专利名称：一种空间对角减振的光纤陀螺imu台体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空间对角减振的光纤陀螺惯性测量组合(Inertial Measurement Unit,以下简称IMU)台体，尤其是指一种用于高精度光纤陀螺捷联系统、采用空间对角减振的IMU台体，属于惯导系统机械结构技术领域。
背景技术：
光纤陀螺仪是一种基于萨格奈克效应、用于感知载体角位移和角速度的敏感元件，和传统的机械陀螺相比，具有工作寿命长、分辨率高、响应时间短、功耗低等优点，在实际应用中具有极大的设计灵活性。利用光纤陀螺和加速度计构成的光纤陀螺捷联式惯导系统(以下简称“捷联系统”)，不再采用传统的机电平台，而是利用光纤陀螺和加速度计感知的转角和加速度信号，在计算机内搭建数学平台，实现载体姿态的解算，因而系统结构简单、易于维修、可靠性高，成为当前的技术主流。对于捷联系统来说，环境振动会使敏感元件的测量误差增大，也会对系统的解算误差带来影响。要使捷联系统准确可靠的工作，应该采取适当的隔振措施，但另一方面，减振器的使用又会给捷联系统引入附加运动。做为整个捷联系统安装基础的IMU台体，其结构设计必须考虑减振器的应用要求，通过控制MU组件装配的重心与IMU台体的几何中心、 减振支撑中心重合，以及保证减振器支撑面在参考坐标系三个主轴方向的投影面积尽可能一致或者接近，可以使光纤陀螺捷联系统MU在振动条件下具备良好的各向同性动力学响应特征。
发明内容
本发明的目的是提供一种空间对角减振的光纤陀螺IMU台体，以解决现有技术中存在的问题。该台体采用一体成型技术、为近似的六面体结构，具有空间对角布局的四个减振器安装支腿。台体上提供了用于安装3个光纤陀螺敏感环和3个加速度计的安装凸台，可保证敏感环和加速度计相互间的正交安装。本发明的IMU台体采用加强筋和减重孔设计， 实现了台体的轻量化和高刚度。将所述IMU台体应用于光纤陀螺捷联惯导系统的IMU组件装配，在冲击和振动条件下具有较好的各向同性动力学响应特性。本发明是一种空间对角减振的光纤陀螺IMU台体，采用一体成型技术、为近似的六面体结构。包括了光纤陀螺敏感环安装位、加速度计安装位、用于调心的配重安装位、 用于固定敏感环前放电路和光路器件的安装位，以及成空间对角布局的四个减振器安装支腿。其中，光纤陀螺敏感环安装位包括x向光纤陀螺敏感环安装位、Y向光纤陀螺敏感环安装位、Z向光纤陀螺敏感环安装位；加速度计安装位包括X向加速度计安装位、Y向加速度计安装位、Z向加速度计安装位，其中，所述的X向、Y向和Z向光纤陀螺敏感环安装位分别布置在IMU台体的正X 向外侧面、正Y向外侧面和正Z向外侧面上，并且所述的X向、Y向、Z向加速度计安装位和光纤陀螺敏感环安装位相对布置，位于頂U台体的负X向外侧面、负Y向外侧面和负Z向外侧面；在所述光纤陀螺敏感环安装位和加速度计安装位上都加工有安装凸台，可以保证三个加速度计和三个光纤陀螺敏感环的敏感轴平行于参考坐标系的三个正交主轴方向，且交汇于本发明MU台体的几何中心和减振支撑中心。并且，三个加速度计安装位采用埋入式设计、布置在IMU台体对应侧面的内部，使得三个加速度计与IMU台体几何中心的距离最小，最大程度地减小了加速度计的杆臂效应。其中，四个成空间对角布置的减振器安装支腿，支腿上加工有用于安装T型橡胶减振器的减振器安装孔。减振器安装支腿采用外伸设计，通过加强筋提高支撑刚度；其几何尺寸经过优化，使得减振器安装孔中心的间距在参考坐标系的X轴和Y轴上的投影长度相等，在Z轴上的投影长度与其它两个方向的投影长度之比大于O. 7。