CN101532840A - 一种用于深海惯性导航的惯性测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于深海惯性导航的惯性测量装置，由6个加速度计、3个陀螺、传感器支架、减振材料、减振内外支架和安装面组成。加速度计和陀螺安装在正六面体传感器支架上。支架上再固定减振内支架，减振内支架上固定减振材料，内支架通过减振材料与外支架相连，最后连接到安装面上，安装面上有定位面，用于初始对准时的定位。该测量装置用于深海惯性导航的惯性测量，具有精度高，抗振性能好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种惯性测量装置的结构，该装置用于深海等无参照情况下的加速度和角速度的测量，计算机对这些信息进行处理，得到位置信息，达到导航的目的。
技术背景
惯性导航系统是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的主动式导航系统。惯性导航的工作环境包括空中、地面和海洋。尤其是在深海导航中，由于GPS导航的方法在深海中无法得到GPS的信号，此时的导航只能通过惯性导航这种主动的导航方式进行。
惯性导航系统建立在牛顿经典力学定律的基础上。由牛顿第二定律可知，外力将对物体产生一个成比例的加速度。通过测量加速度，用它对时间进行连续积分就可以计算出速度和位置变化。加速度一般由加速度计测量。需要进行惯性导航，还需要知道加速度计所指的方向。物体相对于惯性坐标系的转动可以利用陀螺来测量。因此，惯性导航就是用陀螺和加速度计提供的测量数据确定所在运载体的位置的过程。通过这两种数据的组合，就可以确定该运载体在惯性坐标系里的平移运动并计算它的位置。
惯性测量装置一般采用3个加速度计和3个陀螺。3个加速度计互相垂直安装用于测量3个方向的加速度。3个陀螺互相垂直安装用于测量3个方向的转动参数。计算机根据得到的加速度和角度信息进行导航的计算。
目前的惯性测量装置一般不采用减振措施，因此在深海导航时，尤其是在运载器下潜和在深海复杂环境工作时的剧烈晃动会对测量装置造成冲击，影响其测量精度。由于加速度计本身存在随机的测量误差，3个方向均只使用1个加速度计进行测量的方法也带来了较大的误差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可用于测量运动物体在空间的姿态、位置、速度的高精度的惯性测量装置的结构。
本发明的惯性测量装置结构包括：6个加速度计、3个陀螺、传感器支架、减振材料、减振内外支架和安装面。其中传感器支架为正六面体，正六面体的6个面上各有1个腔室，6个腔室两两同轴，3组腔室呈轴向分布，且3组腔室内的安装平面相互垂直且与正六面体的面平行。在6个腔室内各安装1个加速度计，其中对装的加速度计1个大量程1个小量程，用于加速度的测量。六面体中互相垂直的3个面上各安装1个陀螺，用于角速度的测量。六面体的另外3个互相垂直的面上安装3个减振内支架。每个减振内支架朝外的两个面上安装减振材料，减振材料外安装减振外支架，减振内支架通过减振材料与外支架相连，减振外支架通过与其成45°的导杆与安装面连接。
本发明的减振内支架为“L”形，安装后减振内支架的一个面被固定在传感器支架上，另一个面正好位于陀螺上方，与陀螺之间留有一定空隙，空隙中填入减振垫。
本发明的每个减振内支架朝外的两个面上安装圆形的减振材料。减振材料外安装减振外支架。这样传感器支架与减振内支架为刚性连接；而减振外支架通过减振材料与减振内支架连接，因此整个传感器装配体(包括传感器支架、6个加速度计、3个陀螺和减振内支架)在减振材料的作用下，在六个方向上都有一定的活动自由度，可以达到抗冲击的目的。
本发明的减振外支架通过与其成45°的导杆与安装面连接。安装面与减振外支架之间能够相对滑动，在初始对准时，通过减振外支架上推杆的推动，使传感器支架与安装面上的定位面接触，达到对准的目的。在工作时，推杆松开，使传感器支架与定位面脱离。
本发明的惯性测量装置采用了内部减振措施，能够大大减少高频振动对测量精度的影响。采用2个不同量程的加速度计作为一组的结构，提高加速度测量的精度。该测量装置用于深海惯性导航的惯性测量，具有精度高，抗振性能好的优点。
附图说明
图1是本发明惯性测量装置结构的装配过程I示意图；
图2是本发明惯性测量装置结构的装配过程II示意图；
图3是本发明惯性测量装置结构的装配过程III示意图；
图4是本发明惯性测量装置结构的装配过程IV示意图；
图5是本发明惯性测量装置结构的传感器支架示意图；
图6是本发明惯性测量装置结构的减振外支架示意图；
图7是本发明惯性测量装置结构的安装面示意图。
1传感器支架，2加速度计，3陀螺，4减振内支架，5减振垫，6减振材料，7减振外支架盖、8减振外支架 9安装推杆面，10安装面
具体实施方式
实施例1
本发明的惯性测量装置结构包括：6个加速度计、3个陀螺、传感器支架、减振材料、减振内外支架和安装面。
