專利名稱：一種空間對角減振的光纖陀螺imu臺體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種空間對角減振的光纖陀螺慣性測量組合(Inertial Measurement Unit,以下簡稱IMU)臺體，尤其是指一種用于高精度光纖陀螺捷聯(lián)系統(tǒng)、采用空間對角減振的IMU臺體，屬于慣導系統(tǒng)機械結構技術領域。
背景技術：
光纖陀螺儀是一種基于薩格奈克效應、用于感知載體角位移和角速度的敏感元件，和傳統(tǒng)的機械陀螺相比，具有工作壽命長、分辨率高、響應時間短、功耗低等優(yōu)點，在實際應用中具有極大的設計靈活性。利用光纖陀螺和加速度計構成的光纖陀螺捷聯(lián)式慣導系統(tǒng)(以下簡稱“捷聯(lián)系統(tǒng)”)，不再采用傳統(tǒng)的機電平臺，而是利用光纖陀螺和加速度計感知的轉角和加速度信號，在計算機內搭建數(shù)學平臺，實現(xiàn)載體姿態(tài)的解算，因而系統(tǒng)結構簡單、易于維修、可靠性高，成為當前的技術主流。對于捷聯(lián)系統(tǒng)來說，環(huán)境振動會使敏感元件的測量誤差增大，也會對系統(tǒng)的解算誤差帶來影響。要使捷聯(lián)系統(tǒng)準確可靠的工作，應該采取適當?shù)母粽翊胧?，但另一方面，減振器的使用又會給捷聯(lián)系統(tǒng)引入附加運動。做為整個捷聯(lián)系統(tǒng)安裝基礎的IMU臺體，其結構設計必須考慮減振器的應用要求，通過控制MU組件裝配的重心與IMU臺體的幾何中心、 減振支撐中心重合，以及保證減振器支撐面在參考坐標系三個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在振動條件下具備良好的各向同性動力學響應特征。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種空間對角減振的光纖陀螺IMU臺體，以解決現(xiàn)有技術中存在的問題。該臺體采用一體成型技術、為近似的六面體結構，具有空間對角布局的四個減振器安裝支腿。臺體上提供了用于安裝3個光纖陀螺敏感環(huán)和3個加速度計的安裝凸臺，可保證敏感環(huán)和加速度計相互間的正交安裝。本發(fā)明的IMU臺體采用加強筋和減重孔設計， 實現(xiàn)了臺體的輕量化和高剛度。將所述IMU臺體應用于光纖陀螺捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的IMU組件裝配，在沖擊和振動條件下具有較好的各向同性動力學響應特性。本發(fā)明是一種空間對角減振的光纖陀螺IMU臺體，采用一體成型技術、為近似的六面體結構。包括了光纖陀螺敏感環(huán)安裝位、加速度計安裝位、用于調心的配重安裝位、 用于固定敏感環(huán)前放電路和光路器件的安裝位，以及成空間對角布局的四個減振器安裝支腿。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；加速度計安裝位包括X向加速度計安裝位、Y向加速度計安裝位、Z向加速度計安裝位，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臺體的正X 向外側面、正Y向外側面和正Z向外側面上，并且所述的X向、Y向、Z向加速度計安裝位和光纖陀螺敏感環(huán)安裝位相對布置，位于頂U臺體的負X向外側面、負Y向外側面和負Z向外側面；在所述光纖陀螺敏感環(huán)安裝位和加速度計安裝位上都加工有安裝凸臺，可以保證三個加速度計和三個光纖陀螺敏感環(huán)的敏感軸平行于參考坐標系的三個正交主軸方向，且交匯于本發(fā)明MU臺體的幾何中心和減振支撐中心。并且，三個加速度計安裝位采用埋入式設計、布置在IMU臺體對應側面的內部，使得三個加速度計與IMU臺體幾何中心的距離最小，最大程度地減小了加速度計的桿臂效應。其中，四個成空間對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計，通過加強筋提高支撐剛度；其幾何尺寸經(jīng)過優(yōu)化，使得減振器安裝孔中心的間距在參考坐標系的X軸和Y軸上的投影長度相等，在Z軸上的投影長度與其它兩個方向的投影長度之比大于O. 7。其中，用于調心的配重安裝位處于IMU臺體結構的六面體頂點處，到IMU臺體幾何中心的力臂沿參考坐標系的X軸和Y軸的投影長度相等，到IMU臺體幾何中心的力臂沿Z 軸的投影長度在臺體結構允許范圍內最大。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臺體參考坐標系的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系的Z軸垂直。因此，可以實現(xiàn)以最小的配重質量獲得最大的調心效果。其中，MU臺體的負Z向側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)的無源化設計成為可能，改善了整體的散熱性能。本發(fā)明所述的一種空間對角減振的光纖陀螺IMU臺體，其優(yōu)點及功效在于其外伸式減振器安裝支腿采用加強筋結構，所述的各安裝位都加工有減重/配重孔，因此具有高剛度、輕質量的特性；利用調心配重使得以IMU臺體為安裝基礎的光纖陀螺捷聯(lián)系統(tǒng)IMU 組件實現(xiàn)了質心、幾何中心、減振支撐中心、以及敏感軸交匯點的統(tǒng)一；在沖擊和振動條件下表現(xiàn)出了較好的各向同性動力學特征。



