專(zhuān)利名稱：一種空間對(duì)角減振的光纖陀螺imu臺(tái)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間對(duì)角減振的光纖陀螺慣性測(cè)量組合(Inertial Measurement Unit,以下簡(jiǎn)稱IMU)臺(tái)體，尤其是指一種用于高精度光纖陀螺捷聯(lián)系統(tǒng)、采用空間對(duì)角減振的IMU臺(tái)體，屬于慣導(dǎo)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖陀螺儀是一種基于薩格奈克效應(yīng)、用于感知載體角位移和角速度的敏感元件，和傳統(tǒng)的機(jī)械陀螺相比，具有工作壽命長(zhǎng)、分辨率高、響應(yīng)時(shí)間短、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中具有極大的設(shè)計(jì)靈活性。利用光纖陀螺和加速度計(jì)構(gòu)成的光纖陀螺捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱“捷聯(lián)系統(tǒng)”)，不再采用傳統(tǒng)的機(jī)電平臺(tái)，而是利用光纖陀螺和加速度計(jì)感知的轉(zhuǎn)角和加速度信號(hào)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)搭建數(shù)學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)載體姿態(tài)的解算，因而系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維修、可靠性高，成為當(dāng)前的技術(shù)主流。對(duì)于捷聯(lián)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，環(huán)境振動(dòng)會(huì)使敏感元件的測(cè)量誤差增大，也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的解算誤差帶來(lái)影響。要使捷聯(lián)系統(tǒng)準(zhǔn)確可靠的工作，應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)母粽翊胧?，但另一方面，減振器的使用又會(huì)給捷聯(lián)系統(tǒng)引入附加運(yùn)動(dòng)。做為整個(gè)捷聯(lián)系統(tǒng)安裝基礎(chǔ)的IMU臺(tái)體，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮減振器的應(yīng)用要求，通過(guò)控制MU組件裝配的重心與IMU臺(tái)體的幾何中心、 減振支撐中心重合，以及保證減振器支撐面在參考坐標(biāo)系三個(gè)主軸方向的投影面積盡可能一致或者接近，可以使光纖陀螺捷聯(lián)系統(tǒng)MU在振動(dòng)條件下具備良好的各向同性動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種空間對(duì)角減振的光纖陀螺IMU臺(tái)體，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。該臺(tái)體采用一體成型技術(shù)、為近似的六面體結(jié)構(gòu)，具有空間對(duì)角布局的四個(gè)減振器安裝支腿。臺(tái)體上提供了用于安裝3個(gè)光纖陀螺敏感環(huán)和3個(gè)加速度計(jì)的安裝凸臺(tái)，可保證敏感環(huán)和加速度計(jì)相互間的正交安裝。本發(fā)明的IMU臺(tái)體采用加強(qiáng)筋和減重孔設(shè)計(jì)， 實(shí)現(xiàn)了臺(tái)體的輕量化和高剛度。將所述IMU臺(tái)體應(yīng)用于光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的IMU組件裝配，在沖擊和振動(dòng)條件下具有較好的各向同性動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特性。