其中，用于调心的配重安装位处于IMU台体结构的六面体顶点处，到IMU台体几何中心的力臂沿参考坐标系的X轴和Y轴的投影长度相等，到IMU台体几何中心的力臂沿Z 轴的投影长度在台体结构允许范围内最大。其中，所述的配重安装位包括有第一配重安装面及第二配重安装面，第一配重安装面和所述IMU台体参考坐标系的X轴、Y轴成45度夹角、和Z轴平行，第二配重安装面和参考坐标系的Z轴垂直。因此，可以实现以最小的配重质量获得最大的调心效果。其中，MU台体的负Z向侧面用于放置光纤陀螺敏感环的前放电路和光路组件，既提高了 IMU组件的装配性、又使光纤陀螺敏感环的无源化设计成为可能，改善了整体的散热性能。本发明所述的一种空间对角减振的光纤陀螺IMU台体，其优点及功效在于其外伸式减振器安装支腿采用加强筋结构，所述的各安装位都加工有减重/配重孔，因此具有高刚度、轻质量的特性；利用调心配重使得以IMU台体为安装基础的光纤陀螺捷联系统IMU 组件实现了质心、几何中心、减振支撑中心、以及敏感轴交汇点的统一；在冲击和振动条件下表现出了较好的各向同性动力学特征。
902.减振器支腿加强筋I 10.减振器安装支腿21001.减振器安装孔21002.减振器支腿加强筋2 11.减振器安装支腿31101.减振器安装孔31102.减振器支腿加强筋312.减振器安装支腿41201.减振器安装孔41202.减振器支腿加强筋4图中的X、Y、Z轴表示参考坐标系的X轴、Y轴和Z轴
具体实施例方式下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。本发明是一种用于高精度光纤陀螺捷联系统的IMU台体。如图1、2所示，该台体采用一体成型技术制造、为近似的六面体结构。台体上包括了用于安装陀螺敏感环的X向陀螺敏感环的安装位(I)、Y向陀螺敏感环的安装位(2)、Z向陀螺敏感环的安装位(3);用于安装加速度计的X向加速度计的安装位(4)、Y向加速度计的安装位(5)、Ζ向加速度计的安装位(6);用于固定配重的安装位(7);用于安装陀螺敏感环前放电路和光路器件的安装位(8);以及成空间对角布置的四个减振器安装支腿(9)，(10)，(11)，(12)。三个敏感环安装位即X向陀螺敏感环的安装位(I)、Υ向陀螺敏感环的安装位(2)、 Z向陀螺敏感环的安装位(3)相互垂直正交，构成了所述IMU台体之六面体结构的三个侧面，并且和IMU台体参考坐标系的三个主轴方向一致。在所述三个敏感环安装位上加工有敏感环安装凸台即X向敏感环安装凸台(ιο )、Υ向敏感环安装凸台(201)、Ζ向敏感环安装凸台(301)，敏感环安装凸台上加工有X向敏感环固定孔(102)、Y向敏感环固定孔(202)、 Z向敏感环固定孔(302)，每个安装位上的敏感环安装凸台和固定孔都成圆周分布，用于光纤陀螺敏感环的安装和固定，并由此确定了陀螺敏感环安装时的轴线位置。X向陀螺敏感环的安装位(I)、安装Y向陀螺敏感环的安装位(2)上加工有X向安装位减重孔(103)Υ向安装位减重孔(203)，Z向陀螺敏感环的安装位(3)上加工有Z向安装位减重孔(303)和Y 向安装位配重孔(304)，在减轻IMU台体重量的同时，也提供了 IMU组件各零部件的电气连接走线通道。在所述IMU台体的六面体结构中，三个加速度计的安装位即X向加速度计的安装位(4)、Y向加速度计的安装位(5)、Z向加速度计的安装位(6)，分别位于所述光纤陀螺敏感环安装位的对侧，并且三个加速度计安装位上都加工了可容纳整个加速度计的减重腔即 X向加速度计减重腔401、Y向加速度计减重腔501、Z向加速度计减重腔601，以及加速度计安装凸台即X向加速度计安装凸台(402)Y向加速度计安装凸台(502)Z向加速度计安装凸台(602)。