Навигационные системы. Часть 1. Гироскопические приборы и устройства навигационных систем: Учебное пособие, страница 13

Простейшим датчиком вертикали является маятник,  на принципе которого  построен  использовавшийся в первых разработках датчик маятниковой коррекции, изображенный на рис.12.

Отсутствие  замыкания контакта а с контактами б  и  в  свидетельствует о  совмещении щечек   2, связанных жестко  с  прибором, с вертикалью (с точностью  до зазора между грузом 1 и щечками 2).

Из широко применявшихся датчиков горизонта следует упомянуть также ртутный переключатель  и датчик жидкостный  маятниковый , схемы которых изображены на рис.13 и 14 соответственно. Принцип работы этих датчиков и рассмотренного выше одинаков, лишь роль груза 1 в датчике маятниковой коррекции (рис.12) в ртутном переключателе играет шарик 1 (рис.13) из ртути,  а в жидкостном датчике  - электролит  1 с пузырьком воздуха в нем (рис.14). При этом ртутный переключатель  и датчик жидкостный маятниковый дают информацию об отклонении от горизонта плоскости АА, на которую они установлены.

Совершенно очевидно,  что перечисленные датчики имеют ограниченные возможности по точности.  В частности,  по принципу построения все они имеют зону нечувствительности в окрестности нулевых отклонений от горизонта. В настоящее время эти датчики практически не используются.

Более совершенным прибором, решающим  задачу определения вертикали, является акселерометр (ньютонометр),  представляющий собой подвешенную на пружине массу. В зависимости от вида подвеса различают линейный и маятниковый акселерометры;  их схемы изображены на рис.15 и 16 соответственно. При размещении акселерометра на Земле,  в том случае,  когда его базовая  поверхность АА (параллельная оси чувствительности  ) отклонена от горизонта, масса m  смещается  относительно  своего  положения равновесия. При  этом  величина смещения,  измеряемая     датчиком    линейного или   углового

перемещения, пропорциональна отклонению   от горизонта и является выходным сигналом акселерометра.

Следует отметить,  что механические пружины на  рис.15,16 изображены условно.  В реальных конструкциях акселерометров, а также гироскопических приборов и устройств широко используется так называемая  "электрическая  пружина".  Она включает в себя датчик линейного или углового перемещения и  датчик  силы  или момента. Формируемый  датчиком перемещения сигнал поступает на датчик силы (момента),  который формирует силу (момент) противодействия, пропорциональную   смещению.   При   использовании   электрической   пружины   с   индукционным   датчиком  силы (момента) достаточно просто реализуется демпфирование перемещающейся массы. Для этого в обмотке датчика силы (момента) предусматривается несколько  короткозамкнутых  витков.  Возникающие в них токи Фуко, взаимодействуя с перемещающейся массой,  создают противодействующую силу, пропорциональную скорости перемещения.

Выше предполагалось,  что датчики  местного  горизонта  в составе гироскопического  устройства  работают  на неподвижном или движущемся без ускорения объекте.  Однако, гироскопические устройства предназначены для работы и на объектах,  движущихся   с ускорением. Понятно, что наличие ускорения приводит к ошибке в выходном сигнале датчика. Возникает вопрос: какую информацию выдает датчик, в частности, акселерометр при работе на подвижном основании?  Поскольку  ответ  на этот вопрос нетривиален и важен для последующего  анализа  работы  гироскопических  устройств, рассмотрим его отдельно.

2.3. Выходная информация акселерометра

Для того,  чтобы установить, что измеряет акселерометр на объекте, находящемся в окрестности  Земли,  запишем  уравнение движения массы  m  акселерометра,  изображенного на рис.15,  в проекции на ось чувствительности  . При этом положим, что силы трения между  корпусом  и массой отсутствуют.  Тогда уравнение         будет иметь вид