CN1008399B - 支撑环形激光角速度传感器的高频振动机构 - Google Patents

Abstract

各自有一个环形外轮箍22、一个轮毂24和连接它们的径向弹簧26的一对挠性板20、30，夹住一个激光台座12，一个有安放挠性板和台座这种夹层组件的开孔42的框架40，焊接到环形外轮箍22上，提供一个支撑环形激光角速度传感器的高频振动机构。

Description

本发明涉及环形激光角速度传感器，更确切地说，涉及支撑环形激光角速度传感器的高频振动机构。

环形激光角速度传感器是人们熟知的，这在基尔帕特里克（Killpatrick）的美国专利3，323，411和3，373，650中有示范说明，在此作为参考。现时的环形激光角速度传感器一般包括一个热稳定的和机械稳定的激光台座，此台座具有许多用于封闭气体的成型腔。反射镜位于腔的端部，用于反射激光束和提供闭环光路。

与这种传感器相关的是一种称为锁定的现象，在现有技术中有时已经认识到这种现象，并且已经用转动振动（高频振动）传感器加以解决。完成高频振动的装置通常包括一个与支撑系统相连的压电激励装置，使传感器的台座以支撑系统的自然机械共振频率进行角振动。高频振动叠加到传感器在惯性空间的实际转动上。现有技术包括找出与高频振动无关的惯性转动数据的种种途径，而这不构成本发明的一部分。

现有技术中的高频振动的支撑机构包括在麦克奈尔（McNair）的美国专利4，321，557、盖默茨费尔德（Gamertsfelder）等人的美国专利4，411，527和库玛（Kumar）等人的美国专利4，436，423中举例说明的那些。

现在，在环形激光角速度传感器技术领域中的发展，已经可以提供具有1平方英寸量级的激光台座的激光传感器。减小传感器的尺寸有很多优点，包括成本低和重量轻。现有技术的高频振动的支撑系统没有致力于很好地研究小型传感器台座，之所以如此，是因为必须减小高频振动机构的尺寸这件事，通常使高频振动机构的成本增加。更何况很多高频振动机构需要在激光台座中有一个大的开孔，来安放高频振动机构，并且把该机构固定在台座开孔的内壁上。

本发明的目的是提供一个由于易于制造而成本低的支撑环形激光角速度传感器的高频振动机构。

本发明的高频振动机构使用一对挠性板，该板包括由起弹簧作用的轮辐连接在一起的一个环形外轮箍和一个内轮毂。一个框架作为一个部分形成高频振动的支撑机构。该框架具有一个尺寸足够大的环状开孔，用于安放固定在两块挠性板的内轮毂之间的激光台座。两块挠性板和夹在其间的激光台座放入框架开孔中。挠性板的环形外轮箍牢牢固定在框架开孔的环形内壁上。

图1是说明环形激光角速度传感器和高频振动的支撑机构的部件分解图。

图2是挠性板的横截面图。

图3是高频振动的支撑机构和激光传感器组件的横截面图。

图4是另一个高频振动的支撑机构和激光台座组件的横截面图。

图5是另一个挠性板结构。

现在参照附图，图1表示一个带有激光台座12的环形激光角速度传感器10。在波德戈尔斯基（Podgorski）的美国专利3，390，606和基尔帕特里克（Killpatrick）的美国专利3，467，427中给出了激光传感器和激光台座的例子，在此以这两个专利作为参考。激光台座12具有包括反射镜13、14、15和电极16、17、18在内的三角形闭环光路。图1还表示出挠性板20和30、框架40、盖片50、端板60、柱螺栓65和六角螺母66。

挠性板20和30都包括一个环形轮箍22、一个中心部件24和3个弹簧26。弹簧26如图所示作为轮辐。中心部件起轮毂作用。如图2所示，轮辐比轮箍22、中心部件24的外表面27、28稍稍凹一些。图1和图2表示有相同厚度的中心部件和轮箍，但是也可以按其它方式加工，以减少成本和重量，而这或许会减小系统的弹性常数（即系统的共振频率）。挠性板最好使用一种适当材料（例如金属），具有整体结构。

激光台座12包括一个与传感器轴平行的，贯穿台座的开孔，而且，每个挠性板都包括一个与其中心轴同轴的开孔。挠性板20、30和激光台座12的开孔允许一根柱螺栓65穿过。

框架40最好由一种适宜与挠性板20和30焊接的材料构成。框架40包括一个具有内壁43的环形开孔42，其内壁的曲率半径稍稍大于挠性板20和30的环形轮箍的外曲率半径。在本发明的较佳实施例中，框架的高度基本上等于挠性板20和30的两个环形轮箍的厚度和台座12的厚度之和，这正如图3的简化横截面图所示，框架40还包括一个环状凸缘41，用于安装在惯性传感器单元中。

图3中，柱螺栓65与六角螺母66相配合，牢牢地把位于两个挠性板的轮毂（即中心部件）24之间的台座12固定在一起。挠性板20和30的环形轮箍22的外表面通过焊接（例如激光焊接或类似手段）牢牢地与框架40的环形内壁固定在一起。安装在框架顶部和底部的是盖片50和端板60。盖片50和端板60可以通过各种技术手段固定在框架40上，其中包括把它们焊接在一起，用螺纹连接在一起，或其它类似手段。端板60具有电引出管脚，用于连接气体电离电极和激光器10的激光传感器数字显示装置（未画出）。

