一种小型化轻量级双轴调制激光惯导装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及惯性导航技术领域，具体涉及一种小型化轻量级双轴调制激光惯导装置。


背景技术：

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惯性导航是利用激光陀螺、石英挠性加速度计惯性器件测量载体相对于惯性系的角运动信息、线运动信息，经过导航解算，获得载体速度、位置、航姿等导航信息。基于这一原理，目前的激光惯导装置主要分为捷联式惯导装置和调制惯导装置。捷联式惯导拥有自主性、输出的连续性及全面性等优点，但是器件误差，尤其是陀螺仪随机误差会产生随时间累积的误差分量，使其实时导航精度不高。调制惯导主要利用轴系进行旋转调制，可以补偿旋转轴上的惯性器件误差，其中双轴旋转能够抵消所有惯性器件常值漂移引起的导航误差，可以实现较高精度导航。但是由于轴系结构及控制的复杂性，且目前调制惯导普遍使用的独立陀螺仪式敏感单元本身体积重量较大，使得目前的双轴系统体积重量巨大，使用性及维修性较差。


技术实现要素：

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本实用新型解决的技术问题是提供一种小型化轻量级双轴调制激光惯导装置，解决调制惯导装置普遍使用的独立陀螺仪式敏感单元本身体积重量较大，使得目前的双轴系统体积重量巨大，使用性及维修性较差的问题。
[0004]
为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种小型化轻量级双轴调制激光惯导装置，其特征在于，包括：惯性测量单元组件、内环轴组件、外环轴组件和箱体，惯性测量单元组件包括三轴一体式惯性测量单元，三轴一体式惯性测量单元通过减振器固定在内环轴组件上，内环轴组件的一端通过深沟球轴承、另一端通过成对角接触球轴承与所述外环轴组件相连，所述外环轴组件的一端通过深沟球轴承、另一端通过成对角接触球轴承与所述箱体相连。
[0005]
优选地，惯性测量单元组件还包括电源板、if板和通用导航计算机模块，电源板固定在三轴一体式惯性测量单元的下端，if板和通用导航计算机模块固定在三轴一体式惯性测量单元的上端。
[0006]
优选地，惯性测量单元组件还设有一个外部输出接插件，外部输出接插件用于与轴系测角信号进行信息交换。
[0007]
优选地，内环轴组件包括内环架、内环电机轴、内环光栅轴、内环电机、内环光栅和内环滑环，内环电机轴和内环光栅轴分别安装在内环架的上下两侧圆孔内，内环电机和内环光栅分别固定在内环电机轴和内环光栅轴上，内环滑环固定在内环光栅轴的内部。
[0008]
优选地，内环轴组件还包括内环压圈，内环电机通过内环压圈固定在内环电机轴上。
[0009]
优选地，外环轴组件包括外环架、外环电机轴、外环光栅轴、外环电机、外环光栅和
外环滑环，外环电机轴和外环光栅轴分别安装在外环架的左右两侧开孔位置，外环电机和外环光栅分别固定在外环电机轴和外环光栅轴上，外环滑环为两个且分别设置在外环电机轴和外环光栅轴的内部。
[0010]
优选地，外环轴组件还包括外环压圈，外环电机通过外环压圈固定在外环电机轴上。
[0011]
优选地，该装置还包括插座组件，插座组件包括外部接插件和连接板，外部接插件通过连接板固定在箱体上。
[0012]
优选地，该装置还包括上下盖板和两侧盖板，上下盖板和两侧盖板密封固定在箱体上。
[0013]
优选地，还包括散热风扇，散热风扇固定在下盖板的内侧，且对角设置。
[0014]
本实用新型的有益效果是：本实用新型的小型化轻量级双轴调制激光惯导装置采用三轴一体式惯性测量单元替代传统的陀螺仪式惯性单元，三轴一体式惯性测量单元将陀螺直接与本体结构嵌成一体，因此其在保证高测量精度的同时单元体积质量小，相应的轴系设计尺寸也大大减小；同时，调制轴系采用一端深沟球、另一端成对角接触的三轴承的形式紧凑布置，实现整机紧凑安装，进一步减小了整机尺寸及重量，实现整机的小型化和轻量化。
[0015]
进一步地，内环轴组件的轴系测角采用圆光栅加读数头形式，保证轴系精度的同时大大减小了轴系结构尺寸；外环轴组件的轴系选用圆光栅加读数头的形式进行测角，替代旋转变压器的大质量，减小结构整体重量。
[0016]
进一步地，将外部接插件通过一个连接板固定在箱体上，不仅保证预留外部接口，而且将接口与箱体及内部结构分离，使得在外部输入发生变化时可以通过更换连接板进行外部接口更改，增强了设备的通用性和适应性。
附图说明
