time versus inclination angle shown in Fig. 1 can be arbitrarily selected to make the period long, and the oscillation angle of the traveling body can be changed. This makes it possible to measure with high precision.
第3図は本発明実施例を示す説明用斜視図である。FIG. 3 is an explanatory perspective view showing an embodiment of the present invention.
図において、11.12は上下軸の周りに互に方向反対
に回転するジャイロ(図示せず)を夫々収めた2個のジ
ャイロケースでこれらには夫々水平な2対のケース軸1
3.13’と14.14’が取り付けられ、これら2対
のケース軸13,13’及び14゜14′が互に平行に
配置されて、リング15に軸受を介して回転自在に取付
けられている。In the figure, reference numerals 11 and 12 refer to two gyro cases each housing a gyro (not shown) that rotates in opposite directions around the vertical axis.
3.13' and 14.14' are attached, and these two pairs of case shafts 13, 13' and 14.14' are arranged parallel to each other and rotatably attached to the ring 15 via bearings. There is.
そして、ジャイロを含むジャイロケース11,12の重
心は2対のケース軸13.13’ 、14.14’とリ
ング15を含む面より僅かに下げて振子状になっている
。The centers of gravity of the gyro cases 11 and 12 containing the gyro are slightly lower than the plane containing the two pairs of case shafts 13, 13' and 14, 14' and the ring 15, forming a pendulum shape.
16.16’は夫々ケース軸13と14との一端に固定
された扇形片である。16 and 16' are sector-shaped pieces fixed to one end of the case shafts 13 and 14, respectively.
これら扇形片16,16’の外周円弧部は、夫々ケース
軸13.14を中心とする円周の一部をなし、これら扇
形片16.16’はその両円弧部間に僅かの間隔を保っ
て、2本の可撓ワイヤ17.17’により連結され、2
対のケース軸13.14間を結合する結合手段を形成し
ている。The outer arcuate portions of these sector-shaped pieces 16, 16' each form a part of the circumference centered on the case axis 13.14, and these sector-shaped pieces 16.16' maintain a small distance between their two arcuate portions. and connected by two flexible wires 17, 17', 2
It forms a coupling means for coupling the pair of case shafts 13 and 14.
即ち、1本のワイヤ17の一端が、一方の扇形片16の
中心付近の外周に固定され、その扇形片16の外周に沿
い、その中央付近から他方の扇形片16′の外周を通り
、他方の扇形片16′の中心付近の外周にバネ(図示せ
ず)を介して固定され、別のワイヤ17′もそれと対称
に2つの扇形片16.16’間に張って固定され結合手
段を形成している。That is, one end of one wire 17 is fixed to the outer periphery near the center of one sector-shaped piece 16, runs along the outer periphery of that sector-shaped piece 16, passes from near the center to the outer periphery of the other sector-shaped piece 16', and then passes through the outer periphery of the other sector-shaped piece 16'. The wire 17' is fixed to the outer periphery near the center of the sector-shaped piece 16' via a spring (not shown), and another wire 17' is also symmetrically fixed in tension between the two sector-shaped pieces 16 and 16' to form a coupling means. are doing.
この結合手段は、ジャイロケース11.12をジャイロ
の回転軸とジャイロケースの軸とを含む面に対して夫々
反対方向に同じ角度、摩擦なく遊隙なく自由に回動出来
るようにするためのものである。This coupling means allows the gyro cases 11 and 12 to freely rotate at the same angle in opposite directions with respect to a plane containing the rotation axis of the gyro and the axis of the gyro case, without friction or play. It is.
18.18’は夫々ケース軸13゜14に直角にリング
15に取付けた水平なジンバル軸で、これらジンバル軸
18.18’は軸受を介してブラケット19,19′に
回動自在に取付けられている。Reference numerals 18 and 18' denote horizontal gimbal shafts mounted on the ring 15 at right angles to the case axes 13 and 14, respectively, and these gimbal shafts 18 and 18' are rotatably mounted on brackets 19 and 19' via bearings. There is.
20はブラケツ)19.19’を固定した基盤で、傾斜
角の変化を測定しようとする走行体に取付けられる。Reference numeral 20 denotes a base on which brackets 19 and 19' are fixed, and is attached to the traveling body whose inclination angle change is to be measured.
