一种用于煤炭行业的定位定向仪光纤捷联惯性测量单元的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于煤炭行业的定位定向仪光纤捷联惯性测量单元，包括惯性测量单元基座、三轴光纤陀螺组合、三轴加速度计组合、外壳组合；惯性测量单元基座包括底板、侧壁、安装爪；三轴光纤陀螺组合包括了IMU支架、光纤陀螺敏感环、光纤陀螺集成处理模块；三轴加速度计组合包括加速度计和加表支架；外壳模块包括外壳、电连接器、计算机板；本发明所述的定位定向仪惯性测量单元，其主要敏感元件实现了模块化设计和布局，具有体积小、重量轻，易于加工和维护的优势，并且实现了惯性测量单元的全固态和全密闭设计，尤其适用于井下等恶劣环境的应用。
【专利说明】一种用于煤炭行业的定位定向仪光纤捷联惯性测量单元
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于煤炭行业的定位定向仪光纤捷联惯性测量单元，是利用基座决定了安装在其上的定位定向仪所需零件的坐标关系，属于煤炭行业瓦斯抽采孔钻机定位定向仪【技术领域】。
【背景技术】
[0002]对于瓦斯矿井，必须先抽采瓦斯再采煤。这就要求在井下施工大量的瓦斯抽采孔，为保证高的瓦斯抽采率，要求施工钻机按照预先设计的方位角与俯仰角进行打孔作业。这样就必须测量钻机的姿态信息，以保证钻机姿态最终调整到预先设计的方位角与俯仰角。目前，公知的井下钻机方位角、俯仰角的确定是靠人工测量的方式来完成，其借助于巷道本身的方位角，通过人工投影与几何测量的方法来确定井下钻机的姿态信息。这种人工测量的方法缺点明显:耗费大量人力、测量时间长、测量误差大，难以满足快速精确测量的实际要求。
[0003]基于捷联惯性技术的定位定向仪特点是不需要任何外界信息仅靠仪器自身可以自动测量载体的姿态角，可以很好地适用于煤炭矿井行业。但是在设计捷联惯性单元时，需使其组件(陀螺仪和加速度计)有严格的空间正交关系。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种用于煤炭行业的定位定向仪光纤捷联惯性测量单元。
[0005]一种用于煤炭行业的定位定向仪光纤捷联惯性测量单元，包括惯性测量单元基座、三轴光纤陀螺组合、三轴加速度计组合、外壳组合；
[0006]惯性测量单元基座包括底板、侧壁、安装爪；
[0007]侧壁环绕固定在底板四周，底板固定连接四个安装爪，侧壁外部四周加工有用于固定惯性测量单元外壳的螺钉孔，四个安装爪与底板一起构成了整个惯性测量单元的底板安装面，底板尾部外侧设有两个侧向底板基准面，基座前侧的底板上设有三轴加速度计组合水平基准，后侧和中端的底板上设有三轴光纤陀螺组合水平基准，基座前侧壁设有三轴加速度计组合垂直基准，后侧壁上设有三轴光纤陀螺组合垂直基准；
[0008]三轴光纤陀螺组合包括了 IMU支架、光纤陀螺敏感环、光纤陀螺集成处理模块；
[0009]IMU支架上设有安装光纤陀螺敏感环和光纤陀螺集成处理模块的安装面，底部及侧面设有三轴光纤陀螺组合水平定位基准面和侧向定位基准面，用于与基座中三轴光纤陀螺组合水平基准和三轴光纤陀螺组合垂直基准配合，MU支架上部采用斜面圆弧设计；三个光纤陀螺敏感环分别固定在MU支架的安装面上，三个光纤陀螺敏感环根据MU支架的安装基准布置成空间正交关系，共同构成了惯性测量单元的测量坐标系；光纤陀螺集成处理模块固定在IMU支架的安装面上，光纤陀螺集成处理模块处理三个光纤陀螺敏感环的光路和电路号；[0010]三轴加速度计组合包括加速度计和加表支架；[0011]三个加速度计正交布置，固定在加表支架上；加表支架底面和侧面设有三轴加速度计组合水平定位基准面和侧向定位基准面，用于与基座中三轴加速度计组合水平基准的三轴加速度计组合垂直基准配合，通过基座水平基准、垂直基准与三轴光纤陀螺组合、三轴加速度计组合的水平定位基准面和侧向定位基准面进行配合，保证三轴加速度计组合和三轴光纤陀螺组合具有一致的测量坐标系；[0012]外壳模块包括外壳、电连接器、计算机板；[0013]外壳上设有螺钉孔，用于与惯性测量单元基座侧壁的螺钉孔配合，计算机板通过电路板支柱固定在外壳内部，电连接器固定在外壳内部，计算机板采集并处理捷联惯性单元的信号，计算机板通过电连接器实现与外部控制系统的数据交互。[0014]本发明的优点在于:[0015]本发明所述的定位定向仪惯性测量单元，其主要敏感元件实现了模块化设计和布局，具有体积小、重量轻，易于加工和维护的优势，并且实现了惯性测量单元的全固态和全密闭设计，尤其适用于井下等恶劣环境的应用。
【专利附图】
【附图说明】[0016]图1定位定向仪光纤捷联惯性测量单元组成；[0017]图2惯性测量单元基座；[0018]图3惯性测量单元基座俯视图；[0019]图4三轴光纤陀螺组合；[0020]图5三轴加速度计组合；[0021]图6外壳组合。[0022]图中: [0023]
1-惯性测呈单7Ι?战座2- —:轴光纤陀螺组合3-一:轴加速皮计组合
4-外壳组合101-底板102-侧壁
103-安装爪104-底板安装此105-侧向底板进准丨?ι?
