1、航海儀器航海儀器航海技術(shù)系航海技術(shù)系航海教研室航海教研室20142014年年 安許茨安許茨(Anschutz)系列陀螺羅經(jīng)是船用陀螺羅經(jīng)三大系列之系列陀螺羅經(jīng)是船用陀螺羅經(jīng)三大系列之一，也是最早利用陀螺儀定向原理制成的船用陀螺羅經(jīng)。該系一，也是最早利用陀螺儀定向原理制成的船用陀螺羅經(jīng)。該系列陀螺羅經(jīng)的典型產(chǎn)品有：列陀螺羅經(jīng)的典型產(chǎn)品有： 德國(guó)的安許茨標(biāo)準(zhǔn)德國(guó)的安許茨標(biāo)準(zhǔn)、4、6、12、14、20、22型陀螺羅經(jīng)，型陀螺羅經(jīng)， 德國(guó)的普拉特德國(guó)的普拉特(CPlath)型陀螺羅經(jīng)，型陀螺羅經(jīng)， 中國(guó)的航海一中國(guó)的航海一I、II型陀螺羅經(jīng)和型陀螺羅經(jīng)和 日本的北辰陀螺羅經(jīng)等。日本的北辰陀螺羅經(jīng)等。第

2、三章第三章 安許茨系列陀螺羅經(jīng)安許茨系列陀螺羅經(jīng)第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 安許茨系列陀螺羅經(jīng)屬安許茨系列陀螺羅經(jīng)屬機(jī)械擺式羅經(jīng)機(jī)械擺式羅經(jīng)，其顯著特點(diǎn)是：，其顯著特點(diǎn)是： 靈敏部分是一個(gè)靈敏部分是一個(gè)雙轉(zhuǎn)子陀螺球雙轉(zhuǎn)子陀螺球， 借助于液體的浮力和輔助支承力使其在支承液體中呈自由借助于液體的浮力和輔助支承力使其在支承液體中呈自由懸浮狀態(tài)。懸浮狀態(tài)。( (液浮加上托線圈）液浮加上托線圈） 采用降低球的重心的方法獲得采用降低球的重心的方法獲得控制力矩（下重式控制力矩（下重式， 液體阻尼器產(chǎn)生阻尼力矩液體阻尼器產(chǎn)生阻尼力矩。 安許茨標(biāo)準(zhǔn)安許茨標(biāo)準(zhǔn)和和4 4型陀螺羅經(jīng)是型陀螺羅經(jīng)是4040年代或年代或50

3、50年代的產(chǎn)品，較年代的產(chǎn)品，較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)在船舶上得到廣泛的應(yīng)用。長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)在船舶上得到廣泛的應(yīng)用。 安許茨標(biāo)準(zhǔn)安許茨標(biāo)準(zhǔn)2020和和2222型陀螺羅經(jīng)是型陀螺羅經(jīng)是9090年代的最新產(chǎn)品，已裝年代的最新產(chǎn)品，已裝備于船舶上使用。由于該產(chǎn)品的技術(shù)性能優(yōu)越，適用范圍較廣備于船舶上使用。由于該產(chǎn)品的技術(shù)性能優(yōu)越，適用范圍較廣等優(yōu)點(diǎn)，受到了安許茨產(chǎn)品用戶的歡迎。等優(yōu)點(diǎn)，受到了安許茨產(chǎn)品用戶的歡迎。緊湊型配置：緊湊型配置：組合型配置：組合型配置：主要技術(shù)指標(biāo)：主要技術(shù)指標(biāo)：1.1.精度（精度（accuraciesaccuracies） 穩(wěn)定點(diǎn)誤差（穩(wěn)定點(diǎn)誤差（settle point errorsettl