所述加速度计安装凸台(402) (502) (602)位于所述加速度计安装位的内侧、 到IMU台体的几何中心具有相同的距离，可以最大程度的减小MU组件装配后的加速度计杆臂效应。并且，所述的光纤陀螺敏感环安装凸台(101) (201) (301)和加速度计安装凸台 (402) (502) (602)对侧平行、临侧正交垂直，由其限定的光纤陀螺敏感环轴线和加速度计轴线相互正交垂直、且交汇于所述IMU台体的几何中心上。本发明IMU台体具有四个成空间对角布置的减振器安装支腿(9) (10) (11) (12)， 其中两个安装支腿(9) (10)位于所述IMU台体之六面体结构的同一侧面上，另外两个安装支腿(11) (12)位于其对侧同一平面上。所述安装支腿上加工有用于安装T型橡胶减振器的减振器安装孔(901) (1001) (1101) (1201)，并且位于同一平面上的安装支腿上的减振器安装孔(901) (1001)的中心连线和位于对侧同一平面上的安装支腿上的减振器安装孔 (1101) (1201)的中心连线在空间正交。为保证本发明IMU台体在振动冲击条件下具有较好的各向同性动力学响应特性， 所述减振器安装支腿采用外伸设计，通过减振器支腿加强筋(902) (1002) (1102) (1202)提高支撑刚度、调节支撑跨距。外伸尺寸经过优化设计，保证减振器安装孔(901)和(1201) 之间、减振器安装孔(1101)和(1001)之间沿所述IMU台体参考坐标系X轴的投影距离LX 相等，减振器安装孔(901)和(1101)之间、减振器安装孔(1201)和(1001)之间沿所述 IMU台体参考坐标系Y轴和Z轴的投影距离LY、LY分别相等，并且所述投影距离之比满足 LX : LY : LZ = I : I : O. 72。同时，由减振器安装孔(901) (1001) (1101) (1201)所构成的空间支撑结构，其支撑中心和所述IMU台体的几何中心重合。调心用的配重安装位(7)处于所述减振器安装支腿(12)下方、台体结构的六面体顶点位置，包括了第一配重安装面(701)、第二配重安装面(702)和配重固定孔(703) (704)。第一配重安装面(701)和所述IMU台体参考坐标系的X轴、Y轴成45度夹角、和Z 轴平行，第二配重安装面(702)和参考坐标系的Z轴垂直。配重安装位(7)的空间设计可以保证配重安装后，到IMU台体几何中心的力臂沿参考坐标系的X轴和Y轴的投影长度相等，沿Z轴的投影长度在台体结构允许范围内最大。这样，可以用最小的配重质量获得最大的调心效果。在本发明中，用于安装陀螺敏感环前放电路及光路器件安装位(8)和Z向加速度计安装位(6)共用所述IMU台体之六面体结构的同一个侧面。安装位(8)上加工有前放电路板安装凸台(801)和前放电路板固定孔(802)，以及光路器件固定凹槽(803)和光路器件固定孔(804)。所述前放电路板安装凸台(801)包括内外两层、成同心圆分布，在支撑前放电路板的同时，也和前放电路板安装位(8)上的盘纤面(805) —起，实现了对光纤陀螺敏感环尾纤的安装固定功能。在本发明IMU台体上预留一个侧面用的前放电路及光路器件安装位(8)，既提高了 IMU组件的装配性、又使光纤陀螺敏感环的无源化设计成为可能，改善了 IMU组件的整体散热性能。本发明所述的空间对角减振布局IMU台体，通过安装凸台保证了构成IMU组件的光纤陀螺敏感环和加速度计相互垂直、其敏感轴轴线空间交汇于一点；通过外伸的减振器安装支腿实现了减振器的空间对角布局，同时保证了减振支撑点在参考坐标系中的跨距一致或接近；通过将配重安装位布置在所述IMU台体六面体结构的顶点位置，实现了以最小的配重质量实现最大的调心效果。由此得到的本发明MU台体，实现了 MU组件装配后“质心”、“几何中心”、“减振支撑中心”以及“敏感轴交汇点”的统一，在冲击和振动条件下表现出了较好的各向同性动力学特征。