21はジンバル軸18の端部に取付け、リング15と基
盤20との角度差を検出する角度検出器で、シンクロ電
機その他が用いられる。Reference numeral 21 denotes an angle detector that is attached to the end of the gimbal shaft 18 and detects the angular difference between the ring 15 and the base 20, and is made of synchro electric equipment or the like.
ジンバル軸18.18’の方向を走行体の進行方向に平
行に取り付けた場合は、角度検出器21の出力は横動揺
角を示し、これと直角方向に取付けた場合は、角度検出
器21の出力は縦動揺角を示す。When the direction of the gimbal axis 18, 18' is installed parallel to the traveling direction of the traveling object, the output of the angle detector 21 indicates the lateral oscillation angle, and when it is installed at right angles to this, the output of the angle detector 21 The output shows the pitch angle.
22はリング15に取付けた加速度計、電解液式水準器
等の加速度検出器で、この検出方向はケース軸13.1
4’と平行な方向である。22 is an acceleration detector such as an accelerometer or an electrolyte level gauge attached to the ring 15, and the detection direction is the case axis 13.1.
The direction is parallel to 4'.
この出力は増幅器23を経てトルカ−24を励磁する。This output passes through an amplifier 23 and excites a torquer 24.
トルカ−24の回転子はジンバル軸18′の端に固定さ
れ、固定子はブラケット19′に固定され、トルカ−2
4が励磁されると、トルカ−24のトルクによりリング
15を経てジャイロケース11゜12内の2個のジャイ
ロにプレセツションを起こさせる。The rotor of the torquer 24 is fixed to the end of the gimbal shaft 18', the stator is fixed to the bracket 19', and the rotor of the torquer 24 is fixed to the end of the gimbal shaft 18'.
4 is excited, the torque of the torquer 24 causes the two gyros in the gyro cases 11 and 12 to undergo preset via the ring 15.
その結果、ジャイロケース11,12はケース軸13.
13’と14.14’を回転軸として互に反対方向へ回
動する。As a result, the gyro cases 11 and 12 are connected to the case shaft 13.
13' and 14. They rotate in opposite directions using 14' as rotation axes.
このときの加速度検出器22の出力とトルカ−24の出
力トルクとの比は増幅器23のゲイン調整により任意に
変えることが出来、これが本発明の効果の一つになって
いる。At this time, the ratio between the output of the acceleration detector 22 and the output torque of the torquer 24 can be arbitrarily changed by adjusting the gain of the amplifier 23, which is one of the effects of the present invention.
このトルクの向きは、いまジャイロが停止しており、水
平方向の加速度は無くて、リング15がジンバル軸18
.18’の周りに傾いている場合には、あたかもリング
15の重心がリング15の面の直下にあって重力による
復元トルクにより、リング15の面が水平に戻されるの
と同じ向きであるようになっている。The direction of this torque is that the gyro is currently stopped, there is no acceleration in the horizontal direction, and the ring 15 is aligned with the gimbal axis 18.
.. 18', it is as if the center of gravity of the ring 15 is directly below the surface of the ring 15 and the surface of the ring 15 is returned to horizontal by the restoring torque due to gravity. It has become.
即ち重心を下にした振子の復元トルクと同じ性質である
。In other words, it has the same property as the restoring torque of a pendulum with its center of gravity downward.
なお、25はシンクロ電機その他から成る角度検出器で
、回転子がケース軸13′の端に固定され、固定子リン
グ15に固定されている。Reference numeral 25 denotes an angle detector made of a synchro electric machine or the like, the rotor of which is fixed to the end of the case shaft 13' and fixed to the stator ring 15.
ジャイロの回転軸がリング15の面と直角であるときは
、検出器25からの出力はOであるが、それから傾くと
、その角度と向きに対応する大きさと位相をもつ出力が
出る。When the rotation axis of the gyro is perpendicular to the plane of the ring 15, the output from the detector 25 is O, but when the gyro is tilted, an output having a magnitude and phase corresponding to the angle and direction is produced.
この出力は増幅器23に入り、加速度検出器22の出力
と合成されてトルカ−24を励磁し、リング15にリン
グ軸18.18’の周りのトルクを与え、ジャイロにプ
レセツションを起こさせ、ジャイロケース11,12を
リング15の面に直角な位置まで戻す働きをする。This output enters the amplifier 23 and is combined with the output of the acceleration detector 22 to excite the torquer 24, applying torque to the ring 15 about the ring axis 18, 18', causing the gyro to preset, and 11 and 12 to a position perpendicular to the plane of the ring 15.