4、e point error） 0.10.1secsec 靜態(tài)誤差（靜態(tài)誤差（static error） 0.10.1secsec 動(dòng)態(tài)誤差（動(dòng)態(tài)誤差（dynamic error） 0.40.4secsec2.2.穩(wěn)定時(shí)間（穩(wěn)定時(shí)間（setting timesetting time）（精度在）（精度在0.20.2之內(nèi)）之內(nèi)） 3h3h3.3.隨動(dòng)速度（隨動(dòng)速度（rate of follow-uprate of follow-up） 7070/s/s4.4.隨動(dòng)加速度（隨動(dòng)加速度（accelerate of follow-upaccelerate of follow-up） 150150/s/s5

5、.5.航向信息輸出（航向信息輸出（heading signal outputheading signal output） 9600 baud9600 baud6.6.供電電壓（供電電壓（supply voltagesupply voltage） 24VDC24VDC7.7.功率消耗（功率消耗（power consumptionpower consumption） 主羅經(jīng)啟動(dòng)主羅經(jīng)啟動(dòng) 35W35W 主羅經(jīng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主羅經(jīng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 30W30W 加熱器加熱器 最大最大70W70W 風(fēng)扇風(fēng)扇 5W5W主要技術(shù)指標(biāo)：主要技術(shù)指標(biāo)：8.8.環(huán)境溫度（環(huán)境溫度（environmental temper

6、atureenvironmental temperature） 工作時(shí)工作時(shí) 10105555 儲(chǔ)存時(shí)儲(chǔ)存時(shí) 252570709.9.主羅經(jīng)尺寸主羅經(jīng)尺寸 直徑（直徑（diameterdiameter） 370mm370mm 高（高（heightheight） 457mm457mm 重量（重量（weightweight） 16kg16kg10.10.平均無(wú)故障間隔時(shí)間（平均無(wú)故障間隔時(shí)間（MTBFMTBF） 陀螺球陀螺球 4 000 04 000 0 主羅經(jīng)是陀螺羅經(jīng)的指北部分，通常安裝在駕駛室、海圖室主羅經(jīng)是陀螺羅經(jīng)的指北部分，通常安裝在駕駛室、海圖室或羅經(jīng)房?jī)?nèi)或羅經(jīng)房?jī)?nèi)主羅經(jīng)由靈敏部分、隨

7、動(dòng)部分和固定部分組成主羅經(jīng)由靈敏部分、隨動(dòng)部分和固定部分組成。 一、靈敏部分一、靈敏部分陀螺球陀螺球(sensitive elementgyrosphere) 靈敏部分為一陀螺球，是陀螺羅經(jīng)的找北指北部件。陀螺球靈敏部分為一陀螺球，是陀螺羅經(jīng)的找北指北部件。陀螺球是一個(gè)充有氦氣的密封球體，浸浮在隨動(dòng)球內(nèi)的支承液體中。是一個(gè)充有氦氣的密封球體，浸浮在隨動(dòng)球內(nèi)的支承液體中。其重心沿其垂直軸下移以此獲得重力控制力矩。其重心沿其垂直軸下移以此獲得重力控制力矩。 陀螺球內(nèi)裝有兩個(gè)陀螺馬達(dá)以及燈形支架、液體阻尼器。陀陀螺球內(nèi)裝有兩個(gè)陀螺馬達(dá)以及燈形支架、液體阻尼器。陀螺馬達(dá)安裝在燈形支架內(nèi)，可繞其垂直軸旋

8、轉(zhuǎn)一定的角度螺馬達(dá)安裝在燈形支架內(nèi)，可繞其垂直軸旋轉(zhuǎn)一定的角度(約約7.5)，液體阻尼器安裝在燈形支架的頂部。，液體阻尼器安裝在燈形支架的頂部。主羅經(jīng)結(jié)構(gòu)主羅經(jīng)結(jié)構(gòu)1陀螺球陀螺球 陀螺球的球殼用黃銅壓制而成，它分為上下兩個(gè)半球。上半陀螺球的球殼用黃銅壓制而成，它分為上下兩個(gè)半球。上半球較小，約占整個(gè)球的球較小，約占整個(gè)球的13，下半球較大，約占，下半球較大，約占23，兩半球，兩半球經(jīng)焊接而成一球體。經(jīng)焊接而成一球體。 球殼外表面除導(dǎo)電部分裝有石墨電極外，其余部分均覆蓋一球殼外表面除導(dǎo)電部分裝有石墨電極外，其余部分均覆蓋一層絕緣硬橡膠，兩半球接縫處外表面用粘膠固定一個(gè)硬橡膠密層絕緣硬橡膠，兩半球