902.減振器支腿加強筋I 10.減振器安裝支腿21001.減振器安裝孔21002.減振器支腿加強筋2 11.減振器安裝支腿31101.減振器安裝孔31102.減振器支腿加強筋312.減振器安裝支腿41201.減振器安裝孔41202.減振器支腿加強筋4圖中的X、Y、Z軸表示參考坐標系的X軸、Y軸和Z軸
具體實施例方式下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。本發(fā)明是一種用于高精度光纖陀螺捷聯(lián)系統(tǒng)的IMU臺體。如圖1、2所示，該臺體采用一體成型技術制造、為近似的六面體結構。臺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);用于安裝加速度計的X向加速度計的安裝位(4)、Y向加速度計的安裝位(5)、Ζ向加速度計的安裝位(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);以及成空間對角布置的四個減振器安裝支腿(9)，(10)，(11)，(12)。三個敏感環(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，構成了所述IMU臺體之六面體結構的三個側面，并且和IMU臺體參考坐標系的三個主軸方向一致。在所述三個敏感環(huán)安裝位上加工有敏感環(huán)安裝凸臺即X向敏感環(huán)安裝凸臺(ιο )、Υ向敏感環(huán)安裝凸臺(201)、Ζ向敏感環(huán)安裝凸臺(301)，敏感環(huán)安裝凸臺上加工有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)，每個安裝位上的敏感環(huán)安裝凸臺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臺體重量的同時，也提供了 IMU組件各零部件的電氣連接走線通道。在所述IMU臺體的六面體結構中，三個加速度計的安裝位即X向加速度計的安裝位(4)、Y向加速度計的安裝位(5)、Z向加速度計的安裝位(6)，分別位于所述光纖陀螺敏感環(huán)安裝位的對側，并且三個加速度計安裝位上都加工了可容納整個加速度計的減重腔即 X向加速度計減重腔401、Y向加速度計減重腔501、Z向加速度計減重腔601，以及加速度計安裝凸臺即X向加速度計安裝凸臺(402)Y向加速度計安裝凸臺(502)Z向加速度計安裝凸臺(602)。所述加速度計安裝凸臺(402) (502) (602)位于所述加速度計安裝位的內側、 到IMU臺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桿臂效應。并且，所述的光纖陀螺敏感環(huán)安裝凸臺(101) (201) (301)和加速度計安裝凸臺 (402) (502) (602)對側平行、臨側正交垂直，由其限定的光纖陀螺敏感環(huán)軸線和加速度計軸線相互正交垂直、且交匯于所述IMU臺體的幾何中心上。本發(fā)明IMU臺體具有四個成空間對角布置的減振器安裝支腿(9) (10) (11) (12)， 其中兩個安裝支腿(9) (10)位于所述IMU臺體之六面體結構的同一側面上，另外兩個安裝支腿(11) (12)位于其對側同一平面上。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側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臺體在振動沖擊條件下具有較好的各向同性動力學響應特性， 所述減振器安裝支腿采用外伸設計，通過減振器支腿加強筋(902) (1002) (1102) (1202)提高支撐剛度、調節(jié)支撐跨距。外伸尺寸經(jīng)過優(yōu)化設計，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臺體參考坐標系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臺體參考坐標系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，由減振器安裝孔(901) (1001) (1101) (1201)所構成的空間支撐結構，其支撐中心和所述IMU臺體的幾何中心重合。調心用的配重安裝位(7)處于所述減振器安裝支腿(12)下方、臺體結構的六面體頂點位置，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臺體參考坐標系的X軸、Y軸成45度夾角、和Z 軸平行，第二配重安裝面(702)和參考坐標系的Z軸垂直。配重安裝位(7)的空間設計可以保證配重安裝后，到IMU臺體幾何中心的力臂沿參考坐標系的X軸和Y軸的投影長度相等，沿Z軸的投影長度在臺體結構允許范圍內最大。