一种三轴光纤陀螺惯性测量单元一体化结构制造技术

本发明专利技术涉及一种三轴光纤陀螺惯性测量单元一体化结构，包括安装骨架、三个光纤陀螺、三个加速度计、光源、电路板、减振器。安装骨架采用镂空六面体框架结构，对称布置各组安装孔，且在安装孔的定位端面上设有安装凸台。三个光纤陀螺成相互空间正交安装在安装骨架外表面上，光源、电路板分别安装在与三个光纤陀螺相对的安装骨架的外表面上，三个加速度计成相互空间正交安装于与三个光纤陀螺安装面相对的安装骨架的内表面，并靠近安装骨架的几何中心，减振器安装在安装骨架的外表面。本发明专利技术具有质量轻，整个惯性测量单元的质量中心与几何安装中心的偏离度小，动态测试精度高，惯性测量单元的温度场分布有利于各部件的温度补偿与控制等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤陀螺测量装置的结构，尤其涉及一种三轴光纤陀螺惯性 测量单元一体化结构。
技术介绍
光纤陀螺是基于萨格奈克(Sagnac)效应的一种新型角速度传感器，与 机械陀螺相比，具有全固态、对重力不敏感、启动快等优点；与环形激光陀 螺相比，无高电压电源、无机械抖动等优点；另外，还具有重量轻、寿命 长、成本低的优势，在航空、航天、航海等军用领域及地质、石油勘探等民 用领域具有广阔的应用前景。目前典型的结构形式为以三个独立的单轴光 纤陀螺子系统来实现对三个正交的空间坐标系的旋转轴角速度或位置进行测 量，每个光纤陀螺子系统都包括一个光源、 一个光电探测器和一个处理电 路。随着应用领域需要的发展，目前对光纤陀螺的体积和重量提出了更高的 要求。同时，在许多领域都涉及三维测量，因此，轻小型精确测量三轴光纤 陀螺的研究引起了国际上广泛的关注。对于三轴光纤陀螺一体的惯性测量单元结构既要保证整体的重量很小， 同时又要保证结构的强度和刚度满足实际的需要，还要考虑安装各元、部件 之后的惯性测量单元的整体质心与几何中心偏心度最小，对整体的温度控制 布局也不容忽视。目前的三轴光纤陀螺惯性测量单元一体化结构不能同时满 足上述要求。即现有技术存在如下缺点整体重量大，在沖击、振动环境下 动力学响应特性不好；整个惯性测量单元的质量中心相对于几何中心偏离度 较大，严重影响系统的动态测量精度；安装过程的复杂性和各部件的布置影响惯性测量单元的温度场分布，不利于各部件的温度补偿与控制。三轴光纤陀螺惯性测量单元的安装骨架对于整个系统来说是很重要的部 件，现有的三轴光纤陀螺惯性测量单元的安装骨架是板墙式结构，重量较 大，而且，在冲击振动环境下其动力学响应特性不好。各组件安装孔位布置 使安装后的整个惯性测量单元整体质心与几何安装中心偏离度大，严重影响 系统的动态测试精度。而且，各光纤陀螺与安装骨架的安装面全面接触，并 且安装复杂，影响了惯性测量单元的温度场分布，不利于各部件的温度补偿 与控制。
技术实现思路
鉴于上述现有技术所存在的问题，本专利技术的目的是提供一种一体化结 构，在保证安装骨架刚度和强度的同时尽量减轻其质量，安装光纤陀螺等各 部件后的惯性测量单元质心与几何安装中心偏离度最小，保证惯性测量单元 的温度场分布有利于各部件的温度补偿与控制，提高测量精度。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的一种三轴光纤陀螺惯性测量单元一体化结构，包括安装骨架1，以及通 过安装骨架1上的多组安装孔安装其上的三个光纤陀螺、三个加速度计、光 源、电路板、减振器8。所述安装骨架1采用镂空六面体框架结构，对称布置各组安装孔，且在 安装孔的定位端面上设有安装凸台。所述三个光纤陀螺成相互空间正交安装在安装骨架1外表面上，光源、 电路板分别安装在与三个光纤陀螺相对的安装骨架1的外表面上，三个加速 度计成相互空间正交安装于与三个光纤陀螺安装面相对的安装骨架1的内表 面，并靠近安装骨架1的几何中心，减振器8安装在安装骨架1的外表面。所述三个光纤陀螺、光源、电路板分别采用模块化设计，形成第一组光 纤陀螺组件2、第二组光纤陀螺组件3、第三组光纤陀螺组件4、光源组件5、一组电路板组件6 、另 一组电路板组件7 。所述每组光纤陀螺组件包括光纤陀螺，外罩301、上盖302、安装凸台 303、安装凸台孔304、光纤陀螺支架305;光纤陀螺置于外罩301内，固定 在光纤陀螺支架305上，外罩301上面连接上盖302，外罩301与光纤陀螺支 架305相连，光纤陀螺支架305上布置有安装凸台303,安装凸台上设有安装 凸台孔(304),每组光纤陀螺组件通过安装凸台孔304与安装骨架1连接。