專利名稱：光纖陀螺快速尋北儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖陀螺尋北儀，特別涉及一種連續(xù)旋轉(zhuǎn)式光纖陀螺快速尋北儀。
背景技術(shù)：
在軍事應(yīng)用領(lǐng)域(如導(dǎo)彈系統(tǒng)發(fā)射，炮兵陣地測量，為戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)略導(dǎo)彈機(jī)動發(fā)射初始定向等)和工程測量應(yīng)用領(lǐng)域中(如礦山開巷道、鐵路修隧道、森林、城市交通建設(shè)等)，都存在著自主定向問題，陀螺尋北儀作為快速獲取精確方位信息的一種技術(shù)手段，對精確導(dǎo)航，提高工程測量的效率和精度是至關(guān)重要的。這一問題的關(guān)鍵有三個一是自主方式尋北(最佳方式是不依賴外界，是信息的獨立保守系統(tǒng))；二是定向時間快(機(jī)動發(fā)射導(dǎo)彈武器系統(tǒng)要求定向作業(yè)時間小于5分鐘)；三是定向精度高(機(jī)動發(fā)射導(dǎo)彈武器系統(tǒng)定向精度要求10～20″)。但目前國內(nèi)自主定向研究開發(fā)的現(xiàn)狀與當(dāng)前機(jī)動發(fā)射導(dǎo)彈武器的要求極其不相稱，有的已成為型號發(fā)展的“瓶頸”。
通常設(shè)計的尋北儀采用位置法，有兩位置、三位置、四位置等多種，但位置法測量由于尋北方案、溫度變化等原因，測量精度相對比較低，而且其抗沖擊、振動能力差，體積龐大，操作、攜帶不便，對于現(xiàn)代的快速高精度自主定向尚存在一定困難。
對此，本實用新型從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，提出了以目前具有廣泛應(yīng)用的光纖陀螺傳感器和石英撓性加速度計為測試元件的新型快速、高精度、連續(xù)旋轉(zhuǎn)、自主尋北系統(tǒng)方案，可以滿足工程測量及軍事應(yīng)用等多種領(lǐng)域的需要，是目前尋北系統(tǒng)研制和發(fā)展的方向。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服已有尋北方案的缺點，采用光纖陀螺連續(xù)旋轉(zhuǎn)法實現(xiàn)高精度的自主尋北。應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計、輕量化設(shè)計理念，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行自上而下設(shè)計，整體采用模塊化、積木式結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計新穎、緊湊，體積小，重量輕，抗振動、沖擊，可靠性和維護(hù)性強(qiáng)，系統(tǒng)方案具有獨創(chuàng)性。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的一種光纖陀螺快速尋北儀，包括精密機(jī)械轉(zhuǎn)臺a和慣性測量裝置b兩大部分；其中精密機(jī)械轉(zhuǎn)臺a由旋轉(zhuǎn)體和基座組成，二者采用滑動配合，共一中心軸線，并以定位裝置精確定位；基座為六面體軸對稱結(jié)構(gòu)，四個側(cè)面和頂面構(gòu)成機(jī)殼，電機(jī)控制模塊、尋北結(jié)果顯示模塊、零位基準(zhǔn)棱鏡、系統(tǒng)控制面板分別鑲嵌在基座的四個側(cè)面，按常規(guī)連接，基座的底面為機(jī)座；旋轉(zhuǎn)體位于基座的內(nèi)腔中，軸向垂直設(shè)置，其精密空心轉(zhuǎn)軸位于軸線上，精密空心轉(zhuǎn)軸的上軸端伸出基座頂面，與過渡板下表面中心部固接；慣性測量裝置b包括一個光纖陀螺傳感器、一個石英撓性