しかし、この効果は、この発明の本質的な要素ではない
。However, this effect is not an essential element of this invention.
次に、この表置の作動について説明する。Next, the operation of this surface mounting will be explained.
ジンバル軸18.18’をy軸とし、これと直角な水平
方向の軸をy軸、xy面に垂直な軸を2軸とする。The gimbal axis 18.18' is the y-axis, the horizontal axis perpendicular to this is the y-axis, and the two axes are the axes perpendicular to the xy plane.
この装置を走行体に取付けたときの進行方向がy軸方向
である場合について述べる。A case will be described in which the traveling direction when this device is attached to a traveling object is the y-axis direction.
この場合には角度検出器21は、進行方向に対する高低
差(勾配の変化)、即ちX軸周りの傾斜角の変化を測定
することになる。In this case, the angle detector 21 measures the height difference (change in slope) with respect to the traveling direction, that is, the change in the slope angle around the X-axis.
この装置が長周期の振子の特性を持ち、かつその周期が
適宜変えられることについて説明する。It will be explained that this device has the characteristics of a long-period pendulum and that the period can be changed as appropriate.
いま、基盤20が水平で、リング15がジンバル軸18
.18’の周りに角度β傾いていたとする。Now, the base 20 is horizontal and the ring 15 is aligned with the gimbal axis 18.
.. Suppose that it is tilted by an angle β around 18'.
加速度検出器22は、重力加速度Iの成分βy(βの大
きさはsinβζβとおける程度のものと仮定する)に
比例する出力を出し、これが増幅器23を経てトルカ−
24を励磁し、ジャイロににβg(Kは可変常数)のト
ルクをジンバル軸18.18’の周りに与える。The acceleration detector 22 outputs an output proportional to the component βy of the gravitational acceleration I (assuming that the magnitude of β is equal to sinβζβ), which is output via the amplifier 23 to the torquer.
24 is excited to give the gyro a torque of βg (K is a variable constant) around the gimbal axis 18.18'.
一方、ジャイロを含むジャイロケース11,12は僅か
重心を下げた振子状になっている。On the other hand, the gyro cases 11 and 12 containing the gyro have a pendulum shape with a slightly lowered center of gravity.
その一つの質量をm1重心と支点(ケース軸13,13
’、 14.14’との距離をaとすると、ジンバル1
8.18’の周りにリング15が角度β傾いたことによ
る復元トルクは2mga・βとなる。One mass is m1 center of gravity and fulcrum (case shaft 13, 13
', 14. If the distance from 14' is a, then gimbal 1
The restoring torque due to the ring 15 being tilted at an angle β around 8.18' is 2 mga·β.
ジャイロ1個の角運動量をH1ジャイロケース1L12
のケース軸13.14の周りの傾き角をψとすると(角
運動量)×(プレセツション角速度)=(トルク)の関
係から次の運動方程式が出来る。The angular momentum of one gyro is H1 gyro case 1L12
Let ψ be the inclination angle around the case axes 13 and 14, the following equation of motion can be obtained from the relationship: (angular momentum) x (preset angular velocity) = (torque).
ジャイロケース1L12が角度ψ傾くと、各ジャイロに
はmgaψのトルクがケース軸13,14の周りに夫々
中するから、ジャイロを含めリング15はジンバル軸1
8の周りにプレセツションを行う。When the gyro case 1L12 is tilted at an angle ψ, a torque of mgaψ is applied to each gyro around the case axes 13 and 14, respectively.
Preset around 8.
即ち −Hdβ/dt=mgaψ・・・・・・(2)
このようにしてリング15の初めの傾きは次第に減少し
、その後初めと逆の方向に傾き始める。That is, −Hdβ/dt=mgaψ (2)
In this way, the initial inclination of the ring 15 gradually decreases and then begins to incline in the opposite direction.
角度βの符号が変るとトルク(K+2ma) gβの向
きが変り、ジャイロのプレセツションの向きが変って傾
き角ψは減少し始め、その後反対方向に傾くと、リング
15は再び最初の傾き角βの向きに戻る。When the sign of the angle β changes, the direction of the torque (K+2ma) gβ changes, the direction of the gyro preset changes and the tilt angle ψ begins to decrease, and then when the ring 15 tilts in the opposite direction, the ring 15 returns to the initial tilt angle β. Return to the direction.
