JPS641727B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は測量目的に適合するようになつたポー
タブル型のジヤイロ・コンパス装置に関し、より
詳細には、基準装置を地理的北に関して急速に整
合させるための手段を含むポータブル型ジヤイ
ロ・コンパス測量装置に関する。

指北作用についてのジヤイロ・コンパスの精度
はその垂直軸線の周りのトルクがどのようにして
好ましく最少にされるかによつて決定される。実
際は、これは、従来、小さなサスペンシヨン・ワ
イヤあるいはテープ上でこの軸線に沿つて感知素
子の重量のある部分あるいはその全てを支持する
ことによつて垂直軸線支持系の摩擦を最少にせん
とする努力に向けられていた。この結果、追従サ
ーボはサスペンシヨン・ワイヤのねじれを最少に
することが要求された。これは、ねじれは好まし
くない弾性拘束トルクを生じさせるからである。
このような技術は、海洋航法目的のための高精度
ジヤイロ・コンパスに於いては満足するものであ
るとされたが、構成がかなり複雑である。更にま
た、この種のジヤイロ・コンパスはスリツプ・リ
ングによつて、又は感知素子に電力を伝達するた
めに必要とされるワイヤ・ハーネス（wire
harness）によつて生ぜしめられる誤差トルクを
除去せず、従つて測量用コンパスに於いて使用す
るために完全に好ましいものではない。

典型的な振り子形の航法用ジヤイロ・コンパス
は子午線上に設定するためにかなりの時間（例え
ば、１時間）を必要とする。ジヤイロ・振り子パ
ラメータを変えるだけでこの設定時間をかなりの
程度減少させるためには、当該機器の角度モーメ
ントを減少させるか、又は感知素子のぶらつきを
増大させなければならない。これらを同時に完全
に満足させることは不可能である。いずれも外部
振動のために誤差が増大し、角度モーメントを減
少させれば垂直軸線の周りでの与えられたトルク
に対して精度が低下する。高速設定のために考案
された他の技術も上述した欠点と共に他の根本的
な欠点を生じる。

陸地用及び他の測量目的のジヤイロ・コンパス
装置の使用にあつては、往々、ポータブル型のジ
ヤイロ・コンパス基準装置を容易に設定させる必
要があり、かつそれが極めて短時間で有用なデー
タを与えることが望まれる。使用されている海用
船舶上で航法ジヤイロ・コンパスを信頼性ある指
示状態に置くために必要となる１時間の時間期間
はコンパスが一旦始動すると航海期間中通常連続
して動作し続けるために許せるものではあるが、
このような長い時間は測量機器では決して許せる
時間ではない。

上述した問題を解決する最近の試みは本出願人
になる米国特許第3419967号に反映されている。
この技術に於いては、動作の自由度及び精度にと
つてのかなりの改良が、感知素子を浮動液内に部
分的に浸漬させて羅針箱内で感知機器を中立浮力
で浮べることによつて達成される。装置の動作時
での好ましくない拘束トルクの問題は感知浮きそ
れ自体の内部にロータ駆動電池を置くことによつ
て更に減少される。この機器は比較的高価なもの
となり、かつ中位の静定速度が許容できるある測
量用としての応用には許され得るが、本発明によ
つて達成できるある制限を有している。しかしな
がら、米国特許第3419967号の装置が高度の耐振
動性を呈する程充分に低い振り子特性を有するよ
うに設計されると、北に静定するために要求され
る時間は本発明の静定時間の10倍程長くなつてし
まうことが知られた。更に、流体ダンピングが良
好な静定時間を可能にするように調節されると、
三脚形運動に対する大きな感度が呈せられるとい
うことが経験的に知られた。電池を浮動素子内に
置くことは保守及び交換上の問題を生じさせ、か
つモーメント対重量比が悪化する。更に、方位角
の読みは、操作者が浮動組立体上の鏡面に対して
自動視準することを要求する。

本発明の目的は、地理的北の急速な測定のため
の浮動振り子形のジヤイロコンパス装置を使用し
かつ測量目的のための従来技術の装置の欠点を解
消する小形の自動的に自己整合する方位基準装置
を与えることにある。初期の誤り整合状態からの
北との高速整合はうず電流力を好ましく使用する
単一の垂直軸線磁気中心決め及びトルカ・ピツク
オフ装置によつて反覆的に行なわれる。この単一
の中心決め及びトルカ・ピツクオフ装置は当該装
置の急速な配向のための二重サーボループ制御と
協動する。径方向の中心決めはうず電流反発コイ
ルを使用することによつて達成され、このため摩
擦のない感知素子の中心決めが達成される。垂直
軸線トルカが設けられ、これも同様にうず電流反
発形のものである。このトルカは１つの水平軸線
に沿つて浮動感知素子を中心決めするものと同じ
コイルを使用する。垂直軸線回転ピツクオフ装置
もうず電流形のもので、これは第２の水平軸線に
沿つて浮動感知素子を中心決めするものと同じコ
イルを使用する。従つて、部品についての大巾な
コスト減が達成される。

浮動感知素子は振り子形のものであり、振り子
特性は水平軸線トルカを必要とせずに垂直軸線ト
ルカを使用して制御されるべき浮動体の方位運動
を可能にする。垂直軸線トルカによつて与えられ
るトルクは回転軸線に垂直な水平軸線の周りでの
浮動感知素子の回転速度に比例する。従つて、垂
直線に関してのこの軸線の周りの感知素子の回転
がない状態下では、このトルクは北からのスピン
軸線角分離の測定値であり、指北誤差を減少する
ために必要とされる駆動角の決定に於いて使用さ
れる。新規な素子の組合せは垂直軸線の周りでサ
ーボ駆動される追従ハウジングに包囲される。こ
の追従ハウジングは、方位角の地理的北への測定
のため、基準となるように北向き動作時に方位の
向きに駆動される。

浮動液体は電力をジヤイロスコープのロータ駆
動モータに供給するための手段を与えるために導
電性にされる。故に、本発明は従来技術の重要な
長所を保持したままで更に附加的な長所を与え
る。本発明は、温度及び関連した制御を必要とし
ない自己補償装置に於いて、高精度と自由表面液
体での浮動とを与えるための浮動感知素子への機
械的あるいは電気的接続が全く存在していないと
いう利点を与える。地理的北の静定は精度の点と
静定を達成するに必要な時間との点で大きく改善
される。粗い初期の北への整合のみが必要とされ
るが、局部緯度は正確にこれを知る必要はない。
本発明装置の基本的動作は自動的であるために、
操作者にとつての高度の操作技術は不要であり、
高精度の結果を達成しうるようになる練習時間は
短かくてよい。

本発明装置は広範囲の測量目的のために使用さ
れることができる。例えば、周知の測量用テレス
コープ又は経緯儀と共に作動しうる外、光学的あ
るいは他のレンジ・フアインダ等と共に使用する
ことが可能である。

以下、図面に基づいて本発明の詳細を説明す
る。第１図は本発明を組込んでいる実施例装置を
使用するために設定した場合のその一般的な外観
を示す。本発明は周知のテレスコープ１又は他の
観察用もしくは測量用の装置を含んでいることを
認めるであろう。図面に於いて、テレスコープ１
は、それが一般的に水平な軸線４の周りであるい
はほぼ垂直な軸線２の周りで枢動せしめられるこ
とができるように支承されている。テレスコープ
は、第２図により完全に示されているように１対
の対面した支持体３，３に支持されている。支持
体３，３はデータ発信器部分５の頂部に固着され
ており、データ発信器部分５は特に第２図に関連
して後述される。データ発信器部分５は円形装着
板６の周りで支持されており、支持板６には脚１
０，１１のような可調の長さでかつ可調の角度の
三脚が、通常の測量装置に於いて往々使用される
周知の態様で取り付けられている。支持板６の下
方には制御部分が設けられており、これは、その
内部に、特に第２図に於いてより詳細に示されて
いる本発明の制御素子９を有している。制御部分
９の下方には部分１２が設けられ、これは第３図
に関連して後述されるようなある新規なジヤイロ
スコープ装置を含んでいる。