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图1为本实用新型的小型化轻量级双轴调制激光惯导装置的整体结构示意图；
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图2为本实用新型的双轴调制激光惯导装置的双轴调制组件的结构示意图；
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图3为本实用新型的双轴调制激光惯导装置的外环轴组件的结构示意图；
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图4为本实用新型的双轴调制激光惯导装置的内环轴组件的结构示意图；
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图5为本实用新型的双轴调制激光惯导装置的惯性测量单元组件的结构示意图。
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图中：1-惯性测量单元组件，101-三轴一体式惯性测量单元，102-通用导航计算机模块，103-if板，104-电源板，105-减振器，2-内环轴组件，201-内环架，202-内环电机轴，203-内环光栅轴，204-内环电机，205-内环光栅，206-内环轴承，207-内环滑环，3-外环轴组件，301-外环架，302-外环电机轴，303-外环光栅轴，304-外环电机，305-外环光栅，306-外环轴承，307-外环滑环，4-插座组件，5-稳压电源板，6-测角控制板，7-箱体，8-盖板，9-风扇，10-平面镜，11-双轴调制组件。
具体实施方式
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为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本
实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0024]
为实现轻量级、高精度导航要求，基于目前的双轴调制方法，改进设计了一种小型化轻量级双轴调制激光惯导装置，如图1、图2和图3所示，包括：惯性测量单元组件1、内环轴组件2、外环轴组件3和箱体7。惯性测量单元组件1包括三轴一体式惯性测量单元101，三轴一体式惯性测量单元101通过减振器105固定在内环轴组件2上，具体可以通过4个减振器固定在内环轴组件2的内环架201上，隔离外界环境振动对惯性敏感器件的影响，保证测量的高精度；内环轴组件2的一端通过深沟球轴承、另一端通过成对角接触球轴承与外环轴组件3相连，外环轴组件3的一端通过深沟球轴承、另一端通过成对角接触球轴承与箱体7相连。内环轴组件的电机轴与光栅轴分别通过深沟球轴承和成对角接触轴承与外环架连接，实现内环的方位旋转，外环轴组件的外环电机轴及光栅轴通过另一组轴承结构与箱体相连，实现外环的俯仰运动。其中，三轴一体式惯性测量单元可选用70型三轴一体式惯性测量单元，该部件为结构化一体式单元，不同于传统的陀螺仪式敏感单元，它将陀螺嵌入在本体结构中，并与加速度计、陀螺前放板等形成一个整体部件，其测量精度高且单元体积质量小。
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其中，惯性测量单元组件1还包括电源板104、if板103和通用导航计算机模块102。如图3所示，电源板104固定在三轴一体式惯性测量单元101的下端，if板103和通用导航计算机模块102固定在三轴一体式惯性测量单元101的上端；具体可通过过渡板固定在惯性测量单元的上下两面，保证惯性测量单元组件整体结构紧凑，且缩短信号传输路径，提升传输效率。其中，if板用于转换加表信息并将信息传递给导航板以进行导航解算。惯性测量单元组件1还设有一个外部输出接插件，它分别与惯性测量单元陀螺加表和外部测角控制板与电源板连接，用于与轴系测角信号进行信息交换，增加了走线的便捷度，提升整机的维修性。
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如图4所示，内环轴组件2包括内环架201、内环电机轴202、内环光栅轴203、内环电机204、内环光栅205、内环轴承206和内环滑环207，内环电机轴202和内环光栅轴203分别安装在内环架201的上下两侧圆孔内，内环电机204和内环光栅205分别固定在内环电机轴202和内环光栅轴203上，内环滑环207固定在内环光栅轴203的内部。轴承是轴系的基础元件，内环轴承206设置在内环架201中内环光栅轴所在的圆孔内。内环轴组件2还包括内环压圈，内环电机通过内环压圈固定在内环电机轴上。内环轴组件的轴系结构采用一端深沟球、另一端成对角接触球轴承的布置连接方式，在保证轴系回转精度的同时使得结构更加紧凑。轴系测角采用圆光栅加读数头形式，选用3.8