このように、リング15のジンバル軸18の周りの傾き
とジャイロケース11,12のケース軸13.14の周
りの傾きが互に原因、結果をくり返しながら一定の周期
をもった振揺運動となる。In this way, the inclination of the ring 15 around the gimbal axis 18 and the inclination of the gyro cases 11 and 12 around the case axes 13 and 14 create a oscillating motion with a constant period while repeating causes and effects of each other. .
そして、(1) 、 (2)式よりψを消去すると、と
なり、この(3)式より周期Tを求めると、となる。Then, if ψ is eliminated from equations (1) and (2), we get, and when we calculate the period T from equation (3), we get.
そして、K)2maに選ぶことにより、実質上となる。And by choosing K) 2ma, it becomes substantially.
常数には増幅器23のゲイン調整により作動中に変える
ことが出来るから、周期Tを随時に変えることが出来る
。Since the constant can be changed during operation by adjusting the gain of the amplifier 23, the period T can be changed at any time.
即ち走行体の前後進の加速度に伴うリング15の振れ角
を少くしたいときには常数Kを小さくシ、またジンバル
軸18.18’の摩擦に伴う誤差主として走行体停止時
のリング15の零点位置の誤差を少くしたいときには常
数Kを犬とするなどである。That is, when it is desired to reduce the deflection angle of the ring 15 due to the forward and backward acceleration of the traveling object, the constant K should be made small, and the error due to the friction of the gimbal shafts 18 and 18' is mainly due to the error in the zero point position of the ring 15 when the traveling object is stopped. If you want to reduce , you can set the constant K to be a dog.
なお、測定中において常にリング15が水平である必要
はない。Note that the ring 15 does not always need to be horizontal during measurement.
それは装置が角度βとψとから成る振揺運動を行ってい
るときでも、その周期が数十分という長い周期であれば
、その時間に比らべて測定時間が短かければ、振揺によ
る出力の変化量は無視又は消去することが出来るからで
ある。Even when the device is performing a shaking motion consisting of angles β and ψ, if the period is as long as several tens of minutes, if the measurement time is short compared to that period, the shaking This is because the amount of change in output can be ignored or eliminated.
これは丁度地震計の場合と同じである。This is exactly the same as in the case of seismometers.
またこの装置の他の特徴は、この装置の基盤20がy軸
周りあるいは2軸周りに傾いても角度検出器21の出力
が変らないことである。Another feature of this device is that the output of the angle detector 21 does not change even if the base 20 of this device is tilted around the y-axis or around two axes.
これはジャイロを2個使用するための特徴である。This is a feature for using two gyros.
即ち、基盤20をy軸の周りに傾けると、ジャイロケー
ス11.12内の2個のジャイロの向きを変えることに
なるから、プレセツションの原理でジンバル軸18の周
りのトルクが発生するが、ジャイロの回転の向きが互い
に反対であるため、2つのトルクの向きも互に反対であ
り互に打消されてリング15が傾かないのである。That is, when the base plate 20 is tilted around the y-axis, the orientation of the two gyros in the gyro case 11 and 12 is changed, so a torque is generated around the gimbal axis 18 due to the principle of preset, but the gyro Since the directions of rotation of the two torques are opposite to each other, the directions of the two torques are also opposite to each other and cancel each other out, so that the ring 15 does not tilt.
また基盤20を2軸の周りに旋回すると(これは走行体
の進行方向が変ることに相当する)、2個のジャイロ軸
が2軸方向にあるときには何の変化も起きないのは当然
のことであるが、ジャイロが2軸から傾いているとき、
即ち、角度ψが0でないときには旋回によって、ジャイ
ロはケース軸13と14の周りにトルクを発生する。Furthermore, when the base 20 is rotated around two axes (this corresponds to a change in the traveling direction of the traveling object), it is natural that no change occurs when the two gyro axes are in the two axes directions. However, when the gyro is tilted from the two axes,
That is, when the angle ψ is not 0, the gyro generates torque around the case axes 13 and 14 due to the rotation.
しかし、ジャイロの回転の向きが互に反対であるため、
2つのトルクの向きも互に反対となって打消され、ジャ
イロケース1L12は傾かず、また角度検出器21の出
力も変化しない。However, since the directions of rotation of the gyro are opposite to each other,
The directions of the two torques are also opposite to each other and cancel each other out, so that the gyro case 1L12 does not tilt and the output of the angle detector 21 does not change.