このジヤイロスコープ装置の制御及びそれによ
つて発生されるデータの表示は操作者制御箱１４
によつて主として与えられる。一般的に、ジヤイ
ロスコープ装置は電池によつて駆動され、このた
め制御箱１４にはアクセス・ドア１５が設けられ
ていて、それによつて電池が着脱できるようにな
つている。本ジヤイロスコープ装置のモード・ス
イツチ決定操作はスイツチ１６によつて与えら
れ、このスイツチ１６は操作者によるジヤイロス
コープ装置の操作を可能にし、内部電池の電池の
充電、内部電池あるいは外部電源の切換を行なわ
せる。内部電池の状態は周知の電力メータ２２上
に指示されることができる。局部緯度（local
latitude）は、後述されるように、ポテンシヨメ
ータ２１と目盛２１ａを使用することによつてジ
ヤイロスコープ装置に手動にて設定される。数個
の状態表示ランプが設けられてもよい。例えば、
ランプ１７はジヤイロスコープ装置がオンにされ
たことを指示し、ランプ１８はジヤイロスコープ
装置が使用可能状態にあることを示し、ランプ２
０は誤動又は誤整合指示を与える。適切な時間期
間の後に、方位の好ましい読みが数値表示器１９
によつて与えられる。更に、当該計器の円形装着
板６にはあわ式水準器８が設けられており、これ
によつて操作者は板６を三脚１０，１１によつて
通常の態様で調節しかつ簡単な磁気コンパス７に
よつて計器を北向きに最初の荒い整合をすること
ができるようになる。

後述されるように、第１図のジヤイロスコープ
装置の部分５，９，１２内で発生されたある信号
は多リードのケーブル１３によつて制御箱１４に
供給される。他の信号及び動作電力は制御箱１４
からジヤイロスコープ測量装置に同一のケーブル
１３を介して供給されることができる。

ここで、特に第２図を参照する。テレスコープ
１は水平軸線４の周りで軸支されており、かつデ
ータ発信器部分５の上方板３０の周りで支持素子
３，３によつて支持されている。板３０はアクセ
ス・カバー３１によつて保護されている中央穴を
有している。円筒状のシエル３２は板３０から下
方に伸び、かつ機械ネジ３３のような取付装置に
よつて上方板３０に取付けられている。上方の装
着板３０と円筒状シエル３２はデータ発信器部分
５のためのケーシングの一部を形成し、部分５は
内部にセルシン又は周知の形式の他のデータ発信
器の可動部を支持するシヤフト３５を含んでい
る。シヤフト３５はジヤイロスコープ装置の数個
の主たる機能の性能に関係する。シヤフト３５が
データ発信器部分５の発信器と制御部分９の新規
な制御素子とに協動するためであり、かつ更に第
３図に示されるように本発明のジヤイロスコープ
素子のための支持を与えるからである。

ジヤイロスコープ装置の制御部分９は穴をあけ
られたデイスク状の装着板６を有しており、この
装着板はシヤフト３５を回転できるようにする中
央に位置決めされたボール・ベアリング４３を支
持する。シヤフト３５は、また、後述されるよう
に制御部分９内でベアリング３６によつても支持
されている。従つて、それは自由に回転するよう
に支持されるため、垂直軸線２の周りで回転する
ようにデータ発信器部分５のロータを支持するこ
とができる。この目的のため、データ発信器部分
５の上方板３０はボール・ベアリング３４の一部
分を支持する穴を設けており、ボール・ベアリン
グ３４の第２の部分はシヤフト３５の上方の端部
に装着されている。データ発信器の部分はカツプ
状の部分４０によつて支持され、かつまた部分５
のためのケーシングの下方部分を形成する。カツ
プ状の素子４０は中央穴を有し、これはボール・
ベアリング４１によつてシヤフト３５上で自由に
回転するように支持されている。この態様で、デ
ータ発信器部分５の部分及びテレスコープ１は操
作者によつて方位的に手動をもつて回転せしめら
れることができる。

故に、シヤフト３５とデータ発信器部分５内の
テレスコープ１ののぞき穴との間の角度の電気的
測定のための手段が設けられる。この測定手段は
上方の板３０とカツプ状の部材４０との間に置か
れたセルシン又は他の周知のデータ発信器を含ん
でいる。セルシンの１つの機械的に独立した部分
の周知の磁気構造体３６はシヤフト３５に取付け
られ、環状のセルシン・コイル３７と共に回転す
る。その第１の部分に関して相対回転することが
できるセルシンの第２の部分は円筒状シエル３２
内でカツプ状素子４０によつて係止されている。
例えば、セルシンのこの第２の部分の磁気回路３
８はシエル３２の内部表面上の環状フランジに対
してカツプ状素子４０によつて係止されてもよ
い。環状磁気回路３９及びそれによつて支持され
ている環状セルシン・コイル３８はシヤフト３５
に関して回転可能となり、操作者がテレスコープ
１を方位的に回転すると移動せしめられる。

第１図の上述した記載の如く、第２図の制御部
分９には、装着板６の下方に機械ネジ６０のよう
な好ましい取付装置によつて取付けられた円筒状
シエル即ち外部ケーシング４４が設けられてい
る。制御部分９は第２図に示されるように、シヤ
フト３５の延長部を含んでおり、それはジヤイロ
スコープ装置の支持のための第３図の装置を通過
する。上述したように、シヤフト３５は制御部分
９内で機械的に支持されており、この支持は装着
板６の好ましい穴に存在するボール・ベアリング
４３によつて部分的に達成される。更に、別の支
持が機械ネジ８８のような好ましい取付装置によ
つて外部ケーシング４４の内面に取付けられた板
８５によつて第２図の下方の部分に於いて与えら
れる。板８５の中央位置に設けられた穴はシヤフ
ト３５の第２のベアリングによる支持を与えるた
めにシヤフト３５に同心的に装着されたボール・
ベアリング８６を含んでいる。

第２図及び第４図に於いて明らかにされている
ように、シヤフト３５は後述するようにピニオ
ン・ギア６３と係合する停止装置及びセクタ・ギ
アを支持している。セクタ・ギア及び停止装置は
ネジ４６によつてシヤフト３５に取付けられたハ
ブによつて支持されている。この停止装置の１つ
の弓形の側には、ピニオン・ギア６３とかみ合つ
たセクタ・ギア５９を形成する歯が設けられてい
る。停止装置の反対側には弓形のスロツト４９ａ
が設けられている。垂直のロツド４９の形の停止
部材は弓形のスロツト４９ａを通つて伸びる。ロ
ツド４９はケーシング４４からのブラケツト４
７，４８によつて支持されている。スロツト４９
ａを形成する弓形部の中央はシヤフト３５の回転
中心と一致するために、このセクタ・ギア構成は
制限された角度範囲で自由に回転する。当業者に
は、当業技術で公知な他形式の角度のある停止手
段及びセクタ・ギアが図示された構成のものに代
えて使用されうること明らかであろう。

上述したように、セクタ・ギア５９はピニオ
ン・ギア６３とかみ合い、ピニオン・ギア６３は
装着板６と支持板８５の穴内に好ましく装着され
たそれぞれのボール・ベアリング６１，８９によ
つて支持された垂直シヤフト６２に固定されてい
る。シヤフト６２、従つてセクタ・ギア５９は、
モータ８１がリード８０へ供給される適切な命令
信号によつて附勢される。この目的のために、モ
ータ８１のシヤフト８２にはウオーム・ギア８３
が取り付けられ、これは関連したギア６８を駆動
し、従つてシヤフト６２を回転させる。停止部材
４９がその端位置の１つに達してもモータ８１は
停止しないために、ギア６８とシヤフト６２との
間にスリツプ・クラツチが設けられる。種々の他
の構成のスリツプ・クラツチが使用されてもよい
が、図示されたスリツプ・クラツチはシヤフト６
２に６９でピン止めされたフエース・プレート７
０を含んでいる。ギア６０は直接シヤフト６２に
固着されてはいないで、シヤフト６２上で自由に
回転するようになつている。ギア６８の上方に、
シヤフト６２上に自由に回転するように装着され
た第２のフエース・プレート６７が設けられてい
る。更に、シヤフト６２に６４で固定されたカラ
ー６５が設けられており、これはフエース・プレ
ート６７の上方表面に対してらせんバネ６６を圧
縮するためのフエース・プレート表面を有してい
る。この態様で、ギア６８及びシヤフト６２は通
常共に回転する。しかしながら、機械的な制限位
置となると、シヤフト６２は回転を停止し、ギア
６８はシヤフト６２をそれ以上回転させない。周
知のタコメータ（第２図には示されていない）が
モータ８１のケース内でシヤフト８２に設けられ
ており、これは後述されるようにリード７９に速
度信号出力を与える。

上述したように、第２図に示されるシヤフト３
５は第３図のジヤイロコンパス部分１２に伸びて
おり、浮動ジヤイロコンパス組立体を収容するた
めに底部１１９によつて閉じられたかみ合い外側
部分１０４，１１２を有した一般的な円筒状の密
封したコンテナ組立体を支持している。特に、こ
の密封された追従組立体の上方カバー板１０１は
機械ネジ１００及び関連ハブ１０２によつて好ま
しい態様でシヤフト３５の下方端に固着されてい
る。追従組立体の上方の円筒状コンテナ部分１０
４は１０３での周知の好ましい手段によつて板１
０１に固着され、かつ外部ケーシング４４内で下
方に伸びる。ケーシング４４は端板１２０を有し
た載頭円錐形のものであつてもよい。外部ケーシ
ング４４，４４ａはその内部に収容された機構を
保護するため耐じん性でかつ対流体性に作られ
る。