″
级光栅读数头保证轴系精度，同时大大减小了轴系结构尺寸。内环滑环固定在光栅轴内部，可根据结构尺寸及信号数量选用特定型号，并在内环光栅轴内部单侧布置保证内部走线。内环轴组件和外环轴组件还包括走线板，走线板设置在电机轴端，方便电机滑环的走线布置。
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如图5所示，外环轴组件3包括外环架301、外环电机轴302、外环光栅轴303、外环电机304、外环光栅305、外环轴承306和外环滑环307，外环电机轴302和外环光栅轴303分别安装在外环架301的左右两侧开孔位置，外环轴承306设置在外环架301中外环光栅轴303所在的开孔位置。外环电机304和外环光栅305分别固定在外环电机轴302和外环光栅轴303上，外环滑环307为两个且分别设置在外环电机轴302和外环光栅轴303的内部。外环轴组件3还包括外环压圈，外环电机通过外环压圈固定在外环电机轴上。外环轴组件的轴系结构同样采用一端深沟球、另一端成对角接触球轴承的方式布置以减小结构整体尺寸。轴系选用圆
光栅加读数头的形式进行测角，替代大质量的旋转变压器。外环滑环布置在两侧轴体内部，具体布置在外环电机轴及外环光栅轴的内部，保证与内环轴系及外部电路接口的走线。
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并且，双轴调制组件11的内环轴组件、外环轴组件及惯性测量单元组件设计时，通过改变环架质量分布及调整器件位置布置进行了两个旋转方向上惯性矩的自然配平，配平后每个方向的质心偏移不超过0.5mm，大大提升轴系伺服控制的稳定性。
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进一步地，该装置还包括插座组件4，插座组件包括外部接插件和连接板，外部接插件通过连接板固定在箱体上，并且与箱体之间密封，不仅保证预留外部接口，而且将接口与箱体及内部结构分离，使得在外部输入发生变化时可以通过更换连接板进行外部接口更改，增强了设备的通用性和适应性。该装置还包括稳压电源板5和测角控制板6等控制电路，稳压电源板5用于为装置提供稳定的电压，测角控制板6主要是负责轴系旋转控制和轴系旋转角度信息处理。插座组件与箱体及轴系组件分体设计，可根据外部输入变化对连接板进行改造以适应不同的平台需求，增强了设备的通用性和适应性；且电路模块多采用通用化模块，整机维修性强。
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进一步地，该装置还包括上下盖板和两侧盖板8等封装结构，上下盖板和两侧盖板密封固定在箱体上。整机所有开口部位均设置密封，保证整体结构水密。还包括散热风扇9，散热风扇固定在下盖板的内侧，结合气动热分析，两组风扇采用对角布置，对内部惯性测量单元结构进行散热。箱体表面还安装有用于标校的平面镜10。
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综上所述，本实用新型的小型化轻量级双轴调制激光惯导装置选用三轴一体式惯性测量单元，不同于传统的陀螺仪式惯性单元，三轴一体式惯性测量单元将陀螺直接与本体结构嵌成一体，其自身体积较小，相应轴系设计尺寸也大大减小；同时，调制轴系采用一端深沟球、另一端成对角接触的三轴承的形式紧凑布置，并采用测角圆光栅代替旋变，实现整机紧凑安装，进一步减小了整机尺寸及重量，实现整机的小型化和轻量化。并且，通过调整惯性测量单元组件的安装位置，以及环架旋转方向两侧的轻量化设计来调整旋转部件的质量分布，使两个方向上旋转部件的质心与旋转中心分别重合，实现了旋转部件整体的惯性矩自然配平，大大提升轴系伺服控制的稳定性，且避免了后期轴系装调过程中的配重问题。
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以上实施例以及原理仅用于说明本实用新型的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，本实用新型的保护范围不限于上述实施例。所以，凡是依据本实用新型的技术实质所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。