权利要求
1.一种空间对角减振的光纤陀螺MU台体，采用一体成型技术、为近似的六面体结构， 其特征在于该台体包括光纤陀螺敏感环安装位、加速度计安装位、用于调心的配重安装位、用于固定敏感环前放电路和光路器件的安装位，以及成空间对角布局的四个减振器安装支腿；其中，光纤陀螺敏感环安装位包括x向光纤陀螺敏感环安装位、Y向光纤陀螺敏感环安装位、Z向光纤陀螺敏感环安装位；加速度计安装位包括X向加速度计安装位、Y向加速度计安装位、Z向加速度计安装位，其中，所述的X向、Y向和Z向光纤陀螺敏感环安装位分别布置在IMU台体的正X向外侧面、正Y向外侧面和正Z向外侧面上，并且所述的X向、Y向、Z向加速度计安装位和光纤陀螺敏感环安装位相对布置，位于IMU台体的负X向外侧面、负Y向外侧面和负Z向外侧面； 在所述光纤陀螺敏感环安装位和加速度计安装位上都加工有安装凸台，以保证三个加速度计和三个光纤陀螺敏感环的敏感轴平行于参考坐标系的三个正交主轴方向，且交汇于整个 IMU台体的几何中心和减振支撑中心；并且，三个加速度计安装位采用埋入式设计，使得三个加速度计与頂U台体几何中心的距离最�。黄渲校母龀煽占涠越遣贾玫募跽衿靼沧爸龋壬霞庸び杏糜诎沧癟型橡胶减振器的减振器安装孔；减振器安装支腿采用外伸设计，并设置有加强筋；该减振器安装支腿几何尺寸经过优化，使得减振器安装孔中心的间距在参考坐标系的X轴和Y轴上的投影长度相等，在Z轴上的投影长度与其它两个方向的投影长度之比大于O. 7 ；其中，用于调心的配重安装位处于頂U台体结构的六面体顶点处，到IMU台体几何中心的力臂沿参考坐标系的X轴和Y轴的投影长度相等，到IMU台体几何中心的力臂沿Z轴的投影长度在台体结构允许范围内最大；其中，所述的配重安装位包括有第一配重安装面及第二配重安装面，第一配重安装面和所述IMU台体参考坐标系的X轴、Y轴成45度夹角、和Z轴平行，第二配重安装面和参考坐标系的Z轴垂直。
2.根据权利要求I所述的一种空间对角减振的光纤陀螺IMU台体，其特征在于在所述的IMU台体的负Z向侧面，放置光纤陀螺敏感环的前放电路和光路组件。全文摘要
本发明涉及一种空间对角减振的光纤陀螺IMU台体，采用一体成型技术、为近似的六面体结构，其特征在于该台体包括光纤陀螺敏感环安装位、加速度计安装位、用于调心的配重安装位、用于固定敏感环前放电路和光路器件的安装位，以及成空间对角布局的四个减振器安装支腿；其中，光纤陀螺敏感环安装位包括X向光纤陀螺敏感环安装位、Y向光纤陀螺敏感环安装位、Z向光纤陀螺敏感环安装位；加速度计安装位包括X向加速度计安装位、Y向加速度计安装位、Z向加速度计安装位，将本发明采用空间对角减振布局的IMU台体应用于光纤陀螺捷联系统IMU的装配时，可以保证捷联系统IMU组件在振动、冲击条件下具有良好的各向同性动力学响应特征。
文档编号G01C19/72GK102607549SQ20121004810
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月28日 优先权日2012年2月28日
发明者宋凝芳, 张小跃, 张春熹, 晁代宏, 潘建业, 章博 申请人:北京航空航天大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