9、接縫處外表面用粘膠固定一個(gè)硬橡膠密封環(huán)，整個(gè)陀螺球表面十分光滑。封環(huán)，整個(gè)陀螺球表面十分光滑。 陀螺球的頂部和底部分別有呈帽狀的頂電極和底電極。陀螺球的頂部和底部分別有呈帽狀的頂電極和底電極。 單相單相55V400Hz分別由導(dǎo)線連接至球內(nèi)頂電極和底電極的接線分別由導(dǎo)線連接至球內(nèi)頂電極和底電極的接線柱上，經(jīng)移相電容變換成三相電源為陀螺馬達(dá)供電，陀螺馬達(dá)柱上，經(jīng)移相電容變換成三相電源為陀螺馬達(dá)供電，陀螺馬達(dá)為為12 000r/min。 在陀螺球赤道帶處有一條寬赤道電極。在陀螺球赤道帶處有一條寬赤道電極。二二 安許茨安許茨4型羅經(jīng)型羅經(jīng)1.轉(zhuǎn)子數(shù)量：雙轉(zhuǎn)子擺式羅經(jīng)（雙轉(zhuǎn)子為了消除搖擺誤轉(zhuǎn)子數(shù)量：雙轉(zhuǎn)

10、子擺式羅經(jīng)（雙轉(zhuǎn)子為了消除搖擺誤差）差）2.轉(zhuǎn)子支撐方式：液浮加電磁上托線圈，支承液體每年轉(zhuǎn)子支撐方式：液浮加電磁上托線圈，支承液體每年更換。更換。3.控制力矩：重心下移控制力矩：重心下移4.阻尼力矩：液體阻尼器，水平阻尼法阻尼力矩：液體阻尼器，水平阻尼法 (多余液體角）多余液體角）5.電源系統(tǒng)：交流變流機(jī)電源系統(tǒng)電源系統(tǒng)：交流變流機(jī)電源系統(tǒng)6.隨動(dòng)系統(tǒng)：惠斯通電橋隨動(dòng)系統(tǒng)：惠斯通電橋7.傳向系統(tǒng)：交流同步式傳向系統(tǒng)：交流同步式8.支承液體溫度支承液體溫度51530/安許茨安許茨20工作溫度為工作溫度為49510 ，冷卻方式為電扇冷卻。冷卻方式為電扇冷卻。 陀螺球懸浮在支承液體（陀螺球懸浮在支

11、承液體（supporting liquidsupporting liquid）里；）里； 支承液體溫度較低時(shí)，液體浮力大致與陀螺球重量相等；支承液體溫度較低時(shí)，液體浮力大致與陀螺球重量相等； 在正常工作溫度在正常工作溫度5555時(shí)，陀螺球的重量略大于支承液體的浮時(shí)，陀螺球的重量略大于支承液體的浮力；力； 陀螺球的剩余重量由安裝于隨動(dòng)球底部的小型離心泵所產(chǎn)生陀螺球的剩余重量由安裝于隨動(dòng)球底部的小型離心泵所產(chǎn)生的液流所平衡，平衡液體也起到定中心作用；的液流所平衡，平衡液體也起到定中心作用； 陀螺球處于自由懸浮狀態(tài)。陀螺球處于自由懸浮狀態(tài)。二、隨動(dòng)部分二、隨動(dòng)部分(follow-up (follow