浮動ジヤイロコンパス組立体が追従コンテナ部
分とその下方の延長部１１２内に収容されてい
る。この組立体１０８ｃによつて示されたレベル
まで追従コンテナ部分１０４，１１２の内部を満
している好ましいジヤイロスコープ浮動流体に浮
べられている。ジヤイロスコープを包囲している
浮動素子は中空円錐体の丁部部分１０７を含んで
いる。後述されるように、円錐体１０７は電気的
に活性な十字形素子１０５を支持している。第５
〜９図に関連して後に詳述されるこの素子１０５
は、通常の作動時には、１０６，１０６′で一般
的に示された電磁ピツクオフ及びトルカ装置（ト
ルク附与装置）の対の間で実質的に中央に位置決
めされている。電磁ピツクオフ及びトルカ装置は
後述されるように十字形素子１０５上に中心決め
の力を与えるようにも働く。対のピツクオフ及び
トルカ中心決め装置１０６，１０６′はカバー板
１０１の内部表面から伸びる複数のブラケツト状
支持素子によつて支持される。浮動素子の円錐体
形のカバー板１０７に取り付けられかつその密封
された部分を形成するのは通常水平の支持プラツ
トフオーム１０９が内部に形成されているほぼ円
筒形の下方に伸びる薄い壁状のシエル１０８であ
る。浮動素子はプラツトフオーム１０９で円筒状
のシエル１０８に取付けられた半球状の薄い壁の
シエル１１５によつて形成されている。

追従ケーシング１０４の環状部分１１１は小さ
な環状ギヤツプ１０８ｂが素子１０８及び１１１
間に設けられるように円筒状のシエル１０８の方
向に内向きに突出する。コンテナ部分１０４，１
１２の内部はレベル１０８ｃまで浮動流体が満さ
れているために、ギヤツプ１０８ｂはこのような
流体を含んでいる。更に後述されるように、電気
的に導電性の電極がギヤツプ１０８ｂを形成する
近接した表面に形成されてもよく、導電性の浮動
流体が使用されれば、電力がジヤイロスコープの
ロータを駆動するためにギヤツプ１０８ｂ間を通
して操作箱１４から供給されることができるよう
になる。狭いギヤツプ１０８ｂは浮動流体の通常
のレベル１０８ｃのわずか下方で終つているとい
うことが分るであろう。これは、狭いギヤツプ１
０８ｂの延長部内での表面張力効果のために生じ
るような好ましくないトルク効果を減少させる。
ギヤツプの広い部分１０８ａを満すに必要とされ
る流体を供給するために、比較的に大きな貯蔵器
１２１が浮動組立体の下方に置かれている。

プラツトフオーム１０９の穴はジヤイロコンパ
ス感知素子の取付けを可能とする。このジヤイロ
コンパス感知素子はプラツトフオーム１０９によ
つて支持されたヨーク１１３，１１３内でシヤフ
ト１１４上に軸支されている少なくともジヤイロ
スコープ・ロータ１１０を含むものとして図示さ
れている。シヤフト１１４は実質的な水平平面に
作動時に通常置かれるようになつている。

浮動素子の装着時の荒い中心決め及び組立ては
追従コンテナ部分１１２の底部１１９上に取付け
られた中心に配置された停止手段を使用すること
によつて助けられる。この停止手段は底部１１９
の内表面に取付けられた管体１１７を具備してお
り、この管体は半球部１１５の中心位置から穴１
１８に下方に突出するピン１１６をゆるく受け入
れる円筒状の穴１１８を設けている。

浮動ジヤイロコンパス組立体は、円錐形の頂部
１０７と薄い壁の形の円筒状シエル１８と半球の
形のシエル１１５と（それぞれはガラス・エポキ
シ材料のモールドされたプラスチツクのような軽
量の材料よりなつていいる。）から原理的に形成
された溶接密封した浮動シエル内で中立的に浮べ
られている。この密封したシエルはジヤイロスコ
ープ・ロータ１１０の風損を減少させかつ外部へ
の冷却熱路を与えるようにヘリウム及び窒素のよ
うなガス混合体の雰囲気で満されてもよい。ジヤ
イロスコープ１１０を含む浮動組立体の重量と空
間１２１及びギヤツプ１０８ｂの浮動流体の密度
は、円錐状の頂部１０７の外表面がレベル１０８
ｃでの流体の自由頂部表面より通常上方となるよ
うに選択されている。この円錐体の形及び頂角は
凝縮により点滴が形成されてもそれが円錐体の表
面に附着しないように、かつ運送時に生じるよう
な流体滴をその表面が自動的に取り去ることがで
きるように構成されている。

本発明によれば、浮動ジヤイロコンパス組立体
の振り子特性は、ジヤイロスコープ・ロータ１１
０（この組立体の最大質量である。）を浮動体の
浮力の中心の下方に置くことによつて正常な値に
調節される。従来技術に於いて、浮動体の浮力と
その重量とを互に平衡させようと試みられたが、
厳しい温度補償問題のためにこれを達成すること
は極めて困難であつた。本発明によれば、この従
来技術の問題は、浮動感知組立体の円錐体頂部１
０７を１０８ｃでの自由液体表面の上方に常に突
出させるように取付けることによつて回避され
る。浮動流体を縮小させたり膨脹させたりする温
度の変動は単に実際の浮動量を流体密度の変化に
正比例して変えるだけである。従つて、浮動感知
組立体は追従ハウジング・カバー板１０１に対し
て実質的に一定の位置に留まる。このようにし
て、平衡効果が生ぜしめられ、温度の上昇に伴う
１０８ｃでの流体レベルの増大は温度の上昇に伴
う流体密度の減少によつて生ぜしめられるレベル
１０８ｃの上方の浮動体の突出部の低下と実質的
に合致する。この逆の場合も同様である。浮動感
知組立体の円錐体の頂部１０７の追従コンテナ頂
部１０１に対する上昇は、このため、動作温度範
囲に渡つて実質的に一定に留まる。従つて、温度
制御、流体密度制御、あるいは浮き量制御の必要
なくして完全な浮動が与えられる。故に、ピツク
オフ装置１０５，１０６の好ましくない機械的損
傷を生じさせる浮動感知円錐体頂部１０７の相対
垂直偏位はない。実際の試験によれば、後述され
るようなピツクオフ及びトルカ装置の動作は広い
範囲の動作温度に渡つて円錐体頂部１０７の垂直
位置の変動は実際上生じなかつた。

当業者にとつて容易に明らかなように、ジヤイ
ロスコープ・ロータ１１０に電力を供給するため
の種々の従来技術の態様が使用可能である。その
典型的なものとしては、スリツプ・リングを使用
するもの、可撓性のリードを使用するもの等があ
る。しかしながら、当該浮動感知ジヤイロスコー
プ素子は、電力伝送も可能である浮動流体を使用
することによつて垂直軸線の周りの好ましくない
制約トルクを除くことができる。更に、浮動感知
ジヤイロスコープ組立体及び追従コンテナ１０
４，１１２，１１９は白金のような耐腐食性材料
の対面した導電電極をギヤツプ１０８ｂに絶縁材
料と共に使用することによつて構成される。

浮動流体は、例えば、所望の導電度を与えるた
めにヨウ素酸カリウムを加えたエタノール・水混
合物であつてよく、その場合、−40℃以上での凍
化を防止したいならば、エタノールの重量比は少
なくとも55％でなければならない。四ホウ素ナト
リウムのコンセキ（trace）がPH制御のために加
えられてもよい。流体の導電度は、例えば約2W
のレベルまで電力損失を押さえるように調節され
ることができる。

第５図は、導電流体で満した環状ギヤツプ１０
８ｂを定める互に関連したプラスチツクのシエル
１０８及び１１１内でのジヤイロスコープ１１０
の駆動巻線の特徴を示している。ジヤイロスコー
プ１１０のための駆動磁界は、回路点１４０に於
いてＹ結線された巻線１３６，１３７及び１３８
を含むものとして１１０ａで一般的に示されたモ
ータ巻線装置によつて与えられる。そのため、ジ
ヤイロスコープ・ロータ１１０は周知のスプリツ
ト・フエーズ（分割位相）の態様で駆動され、固
定コンデンサ１３９は巻線１３７，１３８の端子
間に接続されている。第１図の制御箱１４内に設
けられてもよい交流電源１３４からの電力はロー
タ１１０を駆動するように与えられる。この目的
のため、ギヤツプ１０８ｂ内でのロータの一側
に、一対の細長い金属電極１３０，１３１が設け
られる。一方正反対の側には第２の同様の１対の
金属電極１３２，１３３が設けられている。スイ
ツチ１３５が閉じれば、交流の電流がリード１４
３によつて電極１３２に供給され、この電流はギ
ヤツプ１０８ｂを通つて電極１３３に、次いで回
路点１４１に供給される。回路点１４１から電流
はコイル１３８とコンデンサ１３９及びコイル１
３７の直列回路とを通つて回路点１４０に流れ、
更に巻線１３６を通つて電極１３１に流れる。こ
の電流路はギヤツプ１０８ｂの導電流体を経て電
極１３０、リード１４２及び電源１３４まで伸び
る。通常の動作に於いて、環状の部分１１１に関
して図示される中立位置からの薄い壁のシエル１
０８の角度変位は小であるために、ロータ１１０
を駆動するための充分な電流が常に流れることが
できる。また、第５図に示される構造体の明瞭な
幾何学的対称性のために、対抗した流体ギヤツプ
間での電圧降下は平衡しており、かつ実質的に対
称である。平方センチメートル当り0.04Aの程度
の小さな電流密度が導電流体の悪化及び電極の腐
食を最少にするように使用される。