本發(fā)明是一種空間對(duì)角減振的光纖陀螺IMU臺(tái)體，采用一體成型技術(shù)、為近似的六面體結(jié)構(gòu)。包括了光纖陀螺敏感環(huán)安裝位、加速度計(jì)安裝位、用于調(diào)心的配重安裝位、 用于固定敏感環(huán)前放電路和光路器件的安裝位，以及成空間對(duì)角布局的四個(gè)減振器安裝支腿。其中，光纖陀螺敏感環(huán)安裝位包括x向光纖陀螺敏感環(huán)安裝位、Y向光纖陀螺敏感環(huán)安裝位、Z向光纖陀螺敏感環(huán)安裝位；加速度計(jì)安裝位包括X向加速度計(jì)安裝位、Y向加速度計(jì)安裝位、Z向加速度計(jì)安裝位，其中，所述的X向、Y向和Z向光纖陀螺敏感環(huán)安裝位分別布置在IMU臺(tái)體的正X 向外側(cè)面、正Y向外側(cè)面和正Z向外側(cè)面上，并且所述的X向、Y向、Z向加速度計(jì)安裝位和光纖陀螺敏感環(huán)安裝位相對(duì)布置，位于頂U(kuò)臺(tái)體的負(fù)X向外側(cè)面、負(fù)Y向外側(cè)面和負(fù)Z向外側(cè)面；在所述光纖陀螺敏感環(huán)安裝位和加速度計(jì)安裝位上都加工有安裝凸臺(tái)，可以保證三個(gè)加速度計(jì)和三個(gè)光纖陀螺敏感環(huán)的敏感軸平行于參考坐標(biāo)系的三個(gè)正交主軸方向，且交匯于本發(fā)明MU臺(tái)體的幾何中心和減振支撐中心。并且，三個(gè)加速度計(jì)安裝位采用埋入式設(shè)計(jì)、布置在IMU臺(tái)體對(duì)應(yīng)側(cè)面的內(nèi)部，使得三個(gè)加速度計(jì)與IMU臺(tái)體幾何中心的距離最小，最大程度地減小了加速度計(jì)的桿臂效應(yīng)。其中，四個(gè)成空間對(duì)角布置的減振器安裝支腿，支腿上加工有用于安裝T型橡膠減振器的減振器安裝孔。減振器安裝支腿采用外伸設(shè)計(jì)，通過(guò)加強(qiáng)筋提高支撐剛度；其幾何尺寸經(jīng)過(guò)優(yōu)化，使得減振器安裝孔中心的間距在參考坐標(biāo)系的X軸和Y軸上的投影長(zhǎng)度相等，在Z軸上的投影長(zhǎng)度與其它兩個(gè)方向的投影長(zhǎng)度之比大于O. 7。其中，用于調(diào)心的配重安裝位處于IMU臺(tái)體結(jié)構(gòu)的六面體頂點(diǎn)處，到IMU臺(tái)體幾何中心的力臂沿參考坐標(biāo)系的X軸和Y軸的投影長(zhǎng)度相等，到IMU臺(tái)體幾何中心的力臂沿Z 軸的投影長(zhǎng)度在臺(tái)體結(jié)構(gòu)允許范圍內(nèi)最大。其中，所述的配重安裝位包括有第一配重安裝面及第二配重安裝面，第一配重安裝面和所述IMU臺(tái)體參考坐標(biāo)系的X軸、Y軸成45度夾角、和Z軸平行，第二配重安裝面和參考坐標(biāo)系的Z軸垂直。因此，可以實(shí)現(xiàn)以最小的配重質(zhì)量獲得最大的調(diào)心效果。其中，MU臺(tái)體的負(fù)Z向側(cè)面用于放置光纖陀螺敏感環(huán)的前放電路和光路組件，既提高了 IMU組件的裝配性、又使光纖陀螺敏感環(huán)的無(wú)源化設(shè)計(jì)成為可能，改善了整體的散熱性能。本發(fā)明所述的一種空間對(duì)角減振的光纖陀螺IMU臺(tái)體，其優(yōu)點(diǎn)及功效在于其外伸式減振器安裝支腿采用加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，所述的各安裝位都加工有減重/配重孔，因此具有高剛度、輕質(zhì)量的特性；利用調(diào)心配重使得以IMU臺(tái)體為安裝基礎(chǔ)的光纖陀螺捷聯(lián)系統(tǒng)IMU 組件實(shí)現(xiàn)了質(zhì)心、幾何中心、減振支撐中心、以及敏感軸交匯點(diǎn)的統(tǒng)一；在沖擊和振動(dòng)條件下表現(xiàn)出了較好的各向同性動(dòng)力學(xué)特征。



902.減振器支腿加強(qiáng)筋I(lǐng) 10.減振器安裝支腿21001.減振器安裝孔21002.減振器支腿加強(qiáng)筋2 11.減振器安裝支腿31101.減振器安裝孔31102.減振器支腿加強(qiáng)筋312.減振器安裝支腿41201.減振器安裝孔41202.減振器支腿加強(qiáng)筋4圖中的X、Y、Z軸表示參考坐標(biāo)系的X軸、Y軸和Z軸
