CN102012228A - 便携式光纤陀螺寻北仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式光纤陀螺寻北仪，包括安装圆盘，竖直设置在安装圆盘上的转轴，转轴的一端通过轴承与安装圆盘可转动连接，转轴上固定设置有支架，安装圆盘上还固定设置有容纳支架于其内的壳体；所述支架上设置有检测系统、转动系统和定位系统；所述检测系统包括一个横向设置的加速度计、一个竖向设置的加速度计和一个光纤陀螺仪。本发明的便携式光纤陀螺寻北仪，具有测量可靠，尺寸小巧利于携带，成本低廉等优点。

Description

便携式光纤陀螺寻北仪

技术领域

本发明涉及惯性导航技术领域，尤其涉及一种便携式光纤陀螺寻北仪。

 

背景技术

便携式陀螺寻北仪是适用于野外环境下的惯性寻北装置，提供载体北向夹角及姿态角等方向信息，具有重量轻、体积小、精度高等特点。

寻北仪中，一般有采用二位置法、四位置法和多位置法等寻北方式进行工作，其中采用四位置法原理的寻北仪较为常用。这种四位置寻北仪装置中，一般采用在转位系统上设置单陀螺和双加速度计，转位系统旋转到四个方位后分别采用陀螺和加速度计进行测量，再计算出寻北仪北向角和姿态角的方式进行寻北。这种现有的寻北仪使用比较方便，应用较为广泛，但同时也存在以下缺陷。

1、现有的寻北仪装置一般采用机械陀螺作为寻北核心部件，但机械陀螺存在可靠性差，寿命短，容易受加速度影响，导致测试精度不够，稳定性不好。2、同时，寻北仪的精度与寻北位置的准确性有很大关系，现有寻北仪系统采用光电编码器来确定转位系统的四个位置，保证寻北位置的准确性，但光电编码器存在体积大，价格高的缺陷；同时光电编码器在使用时需要安装在转轴轴心处，故提高了寻北仪装置整体结构设计的难度，最终导致寻北仪具有体积大，成本高的缺陷。3、现有的寻北仪采用安装圆盘和顶座分别安装轴承的结构方式来保证中间的转位系统的旋转和稳定，在两个轴承之间是转动部件。而转动部件与固定部件的电缆通过轴承的中心连接，由于用了两个轴承，因此对系统的小型化有一定不利影响。

 

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明首要解决的技术问题是，提供一种可靠性高，体积小的便携式光纤陀螺寻北仪；并进一步使其具有成本低廉的特点。

为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案：

一种便携式光纤陀螺寻北仪，其特征在于，包括安装圆盘，竖直设置在安装圆盘上的转轴，转轴的一端通过轴承与安装圆盘可转动连接，转轴上固定设置有支架，安装圆盘上还固定设置有容纳支架于其内的壳体；所述支架上设置有检测系统、转动系统和定位系统；所述检测系统包括一个横向设置的加速度计、一个竖向设置的加速度计和一个光纤陀螺；所述检测系统用于检测重力加速度和地球自转水平分量；所述转动系统用于带动支架沿转轴转动；所述定位系统用于支架转动到四个测量位置后对支架进行定位；所述寻北仪还包括防线缆缠绕结构，所述防线缆缠绕结构用于将支架上的线缆连接到壳体上并防止线缆因缠绕而妨碍支架转动。

其中，所述转动系统可以采用如下优化结构，包括固定在支架上的电机、与电机相连接并可由电机带动旋转的动齿轮，所述动齿轮水平设置且与一个固定在安装圆盘上的定齿轮啮合，所述定齿轮与所述转轴同轴心设置。转动系统这样设置，具有结构简单小巧、占用面积小的优点，有利于寻北仪的小型化。

