一种高动态惯性测量单元制造技术

本发明专利技术公开了一种新型高动态惯性测量单元。使用本发明专利技术能够适用于高动态大过载的工作环境，且体积小、可靠性高、抗冲击性能强。本发明专利技术在安放角速率陀螺时，将其敏感结构并不是按照两两垂直排布，而是采用一种斜交排布方式使得测量IMU非轴向角速率的两个陀螺的敏感结构与轴向成20°角。这样的排布可以充分发挥陀螺敏感结构轴向抗冲击性能较强的特性，使得惯性测量单元在拥有很强的纵向抗冲击能力，同时保证非轴向角运动测量的准确性，能适应像制导炮弹这样的大过载工作环境。

【技术实现步骤摘要】
一种高动态惯性测量单元
本专利技术涉及惯性导航与制导
，具体涉及一种新型高动态惯性测量单元。
技术介绍
随着信息技术的进步以及战争理念的发展，大量的精确制导弹药被广泛应用于现代战争中，这使得武器的毁伤效率成倍的提升。类似制导炮弹这种新型的智能枪弹的出现也是顺应信息化战争发展潮流。制导炮弹并没有专门的发射平台，使用常规火炮发射即可。炮弹在飞行过程中通过制导组件引到炮弹命中目标。相对导弹这种精确制导武器来说，制导炮弹的发射平台简单，成本低廉命中精度较高。目前的制导炮弹都是以末制导技术为主。美国在20世纪70年代研制成功的铜斑蛇155mm激光半主动末制导炮弹，通过在弹上的激光导引头，在距离目标3000m左右时探测照射到目标上的反射激光信号来扑捉目标。这种末制导炮弹在接近目标的飞行段是没有导航与制导的纯惯性飞行。且由于炮弹采用了激光半主动制导，需要前方人员持续照射目标，增加了前方侦查人员的危险系数，缺点是显而易见的。新一代的制导炮弹要克服以上缺点，可以利用惯性导航加GPS组合，实现全程或半程的自主导航飞行。实现新一代制导弹药对导航器件，特别是惯性器件提出了很高的要求。首先由于炮弹出膛时会有极高的过载，制导炮弹的惯性器件必须能够承受这样的高过载；其次惯性器件需要适应炮弹这种高动态载体的工作环境；最后惯性器件还要拥有较低的成本、简单的结构、较高的可靠性以及较小的体积。本专利技术正是以这些需求为设计目标实现的一种新型高动态惯性测量单元。专利技术名称为“新型钟形振子式角速率陀螺”(申请号：CN201310220902.1)的哥氏效应震动陀螺仪是一个角速率测量元件。这种振子式陀螺核心器件为一个形似中国传统大钟的钟形振子。这种陀螺除了有传统固体振动陀螺低成本、低功耗、长寿命、高灵敏度的优点外，还具有结构简单、抗冲击能力强的特点，能够更好地应用在中低精度角速率测量领域。该陀螺的单轴向抗过载能力达到20000g以上。但是由于敏感结构靠一个支撑杆支持，单横向抗过载能力只有6000g左右(最大应力431MPa)。一般的惯性测量单元，三个陀螺敏感轴的布置方向为两两垂直，这样的布置受到水平布置的陀螺横向的抗冲击能力限制，即有两个陀螺振子的对称轴会和惯性测量单元轴向垂直，使得整个惯性测量单元的纵向过载不能超过6000g，这样就无法发挥充分发挥这种陀螺的抗高过载特性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种新型高动态惯性测量单元，能够适用于高动态大过载的工作环境，且体积小、可靠性高、抗冲击性能强。本专利技术的高动态惯性测量单元，其特征在于，角速率陀螺的三个敏感轴中，其中一个敏感轴与IMU轴向重合，另外两个敏感轴均与IMU轴向成15°～20°角。进一步的，所述角速率陀螺为：专利技术名称为“新型钟形振子式角速率陀螺”、申请号为201310220902.1的角速率陀螺。进一步的，所述惯性测量单元包括：角速率陀螺、用于安装角速率陀螺的敏感结构的基座、用于安装电路板的电路舱以及用于安装电池的电池舱；所述基座和电池舱分别固定安装在电路舱的两端；其中，基座上设有3个用于分别安放角速率陀螺的三个敏感结构的槽，其中一个槽与IMU轴向重合，另外两个槽均与IMU轴向成15°～20°角。进一步的，还包括减震套，所述减震套位于槽与角速率陀螺敏感结构之间。进一步的，所述电路板由铜柱支撑。进一步的，还包括连接件，所述连接件固定在基座的底端，连接件上设有与铜柱相对应的螺纹孔上，处理电路通过铜柱固定到连接件上。进一步的，电路舱和电池舱的空腔部分用绝缘胶填充。有益效果：1)本专利技术在安放角速率陀螺时，将其敏感结构并不是按照两两垂直排布，而是采用一种斜交排布方式使得测量IMU非轴向角速率的两个陀螺的敏感结构与轴向成20°角。这样的排布可以充分发挥陀螺敏感结构轴向抗冲击性能较强的特性，使得惯性测量单元在拥有很强的纵向抗冲击能力，同时保证非轴向角运动测量的准确性，能适应像制导炮弹这样的大过载工作环境。