如图1和图3所示，挠性板30包括安装在弹簧26上的压电装置70，用于以电动一机械方式弯曲弹簧26，引起其切线方向的弯曲，使陀螺台座12能够相对于框架40振动。为了得到预期的作用而使用固定在弹簧26上的压电装置，在本技术领域中是人们熟知的。

在本发明范围内的另一种结构表示在图4中，图4中，挠性板20和30的环形轮箍焊接到框架40的顶部和底部表面上。如前所述，图4中所示的结构提供一个高频振动的支撑机构，达到了使台座相对于框架振动的预期目的。对于图1、图2、图3所示的结构，当设想把环形外轮箍焊接到框架上的同时，应当理解到使用带螺纹的部件也能够达到把环形轮箍牢牢地固定在框架上这种相同的预期目的。具体地说，可以把框架40的开孔42车上螺纹，在里面装上 车了螺纹的环形轮箍。或者，环形轮箍可以具有一个车了螺纹的伸出部，用来使其拧到框架的外表面上。

图5所示是挠性板20或30的另一种结构。除了去掉了环形轮箍以外，图5中的挠性板200基本上就是图1中的挠性板20。挠性板200包括一个中心部件224和有第一、第二端部230、231的弹簧226，每个作为轮辐的弹簧226的第一端部从中心部件224伸出。径向伸出离中心部件较远的第二端部231最好具有与框架40的环形内壁的半径相适合的外曲率半径，以允许在弹簧的第二端部和框架之间进行焊接操作。

图5中给出的挠性板200同样可以用作挠性板30，在该挠性板上用与图1所示相似的方法装上压电装置70。挠性板200的优点包括总重量较小和可以进行另外的机械安装，例如，可以在框架40上开槽，使其与弹簧226的径向伸出部分相匹配，有助于系统的装配工作。

虽然图1所示的较佳实施例中表示出两块把激光台座12固定在一起的挠性板，但是只有挠性板30是必需的。即为实现预期的目的，仅仅需要一块具有压电装置（其使弹簧弯曲产生切线方向的运动）的单个挠性板。

应该理解，本发明并不仅仅局限于这里说明和指出的结构的丝毫不差的细节，因为对于本技术领域的技术熟练人员，尤其是机械装配领域的那些技术熟练人员，将会对该结构做出明显的修改。

虽然本发明的实施例在附图中给出一种三角形激光台座，但是本发明并不局限于此，激光台座12只是作为一个被驱动的部件，并且高频振动的支撑机构可以用来把切线运动传递给被驱动部件。特别是在激光传感器的技术领域中，被驱动的部件也可以是一个矩形传感器，以及一个立方体激光传感器（即在一个台座中有三个激光传感器），和其它类似的传感器。

Claims (7)

1、一种用于向激光角速度传感器的激光台座传送相对于一个轴的圆周运动的高频振动的支撑机构，包括：

使所述弹簧弯曲，以使所述激光台座相对于所述框架产生圆周运动的装置。

有中心轴的第一块挠性板，所说的第一块挠性板有一个中心部件和具有第一端部与第二端部的第一组多个弹簧部件，所述第一组多个弹簧部件的每一个都从所述中心部件伸出，并且所述弹簧部件的所述第一端部固定到所述中心部件上；

一个为安放所述激光台座而有一个开孔的框架，所述开孔可以安放所述激光台座和所述第一块挠性板；

用于把所述激光台座和所述第一块挠性板的所述中心部件固定在一起的装置；

其特征在于

所述框架开孔有一个围绕着贯穿的中心轴的环形内壁，并且具有用来把所述第一组多个弹簧部件的所述第二端部固定到所述环形内壁上的装置。

2、根据权利要求1的高频振动的支撑机构，其特征在于它还包括：

有中心轴的第二块挠性板，所述第二块挠性板有一个中心部件和具有第一端部与第二端部的第二组多个弹簧部件，所述第二组多个弹簧部件从所述第二块挠性板的中心部件伸出，并且所述弹簧部件的所述第一端部固定到所述第二块挠性板的中心部件上;

用于在所述第一块和第二块挠性板之间固定所述激光台座12的装置，并且其中所述第一块和第二块挠性板的中心轴是同轴的;

用于把所述第二组多个弹簧组件的所述第二端部固定到所述环形内壁上的装置。

3、根据权利要求1或2的高频振动的支撑机构，其特征在于所述激光台座包括一个平行于所述传感器的输入轴的开孔，和一个在所述第一块挠性板中为安放穿入的螺栓的开孔。

4、根据权利要求1到3中的任何一个高频振动的支撑机构，其特征在于所述第一块挠性板有一个与所述中心轴同轴的环形外轮箍，该环形外轮箍固定到框架的环形内壁上。

5、根据权利要求4的高频振动的支撑机构，其特征在于还提供一个有中心轴和与所述中心轴同轴的环形外轮箍的第二块挠性板，该环形外轮箍固定到框架的环形内壁上。

6、根据权利要求5的高频振动的支撑机构，其特征在于第二块挠性板还有一个与其中心轴同轴的为安放穿入的螺栓的开孔。

7、根据权利要求1的高频振动的支撑机构，用于向被驱动部件传送相对于一个轴的圆周运动，其特征在于

所述框架开孔有一个围绕着贯穿的中心轴的环形壁，并且具有用来把所述多个弹簧部件的所述第二端部固定到所述环形内壁上的装置，

固定到选定的一个所述弹簧部件上的电换能器，用来使所述弹簧根据电信号弯曲并产生所述圆周运动。

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