加速度計和旋轉(zhuǎn)支架；旋轉(zhuǎn)支架為圓柱體，軸向垂直設(shè)置，與旋轉(zhuǎn)體和基座共一中心軸線，在旋轉(zhuǎn)支架圓柱體的圓側(cè)面上，設(shè)有兩個凹部，兩凹部底面為垂直平面，兩垂直平面的內(nèi)夾角為直角；一垂直平面中心部位設(shè)有固定孔，固定孔內(nèi)固裝有光纖陀螺傳感器，另一垂直平面中心部表面固裝有石英撓性加速度計；光纖陀螺傳感器和石英撓性加速度計兩安裝面的法線，與旋轉(zhuǎn)體的精密空心轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線，三軸線垂直；旋轉(zhuǎn)支架圓柱體的下表面，通過緊固裝置與精密機(jī)械轉(zhuǎn)臺a的過渡板上表面固接。
所述的光纖陀螺快速尋北儀，其所述旋轉(zhuǎn)體屬于垂直軸系，由精密空心轉(zhuǎn)軸、精密導(dǎo)電滑環(huán)、直流力矩電機(jī)、增量式光柵碼盤、深溝向心球滾動軸承、超精密滾動軸承組成；其中，精密空心轉(zhuǎn)軸上軸端設(shè)有裙邊，該裙邊與過渡板下表面中心部緊密配合并固定，精密空心軸外周緣中部采用滑動配合安裝增量式圓光柵碼盤，下軸端用緊固裝置固定直流力矩電機(jī)；精密導(dǎo)電滑環(huán)轉(zhuǎn)子用緊固裝置固定在精密空心轉(zhuǎn)軸內(nèi)部，精密導(dǎo)電滑環(huán)定子用緊固裝置固定在直流力矩電機(jī)的外殼上；在精密空心轉(zhuǎn)軸外周緣上位于上軸端裙邊與增量式圓光柵碼盤之間，疊置設(shè)有成對超精密滾動軸承，在增量式圓光柵碼盤與直流力矩電機(jī)之間，設(shè)有深溝向心球滾動軸承；成對超精密滾動軸承和深溝向心球滾動軸承與精密空心轉(zhuǎn)軸外周緣，采用過渡配合安裝；旋轉(zhuǎn)體通過成對超精密滾動軸承支撐在機(jī)殼上，機(jī)殼與機(jī)座通過滑動配合，并以定位裝置精確定位。
所述的光纖陀螺快速尋北儀，其所述定位裝置，為鉸銷釘；緊固裝置，為標(biāo)準(zhǔn)螺釘，或配鉸銷釘和標(biāo)準(zhǔn)螺釘。
所述的光纖陀螺快速尋北儀，其所述機(jī)座，是機(jī)械安裝基準(zhǔn)。
所述的光纖陀螺快速尋北儀，其所述成對超精密滾動軸承支撐在機(jī)殼上，是機(jī)殼內(nèi)腔，位于成對超精密滾動軸承底部與增量式圓光柵碼盤上方有一水平設(shè)置的環(huán)狀支撐板，環(huán)狀支撐板徑向伸入，成對超精密滾動軸承疊置于該支撐板上。
本實用新型的優(yōu)越性采用全固態(tài)慣性元件提高了可靠性和抗振動沖擊能力；結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，適合于動、靜基座狀態(tài)下尋北；轉(zhuǎn)動慣量小，配合精度高，實現(xiàn)快速、連續(xù)、自主尋北工作；結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，便于攜帶。


圖1是本實用新型光纖陀螺快速尋北儀的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
本實用新型光纖陀螺快速尋北儀，包括精密機(jī)械轉(zhuǎn)臺a和慣性測量裝置b兩大部分。通過配鉸銷釘，用標(biāo)準(zhǔn)緊固螺釘將慣性測量裝置b定位于精密機(jī)械轉(zhuǎn)臺a的過渡板上，并按標(biāo)準(zhǔn)工藝安裝調(diào)試而成。本實用新型光纖陀螺快速尋北儀總設(shè)計質(zhì)量約為10kg，外形尺寸(D×H)為196mm×320mm。
參照圖1，其中光纖陀螺傳感器1，石英撓性加速度計2，旋轉(zhuǎn)支架3，過渡板4，精密空心轉(zhuǎn)軸5，精密導(dǎo)電滑環(huán)6，直流力矩電機(jī)7，增量式圓光柵碼盤8，深溝向心球滾動軸承9，超精密滾動軸承10，機(jī)殼11，機(jī)座12。