2)本专利技术提供了一种新型高动态惯性测量单元。该惯性测量单元使用一种结构简单抗冲击性能强的哥氏效应振动陀螺仪为角运动传感器，以满足惯性测量单元在高动态大过载的环境下工作的要求。附图说明图1为惯性测量单元的正视图；图2为惯性测量单元的侧视图；图3为惯性测量单元的俯视图；图4为惯性测量单元的轴侧图；图5为支撑陀螺敏感结构的基座的轴侧图；图6为支撑陀螺敏感结构的基座的正视图；图7为支撑陀螺敏感结构的基座的侧视图；图8为支撑陀螺敏感结构的基座的俯视图；图9为有限元仿真的受力示意图。其中，1-基座，2-电路舱，3-电池舱，4-铜柱，5-电路板，6-连接件，7-振子、8-底座、9-振子支撑杆、10-减震套、11-振子壳，12-孔，13-过孔。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种新型高动态惯性测量单元，以名称为“新型钟形振子式角速率陀螺”(申请号：CN201310220902.1)的角速率陀螺作为角速率测量元件，利用该陀螺的抗冲击性能的特点，在惯性测量单元中对三个陀螺的敏感结构的放置进行设计，充分发挥这种陀螺的抗冲击性能，能够适用于高动态大过载的工作环境，可以被应用于新一代制导弹药上。整个惯性测量单元的正视图、侧视图、俯视图和轴侧图分别如图1、图2、图3和图4所示。其中，图1和图2均按照图3所示的X截面给出惯性测量单元的主要结构的剖面图。图1中给出了惯性测量单元中主要结构的组成部分，如图1所示，本专利技术的惯性测量单元包括：用于安装支撑角速率陀螺的陀螺敏感结构的基座1，用于安放惯性测量单元电路部分的电路舱2和用于放置电池的电池舱3，其中，电路舱中的电路板5由铜柱4支撑。所述陀螺敏感结构包括振子7、底座8和振子支撑杆9和振子壳11。基座1的轴侧图、正视图、侧视图和俯视图如图5、图6、图7和图8所示，上面分布着3个为安放陀螺的敏感结构圆柱型槽，其中，圆柱型槽并不是按照传统两两正交的排布，而是采用一种斜交的排布方式使得测量IMU(惯性测量单元，InertialMeasurementUnit)非轴向角速率的两个敏感结构与轴向成15°到20°角，如图6中和图7中所示，3个圆柱型槽中，其中一个槽与IMU轴向重合，另外两个槽与IMU轴向均成15°～20°角。这种布置方式利用了所使用陀螺敏感结构的轴向抗冲击性能较强而侧向抗冲击性能较差的特性，使惯性测量单元拥有很强的纵向抗冲击性能。基座1下端的外壁上有6个沉头螺孔(图1中的孔12)，可以用螺钉将其与电路舱2连接起来。电池舱3和电路舱2通过螺纹配合连接。基座1与连接件6用螺钉连接，连接件6上有铜柱4对应的螺纹孔，处理电路5再由铜柱4固定到连接件6上。基座上方到电路舱、电路舱和电池舱之间都有过孔(如图3中的过孔13)，主要用于通过导线。敏感结构通过信号线经过孔与惯性测量单元的处理电路部分连接。电池引出的电源线也通过电池舱的过孔为电路部分供电。注意过孔边缘都要有平缓的倒角以免磨损导线的绝缘层。安装完成后，电路舱2和电池舱3空腔部分的剩余空间都用绝缘胶填充，在胶凝固后，可以起到分散受力的作用，以提高IMU内部元件的抗冲击能力。理论上，只要三个陀螺的角速率敏感轴方向的向量不是线性相关的，三个陀螺就可以测量出载体在空间中的角运动。本专利技术中的敏感结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高动态惯性测量单元，其特征在于，角速率陀螺的三个敏感轴中，其中一个敏感轴与IMU轴向重合，另外两个敏感轴均与IMU轴向成15°～20°角。

【技术特征摘要】
1.一种高动态惯性测量单元，其特征在于，角速率陀螺的三个敏感轴中，其中一个敏感轴与IMU轴向重合，另外两个敏感轴均与IMU轴向成15°～20°角。2.如权利要求1所述的高动态惯性测量单元，其特征在于，所述角速率陀螺为：发明名称为“新型钟形振子式角速率陀螺”、申请号为201310220902.1的角速率陀螺。3.如权利要求1或2所述的高动态惯性测量单元，其特征在于，所述惯性测量单元包括：角速率陀螺、用于安装角速率陀螺的敏感结构的基座(1)、用于安装电路板(5)的电路舱(2)以及用于安装电池的电池舱(3)；所述基座(1)和电池舱(3)分别固定安装在电路舱(2)的两端；其中，基座(1)上设有3个用于分别安放角速率陀螺的...

【专利技术属性】
技术研发人员：付梦印，邓志红，蔺震，尚剑宇，刘宁，
申请(专利权)人：北京理工大学，北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11