追従コンテナ内で浮動組立体を中心決めするた
めの重要な機能をなし、同一の２つの素子間での
方位間を測定するために働きかつ浮動コンテナに
方位補正トルクを与える装置が第３図に関連して
簡単に述べられた。これらの３つの機能をなすた
めの単一の装置の新規な特徴が第６〜１０図に関
連して次ぎに述べられる。

３つの必要な機能はエデイ・カレント（うず電
流）現象を使用する装置によつてなされ、その動
作は、導電材料のシート１５１に近接したコイル
のインダクタンスがコイル及びシート間のギヤツ
プの関数となる（その場合、例えば、シートの平
面がコイルの軸線に対して直角であるとした。）
事実に基づいている。この影響は、うず電流がコ
イルからの時間変化する磁束によつて導電シート
に誘導され、その結果磁束の変化にさからおうと
する極性を有する磁力が生ぜしめられるために起
る。コイルの励起周波数が比較的高く、かつシー
トが充分薄い良好な導電体であれば、交番磁束は
シートの内部からほとんど全体的に排除される。
コイルと導電シートとの間の間隔が極めて大であ
れば、磁気回路の全リラクタンスの変化は小さ
い。しかしながら、導電シートがコイルの一端に
より近づいたら、コイルと導体との間の間隔の大
きさは減少し、コイルの実効インダクタンスは対
応して減少する。コイルとシートとの間のギヤツ
プが幾分大きくなれば、コイルの実効インダクタ
ンスは対応して増大する。第６図のコア１７２の
ような磁気コアがコイルと関連せしめられればこ
の有益な効果は強化される。コア１７２はシート
１５１のような導電性シートと面するように一側
で開いており、小さなギヤツプがコア１７２の面
とシート１５１の対抗面との間に与えられ、大き
な磁束が実際のコアの外部に存在する。フエライ
ト・コアは第６図に示されるように、中央支柱と
外部環状シエルとの間の開いた環状内部容積を普
通に有する。本発明に於いて、例えば、それぞれ
の電気リード対１４６，１４７を具備した第６図
で与えられるコイル１７３及び１７４のような１
対の同心円コイルを収容する環状空隙が使用され
る。

第７図に示されるように、４つの対のこのよう
なコイル組立体がそれぞれ十字形素子１０５の導
電金属アーム１５０，１５１，１５２及び１５３
と関連せしめられる。第６図に示されるように、
コア１７２及び１７５に関連せしめられているよ
うな共動する対抗したコイルは例えば導電アーム
１５１に関して巾ｇの小さなギヤツプを与えるよ
うに支持されてもよい。コア１７２，１７５のよ
うな数個の対のコアが追従カバー板１０１からの
図示されたブラケツト１４４，１４５のような便
宜的な手段によつてそれぞれ支持される。共動す
る十字形の素子１０５は浮動組立体の円錐状の頂
部１０７に便宜的な態様で取付けられるように成
形されていることに留意されたい。

コイル１７３のようなコイルは、それが比較的
高い周波数で励起されかつ例えば0.063インチの
アルミニウムのシートと対面すると、次式(1)でほ
ぼ表わされることができるインダクタンスを有す
る。

Ｌ＝L₀−Ｋ／g₀＋ｇ ……(1) ここで、L₀，Ｋ及びg₀は定数であり、ｇは第６
図に示される物理的ギヤツプ寸法を表わす。

第３〜７図に示されるように、完全な組立体
は、４つの実質的に等しい寸法のアーム１５０，
１５１，１５２及び１５３を有する十字形素子１
０５を含む、浮動組立体の円錐状素子１０７の頂
部に配置された構造体を含んでおり、各アームは
素子１０７に固着されかつ導電アーム１５１とコ
ア１７２及び１７５が関連したコイル装置とを示
す第６図のような態様で対抗して対面するコイル
装置と関連している。例えば、アーム１５２はコ
ア１５４及び対面したコア１５７と相互作用し、
これらコアはそれぞれコイル１５５，１５６及び
１５８，１５９を含んでいる。アーム１５０は同
心円状のコイル１６７，１６８及び１７０，１７
２の対とそれぞれ共動する対面したコア１６６及
び１６９に関連している。同様の態様で、十字形
素子１０５のアーム１５３は内部に装着されたコ
イル１６１，１６２及び１６４，１６５の対とそ
れぞれ共動する対面したコア１６０，１６３と関
連する。勿論、数個のコア及びそれが含むコイル
は追従カバー板１０１から固く支持され、そのた
めそれら全ては追従カバー板１０１と円錐状頂部
１０７との間で相対移動があれば十字形素子１０
５に関して移動できるようになつている。

本発明の一つの実施例は、振り子式の浮動ジヤ
イロスコープ組立体に対称的に配置されかつ第１
の部分に第１のそれぞれ対面した導電表面を有す
る少なくとも第１の導電ベーンを設けており、か
つ更にその実施例は第１の部分で従動コンテナの
内部に垂下した少なくとも第１の対の導体を含
み、それは第１の対の対抗したギヤツプを形成し
て、励起されるとそれぞれの対抗した導電表面内
でその第１の部分でうず電流を発生させて、対抗
したギヤツプが等しくなければ第１の対の対抗し
たギヤツプを等しくさせるような差動的回復力を
発生させる。

第８図に示されるように、十字形素子１０５の
直径方向に対抗した導電アーム１５２及び１５３
と共動して、コア１５６，１５７，１６０及び１
６３と第７図に於いて関連したコイルを含んでい
る励起及びトルカ電流装置が設けられている。ト
ルカ制御入力端子１７８及び１７９は、コア１５
４のコイル１５５、コア１５７のコイル１５８、
コア１６３のコイル１６４及びコア１６０のコイ
ル１６１を含んでいる直列回路に接続されてい
る。端子１７８及び１７９には第１０図に関連し
て後述されるように発生されるトルカ制御電流が
供給される。この可変位相のトルカ制御入力電流
は端子１８０，１８１に供給される一定位相の高
周波基準電流と共動する。この一定振巾で一定位
相の電流は端子１８１からコア１６３のコイル１
６５及びコア１５７のコイル１５９の直列回路を
介して端子１８０に流れる。また、この一定電圧
の高周波電流はそれがコア１６０のコイル１６２
及びコア１５４のコイル１５６を介して端子１８
０から端子１８１に流れるようにコイル１５６及
び１６を含んだ並列回路に与えられる。それぞれ
の対のコイルは第６図及び第７図に関連して上述
したようにコア１５４，１５７，１６０及び１６
３によつて互に磁気的に結合されている。これら
数個のコアは、端子１７８及び１７９に与えられ
る可変トルカ制御電流の性質により、十字形素子
１０５の方位位置を制御するために導電アーム１
５２，１５３へこれら数個のコアによつて与えら
れるトルクに有効に作用する。トルカ制御電流は
コイル１５５及び１５８を介して第１の方向に流
れかつコイル１６４及び１６１を介して反対方向
に流れる。他方、一定位相の電流はコイル１５９
及び１６５を介して同一方向に流れるが、図示さ
れるようにコイル１５６及び１６２を介しては逆
の方向に流れる。