惯性测量装置结构的装配过程如图1～4所示。如图1所示，6个加速度计2分别安装在传感器支架1的6个腔体中。大量程和小量程2个加速度计同轴对心安装，3组加速度计互相垂直。3个陀螺3互相垂直安装在六面体的3个面上。传感器支架1为正六面体，详细情况如图5所示。图中6个圆柱孔1d两两同轴，3组圆柱孔互相垂直。圆柱孔用于安装加速度计2。12个安装陀螺的凸台1e，4个凸台1e1组，在互相垂直的3个面上正好分布3组凸台1e，设立凸台1e可以减少对六面体的加工要求，只需保证3组凸台1e的互相垂直即可。在未安装陀螺的3个互相垂直的面上各3个定位点1b。定位点1b用于在初始对准时与定位面10b接触，确定初始位置。定位时需要其中6点，约束6个方向的自由度。凸台1c用于安装“L”形减振内支架，4个凸台1c一组，在未安装陀螺的3个面上正好各1组。在安装陀螺的三个面上各存在1个走线孔1a，由于安装陀螺的面与陀螺3之间缝隙很小，在陀螺3下方的加速度计2的线无法通过，因此通过走线孔1a将线走至未安装陀螺的3个面。在安装减振内支架的3个面上各1个走线槽1f，走线槽1f在安装减振内支架4后仍然外露，用于走加速度计2的线。
安装过程II如图2所示。安装3块“L”形减振内支架4，在凸台1c处固定。安装后减振内支架4与陀螺3之间存在缝隙，装入3块减振垫5。最后将6块减振材料6安装在减振内支架4上。减振材料6上有大小两种孔，大孔用于放置螺钉与减振内支架4固定，小孔用于与减振外支架8和减振外支架盖7固定。由于减振材料6不是刚性结构，为了固定的牢固性，需要多个固定点。
安装过程III如图3所示。此过程为安装减振外支架体。减振外支架体包括两部分：3块减振外支架盖7和1块减振外支架8。先安装减振外支架8，减振外支架8结构如图6所示。减振材料6嵌入安装减振材料用的孔8b中。螺钉孔8c用于固定减振外支架盖7和减振外支架8。空隙8d用于露出传感器支架1的定位点1b，使得传感器支架1在初始对准时能定位。导向块8a用于与安装面10的连接。安装好减振外支架8后，再安装减振外支架盖7。减振外支架盖7通过螺钉与减振外支架8固定。
安装过程IV如图4所示。此过程主要将整个系统与安装面10连接起来。其中安装推杆面9用于安装推杆。安装面10详细图如图7所示。其中定位面10b，在初始对准时，与传感器支架1的定位点1b接触起到定位的作用。导杆10a与导向块8a安装，起到对减振外支架8的导向作用。
Claims (8)
1、一种用于深海惯性导航的惯性测量装置，包括：6个加速度计、3个陀螺、传感器支架、减振材料、减振内外支架和安装面，其特征是传感器支架(1)为正六面体，正六面体的6个面上各有1个腔室，6个腔室两两同轴，3组腔室呈轴向分布，3组腔室内的安装平面相互垂直且与正六面体的面平行；在6个腔室内各安装一个加速度计(2)，其中同轴对装的加速度计(2)为1个大量程和1个小量程作为一组，用于加速度的测量；六面体中互相垂直的3个面上各安装1个陀螺(3)，用于角速度的测量；六面体的另外3个互相垂直的面上安装3个减振内支架(4)；每个减振内支架(4)朝外的两个面上安装减振材料(6)，减振材料(6)外安装减振外支架，减振内支架(4)通过减振材料(6)与减振外支架相连，减振外支架通过与其成45°的导杆(10a)与安装面(10)连接。
2、根据权利要求1所述的用于深海惯性导航的惯性测量装置，其特征是减振内支架(4)为“L”形，安装后减振内支架(4)的一个面被固定在传感器支架(1)上，另一个面位于陀螺(3)上方，与陀螺(3)之间留有一定空隙，空隙中填入减振垫(5)。
3、根据权利要求1所述的用于深海惯性导航的惯性测量装置，其特征是减振外支架体包括两部分：3块减振外支架盖(7)和1块减振外支架(8)；安装好减振外支架(8)后，再安装减振外支架盖(7)，减振外支架盖(7)通过螺钉与减振外支架(8)固定。
4、根据权利要求1所述的用于深海惯性导航的惯性测量装置，其特征是所述传感器支架(1)六面体中互相垂直的3个面上各分布1组凸台(1e)，4个凸台(1e)1组，用于安装陀螺(3)，减少对六面体的加工要求。
5、根据权利要求1所述的用于深海惯性导航的惯性测量装置，其特征是所述传感器支架(1)六面体中未安装陀螺的3个面上各分布3个定位点(1b)，定位点(1b)用于在初始对准时与定位面(10b)接触，确定初始位置。
6、根据权利要求1所述的用于深海惯性导航的惯性测量装置，其特征是所述传感器支架(1)六面体中，有用于安装“L”形减振内支架(4)用的凸台(1c)，4个凸台(1c)一组，在未安装陀螺的3个面上各1组。
7、根据权利要求1所述的用于深海惯性导航的惯性测量装置，其特征是所述传感器支架(1)六面体中，安装陀螺的三个面上各1个走线孔(1a)，通过走线孔(1a)将线走至未安装陀螺的3个面。
8、根据权利要求1所述的用于深海惯性导航的惯性测量装置，其特征是所述传感器支架(1)六面体中，在安装减振内支架(4)的3个面上各1个走线槽(1f)，走线槽(1f)在安装减振内支架后仍然外露，用于走加速度计(2)的线。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101208 Termination date: 20130319 |