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明是一種用于高精度光纖陀螺捷聯(lián)系統(tǒng)的IMU臺(tái)體。如圖1、2所示，該臺(tái)體采用一體成型技術(shù)制造、為近似的六面體結(jié)構(gòu)。臺(tái)體上包括了用于安裝陀螺敏感環(huán)的X向陀螺敏感環(huán)的安裝位(I)、Y向陀螺敏感環(huán)的安裝位(2)、Z向陀螺敏感環(huán)的安裝位(3);用于安裝加速度計(jì)的X向加速度計(jì)的安裝位(4)、Y向加速度計(jì)的安裝位(5)、Ζ向加速度計(jì)的安裝位(6);用于固定配重的安裝位(7);用于安裝陀螺敏感環(huán)前放電路和光路器件的安裝位(8);以及成空間對(duì)角布置的四個(gè)減振器安裝支腿(9)，(10)，(11)，(12)。三個(gè)敏感環(huán)安裝位即X向陀螺敏感環(huán)的安裝位(I)、Υ向陀螺敏感環(huán)的安裝位(2)、 Z向陀螺敏感環(huán)的安裝位(3)相互垂直正交，構(gòu)成了所述IMU臺(tái)體之六面體結(jié)構(gòu)的三個(gè)側(cè)面，并且和IMU臺(tái)體參考坐標(biāo)系的三個(gè)主軸方向一致。在所述三個(gè)敏感環(huán)安裝位上加工有敏感環(huán)安裝凸臺(tái)即X向敏感環(huán)安裝凸臺(tái)(ιο )、Υ向敏感環(huán)安裝凸臺(tái)(201)、Ζ向敏感環(huán)安裝凸臺(tái)(301)，敏感環(huán)安裝凸臺(tái)上加工有X向敏感環(huán)固定孔(102)、Y向敏感環(huán)固定孔(202)、 Z向敏感環(huán)固定孔(302)，每個(gè)安裝位上的敏感環(huán)安裝凸臺(tái)和固定孔都成圓周分布，用于光纖陀螺敏感環(huán)的安裝和固定，并由此確定了陀螺敏感環(huán)安裝時(shí)的軸線位置。X向陀螺敏感環(huán)的安裝位(I)、安裝Y向陀螺敏感環(huán)的安裝位(2)上加工有X向安裝位減重孔(103)Υ向安裝位減重孔(203)，Z向陀螺敏感環(huán)的安裝位(3)上加工有Z向安裝位減重孔(303)和Y 向安裝位配重孔(304)，在減輕IMU臺(tái)體重量的同時(shí)，也提供了 IMU組件各零部件的電氣連接走線通道。在所述IMU臺(tái)體的六面體結(jié)構(gòu)中，三個(gè)加速度計(jì)的安裝位即X向加速度計(jì)的安裝位(4)、Y向加速度計(jì)的安裝位(5)、Z向加速度計(jì)的安裝位(6)，分別位于所述光纖陀螺敏感環(huán)安裝位的對(duì)側(cè)，并且三個(gè)加速度計(jì)安裝位上都加工了可容納整個(gè)加速度計(jì)的減重腔即 X向加速度計(jì)減重腔401、Y向加速度計(jì)減重腔501、Z向加速度計(jì)減重腔601，以及加速度計(jì)安裝凸臺(tái)即X向加速度計(jì)安裝凸臺(tái)(402)Y向加速度計(jì)安裝凸臺(tái)(502)Z向加速度計(jì)安裝凸臺(tái)(602)。所述加速度計(jì)安裝凸臺(tái)(402) (502) (602)位于所述加速度計(jì)安裝位的內(nèi)側(cè)、 到IMU臺(tái)體的幾何中心具有相同的距離，可以最大程度的減小MU組件裝配后的加速度計(jì)桿臂效應(yīng)。并且，所述的光纖陀螺敏感環(huán)安裝凸臺(tái)(101) (201) (301)和加速度計(jì)安裝凸臺(tái) (402) (502) (602)對(duì)側(cè)平行、臨側(cè)正交垂直，由其限定的光纖陀螺敏感環(huán)軸線和加速度計(jì)軸線相互正交垂直、且交匯于所述IMU臺(tái)體的幾何中心上。本發(fā)明IMU臺(tái)體具有四個(gè)成空間對(duì)角布置的減振器安裝支腿(9) (10) (11) (12)， 其中兩個(gè)安裝支腿(9) (10)位于所述IMU臺(tái)體之六面體結(jié)構(gòu)的同一側(cè)面上，另外兩個(gè)安裝支腿(11) (12)位于其對(duì)側(cè)同一平面上。所述安裝支腿上加工有用于安裝T型橡膠減振器的減振器安裝孔(901) (1001) (1101) (1201)，并且位于同一平面上的安裝支腿上的減振器安裝孔(901) (1001)的中心連線和位于對(duì)側(cè)同一平面上的安裝支腿上的減振器安裝孔 (1101) (1201)的中心連線在空間正交。