第９図から明らかなように、第８図のものとは
外観的に非常に類似した回路が方位角のピツクオ
フの目的のために使用される。第９図に於いて、
十字形素子１０５の直径方向に対抗した導電アー
ム１５０及び１５１と共動するのはコア１６６，
１６９，１７２及び１７５と第７図に於いて関連
したコイルを含む励起及びピツクオフ装置であ
る。ピツクオフ端子１９０及び１９１はコア１７
２のコイル１７４、コア１７５のコイル１７７、
コア１６６のコイル１６７及びコア１６９のコイ
ル１７０を含む直列回路に接続されている。端子
１９０及び１９１は第１０図に関連して後述され
るピツクオフ信号を供給する。このピツクオフ信
号は端子１９２及び１９３に供給される一定の高
周波基準電流の存在により発生される。この一定
振巾及び位相の電流は端子１９２からコア１６６
のコイル１６８及びコア１７５のコイル１７６を
介して端子１９３に直列に供給される。また、こ
の一定電流は、それが端子１９２からコア１６９
のコイル１７２及びコア１７２のコイル１７３を
介して端子１９３に流れるようにコイル１７１及
び１７３を含んだ並列接続回路を介して与えられ
る。それぞれの対のコイルは第６図及び７図に関
連して上達したようにコア１６６，１６９，１７
２及び１７５によつて互に結合されている。これ
ら数個のコアは、共動するアーム１５０及び１５
１と近接していることに応じて、十字形素子１０
５の方位位置の誤差に比例した有用な誤差出力信
号を与える。ピツクオフ電流はコイル１７４及び
１７７を介して第１の方向に流れかつコイル１６
７及び１７０を介して反対方向に流れる。他方、
一定電流はコイル１６８及び１７６を介して同一
方向に流れるが、第９図に図示されているように
コイル１７１及び１７３を介しては反対方向に流
れる。

第７，８及び９図の集積化された中心決めトル
カ・ピツクオフ装置によつて共動してなされる上
述の３つの重要な機能は別々にしてより容易に説
明され、従つて浮動組立体を中心決めするための
作動、より詳細には環状ギヤツプ１０８ｂが実質
的に一様に維持されるように追従組立体の部分１
１１に関して薄い壁の形のシエル部分１０８を中
心決めする動作について最初に説明される。

浮動中心決め動作を理解するために、次の解析
が重要となる。本方式に使用されたコイル・コア
インダクタ組立体はエネルギー蓄積装置であるも
のとして普通に理解されており、いずれか１つの
このようなインダクタへの平均蓄積エネルギーは Ｗ＝1/2LI² ……(2) となり、ここでＷはＬがヘンリーの単位の時にク
ーロンの単位となり、Ｉはアンペア単位である。
端子１８０及び１８１での電流源が一定振巾及び
位相の交流を供給するならば、変化するギヤツプ
寸法ｇに関連した平均蓄積エネルギーの変化率は dW／dg＝1/2I²dL／dg＝1/2I²Ｋ／（ｇ＋g₁）² ……(3) 一つの導電アームと共動するコイル・コアのイ
ンダクタ組立体との間に作用する分離力即ち反発
力は、従つて、 Ｆ＝1/2I²Ｋ／（ｇ＋g₀）²×10⁷ダイン……(4) ここで、ｇ，g₀はセンチメートル単位であり、
それらの和はギヤツプの有効寸法を表わしてい
る。

共動する対抗した同様に励起されるコイル・コ
アのインダクタ組立体がアーム１５１の両側に小
さいが等しいギヤツプｇを具備させた状態で第６
図の１５１に於いて導電シートの各側につき１つ
配置されるならば、発生された反発力は実際上等
しくかつ反対となり、従つて正確に平衡した関係
となる。この時に、第６図のアーム１５１の端部
が例えばコア１７２へよりもコア１７５への方が
より近いならば、反発力は小さな物理的ギヤツプ
を有した側では増大するが、大きな物理的ギヤツ
プを有する側では減少する。従つて、コイル１７
２，１７５間に再度実際的に中心決めされた位置
にアーム１５１の端部を急速に移行させるように
働く正味の回復力発生される。アーム１５１のそ
の中心位置からの非常に小さな偏位に対して、中
心決めの力のバネ・レートＫは次式になることが
容易に示されることができる。

Ｋ＝−２dF／dg ……(5) ＝2KI²／（g₀＋ｇ）₃×10⁷ ……(6) ＝4F／g₀＋ｇ（ダイン／センチメートル） ……(7) 中心決めの力は、４つの対のコイル組立体が十
字形素子１０５のアームと関連する場合に第７図
の好適構成に於いて増大せしめられる。各組のコ
イル対は上述したように働くために、第８及び９
図の構成が２つのそれぞれの直交軸線に沿つて追
従コンテナ内の浮動感知素子の正確な中心決めを
与えることが明らかとなる。更に、完全な互換性
を備えた構成はそれぞれ後述される所望の方位ト
ルク附与及び方位誤差ピツクオフ機能を与える。

第８図に於いて、浮動素子へのトルク附与が中
心決めと共に新規な装置に於いて達成される。十
字形素子１０５に対しその補正方向にトルク附与
するために、適切な高さの周波数と振巾の一定位
相の電流が８つのコイルのそれぞれに於いて維持
され、これら８つのコイルのそれぞれ８つのコイ
ル・コアのインダクタ組立体（コイル１５６，１
５９，１６２，１６５，１６８，１７３，１７
６）のそれぞれに配置される。コイル１５６，１
５９，１６２，１６５と共動するための附加的な
コイルがアーム１５２及び１５３とほぼ垂直な全
体装置の１つの軸線に沿つて置かれた４つのコア
１５４，１５７，１６０及び１６３のそれぞれに
配置されている。これらは第８図に於いて直列に
接続されたそれぞれのトルカ・コイル１５５，１
５８，１６１，１６４である。位相の変化する電
流がコイル１５５，１５８，１６４及び１６１を
通ると、それは各実効インダクタに蓄積された平
均エネルギーを変化させる。エネルギーは、例え
ば、起磁力が反対方向の２つのインダクタに於い
ては減少せしめられ、端子１７８及び１７９での
特定位相のトルカ制御電流（図で矢示方向に流れ
る）に対して起磁力が加えられるような２つのイ
ンダクタに於いては増大せしめられる。逆位相の
状態に対しては、上記効果は反対となる。上述し
たように、アーム１５２，１５３の各側に作用す
る反発力は蓄積されたエネルギー分布の変化に従
つて変化する。コイル・コア組立体の中心は十字
形素子１０５の中点から距離Ｒだけ物理的に偏位
しているために、素子１０５を回転しようとする
正味のトルクＴが生じる。Ｔは次の(8)式によつて
表わされる。

Ｔ＝2R（F₁−F₂） ……(8) ここで、F₁は第８図のコア１５７及び１６０
に関連したインダクタ組立体のそれぞれによつて
生ぜしめられる力であり、F₂はコア１５４及び
１６３に関連したインダクタ組立体のそれぞれに
よつて生ぜしめられる力である。例えば、一例と
して、全てのコイル巻線の巻線数は等しくかつ
dL／dgがヘンリー／センチメートルの単位をと
るとすれば、Ｉはアンペアの単位であり、Ｆはセ
ンチメートルの単位である。

F₁＝1/2dL／dg（I₁＋I₂）²×10⁷ダイン……(9) F₂＝1/2dL／dg（I₁−I₂）²×10⁷ダイン ……(10) F₁−F₂＝2I₁I₂dL／dg×10⁷ダイン ……(11) Ｔ＝4RI₁I₂dL／dg×10⁷ ダイン・センチメートル ……(12) Ｔ＝2RI₁I₂Ｋ／（g₀＋ｇ）²×10⁷ ダイン・センチメートル ……（13） I₁が一定に保持されていれば、合成トルクはI₂
に直線的に依存するようになる。また、式(6)及び
式（13）から、物理的ギヤツプｇと実効ギヤツプ
（g₀＋ｇ）が小さく保たれることが特に望まれる
ことが解る。値g₀はトルカの対称的設計と高周波
励起電流の使用とによつて小さくされる。また、
当業者には、各コアと関連して２つのコイルを使
用する他の実施例として、周知の加算回路によつ
て２つの電流の和をその和が各コアの単一のコイ
ルに加えられる前にとることによつて同一の好ま
しい結果が達成されることができることが明瞭と
なろう。

当業者には、本発明の１つの実施例が、振り子
式浮動ジヤイロスコープ組立体からの追従コンテ
ナの相対回転分離に応じその回転分離方向によつ
て決定される位相の可逆位相交流制御信号を発生
する回転ピツクオフと、一定位相の交流励起信号
と並列関係の少なくとも第１の対のインダクタを
励起するための信号発生器とを少なくとも含んで
おり、またその実施例は、上記可逆位相の交流制
御信号に応じてて第１の対のインダクタのそれぞ
れのインダクタンスに蓄積されたエネルギーを差
動的に変化させそれによつて差動力が回転分離を
実質的に零に減少させるため第１の共動ベーンに
接続されるようにした少なくとも第１の直列イン
ダクタ制御手段を含んでいること明白であろう。
附加的な対のインダクタ及びインダクタ制御手段
が本明細書に記載されるように各ベーン素子と簡
単な共動関係で作動せしめられるようにすること
もできるようになる。