以上の説明から明らかなように、本発明は、ジャイロを
用いて振子式動揺の周期を長くすると共に、その周期を
加速度の影響や零点の精度を考慮して作動中にその都度
加減することができ、しかも、2個のジャイロを用いて
測定しようとするジンバル軸以外の軸の周りの動揺や旋
回に対して影響を受けないようにしたので、本発明装置
によるときは、走行体の動揺角を高精度で測定すること
ができ、その効果は極めて犬である。As is clear from the above description, the present invention uses a gyro to lengthen the period of the pendulum type oscillation, and also allows the period to be adjusted each time during operation, taking into account the influence of acceleration and the accuracy of the zero point. Moreover, since it is not affected by oscillation or turning around axes other than the gimbal axis to be measured using two gyros, when using the device of the present invention, the oscillation angle of the traveling object can be measured. can be measured with high precision, and its effectiveness is extremely unique.
第1図は振子の周期Tの大小による振れ角βと経過時間
との関係を表わす振子の特性曲線図、第2図はジャイロ
水平儀の一般例を示す説明用斜視図、第3図は本発明実
施例を示す説明用斜視図である。
11.12:ジャイロケース、13,14:ケ−ス軸、
15ニシンパルリング、16.16’二結合手段を構成
する扇形片、17.17’:結合手段を構成する可撓ワ
イヤ、18.18’ニシンパル軸、20:基盤、21:
角度検出器、23二増幅器、24: トルカ−6Fig. 1 is a pendulum characteristic curve diagram showing the relationship between swing angle β and elapsed time depending on the period T of the pendulum, Fig. 2 is an explanatory perspective view showing a general example of a gyro horizon, and Fig. 3 is a diagram of the present invention. It is an explanatory perspective view showing an example. 11.12: Gyro case, 13, 14: Case axis,
15 Nishinpal ring, 16.16' Sector-shaped piece constituting two coupling means, 17.17': Flexible wire constituting coupling means, 18.18' Nishinpal shaft, 20: Base, 21:
Angle detector, 23 Two amplifiers, 24: Torquer-6
Claims (1)
夫々収めた2個のジャイロケースと、これらジャイロケ
ースに夫々固定した水平な2対のケース軸を互に平行に
配置して回動自在に支持するジンバルリングと、前記ジ
ャイロの回転軸及び前記ケース軸を含む面に対して互に
反対方向に同じ角度夫々前記2対のケース軸を回動でき
るよう、前記2対のケース軸間を結合するケース軸結合
手段と、前記ケース軸に対して直角に前記ジンバルリン
グに固定したジンバル軸を水平に回動自在に支持する基
盤と、前記ジンバルリングに取り付けて前記ケース軸に
平行方向の加速度を検出する加速度検出器と、前記ジン
バル軸に設けて前記加速度検出器の出力に比例するトル
クを前記ジンバル軸に与えるトルカ−と、前記ジンバル
軸に設けて前記基盤に対する前記ジンバルリングの傾斜
角を検出する角度検出器とを備えた走行体の動揺角測定
装置。1. Two gyro cases each housing a gyro that rotates in opposite directions around the vertical axis, and two pairs of horizontal case shafts fixed to each of these gyro cases, which are arranged parallel to each other and can rotate freely. a gimbal ring supported on the gyro, and a space between the two pairs of case shafts so that the two pairs of case shafts can be rotated at the same angle in opposite directions with respect to a plane including the rotation axis of the gyro and the case shaft. A case shaft coupling means to be coupled, a base horizontally rotatably supporting the gimbal shaft fixed to the gimbal ring at right angles to the case axis, and a base mounted to the gimbal ring to allow acceleration in a direction parallel to the case axis. an acceleration detector for detecting the angle of inclination of the gimbal ring with respect to the base; A device for measuring the sway angle of a traveling body, comprising an angle detector for detecting the angle.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4007877A JPS595846B2 (en) | 1977-04-08 | 1977-04-08 | Sway angle measurement device for traveling objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4007877A JPS595846B2 (en) | 1977-04-08 | 1977-04-08 | Sway angle measurement device for traveling objects |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53125060A JPS53125060A (en) | 1978-11-01 |
| JPS595846B2 true JPS595846B2 (en) | 1984-02-07 |
Family
ID=12570875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4007877A Expired JPS595846B2 (en) | 1977-04-08 | 1977-04-08 | Sway angle measurement device for traveling objects |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS595846B2 (en) |
-
1977
- 1977-04-08 JP JP4007877A patent/JPS595846B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53125060A (en) | 1978-11-01 |
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