其中，所述防线缆缠绕结构包括水平设置在支架上与轴承相反方向一端的防缠绕板、对应防缠绕板水平设置且固定在壳体上的滤波板，所述滤波板上设置有用于与来自支架的线缆连接的第一接口和用于与上位机和电源连接的第二接口，第一接口和第二接口之间设置有滤波电路，所述防缠绕板和滤波板之间设置有所述横向设置的加速度计，所述横向设置的加速度计外壳为圆盘形且固定于防缠绕板中部与转轴同轴心处，加速度计外壳的径向尺寸小于所述防缠绕板和滤波板的径向尺寸，所述防缠绕板上设置有线缆孔，所述来自支架的线缆穿过线缆孔后绕横向设置的加速度计外壳沿支架旋转的相反方向缠绕一周后连接在所述滤波板的第一接口上。

上述技术方案中，所述来自支架的电缆，包括与支架上的检测系统、转动系统、定位系统连接的各种数据线和电源线，工作时数据线通过滤波板滤波后接往上位机（上位机包括预设程序的计算机设备和用于显示计算结果的显示设备），电源线经过滤波板滤波后接往电源，故所述滤波板上的滤波电路分别包括数据线的滤波电路和电源线的滤波电路，这些在本技术方案公开后，均可根据本领域公知常识得到，不属于本发明对现有技术作出创造性贡献的地方，故在上述技术方案中没有进行详述，但应视为已充分公开。方案中所述四个测量位置是指，四位置法寻北时的四个角度位置，相邻两个位置之间悬殊90°。其使用时，通过上位机进行控制，转动系统的电机工作带动动齿轮绕顶齿轮转动，使得支架绕转轴进行转动。支架从初始位置开始进行第一次测量，初始位置即第一测量位置，测量时所述检测系统中的光纤陀螺仪和两个加速度计工作并记录测量数据。然后支架每转动90°进入下一测量位置后采用定位系统定位开始测量，直到第四测量位置时支架转动270°，第四测量位置测量完毕后，控制支架回转到第一测量位置。这样通过在四位置上，加速度计测量的重力加速度和光纤陀螺仪测定的地球自转的水平分量，可以计算确定出寻北仪的北向角和姿态角，完成寻北。和现有的寻北仪相比较，本发明采用了光纤陀螺仪故具有更高的可靠性，同时本发明中转轴只采用了一个轴承与安装圆盘连接，现有技术中轴承一般是采用两个并各自设置在转轴的上下位置。本发明中采用的防线缆缠绕结构是因为取消了转轴一端的轴承后增设的结构。因为现有技术中，转轴两端均存在轴承时，线缆是通过该轴承的轴心位置处连接到壳体上去的，不存在缠绕的问题。现在取消位于一端的轴承后，采用本防线缆缠绕结构，即可避免线缆因缠绕而阻止支架转动。同时，本防线缆缠绕结构利用了滤波板和横向设置的加速度计作为自身构件组成，基本不会增加仪器体积，有利于小型化；而且增加的滤波板可以对输入输出信号和输入电源均进行滤波，使得控制更加灵敏，横向设置的加速度计位于此处也充分考虑了测量时的需求，因为横向设置的加速度计需要设置于转轴轴心处才会使得测量结果更加准确，可以提高寻北精度。