第９図の角度位置ピツクオフ組立体の作動は第
８図のものと構造的に類似している方式と関連し
ており、かつ本発明に従つて接続される時には類
似したものとして考えることができる。換言すれ
ば、十字形素子１０５の導電アームと関連して作
動する第８図の装置は誤差入力を使用する位置の
誤差補正トルクを発生するが、一方第９図の類似
した物理的に同一の装置はトルクの作用によつて
生ぜしめられる出力として位置誤差の測定値を発
生するようなものである。

第９図に於いて、相対回転がアーム１５０，１
５１及び関連したインダクタ間に生じると２つの
直径方向に対抗したギヤツプが減少し一方他の２
つのギヤツプが増大するという事実に角度誤差信
号の発生が依存する。従つて、コア１６６及び１
７２に関連したギヤツプは減少するが、その一方
コア１９及び１７５に関連したギヤツプは寸法が
増大する。コイル・コア系の実効インダクタンス
は、ギヤツプが減少すれば減少し、逆では増大す
る。例えば、この作用は２つの１次コイル１７１
及び１７６間の電圧の上昇及び他の２つの１次コ
イル１６８，１７３間の電圧の減少となる。

各１次コイル１６８，１７１，１７３，１７６
は対応した２次コイル１６７，１７０，１７４，
１７７と密に結合されているために、各それぞれ
の２次コイル間に対応した変化が誘起される。こ
れら２次コイル電位変化は２次コイル１７４，１
７７，１６７，１７０の直列接続のために加算さ
れ、正味の結果は全ての実効ギヤツプが等しくな
る時に零となる端子１９０，１９１での出力電圧
となる。この出力電圧は十字形素子１０５の一方
向の方位回転に対して１つの位相のものであり、
かつこれは反対方向の方位回転に対しては反対位
相のものとなる。

当業者に於いては、本発明の一つの実施例が、
並列関係で接続された少なくとも第１の対のイン
ダクタを励起しそれによつてそのそれぞれのイン
ダクタンスが上記第１の対のインダクタに関して
の第１のベーン手段の回転分離の方向に依存して
差動的に変化するようにさせる信号発生器手段を
含み、かつ更に、この差動的なインダクタンス変
化に応じてその回転分離の方向によつて決定され
る位相を有する第１の可逆位相の交流制御信号を
発生するための少なくとも第１の直列接続のセン
サ手段を含んでいること、明らかであろう。附加
的なインダクタ及びセンサが同様に使用されても
よいことも明らかである。

１次コイル１６８，１７１，１７３，１７６は
第９図に於いては直並列に接続されている。他の
構成が使用されてもよいが、この直並列接続は与
えられた回転のかたさに対して好ましい径方向の
中心決めのかたさを与える。純粋な移行が生じれ
ば、コイル１６８，１７６のような直列の対の両
１次コイルは大きなギヤツプの側でインダクタン
スが増大し、一方コイル１７１，１７３はインダ
クタンスが減少する。１次電流のそれによる変化
は中心決めのかたさを好ましく増大する。純粋な
相対回転のみが生じると、１次電流は１つのコイ
ルのインダクタンスが上昇するために本質的に変
化せず、一方共動するコイルのものは減少する。
例えば、コイル１７１はインダクタンスが上昇
し、一方コイル１７３のインダクタンスは対応し
て減少せしめられる。

第８図のトルカ中心決め装置１８５と第９図の
ピツクオフ中心決め装置は第１０図の２重ループ
系に於いて共動して使用される。この２重ループ
系は第２図にも示されているサーボ・モータ８０
を作動させる。このモータは、上述したように、
従動コンテナ、従つて第７図の８つのコイル・コ
アのインダクタ組立体を再位置決めするようにな
つている。この目的のため、発振器あるいは基準
発生器２００はピツクオフ中心決め装置１８６の
端子１９２，１９３への交流励起信号を与える。
ピツクオフ中心決め装置の交流誤差出力はその出
力端子１９０，１９１に於いてコンデンサ即ち補
償インピーダンス２０２間に与えられる。そのイ
ンピーダンス２０２の機能は後述される。端子１
９０，１９１は高入力インピーダンス交流増巾器
２０３への入力として働く。増巾器２０３の出力
は復調器２０５に供給される前に狭帯域フイルタ
２０４によつて波される。復調器２０５への第
２の即ち基準入力は、基準信号として復調器２０
５にリード２０１を介して供給される基準信号発
生器２００の出力であり、これはフイルタ２０４
の誤差信号出力を可逆極性の直流誤差信号に変換
する。基準信号発生器２００からのこの出力信号
は広範囲の値のいずれかを有するように選択され
ることができ、典型的な周波数は20kHzである。

復調器２０５の出力はリード２０８及び抵抗２
２０を介して信号成形回路に与えられる。この回
路は並列に接続された抵抗２２１とコンデンサ２
２２とからなる。成形回路の出力は直流増巾器２
２３を介して変調器２２５に与えられ、かつ分岐
リード２２４を介して後述の装置に与えられる。
変調器２２５への直流信号入力は発生器２００か
らリード２０１を介して変調器２２５に基準発生
器出力が供給されて交流信号に変換される。この
変換された交流信号は低出力インピーダンス電力
増巾器２２７に与えられる。それからの増巾され
た交流信号出力はコンデンサ２２８又は補正イン
ピーダンスによつて第８図のトルカ中心決め装置
１８５の入力端子１７８及び１７９に与えられ
る。従つて、浮動素子と追従ハウジングとの間の
連動を制御する第１の即ち内側サーボループが形
成される。成形回路２２１，２２２は高速静定及
び良好な安定度を与えることによつてその動作を
援助する。トルカ中心決め装置１８５の入力端子
１８０，１８１もまた装置１８６、復調器２０５
及び変調器２２５を励起するために使用されるよ
うな基準信号発生器２００の同一の出力が供給さ
れる。基準信号発生器２００からのリード２５３
での出力もまた変調器２４７及び復調器２５０に
於いて制御系の基準電圧として使用される。

北との整合のために追従コンテナ駆動するため
の第２の即ち外部サーボループのサーボモータ８
０の動作のために、増巾器２２３の成形された直
流誤差信号出力はリード２２４を介して低域増巾
器２３５に与えられる。増巾器２３５の出力はス
イツチＳ１が適切に作動せしめられた時にはその
スイツチＳ１によつて周知の積分回路に与えられ
る。スイツチＳ１，Ｓ２及びＳ３は簡略化のため
図では簡単な機械的スイツチとして示されてはい
るが、トランジスタ・スイツチを含む周知の電子
的スイツチがそれらスイツチの機能を行なうため
に使用されてもよいと理解されるべきである。故
に、スイツチＳ１が端子２３３とリード２３６と
を含む路を通して導通せしめられていれば、誤差
信号は積分器２３９を通り、かつリード２４３を
介して周知の加算回路２４４に与えられる。短絡
回路２３７が積分器２３９の周りに形成され、こ
れはスイツチＳ２の導通路が完成したか又は壊さ
れたかどで開いたり閉じたりすることができる。
リード２４３上の信号及びリード２４６での任意
の信号は加算装置２４４に於いて代表的に加えら
れ、かつ直流信号として上述して変調器２４７に
与えられる。変調器２４７の別の出力はサーボモ
ータ８０を駆動するために周知の電力増巾器２５
１を通して導通する。サーボモータ８０は第２図
に示されるようにシヤフト６２に結合される。勿
論、第２図に示されるスプリツト・クラツチ及び
制限停止手段がこの構造に容易に含まれることが
できることを理解されたい。

モータ８０のロータに直接リンク結合されてい
るのは周知のタコメータ２５２のロータであり、
このタコメータ２５２は、例えば、モータ８０の
回転速度に比例した振巾を有する交流出力を発生
する。この交流出力はリード７９によつて第２図
にも示されているように復調器２５０に供給され
る。復調器２５０にはリード２５３及び２４９を
介して基準信号発生器２００の基準周波数出力も
供給される。このため、リード７９の信号は直流
信号に変換され、次いでこの変換された直流信号
はリード２４８及び２４６を介して加算装置２４
４の上述した第２の入力に供給される。復調器２
５０は、もし基準信号発生器が直流レート信号を
生じさせるものであるならば不要である。復調器
２５０の出力はリード２４２を介してポテンシヨ
メータ２４１間に与えられる。このポテンシヨメ
ータは関数発生器として働き、かつ測量が行なわ
れている局部緯度のコサインに従つて操作者が第
１１図のノブ２１を調節する際に設定されること
ができるタツプ２４０を有している。従つて、局
部緯度のコサインによつて修正された復調信号は
リード２３８を介してスイツチＳ１の第２の端子
に与えられることができる。サーボモータ８０及
びタコメータ２５２には基準信号発生器２００か
らリード２５４及び２５５を介して周知の態様で
適切な一定の励起信号が供給されることができる
ということを理解されるべきである。