為保證本發(fā)明IMU臺(tái)體在振動(dòng)沖擊條件下具有較好的各向同性動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特性， 所述減振器安裝支腿采用外伸設(shè)計(jì)，通過(guò)減振器支腿加強(qiáng)筋(902) (1002) (1102) (1202)提高支撐剛度、調(diào)節(jié)支撐跨距。外伸尺寸經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證減振器安裝孔(901)和(1201) 之間、減振器安裝孔(1101)和(1001)之間沿所述IMU臺(tái)體參考坐標(biāo)系X軸的投影距離LX 相等，減振器安裝孔(901)和(1101)之間、減振器安裝孔(1201)和(1001)之間沿所述 IMU臺(tái)體參考坐標(biāo)系Y軸和Z軸的投影距離LY、LY分別相等，并且所述投影距離之比滿足 LX : LY : LZ = I : I : O. 72。同時(shí)，由減振器安裝孔(901) (1001) (1101) (1201)所構(gòu)成的空間支撐結(jié)構(gòu)，其支撐中心和所述IMU臺(tái)體的幾何中心重合。調(diào)心用的配重安裝位(7)處于所述減振器安裝支腿(12)下方、臺(tái)體結(jié)構(gòu)的六面體頂點(diǎn)位置，包括了第一配重安裝面(701)、第二配重安裝面(702)和配重固定孔(703) (704)。第一配重安裝面(701)和所述IMU臺(tái)體參考坐標(biāo)系的X軸、Y軸成45度夾角、和Z 軸平行，第二配重安裝面(702)和參考坐標(biāo)系的Z軸垂直。配重安裝位(7)的空間設(shè)計(jì)可以保證配重安裝后，到IMU臺(tái)體幾何中心的力臂沿參考坐標(biāo)系的X軸和Y軸的投影長(zhǎng)度相等，沿Z軸的投影長(zhǎng)度在臺(tái)體結(jié)構(gòu)允許范圍內(nèi)最大。這樣，可以用最小的配重質(zhì)量獲得最大的調(diào)心效果。在本發(fā)明中，用于安裝陀螺敏感環(huán)前放電路及光路器件安裝位(8)和Z向加速度計(jì)安裝位(6)共用所述IMU臺(tái)體之六面體結(jié)構(gòu)的同一個(gè)側(cè)面。安裝位(8)上加工有前放電路板安裝凸臺(tái)(801)和前放電路板固定孔(802)，以及光路器件固定凹槽(803)和光路器件固定孔(804)。所述前放電路板安裝凸臺(tái)(801)包括內(nèi)外兩層、成同心圓分布，在支撐前放電路板的同時(shí)，也和前放電路板安裝位(8)上的盤(pán)纖面(805) —起，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纖陀螺敏感環(huán)尾纖的安裝固定功能。在本發(fā)明IMU臺(tái)體上預(yù)留一個(gè)側(cè)面用的前放電路及光路器件安裝位(8)，既提高了 IMU組件的裝配性、又使光纖陀螺敏感環(huán)的無(wú)源化設(shè)計(jì)成為可能，改善了 IMU組件的整體散熱性能。本發(fā)明所述的空間對(duì)角減振布局IMU臺(tái)體，通過(guò)安裝凸臺(tái)保證了構(gòu)成IMU組件的光纖陀螺敏感環(huán)和加速度計(jì)相互垂直、其敏感軸軸線空間交匯于一點(diǎn)；通過(guò)外伸的減振器安裝支腿實(shí)現(xiàn)了減振器的空間對(duì)角布局，同時(shí)保證了減振支撐點(diǎn)在參考坐標(biāo)系中的跨距一致或接近；通過(guò)將配重安裝位布置在所述IMU臺(tái)體六面體結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)了以最小的配重質(zhì)量實(shí)現(xiàn)最大的調(diào)心效果。由此得到的本發(fā)明MU臺(tái)體，實(shí)現(xiàn)了 MU組件裝配后“質(zhì)心”、“幾何中心”、“減振支撐中心”以及“敏感軸交匯點(diǎn)”的統(tǒng)一，在沖擊和振動(dòng)條件下表現(xiàn)出了較好的各向同性動(dòng)力學(xué)特征。
權(quán)利要求