作为进一步优化，所述定位系统包括竖向设置于支架上的螺线电磁管，螺线电磁管下端连接有管套，管套内竖向设置有定位销和弹簧，定位销上端与位于螺线电磁管内部的动铁芯连接，所述安装圆盘上位于四个测量位置的方向上对应所述定位销设置定位孔，所述动铁芯上端通过一连接杆与一个第一微动开关相连接，所述第一微动开关设置于所述电机的控制电路中；所述螺线电磁管断电后定位销在弹簧作用下可使其下部的锥形尖端穿出管套并定位于定位孔内，同时所述动铁芯通过连接杆带动第一微动开关动作使所述电机的控制电路断开，所述螺线电磁管通电后可将动铁芯向上吸起并带动定位销下部锥形尖端脱离定位孔，同时所述动铁芯通过连接杆带动第一微动开关动作使所述电机的控制电路接通。其中所述螺线电磁管是指外表绕接有电磁线圈并在通电后可对其内的动铁芯产生向上吸力的管状体，本质为一个电磁铁。采用这种定位系统，与现有技术中定位系统普遍采用的光电编码器相比，其价格更低廉，占用空间体积更小，对安装要求更低，无需安装在轴心处。采用本定位系统后，当支架转动时，定位系统中螺线电磁管为通电状态，定位销为向上吸起有利于支架转动，当支架转动快要达到下一测量位置时，控制螺线电磁管断电，定位销在弹簧作用下向下方伸出，当支架转动到测量位置时，定位销即进入到安装圆盘上的定位孔中对支架进行定位；同时所述动铁芯通过连接杆带动第一微动开关动作使所述电机的控制电路断开，支架停止转动。在此测量位置上，当检测系统测量完毕后，控制螺线电磁管通电将动铁芯向上吸起并带动定位销下部锥形尖端脱离定位孔，同时所述动铁芯通过连接杆带动第一微动开关动作使所述电机的控制电路接通，使得支架继续转动。使用时，靠设置在底盘上的四个定位孔的角度来保证四个位置的准确，由于定位销下部为锥形尖端，故定位销插入定位孔后可以保证定位非常精确。定位精确即可提高寻北仪的测量精度。

作为再进一步优化，还设置有一限位装置；所述限位装置包括位于所述安装圆盘上的限位块；所述支架上对应所述限位块设置有挡块；所述挡块上设置有第二微动开关，所述第二微动开关连接于所述电机的控制电路中，并可以使得当支架回位转动并超过第一测量位置所在角度后，所述限位块能够触动所述第二微动开关并使得所述电机的控制电路断开。此限位装置的设置，是因为本寻北仪中，支架上的线缆连接到壳体上是靠防线缆缠绕结构来防止缠绕的。故当上位机控制支架旋转过程中，如果控制出现失误，支架回转时发生失位回转角度超过270度时（即超过了第一测量位置），此时定位销超出了起始位置会导致线缆被缠紧并进而断裂。增设了本限位装置后，当支架回转时万一失位超过第一测量位置时，可以靠此限位装置阻止支架的转动并使得电机控制电路断开，避免电机被烧坏。

本发明具体地说，具有以下特点和优势：

1、本发明中，采用了光纤陀螺仪替代现有寻北仪中的机械陀螺，光纤陀螺仪具有体积小、精度高、耐冲击、噪音小，工作时不抖动等优点，故增强了寻北仪的稳定性、小巧型，使其便于携带且提高了寻北精度。

2、本发明中，所述加速度计采用一个横向设置，用于测量水平方向的加速度；一个竖向设置，用于测量竖直方向的加速度；这种方式可以测量计算出寻北仪所处位置的实际重力加速度，带入寻北计算后，可以使得计算结果更加精确。其具体计算方式属于现有技术，不属于本发明对现有技术作出贡献的地方，故不在此详述。

3、本发明中，只在转轴的一端采用轴承，实现了单臂支撑，故减少了构件，大大减小了体积；同时，将原本寻北仪中占用空间较大的转台取消，改为占用空间较小的支架来实现对各构件的支撑连接，同样减小了整体体积，使得寻北仪整体更加小巧，便于携带。

4、本发明中，采用的定位系统，采用电磁控制插销定位的结构方式，取代了现有技术中，采用光电编码器进行定位。既可以保证定位的准确，又降低了成本；同时，采用光电编码器会占据轴向空间，进而增加了寻北仪整体高度，本发明改为插销定位后，有利于进一步减小寻北仪体积，有利于设备小型化。

5、本发明中，防线缆缠绕结构是因为取消了转轴一端的轴承后增设的结构。因为现有技术中，转轴两端均存在轴承时，线缆是通过该轴承的轴心位置处连接到壳体上去的，不存在缠绕的问题。现在取消位于一端的轴承后，采用本防线缆缠绕结构，即可避免线缆因缠绕而阻止支架转动。