106-—轴加速皮计组合水平战准107- -:轴光纤陀螺组合水平搞准
108-—:轴加速皮计组合乖直桩准109-—:轴光纤陀螺组合乖直战准
110-螺钉孔201.1MU支架202-光纤陀螺敏感幻
203-光纤陀螺集成处埋模块 301-加速皮计302-加表支架
401-外壳402-计算机板403-电路板支柱
404-电迕接器【具体实施方式】
[0024]下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0025]本发明是一种用于煤炭行业的定位定向仪光纤捷联惯性测量单元，所述的惯性测量单元组成为“光纤陀螺+石英挠性加速度计”，采用模块化设计；
[0026]如图1所示，惯性测量单元包括惯性测量单元基座1、三轴光纤陀螺组合2、三轴加速度计组合3、外壳组合4。
[0027]惯性测量单元基座I如图2、图3所示，基座为开口的长方箱型结构，包括底板101、侧壁102、安装爪103 ；
[0028]侧壁102环绕固定在底板101四周，底板101固定连接四个安装爪103 ；
[0029]侧壁102具有一定高度，可以提高整个基座的刚度，侧壁102外部四周加工有用于固定惯性测量单元外壳4的螺钉孔110，和外壳4装配后可以实现对整个测量单元的密封。
[0030]四个安装爪103底部经过精加工，与底板101 —起构成了整个惯性测量单元的底板安装面104 ；
[0031]底板101尾部外侧设有两个侧向底板基准面105，底板安装面104与底板基准面105共同实现了测量单元正交坐标系向定位定向仪外部安装面的基准传递。
[0032]基座前侧的底板101上设有三轴加速度计组合水平基准106，用于固定三轴加速度计组合的水平基准面，后侧和中端的底板101上设有三轴光纤陀螺组合水平基准107，用于固定三轴光纤陀螺组合的水平基准面；
[0033]基座前侧壁102设有三轴加速度计组合垂直基准108，用于三轴加速度计组合的定向，后侧壁102上设有三轴光纤陀螺组合垂直基准109，用于三轴光纤陀螺组合的定向；
[0034]水平基准面和垂直基准面保证了三轴加速度计组合和三轴光纤陀螺组合安装后具有一致的三轴正交测量坐标系。
[0035]三轴光纤陀螺组合2如图4所示，包括了 IMU支架201、光纤陀螺敏感环202、光纤陀螺集成处理模块203 ；
[0036]MU支架201呈空间框架结构，其上设有安装光纤陀螺敏感环202和光纤陀螺集成处理模块203的安装面，底部及侧面设有三轴光纤陀螺组合2水平定位基准面和侧向定位基准面，用于与基座中三轴光纤陀螺组合水平基准107和三轴光纤陀螺组合垂直基准109配合，进而使三轴光纤陀螺组合2固定在基座I上。IMU支架201上部采用斜面圆弧设计，有利于光路的尾纤盘绕，具有重量轻、刚度大的优势。
[0037]三个光纤陀螺敏感环202分别固定在IMU支架201的安装面上，三个光纤陀螺敏感环202根据IMU支架201的安装基准布置成空间正交关系，共同构成了惯性测量单元的测量坐标系；
[0038]光纤陀螺集成处理模块203固定在IMU支架201的安装面上，光纤陀螺集成处理模块203处理三个光纤陀螺敏感环202的光路和电路信号，具有集成度高、功耗低、结构紧凑的优点；
[0039]三轴加速度计组合3如图5所示，三轴加速度计组合3为规则的长方体结构，包括加速度计301和加表支架302 ；
[0040]三个加速度计301正交布置，固定在加表支架302上。