12、-up element)element) 隨動(dòng)部分跟隨靈敏部分隨動(dòng)部分跟隨靈敏部分( (陀陀螺球螺球) )一起轉(zhuǎn)動(dòng)，以保持方位一起轉(zhuǎn)動(dòng)，以保持方位刻度上刻度上0 1800 180刻度線與陀刻度線與陀螺球主軸一致。陀螺球主軸螺球主軸一致。陀螺球主軸指北時(shí)，方位刻度盤上的指北時(shí)，方位刻度盤上的00刻度線亦指北。此外，隨動(dòng)刻度線亦指北。此外，隨動(dòng)部分還能通過(guò)支承液體向陀部分還能通過(guò)支承液體向陀螺球供電。螺球供電。 安許茨標(biāo)準(zhǔn)安許茨標(biāo)準(zhǔn)2020型陀螺羅經(jīng)型陀螺羅經(jīng)的隨動(dòng)部分，是由外球組件、的隨動(dòng)部分，是由外球組件、波紋管連接器、方位齒輪和波紋管連接器、方位齒輪和匯電環(huán)組件等組成。匯電環(huán)組件等組成。 隨

13、動(dòng)球組件由隨動(dòng)球，泵隨動(dòng)球組件由隨動(dòng)球，泵和其他組件構(gòu)成。和其他組件構(gòu)成。 安許茨標(biāo)準(zhǔn)安許茨標(biāo)準(zhǔn)2020型陀螺羅經(jīng)的電路分為：型陀螺羅經(jīng)的電路分為： 電源電路電源電路 隨動(dòng)系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng) 溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng) 信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)。信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)。 電路系統(tǒng)除電源系統(tǒng)外，各種功能的實(shí)現(xiàn)都是由不同的傳感電路系統(tǒng)除電源系統(tǒng)外，各種功能的實(shí)現(xiàn)都是由不同的傳感器檢測(cè)輸出不同的信號(hào)，由主控制器進(jìn)行處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。器檢測(cè)輸出不同的信號(hào)，由主控制器進(jìn)行處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。二、電路系統(tǒng)二、電路系統(tǒng)1.1.電源系統(tǒng)電源系統(tǒng) 安許茨標(biāo)準(zhǔn)安許茨標(biāo)準(zhǔn)2020型陀螺羅經(jīng)的電源系統(tǒng)主要由：型陀螺羅經(jīng)的電源系統(tǒng)主要由： 直流穩(wěn)壓電路；直流穩(wěn)壓電路；

14、55V400Hz55V400Hz逆變器組成。逆變器組成。 直流穩(wěn)壓電路直接將直流穩(wěn)壓電路直接將24V24V直流船電通過(guò)集成穩(wěn)壓電路輸出：直流船電通過(guò)集成穩(wěn)壓電路輸出： 12V12V， 15V15V，5.7V5.7V和和5V5V直流電壓。直流電壓。 逆變器的作用是將直流逆變器的作用是將直流24V24V船電變換成陀螺馬達(dá)和離心泵所需船電變換成陀螺馬達(dá)和離心泵所需要的單相要的單相55V400Hz55V400Hz交流電。交流電。 電路中設(shè)有電子保護(hù)電路，當(dāng)電路發(fā)生短路、過(guò)載或其他故電路中設(shè)有電子保護(hù)電路，當(dāng)電路發(fā)生短路、過(guò)載或其他故障時(shí)，保護(hù)裝置自動(dòng)切斷電路。障時(shí)，保護(hù)裝置自動(dòng)切斷電路。2.2.隨動(dòng)系