這樣，可以用最小的配重質量獲得最大的調心效果。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向加速度計安裝位(6)共用所述IMU臺體之六面體結構的同一個側面。安裝位(8)上加工有前放電路板安裝凸臺(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(801)包括內外兩層、成同心圓分布，在支撐前放電路板的同時，也和前放電路板安裝位(8)上的盤纖面(805) —起，實現(xiàn)了對光纖陀螺敏感環(huán)尾纖的安裝固定功能。在本發(fā)明IMU臺體上預留一個側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)的無源化設計成為可能，改善了 IMU組件的整體散熱性能。本發(fā)明所述的空間對角減振布局IMU臺體，通過安裝凸臺保證了構成IMU組件的光纖陀螺敏感環(huán)和加速度計相互垂直、其敏感軸軸線空間交匯于一點；通過外伸的減振器安裝支腿實現(xiàn)了減振器的空間對角布局，同時保證了減振支撐點在參考坐標系中的跨距一致或接近；通過將配重安裝位布置在所述IMU臺體六面體結構的頂點位置，實現(xiàn)了以最小的配重質量實現(xiàn)最大的調心效果。由此得到的本發(fā)明MU臺體，實現(xiàn)了 MU組件裝配后“質心”、“幾何中心”、“減振支撐中心”以及“敏感軸交匯點”的統(tǒng)一，在沖擊和振動條件下表現(xiàn)出了較好的各向同性動力學特征。
權利要求
1.一種空間對角減振的光纖陀螺MU臺體，采用一體成型技術、為近似的六面體結構， 其特征在于該臺體包括光纖陀螺敏感環(huán)安裝位、加速度計安裝位、用于調心的配重安裝位、用于固定敏感環(huán)前放電路和光路器件的安裝位，以及成空間對角布局的四個減振器安裝支腿；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；加速度計安裝位包括X向加速度計安裝位、Y向加速度計安裝位、Z向加速度計安裝位，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臺體的正X向外側面、正Y向外側面和正Z向外側面上，并且所述的X向、Y向、Z向加速度計安裝位和光纖陀螺敏感環(huán)安裝位相對布置，位于IMU臺體的負X向外側面、負Y向外側面和負Z向外側面； 在所述光纖陀螺敏感環(huán)安裝位和加速度計安裝位上都加工有安裝凸臺，以保證三個加速度計和三個光纖陀螺敏感環(huán)的敏感軸平行于參考坐標系的三個正交主軸方向，且交匯于整個 IMU臺體的幾何中心和減振支撐中心；并且，三個加速度計安裝位采用埋入式設計，使得三個加速度計與頂U臺體幾何中心的距離最?。黄渲?，四個成空間對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計，并設置有加強筋；該減振器安裝支腿幾何尺寸經(jīng)過優(yōu)化，使得減振器安裝孔中心的間距在參考坐標系的X軸和Y軸上的投影長度相等，在Z軸上的投影長度與其它兩個方向的投影長度之比大于O. 7 ；其中，用于調心的配重安裝位處于頂U臺體結構的六面體頂點處，到IMU臺體幾何中心的力臂沿參考坐標系的X軸和Y軸的投影長度相等，到IMU臺體幾何中心的力臂沿Z軸的投影長度在臺體結構允許范圍內最大；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臺體參考坐標系的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系的Z軸垂直。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種空間對角減振的光纖陀螺IMU臺體，其特征在于在所述的IMU臺體的負Z向側面，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)明涉及一種空間對角減振的光纖陀螺IMU臺體，采用一體成型技術、為近似的六面體結構，其特征在于該臺體包括光纖陀螺敏感環(huán)安裝位、加速度計安裝位、用于調心的配重安裝位、用于固定敏感環(huán)前放電路和光路器件的安裝位，以及成空間對角布局的四個減振器安裝支腿；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；加速度計安裝位包括X向加速度計安裝位、Y向加速度計安裝位、Z向加速度計安裝位，將本發(fā)明采用空間對角減振布局的IMU臺體應用于光纖陀螺捷聯(lián)系統(tǒng)IMU的裝配時，可以保證捷聯(lián)系統(tǒng)IMU組件在振動、沖擊條件下具有良好的各向同性動力學響應特征。
文檔編號G01C19/72GK102607549SQ20121004810
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權日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 申請人:北京航空航天大學