精密機(jī)械轉(zhuǎn)臺a由旋轉(zhuǎn)體和基座組成，旋轉(zhuǎn)體主要由精密空心轉(zhuǎn)軸5、精密導(dǎo)電滑環(huán)6、直流力矩電機(jī)7、增量式光柵碼盤8、深溝向心球滾動軸承9、超精密滾動軸承10組成；基座主要由機(jī)殼11、機(jī)座12組成。
精密導(dǎo)電滑環(huán)6轉(zhuǎn)子用標(biāo)準(zhǔn)螺釘固定在精密空心轉(zhuǎn)軸5內(nèi)部，精密導(dǎo)電滑環(huán)6定子用鎖緊螺釘固定在直流力矩電機(jī)7的外殼上，精密空心轉(zhuǎn)軸5與成對超精密滾動軸承10和深溝向心球滾動軸承9采用過渡配合安裝；精密空心軸5上端與過渡板緊密配合并固定，中部采用滑動配合安裝增量式圓光柵碼盤8，下軸端用標(biāo)準(zhǔn)螺釘固定直流力矩電機(jī)7；整體通過成對超精密滾動軸承10支撐在機(jī)殼11上，機(jī)殼11與機(jī)座12通過滑動配合，并配作銷釘精確定位。
成對超精密滾動軸承10支撐在機(jī)殼11上，是機(jī)殼11內(nèi)腔，位于成對超精密滾動軸承10底部與增量式圓光柵碼盤8上方有一水平設(shè)置的環(huán)狀支撐板13，環(huán)狀支撐板13徑向伸入，成對超精密滾動軸承10疊置于該支撐板13上。
精密機(jī)械轉(zhuǎn)臺a的基座，為六面體軸對稱結(jié)構(gòu)，四個側(cè)面和頂面構(gòu)成機(jī)殼11，電機(jī)控制模塊、尋北結(jié)果顯示模塊、零位基準(zhǔn)棱鏡、系統(tǒng)控制面板分別鑲嵌在基座的四個側(cè)面，按常規(guī)連接，基座的底面為機(jī)座12，是機(jī)械安裝基準(zhǔn)。
慣性測量裝置b由一個光纖陀螺傳感器1、一個石英撓性加速度計2和旋轉(zhuǎn)支架3組成。
旋轉(zhuǎn)支架3為圓柱體，軸向垂直設(shè)置，與旋轉(zhuǎn)體和基座共一中心軸線，在旋轉(zhuǎn)支架3圓柱體的圓側(cè)面上，設(shè)有兩個凹部，兩凹部底面為垂直平面，兩垂直平面的內(nèi)夾角為直角；一垂直平面中心部位設(shè)有固定孔，固定孔內(nèi)用緊固螺釘固裝有光纖陀螺傳感器1，另一垂直平面中心部表面用緊固螺釘固裝有石英撓性加速度計2。
光纖陀螺傳感器1和石英撓性加速度計2兩安裝面的法線，與旋轉(zhuǎn)體的精密空心轉(zhuǎn)軸5的旋轉(zhuǎn)軸線，三軸垂直；旋轉(zhuǎn)支架3圓柱體的下表面，通過緊固螺釘與精密機(jī)械轉(zhuǎn)臺a的過渡板4上表面固接。
權(quán)利要求1.一種光纖陀螺快速尋北儀，包括精密機(jī)械轉(zhuǎn)臺a和慣性測量裝置b兩大部分；其特征在于精密機(jī)械轉(zhuǎn)臺a由旋轉(zhuǎn)體和基座組成，二者采用滑動配合，共一中心軸線，并以定位裝置精確定位；基座為六面體軸對稱結(jié)構(gòu)，四個側(cè)面和頂面構(gòu)成機(jī)殼，電機(jī)控制模塊、尋北結(jié)果顯示模塊、零位基準(zhǔn)棱鏡、系統(tǒng)控制面板分別鑲嵌在基座的四個側(cè)面，按常規(guī)連接，基座的底面為機(jī)座；旋轉(zhuǎn)體位于基座的內(nèi)腔中，軸向垂直設(shè)置，其精密空心轉(zhuǎn)軸位于軸線上，精密空心轉(zhuǎn)軸的上軸端伸出基座頂面，與過渡板下表面中心部固接；慣性測量裝置b包括一個光纖陀螺傳感器、一個石英撓性加速度計和旋轉(zhuǎn)支架；旋轉(zhuǎn)支架為圓柱體，軸向垂直設(shè)置，與旋轉(zhuǎn)體和基座共一中心軸線，在旋轉(zhuǎn)支架圓柱體的圓側(cè)面上，設(shè)有兩個凹部，兩凹部底面為垂直平面，兩垂直平面的內(nèi)夾角為直角；一垂直平面中心部位設(shè)有固定孔，固定孔內(nèi)固裝有光纖陀螺傳感器，另一垂直平面中心部表面固裝有石英撓性加速度計；光纖陀螺傳感器和石英撓性加速度計兩安裝面的法線，與旋轉(zhuǎn)體的精密空心轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸線，三軸線垂直；旋轉(zhuǎn)支架圓柱體的下表面，通過緊固裝置與精密機(jī)械轉(zhuǎn)臺a的過渡板上表面固接。