15、統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng) 隨動(dòng)系統(tǒng)的作用是保證隨動(dòng)部分在方位上準(zhǔn)確地跟隨靈敏部分一起轉(zhuǎn)動(dòng)。隨動(dòng)系統(tǒng)的作用是保證隨動(dòng)部分在方位上準(zhǔn)確地跟隨靈敏部分一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 由：隨動(dòng)傳感器、放大器、由：隨動(dòng)傳感器、放大器、AC/DCAC/DC變換器、變換器、CPUCPU、隨動(dòng)電機(jī)控制器和隨動(dòng)步隨動(dòng)電機(jī)控制器和隨動(dòng)步進(jìn)電機(jī)等組成。進(jìn)電機(jī)等組成。 隨動(dòng)傳感器是基于惠斯通電橋原理工作的信號(hào)電橋隨動(dòng)傳感器是基于惠斯通電橋原理工作的信號(hào)電橋。 隨動(dòng)球上的隨動(dòng)電極和陀螺球上的赤道電極間的液體電阻隨動(dòng)球上的隨動(dòng)電極和陀螺球上的赤道電極間的液體電阻R1R1，R2R2，組成信，組成信號(hào)電橋的活動(dòng)臂，對(duì)稱變壓器號(hào)電橋的活動(dòng)臂，對(duì)稱變壓器M1M1

16、的初級(jí)繞組組成信號(hào)電橋的固定臂，電源由的初級(jí)繞組組成信號(hào)電橋的固定臂，電源由55V400Hz55V400Hz陀螺電源供給。陀螺電源供給。 當(dāng)隨動(dòng)球與陀螺球在方位上出現(xiàn)偏當(dāng)隨動(dòng)球與陀螺球在方位上出現(xiàn)偏角時(shí)，兩液體電阻角時(shí)，兩液體電阻R1R1和和R2R2即出現(xiàn)差值，即出現(xiàn)差值，信號(hào)電橋失去平衡，對(duì)稱變壓器次級(jí)信號(hào)電橋失去平衡，對(duì)稱變壓器次級(jí)便輸出與之對(duì)應(yīng)的交流隨動(dòng)電壓信號(hào)。便輸出與之對(duì)應(yīng)的交流隨動(dòng)電壓信號(hào)。 信號(hào)放大后變換成直流電壓信號(hào)，信號(hào)放大后變換成直流電壓信號(hào)，信號(hào)的大小約為信號(hào)的大小約為0.5VDC/0.5VDC/度。直流電度。直流電壓輸入到壓輸入到CPUCPU的模的模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換端。數(shù)轉(zhuǎn)

17、換端。 CPUCPU把輸入模擬信號(hào)變換成把輸入模擬信號(hào)變換成8 8位數(shù)字位數(shù)字信號(hào)，輸至隨動(dòng)電機(jī)控制器。信號(hào)，輸至隨動(dòng)電機(jī)控制器。 隨動(dòng)電機(jī)控制器把數(shù)字信號(hào)變換成模擬控制信號(hào)，輸出到隨動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的隨動(dòng)電機(jī)控制器把數(shù)字信號(hào)變換成模擬控制信號(hào)，輸出到隨動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的兩個(gè)繞組，隨動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)皮帶帶動(dòng)方位齒輪，使整個(gè)隨動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)繞組，隨動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)皮帶帶動(dòng)方位齒輪，使整個(gè)隨動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)，直至隨動(dòng)球與陀螺球在方位上對(duì)準(zhǔn)，隨動(dòng)信號(hào)消失，隨動(dòng)電機(jī)便停止轉(zhuǎn)動(dòng)。直至隨動(dòng)球與陀螺球在方位上對(duì)準(zhǔn)，隨動(dòng)信號(hào)消失，隨動(dòng)電機(jī)便停止轉(zhuǎn)動(dòng)。3.3.支承液體溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng)支承液體溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng) 溫度檢測(cè)和控制系統(tǒng)由溫度傳感器、調(diào)制解調(diào)器、溫度檢測(cè)和控制系統(tǒng)由溫度傳感器、調(diào)制解調(diào)器、CPUCPU、溫度控制器、加、溫度控制器、加熱器、電風(fēng)扇和過(guò)溫保護(hù)裝置組成。熱器、電風(fēng)扇和過(guò)溫保護(hù)裝置組成。 位于隨動(dòng)球上的筒式半導(dǎo)體溫度傳感器檢測(cè)液體溫度，輸