1.一種空間對(duì)角減振的光纖陀螺MU臺(tái)體，采用一體成型技術(shù)、為近似的六面體結(jié)構(gòu)， 其特征在于該臺(tái)體包括光纖陀螺敏感環(huán)安裝位、加速度計(jì)安裝位、用于調(diào)心的配重安裝位、用于固定敏感環(huán)前放電路和光路器件的安裝位，以及成空間對(duì)角布局的四個(gè)減振器安裝支腿；其中，光纖陀螺敏感環(huán)安裝位包括x向光纖陀螺敏感環(huán)安裝位、Y向光纖陀螺敏感環(huán)安裝位、Z向光纖陀螺敏感環(huán)安裝位；加速度計(jì)安裝位包括X向加速度計(jì)安裝位、Y向加速度計(jì)安裝位、Z向加速度計(jì)安裝位，其中，所述的X向、Y向和Z向光纖陀螺敏感環(huán)安裝位分別布置在IMU臺(tái)體的正X向外側(cè)面、正Y向外側(cè)面和正Z向外側(cè)面上，并且所述的X向、Y向、Z向加速度計(jì)安裝位和光纖陀螺敏感環(huán)安裝位相對(duì)布置，位于IMU臺(tái)體的負(fù)X向外側(cè)面、負(fù)Y向外側(cè)面和負(fù)Z向外側(cè)面； 在所述光纖陀螺敏感環(huán)安裝位和加速度計(jì)安裝位上都加工有安裝凸臺(tái)，以保證三個(gè)加速度計(jì)和三個(gè)光纖陀螺敏感環(huán)的敏感軸平行于參考坐標(biāo)系的三個(gè)正交主軸方向，且交匯于整個(gè) IMU臺(tái)體的幾何中心和減振支撐中心；并且，三個(gè)加速度計(jì)安裝位采用埋入式設(shè)計(jì)，使得三個(gè)加速度計(jì)與頂U(kuò)臺(tái)體幾何中心的距離最?。黄渲?，四個(gè)成空間對(duì)角布置的減振器安裝支腿，支腿上加工有用于安裝T型橡膠減振器的減振器安裝孔；減振器安裝支腿采用外伸設(shè)計(jì)，并設(shè)置有加強(qiáng)筋；該減振器安裝支腿幾何尺寸經(jīng)過(guò)優(yōu)化，使得減振器安裝孔中心的間距在參考坐標(biāo)系的X軸和Y軸上的投影長(zhǎng)度相等，在Z軸上的投影長(zhǎng)度與其它兩個(gè)方向的投影長(zhǎng)度之比大于O. 7 ；其中，用于調(diào)心的配重安裝位處于頂U(kuò)臺(tái)體結(jié)構(gòu)的六面體頂點(diǎn)處，到IMU臺(tái)體幾何中心的力臂沿參考坐標(biāo)系的X軸和Y軸的投影長(zhǎng)度相等，到IMU臺(tái)體幾何中心的力臂沿Z軸的投影長(zhǎng)度在臺(tái)體結(jié)構(gòu)允許范圍內(nèi)最大；其中，所述的配重安裝位包括有第一配重安裝面及第二配重安裝面，第一配重安裝面和所述IMU臺(tái)體參考坐標(biāo)系的X軸、Y軸成45度夾角、和Z軸平行，第二配重安裝面和參考坐標(biāo)系的Z軸垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空間對(duì)角減振的光纖陀螺IMU臺(tái)體，其特征在于在所述的IMU臺(tái)體的負(fù)Z向側(cè)面，放置光纖陀螺敏感環(huán)的前放電路和光路組件。全文摘要
本發(fā)明涉及一種空間對(duì)角減振的光纖陀螺IMU臺(tái)體，采用一體成型技術(shù)、為近似的六面體結(jié)構(gòu)，其特征在于該臺(tái)體包括光纖陀螺敏感環(huán)安裝位、加速度計(jì)安裝位、用于調(diào)心的配重安裝位、用于固定敏感環(huán)前放電路和光路器件的安裝位，以及成空間對(duì)角布局的四個(gè)減振器安裝支腿；其中，光纖陀螺敏感環(huán)安裝位包括X向光纖陀螺敏感環(huán)安裝位、Y向光纖陀螺敏感環(huán)安裝位、Z向光纖陀螺敏感環(huán)安裝位；加速度計(jì)安裝位包括X向加速度計(jì)安裝位、Y向加速度計(jì)安裝位、Z向加速度計(jì)安裝位，將本發(fā)明采用空間對(duì)角減振布局的IMU臺(tái)體應(yīng)用于光纖陀螺捷聯(lián)系統(tǒng)IMU的裝配時(shí)，可以保證捷聯(lián)系統(tǒng)IMU組件在振動(dòng)、沖擊條件下具有良好的各向同性動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特征。
文檔編號(hào)G01C19/72GK102607549SQ20121004810
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者宋凝芳, 張小躍, 張春熹, 晁代宏, 潘建業(yè), 章博 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)