所述光源组件5包括光源、底座601、顶盖602，光源固定于底座601 上，顶盖602连接于底座601之上，在底座601外表面上设有安装凸台603, 安装凸台603上设有安装孔604，光源组件5通过安装孔604与安装骨架1连 接。所述一组电路板组件6包括两块电路板402、电路板支架401,两块电路 板402固定于电路板支架401上，电路板支架401上设有安装孔403， 一组电 路板组件6通过安装孔403与安装骨架1连接。所述另一组电路板组件7包括一块电路板503、电路板支架501,电路板 503固定于电路板支架501上，电路板支架501上设有安装孔502,另一组电 路板组件7通过安装孔502与安装骨架1连接。所述安装骨架1上的多组安装孔包括三组光纤陀螺安装孔、三组加速度 计安装孔、 一组光源安装孔、两组电路板安装孔、 一组减振器安装孔。并且，第一组、第二组光纤陀螺安装孔201、 202分别布置在安装骨架1 相邻的两个侧面外侧，第三组光纤陀螺安装孔203布置在安装骨架1的底面外 侧。所述的 一组电路板安装孔207对应布置在与其中第 一组光纤陀螺安装孔 201相对的安装骨架1的侧面外侧。所述的光源安装孔206对应布置在与其中第二组光纤陀螺安装孑L202相对 的安装骨架1的侧面外侧。所述的另 一组电路板安装孔208对应布置在与其中第三组光纤陀螺安装 孔203相对的安装骨架1的上面外侧。所述的每一组加速度计安装孔分别对应布置在远离三组光纤陀螺安装孔 的安装骨架1的内部，三组加速度计安装孔成相互空间正交布置，并靠近安 装骨架1的几何中心。所述减振器安装孔对称布置在安装骨架1外面四周。所述安装骨架1还包括沿上面外侧有四个用于与外部连接的安装孔105， 安装孔105通过安装支腿104与安装骨架1相连，安装孔105同时也是减振器安 装孔。所述安装骨架1还包括加强筋103 。所述安装支腿104和加强筋103釆用有限元法计算机辅助设计技术进行尺 寸和形状优化设计。三组加速度计安装孔分别布置在三个加速度计安装槽204外面四周，三 个加速度计安装槽204采用镂空结构；所述三个加速度计分别安装在三组加速度计安装孔上，加速度计的一部 分伸入加速度计安装槽204内。所述电路板支架401和电路板支架501采用镂空和带加强筋的结构，并且 采用有限元法计算机辅助设计技术进行尺寸和形状优化设计。将第一组光纤陀螺组件2、第二组光纤陀螺组件3、第三组光纤陀螺组件 4、三个加速度计9、 10、 11、光源组件5、 一组电3各板组件6、另一组电路^反 组件7分别安装在安装骨架1相应的安装孔位，减振器8安装在安装孔105，形 成三轴光纤陀螺惯性测量单元一体化结构。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术的有益效果如下安装 骨架采用镂空的六面体框架结构，其质量不超过750g。在保证刚度和强度的 同时，极大减轻了安装骨架的重量。采用对称布局的方式在安装骨架上布置各安装孔位，使整个惯性测量单 元有效的消除了质量偏心。保证了惯性测量单元装配完成后的整体质心与安装几何中心之间具有最小的偏心度(小于6mm)。安装骨架采用镂空设计，同时安装骨架和所安装的各部件之间仅通过安 装凸台接触并固定，保证了在一体化结构的三轴光纤陀螺惯性测量单元中， 各组件之间的相互热影响最小，有利于温度补偿和控制。使用有限元法(FEM)计算机辅助设计技术对轻型安装骨架的安装支腿 和加强筋进行了尺寸和形状的优化设计，保证安装骨架在同等重量下具有最 好的强度和刚度。经过设计优化得到的安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三轴光纤陀螺惯性测量单元一体化结构，包括安装骨架（１），以及通过安装骨架（１）上的多组安装孔安装其上的三个光纤陀螺、三个加速度计、光源、电路板、减振器（８），其特征在于：所述安装骨架（１）采用镂空六面体框架结构，对称布置各组安装孔，且在安装孔的定位端面上设有安装凸台；所述三个光纤陀螺成相互空间正交安装在安装骨架（１）外表面上，光源、电路板分别安装在与三个光纤陀螺相对的安装骨架（１）的外表面上，三个加速度计成相互空间正交安装于与三个光纤陀螺安装面相对的安装骨架（１）的内表面，并靠近安装骨架（１）的几何中心，减振器（８）安装在安装骨架（１）的外表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：章博，张春熹，张小跃，杜新政，宋凝芳，林恒，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]