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖陀螺快速尋北儀，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)體，屬于垂直軸系，由精密空心轉(zhuǎn)軸、精密導(dǎo)電滑環(huán)、直流力矩電機(jī)、增量式光柵碼盤、深溝向心球滾動軸承、超精密滾動軸承組成；其中，精密空心轉(zhuǎn)軸上軸端設(shè)有裙邊，該裙邊與過渡板下表面中心部緊密配合并固定，精密空心軸外周緣中部采用滑動配合安裝增量式圓光柵碼盤，下軸端用緊固裝置固定直流力矩電機(jī)；精密導(dǎo)電滑環(huán)轉(zhuǎn)子用緊固裝置固定在精密空心轉(zhuǎn)軸內(nèi)部，精密導(dǎo)電滑環(huán)定子用緊固裝置固定在直流力矩電機(jī)的外殼上；在精密空心轉(zhuǎn)軸外周緣上位于上軸端裙邊與增量式圓光柵碼盤之間，疊置設(shè)有成對超精密滾動軸承，在增量式圓光柵碼盤與直流力矩電機(jī)之間，設(shè)有深溝向心球滾動軸承；成對超精密滾動軸承和深溝向心球滾動軸承與精密空心轉(zhuǎn)軸外周緣，采用過渡配合安裝；旋轉(zhuǎn)體通過成對超精密滾動軸承支撐在機(jī)殼上，機(jī)殼與機(jī)座通過滑動配合，并以定位裝置精確定位。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光纖陀螺快速尋北儀，其特征在于所述定位裝置，為鉸銷釘；緊固裝置，為標(biāo)準(zhǔn)螺釘，或配鉸銷釘和標(biāo)準(zhǔn)螺釘。
4.如權(quán)利要求1或2所述的光纖陀螺快速尋北儀，其特征在于所述機(jī)座，是機(jī)械安裝基準(zhǔn)。
5.如權(quán)利要求2所述的光纖陀螺快速尋北儀，其特征在于所述成對超精密滾動軸承支撐在機(jī)殼上，是機(jī)殼內(nèi)腔，位于成對超精密滾動軸承底部與增量式圓光柵碼盤上方有一水平設(shè)置的環(huán)狀支撐板，環(huán)狀支撐板徑向伸入，成對超精密滾動軸承疊置于該支撐板上。
專利摘要本實用新型為一種光纖陀螺快速尋北儀，由精密機(jī)械轉(zhuǎn)臺a和慣性測量裝置b兩大部分組成，二者通過配鉸銷釘，用標(biāo)準(zhǔn)緊固螺釘將慣性測量裝置b定位于精密機(jī)械轉(zhuǎn)臺a的過渡板上，并按標(biāo)準(zhǔn)工藝安裝調(diào)試而成。整體結(jié)構(gòu)設(shè)計為圓柱型，有效地減少了轉(zhuǎn)動慣量，并采用剛性聯(lián)接，保證了慣性測量裝置b與精密機(jī)械轉(zhuǎn)臺a的旋轉(zhuǎn)部分的穩(wěn)速精度和同步性。應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計、輕量化設(shè)計理念，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行自上而下設(shè)計，整體采用模塊化、積木式結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計新穎、緊湊，體積小，重量輕，抗振動、沖擊，可靠性和維護(hù)性強(qiáng)，系統(tǒng)方案具有獨創(chuàng)性。
文檔編號G01C19/72GK2881548SQ20062000170
公開日2007年3月21日 申請日期2006年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月20日
發(fā)明者郭喜慶, 施連勇, 劉正寬 申請人:中國科學(xué)院光電研究院