第７，８及び９図を参照する。トルカ装置１８
５及びピツクオフ装置１８６に存在する大きな回
転バネ効果は、トルカ・コイルを通つて流れかつ
出力端子１９０，１９１に到達する補正電流の成
分によつては表わされないトルクとなつてしまう
ために好ましくない。第９及び１０図に於いて、
端子１９０及び１９１での装置１８６の出力は実
効外部インピーダンスに供給されるものと考える
ことができる。浮動組立体の相対回転偏位が生じ
ると、装置１８６は出力電圧を発生し、それによ
る電流はその外部インピーダンスを通つて流れ
る。この電流は、また、装置１８６の２次コイル
にコアを介して誘導的に結合される。ピツクオフ
装置１８６の内部接続はトルカ装置１８５の内部
接続と同一であり、従つて生じたトルクは誘導的
に結合された電流に比例し、かつトルクは上述し
た回転偏位に固有に比例する。この同一の回転偏
位に対して、もしこのトルクが開回路とされた出
力端子１９０及び１９１で生じるトルクと等しく
かつ反対方向であれば、補正効果が生じ正味のバ
ネ・レートは好ましく零にされよう。故に、当業
者には、端子１９０及び１９１間に設けられたコ
ンデンサ２０２は適切な出力インピーダンスが達
成されるように経験的に調節されるならば所望の
補正効果を与えるということが理解されるであろ
う。本実施例装置の組立時にピツクオフ装置１８
６の寸法上の設計パラメータからの小さな外れを
補償するように、実際上手動にて調節されること
になろう。

直列に接続されたコンデンササ２２８はトルカ
装置１８５を補償するように類似した態様で働
く。コンデンサ２２８は端子１７８と電力増巾器
２２７の出力との間で直列関係で接続されてい
る。駆動増巾器２２７は、それが非常に低いイン
ピーダンスとなりかつトルカ制御コイルを流れる
電流が駆動増巾器２２７への入力による電流とト
ルカの実際の角度偏位による電流の和となるよう
に、大きなネガテイブ電圧フイードバツクを設け
ている。所望の補正は、また、所望の小さなバネ
のかたさと共にコンデンサ２２８の経験的な調節
によつても達成される。

第１０図の内部ループの動作とピツクオフ中心
決め装置１８６及びトルカ中心決め装置１８５間
の相互動作は以下の記載から明瞭になるであろ
う。本発明実施例の新規な測量装置は最初に第１
図に示すように三脚上に置かれ、簡単な磁気コン
パス７を使用して達成されることができるような
態様で北向きに配向し、そしてあわレベル装置８
を用いて水準決めされる。同様に、緯度補正はノ
ブ２１を操作することによつて設定されれる。ジ
ヤイロスコープ・ロータ１１０が作動速度までに
回転した後に、発振器即ち基準信号発生器２００
による装置１８５及び１８６の附勢時にコイル組
立体に対する移行的偏位を除去すべく浮動組立体
が自動的に中心決めされる。コア・コイルのイン
ダクタ組立体と十字形素子１０５との間の方位回
転誤差はその誤差を零に減少するように装置１８
５のトルカ・コイルを励起するために装置１８６
のピツクオフ装置によつて供給される。この結
果、ジヤイロスコープ・ロータ１１０のスピン軸
線もまたほぼ北向き方向に配向され、浮動組立体
は内部ループのフイードバツク作用のために追従
コンテナ素子の方位位置に実際上正確に留まろう
とする。ジヤイロスコープの影響はそれが最終的
に真北に整合されるように追従装置を再配向すべ
く第１０図の外部ループに於いて使用される。リ
ード２２４に現われる持続性の誤差信号は、後述
されるように、シヤフト６２を北と整合する向き
にトルクを加えて駆動し、その結果として第２図
のセルシン素子３６，３７と追従コンテナとを北
向き整合するように移動するために使用される。
後述されるように、北向きへの回転は歩進的に好
ましく達成される。追従コンテナは、浮動組立体
とこの追従コンテナとの間の整合を維持するため
に平均トルクが要求されない方位角反覆的態様で
駆動される。ロータ１１０のスピン軸線は次いで
北向きに配向される。この処理のステツプの終了
で、サーボモータ８０を作動する外部ループサー
ボはロツクされ、内部フイードバツク・ループは
ダンピングのみを与える。

第１１，１２及び１３図は外部ループを作動す
る際に使用される逐次的なステツプとスイツチＳ
１，Ｓ２及びＳ３の状態によりそのループの動作
のいくつかのモードとを説明する上で使用され
る。第１１図に於いて、本実施例装置を励起する
ための電力は、例えば１分の保障期間の間ジヤイ
ロスコープ・ロータ１１０はその作動速度に回転
せしめられるように時間零でオンにスイツチされ
る。この１分の保障期間は、種種の他の特性を有
するロータのために他の時間期間が使用されるこ
とができるが、１つの典型的な標準ジヤイロスコ
ープ・ロータにとつて代表的な値である。分及び
秒で表わされる代表的な時間で生じるような事象
が次に記載される。従つて、時間１：00の終了
で、内部ループは静定せしめられるようにされ、
その動作は時間１：30で終了する。積分は時間
１：30と１：45との間で行なわれる。積分処理の
結果は１：45と１：49の間の時間間隔でサーボモ
ータ８０を駆動するように使用され、これで第１
のステツプは終了する。時間１：49及び２：49の
間で駆動電力が除去されかつ内部ループが再度静
定するようにされる。時間２：49及び３：04間で
かつ３：04及び３：08間で積分及びモータ８０の
駆動が再度生じ、これで第２のステツプを完了す
る。第３の動作ステツプは、時間３：08及び４：
08の間、時間４：08及び５：08の間、時間５：08
及び５：12の間での静定、積分及び駆動を含んで
いる。第１図の表示器１９上で生じる実施例装置
の角度出力は観察者によつて読取られることがで
きる。

この３つのステツプの動作を行なわせるため
に、スイツチＳ１，Ｓ２及びＳ３は第１３図に示
されるような周知の時限制御装置によつて第１２
図のようにプログラム化される。タイマ２６０
は、このタイマ２６０によつて駆動されるカウン
タ及びロジツク回路２６１と同様に市販されてい
る周知のマイクロ回路形のタイマである。カウン
タはスイツチング信号を第５図のスイツチ１３５
及び外部ループ・スイツチＳ１，Ｓ２及びＳ３に
供給する周知の態様で作動する。第１３図に示さ
れるタイマ制御構成は第１２図の表のプログラム
に従つて数個のスイツチを開閉するための完全に
周知の態様で作動する。第１３図の電子的スイツ
チ装置は、第１３図で示されているタイマ装置に
容易に置換えうる全て周知の機械的構成のモータ
で駆動されるスリツプ・リングの形のスイツチ装
置と等価なものである。

第１２図のプログラムに関連した第１３図に於
いて、外部ループに関連したスイツチＳ１，Ｓ２
及びＳ３はジヤイロスコープ・ロータ１１０の走
行時に特定の位置に設定されることが示されてい
る。この時に、スイツチＳ１は端子２３３と接触
し、スイツチＳ２は閉じ、スイツチＳ３は開く。
各静定期間の間に、スイツチＳ１は端子２３３と
接触し、スイツチＳ２及びＳ３は共に開いてい
る。サーボモータ８０が駆動されていると、スイ
ツチＳ１は端子２３４と接触し、スイツチＳ２は
開き、スイツチＳ３は閉じる。最後に、継続した
ステツプが終了しかつ表示器１９が読出される
と、スイツチＳ１は端子２３３と接触し、スイツ
チＳ２は閉じかつスイツチＳ３は開く。

表示器１９の読出しの時間には、第１４図の装
置が使用される。第２図のデータ伝送部分５は次
いでセルシン・アナライザ位置情報を周知のデー
タ発信器対デジタル・コンバータ２６５に供給す
る。コンバータ２６５は導電リード束２６６ａを
介して周知の表示器２６６に周知の態様で導電信
号を供給する。表示器２６６は、操作者によつて
通常の態様で使用される真の北に対する正接角を
測定するためにシヤフト３５とテレスコープ１の
方位設定との間の角度の読出し部２６７での数値
の記号の直接の読みを与える。

第１１及び１２図に関連して当該実施例装置の
継続した設定モードの間の第１０図の外部ループ
の作動に関して、リード２２４の誤差出力はスイ
ツチＳ１及び積分器２３９を通るが、モータ８０
が駆動されないようにスイツチＳ３が開かれる。

各継続した積分期間の開始時に、スイツチＳ１
は依然として積分器２３９への電流路を与える。
スイツチＳ２は積分器２３９が積分期間の丁度開
始の時に零に積極的にリセツトされて留まるよう
にするためにわずかの時間の間閉成して留まる
が、次いで積分機能が行なわれるように開成され
る。再度スイツチＳ３は開き、外部ループ・サー
ボモータは駆動されない。生じた被積分出力は真
北に対するジヤイロスコープ・ロータ１１０のス
ピン軸線の分離の程度の測定値である。