综上所述，相比于现有技术，本发明的便携式光纤陀螺寻北仪采用光纤陀螺作为寻北核心部件，由于光纤陀螺内部没有机械转动部件，因此可靠性高，并可抵抗加速度运动带来的影响；同时本发明的定位系统采用插销定位的方式确定四个测量位置，即保证了定位的准确性，又兼顾了体积小的要求，同时大大降低了成本；另外本发明只采用了一个轴承，故精简了机构，减小了体积，为了解决转动部件与固定部件间电缆容易缠绕的问题，在转动部件与固定部件之间设计了一个防线缆缠绕结构，可以解决电缆绞线缠绕的问题。所以本发明的便携式光纤陀螺寻北仪，具有测量可靠，尺寸小巧利于携带，成本低廉等优点。

 

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的左视图。

图3为本发明中采用的定位系统的结构示意图。

 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的结构作进一步的详细说明。

实施时，如图1至图3所示，一种便携式光纤陀螺寻北仪，包括安装圆盘1，竖直设置在安装圆盘1上的转轴2，转轴2的一端通过轴承3与安装圆盘1可转动连接，转轴2上固定设置有支架4，安装圆盘1上还固定设置有容纳支架4于其内的壳体5；所述支架4上设置有检测系统、转动系统和定位系统；所述检测系统包括一个横向设置的加速度计6、一个竖向设置的加速度计7和一个光纤陀螺仪8；所述转动系统包括固定在支架上的电机9、与电机9相连接并可由电机9带动旋转的动齿轮10，所述动齿轮10水平设置且与一个固定在安装圆盘1上的定齿轮11啮合，所述定齿轮11与所述转轴2同轴心设置；所述定位系统用于支架4转动到四个测量位置后对支架4进行定位；所述寻北仪还包括防线缆缠绕结构，所述防线缆缠绕结构包括水平设置在支架4上与轴承相反方向一端的防缠绕板12、对应防缠绕板12水平设置且固定在壳体5上的滤波板13，所述滤波板13上设置有用于与来自支架的线缆连接的第一接口和用于与上位机和电源连接的第二接口，第一接口和第二接口之间设置有滤波电路，所述防缠绕板12和滤波板13之间设置有所述横向设置的加速度计6，所述横向设置的加速度计6外壳为圆盘形且固定于防缠绕板12中部与转轴2同轴心处，加速度计外壳的径向尺寸小于所述防缠绕板12和滤波板13的径向尺寸，所述防缠绕板12上设置有线缆孔，所述来自支架的线缆14穿过线缆孔后绕横向设置的加速度计6外壳沿支架旋转的相反方向缠绕一周后连接在所述滤波板13的第一接口上。

具体实施时，所述定位系统可以采用具体如图1和图3所示优化结构，包括竖向设置于支架4上的螺线电磁管15，螺线电磁管15下端连接有管套16，管套16内竖向设置有定位销17和弹簧18，定位销17上端与位于螺线电磁管15内部的动铁芯19连接，所述安装圆盘1上位于四个测量位置的方向上对应所述定位销17设置定位孔20，所述动铁芯19上端通过一连接杆21与一个第一微动开关22相连接，所述第一微动开关22设置于所述电机9的控制电路中；所述螺线电磁管15断电后定位销17在弹簧18作用下可使其下部的锥形尖端穿出管套16并定位于定位孔20内，同时所述动铁芯19通过连接杆21带动第一微动开关22动作使所述电机9的控制电路断开，所述螺线电磁管15通电后可将动铁芯19向上吸起并带动定位销17下部锥形尖端脱离定位孔20，同时所述动铁芯19通过连接杆21带动第一微动开关22动作使所述电机9的控制电路接通。其中所述螺线电磁管15是指外表绕接有电磁线圈并在通电后可对其内的动铁芯产生向上吸力的管状体，本质为一个电磁铁。