[0041]加表支架302底面和侧面设有三轴加速度计组合3水平定位基准面和侧向定位基准面，用于与基座中三轴加速度计组合水平基准106的三轴加速度计组合垂直基准108配合，进而使三轴加速度计组合3固定在基座I上。
[0042]通过基座I水平基准、垂直基准与三轴光纤陀螺组合2、三轴加速度计组合3的水平定位基准面和侧向定位基准面进行配合，保证了三轴加速度计组合3和三轴光纤陀螺组合2具有一致的测量坐标系。
[0043]外壳模块4如图5所示，包括外壳401、电连接器404、计算机板402 ；
[0044]外壳401为薄壁开口箱型结构，和基座I配合可实现对惯性测量单元的密封；外壳401上设有螺钉孔，用于与惯性测量单元基座I侧壁102的螺钉孔110配合，通过螺栓进行连接；
[0045]计算机板402通过电路板支柱403固定在外壳401内部，电连接器404固定在外壳401内部，上述固定方式，充分利用所述定位定向仪惯性测量单元的内部空间。
[0046]计算机板402采集并处理捷联惯性单元的信号，计算机板402通过电连接器404实现与外部控制系统的数据交互。
【权利要求】
1.一种用于煤炭行业的定位定向仪光纤捷联惯性测量单元，包括惯性测量单元基座、三轴光纤陀螺组合、三轴加速度计组合、外壳组合； 惯性测量单元基座包括底板、侧壁、安装爪； 侧壁环绕固定在底板四周，底板固定连接四个安装爪，侧壁外部四周加工有用于固定惯性测量单元外壳的螺钉孔，四个安装爪与底板一起构成了整个惯性测量单元的底板安装面，底板尾部外侧设有两个侧向底板基准面，基座前侧的底板上设有三轴加速度计组合水平基准，后侧和中端的底板上设有三轴光纤陀螺组合水平基准，基座前侧壁设有三轴加速度计组合垂直基准，后侧壁上设有三轴光纤陀螺组合垂直基准； 三轴光纤陀螺组合包括了 MU支架、光纤陀螺敏感环、光纤陀螺集成处理模块； IMU支架上设有安装光纤陀螺敏感环和光纤陀螺集成处理模块的安装面，底部及侧面设有三轴光纤陀螺组合水平定位基准面和侧向定位基准面，用于与基座中三轴光纤陀螺组合水平基准和三轴光纤陀螺组合垂直基准配合，MU支架上部采用斜面圆弧设计；三个光纤陀螺敏感环分别固定在MU支架的安装面上，三个光纤陀螺敏感环根据MU支架的安装基准布置成空间正交关系，共同构成了惯性测量单元的测量坐标系；光纤陀螺集成处理模块固定在MU支架的安装面上，光纤陀螺集成处理模块处理三个光纤陀螺敏感环的光路和电路信号； 三轴加速度计组合包括加速度计和加表支架； 三个加速度计正交布置，固定在加表支架上；加表支架底面和侧面设有三轴加速度计组合水平定位基准面和侧向定位基准面，用于与基座中三轴加速度计组合水平基准的三轴加速度计组合垂直基准配合，通过基座水平基准、垂直基准与三轴光纤陀螺组合、三轴加速度计组合的水平定位基准面和侧向定位基准面进行配合，保证三轴加速度计组合和三轴光纤陀螺组合具有一致的测量坐标系； 外壳模块包括外壳、电连接器、计算机板； 外壳上设有螺钉孔，用于与惯性测量单元基座侧壁的螺钉孔配合，计算机板通过电路板支柱固定在外壳内部，电连接器固定在外壳内部，计算机板采集并处理捷联惯性单元的信号，计算机板通过电连接器实现与外部控制系统的数据交互。
【文档编号】G01C21/18GK103591962SQ201310557704
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】章博, 高爽, 林铁, 王小龙, 张春熹, 汪凯斌, 李先慕, 王璐 申请人:北京航空航天大学, 中煤科工集团西安研究院有限公司