各継続した駆動動作モードのそれぞれの間で、
入力誤差信号は附与されない。これはスイツチＳ
１が端子２３４へ移動し、誤差信号の流れの入力
路を破壊するからである。スイツチＳ２は開いた
ままである。スイツチＳ３は導通にされ、積分信
号は増巾器２５１を通つてサーボモータ８０に与
えられて、タコメータ２５２のリード７９にレー
ト信号出力が生ぜしめられ、これは復調され積分
器２３９の出力に代数的に加えられる。リード２
４２のレート信号は積分器２３９の入力に緯度ポ
テンシヨメータ２４１を介してフイードバツクさ
れる。サーボモータ８０の動作は、積分器２３９
の出力がタコメータ２５２の出力によつて零に駆
動されるまで自動的に連結する。得られた駆動角
は、最初の指北誤差が大きく減少されるように便
宜的に目盛ることによつて北からの測定された角
度に正確に等しくされる。反覆性のステツプの第
１のもの、第２のもの及び第３のものは、読出し
の直前に指北誤差が実質的に零となるように存在
する。

この反覆動作に含まれる原理は一層簡単な態様
で説明される。ジヤイロスコープ・ロータ１１０
が局部緯度Ｘにあり、その場合にそのスピン軸線
が真の地理的な北に関して角度θになつているも
のと想定する。軸線がその配向を続けるとすれ
ば、地球の回転のため、次式によつて与えられる
垂直軸線の周りのロータに対するトルクを維持し
なければならない。

Ｔ＝ΩHcosλsinθ ……（14） ここで、Ｈはロータの角度モーメント、Ωは地
球の回転速度である。本発明の実際の実施例に於
いては、振り子式ジヤイロスコープが垂直軸線の
周りに必要なトルクを附与することによつて一定
方向に指向され続けるような機構によつて式
（14）が使用される。このトルクは北から外れる
ロータのスピン軸線の角度の測定値であり、ジヤ
イロスコープはそれが北にされるようにこの誤差
角に渡つて回転されることができる。レートと角
度との間の関係は係数cosλを含むために緯度の
値のための補正がなされる必要がある。

大きな値の角度θに対しては、最終の指北誤差
が小であるならば測定値を構成している許容パー
センテージ誤差は非常に小さくなければならな
い。また、トルクがsinθに比例しθには正比例し
ないということに対しての補正もなされなければ
ならない。例えば、θの初期値が30゜であれば、
１／２分の最終指北誤差は約0.03％の総合精度を必
要とする。これはその達成にかなりのコストがか
かり、かつ緯度値の高精度の設定を必要とする。
この欠点を解決するために、実際上の達成可能な
精度が満足されるように大きな初期指北誤差を極
めて小さな値に減少するための新規な反覆的手法
が使用される。例えば、３つのステツプで30゜の
初期誤差を1/2秒の最終指北誤差に減少させるこ
とは各ステツプに対して約６％の精度を必要とす
る。これはsinθをθそれ自体として考えることが
できるようにしかつ2゜の荒い精度での緯度設定を
可能にする。更にまた、当該機構の他の点につい
ての実際的な制限はない。

従つて、ジヤイロスコープ・ロータの走行時で
かつ第１の概算ステツプ（第１１図）の静定部分
の間で、ジヤイロスコープ・ロータはその通常の
作動速度となり、当該方式の内部ループは浮動組
立体を電子的に安定化させる。この時に、従動コ
ンテナは通常北とは正確に整合しない。この時に
スイツチ装置は外部ループをその積分モード、次
いで駆動モードに切換える。この結果、追従ハウ
ジングは北の方向のより近くに指向される。第２
のステツプに於いて、静定後に、積分及び駆動手
法は繰返され、追従ハウジングは正確に北の整合
により近づくように移動する。第３のステツプは
追従コンテナを正確に北の方向に配向し、これで
サイクルを終了する。

時限回路が駆動モードに外部ループを切換える
時に、積分器２３９の出力は基準サイン波によつ
て変調され、タコメータ２５２の出力に積分器の
入力に切換えられる。従つて、モータ８０は積分
器２３９内での積分モードの間に最初に蓄積され
た電荷に比例する角度に渡つてシヤフト６２を駆
動する。フイードバツク・ループの実効利得は緯
度ポテンシヨメータ２４１のタツプ２４０の設定
によつて調節され、そのため手動的になされる補
正が通常単なる近似補正であつたとしても緯度補
正は全く充分に行なわれる。当該方式内に存在す
る小さなノイズ信号は積分処理によつても実際上
減少され、それによつて測定されたトルクは充分
な時間期間に渡つて平均され積分結果が角度θの
正確な測定値となるようにそれらノイズは許容可
能な低いレベルまで減少せしめられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の装置を使用状態に
て示した斜視図、第２図は第１図のテレスコー
プ、データ発信部分、制御部分を部分断面にて示
した立面図、第３図は第１図のジヤイロコンパス
の部分断面の立面図、第４図は第２図の制御部分
内の装置の一部の平面図、第５図は第３図のロー
タのための駆動装置の巻線図を含む横断面部分を
示す図、第６図は第３図のトルカ・ピツクオフ素
子の断面図を部分的に示す立面図、第７図は第３
図の中心決めトルカ・ピツクオフ装置の横断面を
部分的に示す平面図、第８及び９図は第７図の装
置の部分の電気的結線図、第１０図は地理的北と
の整合にジヤイロスコープを歩進的に移動するた
めに第７，８及び９図の装置を使用する二重ルー
プ・サーボ装置のための電気回路図、第１１図及
び第１２図は第１０図の装置のプログラム化され
た動作を説明するためのタイミング図及び表を示
し、第１３図は第１１，１２図で示されたプログ
ラムに従つて第１０図のスイツチを制御するため
のタイマ装置の回路図、第１４図は第１図の表示
器の動作のための装置の結線図である。 図で、１０４，１１２，１１９は追従コンテ手
段、１２は浮動ジヤイロスコープ組立体、１１０
はジヤイロスコープ・ロータ手段、１０６はピツ
クオフ手段、１０６′はトルカ手段、８１は動力
手段を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (イ) 外部ケーシング手段９，１２を含む支持
   手段３，６と、 (ロ) 上記外部ケーシング手段内に設けられかつ垂
   直な軸線の周りで回転するように軸支された従
   動コンテナ手段１０１，１０４，１１２と、 (ハ) 円錐状の頂部１０７を有し、上記従動コンテ
   ナ手段内で導電液体１０８ａ，１０８ｂ，１２
   １によつて浮揚的に支持された浮動ジヤイロス
   コープ組立体手段１０７，１０８，１１５と、 (ニ) 上記導電液体を介してロータ駆動モータ電源
   に結合され、かつ上記ジヤイロスコープ組立体
   手段内では水平軸１１４まわりで回転可能に軸
   支されたジヤイロスコープ・ロータ手段１１０
   と、 (ホ) 上記円錐状の頂部１０７上に一方の端面が固
   着された第１の導電アーム１５０，１５１およ
   び第２の導電アーム１５２，１５３を有する十
   字形部材１０５と、 (ヘ) 各一端がそれぞれ前記従動コンテナ手段のカ
   バー板１０１に固着支持され、各残りの部分が
   前記第１の導電アームまわりに所定ギヤツプを
   持つて位置ぎめされた第１のインダクタ手段１
   ６６，１６９，１７２，１７５とを含み、かつ
   上記従動コンテナ手段に対する上記浮動ジヤイ
   ロスコープ組立体手段の方位位置の差を検出
   し、該方位位置の差が検出された際に、その出
   力端子に制御信号を発生させるピツクオフ手段
   １０６と、 (ト) 各一端がそれぞれ前記従動コンテナ手段のカ
   バー板１０１に固着支持され、各残りの部分が
   前記第２の導電アームまわりに所定ギヤツプを
   持つて位置ぎめされた第２のインダクタ手段１
   ５４，１５７，１６０，１６３とを含み、かつ
   上記制御信号を受けるように構成され、前記制
   御信号が発生された際、上記方位位置の差を実
   質的に零に低減するトリカ手段１０６′と、お
   よび (チ) 上記ジヤイロスコープ組立体手段および上記
   従動コンテナ手段との間の方位位置の差に応答
   して上記従動コンテナ手段を上記ジヤイロスコ
   ープ組立体手段に整合させる方向に駆動する動
   力手段３５，５９，６３，８１とを備え、上記
   ピツクオフ手段および上記トルカ手段には上記
   方位位置の差が生じてないときに、一定の高周
   波基準電流がバランス電流として流れ上記十字
   形部材を介して浮動ジヤイロスコープ組立体手
   段の中心決めを行なうように構成されているこ
   とを特徴とするジヤイロ・コンパス。