如图所示，具体实施时，还设置有一限位装置；所述限位装置包括位于所述安装圆盘上的限位块23；所述支架4上对应所述限位块23设置有挡块24；所述挡块24上设置有第二微动开关25，所述第二微动开关25连接于所述电机9的控制电路中，并可以使得当支架4回位转动并超过第一测量位置所在角度后，所述限位块23能够触动所述第二微动开关25并使得所述电机9的控制电路断开。

Claims (5)

1.一种便携式光纤陀螺寻北仪，其特征在于，包括安装圆盘，竖直设置在安装圆盘上的转轴，转轴的一端通过轴承与安装圆盘可转动连接，转轴上固定设置有支架，安装圆盘上还固定设置有容纳支架于其内的壳体；所述支架上设置有检测系统、转动系统和定位系统；所述检测系统包括一个横向设置的加速度计、一个竖向设置的加速度计和一个光纤陀螺；所述检测系统用于检测重力加速度和地球自转水平分量；所述转动系统用于带动支架沿转轴转动；所述定位系统用于支架转动到四个测量位置后对支架进行定位；所述寻北仪还包括防线缆缠绕结构，所述防线缆缠绕结构用于将支架上的线缆连接到壳体上并防止线缆因缠绕而妨碍支架转动。

2.如权利要求1所述的便携式光纤陀螺寻北仪，其特征在于，所述转动系统包括固定在支架上的电机、与电机相连接并可由电机带动旋转的动齿轮，所述动齿轮水平设置且与一个固定在安装圆盘上的定齿轮啮合，所述定齿轮与所述转轴同轴心设置。

3.如权利要求1所述的便携式光纤陀螺寻北仪，其特征在于，所述防线缆缠绕结构包括水平设置在支架上与轴承相反方向一端的防缠绕板、对应防缠绕板水平设置且固定在壳体上的滤波板，所述滤波板上设置有用于与来自支架的线缆连接的第一接口和用于与上位机和电源连接的第二接口，第一接口和第二接口之间设置有滤波电路，所述防缠绕板和滤波板之间设置有所述横向设置的加速度计，所述横向设置的加速度计外壳为圆盘形且固定于防缠绕板中部与转轴同轴心处，加速度计外壳的径向尺寸小于所述防缠绕板和滤波板的径向尺寸，所述防缠绕板上设置有线缆孔，所述来自支架的线缆穿过线缆孔后绕横向设置的加速度计外壳沿支架旋转的相反方向缠绕一周后连接在所述滤波板的第一接口上。

4.如权利要求1所述的便携式光纤陀螺寻北仪，其特征在于，所述定位系统包括竖向设置于支架上的螺线电磁管，螺线电磁管下端连接有管套，管套内竖向设置有定位销和弹簧，定位销上端与位于螺线电磁管内部的动铁芯连接，所述安装圆盘上位于四个测量位置的方向上对应所述定位销设置定位孔，所述动铁芯上端通过一连接杆与一个第一微动开关相连接，所述第一微动开关设置于所述电机的控制电路中；所述螺线电磁管断电后定位销在弹簧作用下可使其下部的锥形尖端穿出管套并定位于定位孔内，同时所述动铁芯通过连接杆带动第一微动开关动作使所述电机的控制电路断开，所述螺线电磁管通电后可将动铁芯向上吸起并带动定位销下部锥形尖端脱离定位孔，同时所述动铁芯通过连接杆带动第一微动开关动作使所述电机的控制电路接通。

5.如权利要求4所述的便携式光纤陀螺寻北仪，其特征在于，还设置有一限位装置；所述限位装置包括位于所述安装圆盘上的限位块；所述支架上对应所述限位块设置有挡块；所述挡块上设置有第二微动开关，所述第二微动开关连接于所述电机的控制电路中，并可以使得当支架回位转动并超过第一测量位置所在角度后，所述限位块能够触动所述第二微动开关并使得所述电机的控制电路断开。

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