CN103674003B - 一种电磁驱动式激光陀螺抖动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光陀螺技术，涉及一种电磁驱动式激光陀螺抖动机构。所述电磁驱动式激光陀螺抖动机构包括激光陀螺腔体、线圈支架、线圈、励磁装置和励磁装置安装座。其中，线圈设置在线圈支架上，励磁装置设置在励磁装置安装座上，所述线圈位于励磁装置的空气间隙内，且二者同轴装配，另外，线圈支架或者励磁装置安装座位于激光陀螺腔体的侧壁。本发明利用通以交变电流的线圈在直流磁场内产生电磁驱动力，驱动激光陀螺腔体，克服闭锁现象，可以有效减小因材料热膨胀系数不匹配对陀螺腔体产生的应力，而且体积小，环境适应性强，可靠性高。

Description

一种电磁驱动式激光陀螺抖动机构
技术领域
本发明属于激光陀螺技术，涉及一种电磁驱动式激光陀螺抖动机构。
背景技术
激光陀螺作为一种测量惯性转动的装置，广泛应用于航空、航天、航海等各类惯性导航系统。在陀螺安装载体转动速度较低时，激光陀螺输出偏频信号几乎为零，而不再与载体转速成比例，称为闭锁现象。闭锁现象是激光陀螺的共性问题，严重影响激光陀螺的比例因子线性度，在其实际应用过程中必须克服。激光陀螺通常利用塞曼效应、法拉第效应以及机械抖动等方式克服激光陀螺闭锁效应。
对于目前应用最广泛的机械抖动偏频方式激光陀螺，通常采用在激光陀螺腔中心孔或者腔体上下两侧安装抖动机构，对抖动机构上粘贴的压电陶瓷施加交变激励，使抖动机构带动激光陀螺谐振腔产生圆周方向振动克服闭锁效应。虽然抖动机构均由低热膨胀系数合金加工而成，但其膨胀系数仍大于激光陀螺腔体材料热膨胀系数，因此在激光陀螺工作环境温度变化时，抖动机构不可避免对腔体施加作用力，进而导致激光陀螺环境适应能力变差。抖动机构尺寸越大、温度变化范围越大两者间因热膨胀系数不匹配产生的应力越大。而且将抖动机构安装在激光谐振腔上下两侧，增加了激光陀螺的尺寸，降低了激光陀螺抗振动冲击能力，限制激光陀螺的应用领域。
发明内容
为了减小抖动机构与激光陀螺腔体材料热膨胀系数不匹配产生的应力，提高抖动激光陀螺环境适应性，本发明提供了一种体积小、环境适应性强、可靠性高的电磁驱动式抖动机构。
本发明的技术方案是：一种电磁驱动式激光陀螺抖动机构，其包括激光陀螺腔体、线圈支架、线圈、励磁装置和励磁装置安装座，其中，线圈设置在线圈支架上，励磁装置设置在励磁装置安装座上，所述线圈位于励磁装置的空气间隙内，且二者同轴装配，另外，线圈支架或者励磁装置安装座位于激光陀螺腔体的侧壁。
所述励磁装置由永磁体、导磁柱、导磁杯构成，导磁杯中心加工圆形盲孔，圆柱形永磁体一个端面装配于导磁杯盲孔底部，圆柱形导磁柱装配于永磁体另一端面，且永磁体、导磁柱、导磁杯盲孔三者同轴。
安装在激光陀螺腔体侧壁上的线圈支架或者励磁装置安装座材料与激光陀螺腔体材料一致。
激光陀螺腔体通过中心支柱固定在激光陀螺外壳上，且中心支柱端面与其所安装的激光陀螺腔体顶面平齐。
所述中心支柱材料为低膨胀系数合金。
驱动方式为动铁式时，励磁装置与励磁装置安装座装配后固定于激光陀螺腔体侧壁，线圈和线圈支架安装在激光陀螺外壳上。
驱动方式为动圈式时，线圈与线圈支架装配后固定于激光陀螺腔体侧壁，励磁装置与励磁装置安装座安装在激光陀螺壳体上。
工作磁场为直流磁场，励磁方式为永磁体励磁或螺线管中通过直流电流励磁。
本发明产生的技术效果：本发明励磁装置或者线圈通过陀螺腔体材料加工的安装基座与激光陀螺腔体侧壁固定，通过非接触方式对陀螺腔体施加驱动交变切向力，减小了料热膨胀系数不匹配产生应力对激光陀螺谐振腔的影响。抖动机构安装于陀螺腔体外部，不会导致陀螺尺寸特别是高度增加；腔体中心仅安装用于固定陀螺的中心圆柱，腔体中心开孔尺寸小，特别适合应用于小型机械抖动激光陀螺。陀螺腔体中心孔径向尺寸和中心支柱直径减小，两种材料之间因热膨胀系数不一致产生的作用力也相应减小，在变温环境下陀螺谐振腔工作更稳定，提高了激光陀螺的环境适应性。
附图说明
图1是本发明电磁驱动式激光陀螺抖动机构的零件分解图，其中，1-激光陀螺腔体，2-线圈支架，3-线圈，4-导磁柱，5-永磁体，6-导磁杯，7-励磁装置安装座，8-腔体中心孔，9-中心支柱，10-励磁装置。
图2是本发明电磁驱动式激光陀螺抖动机构装配的俯视图，其中，1-激光陀螺腔体，2-线圈支架，6-导磁杯，7-励磁装置安装座，9-中心支柱。
图3是图2的A-A剖视图，其中，2-线圈支架，3-线圈，4-导磁柱，5-永磁体，6-导磁杯，7-励磁装置安装座。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：
请同时参阅图1-图3，其中，图1是本发明电磁驱动式激光陀螺抖动机构的零件分解图，图2是本发明电磁驱动式激光陀螺抖动机构装配的俯视图，图3是图2的A-A剖视图。本发明电磁驱动式激光陀螺抖动机构包括激光陀螺腔体1、线圈支架2、线圈3、中心支柱9、励磁装置10和励磁装置安装座7。其中，所述激光陀螺腔体可以为三角形、四边形或其它多边形，本实施方式中采用四边形，且腔体中心加工有圆形通孔(腔体中心孔8)。所述激光陀螺腔体，通过胶粘、压缩配合、热连接等方式与中心支柱9装配，保证激光陀螺腔体顶面与中心支柱9一个端面平齐。所述中心支柱材料为低膨胀系数合金，尽量减小与腔体材料热膨胀系数差值，可以为铟瓦合金或铟钢等低膨胀系数材料。由于抖动机构安装于激光陀螺外侧，中心支柱不再需要安装抖动驱动压电陶瓷，中心支柱直径可以尽量小，保证中心支柱与陀螺腔体之间的切向连接强度即可。
所述励磁装置10包括导磁柱4、永磁体5、导磁杯6。所述永磁体5为圆柱体，一个端面通过胶粘固定于导磁杯6盲孔底部，导磁柱4同样通过胶粘等方式固定于永磁体5另一端面，三者保持同轴，以避免螺线管线圈导线产生额外负载以及同其它零件干涉。所述励磁装置安装座7由陀螺腔体材料加工而成，表面加工有与导磁杯6外形相同的槽面(这里用圆弧面代替)，导磁杯6通过胶粘等方式与励磁装置安装座7连接；励磁装置安装座7通过光胶或者胶粘等方式固定于陀螺腔体，保证励磁装置的轴线平行于腔体侧壁或者与中心支柱9柱面相切。
所述线圈3通过胶粘等方式固定于线圈支架2上，并位于导磁杯6盲孔壁与导磁柱4之间，并通过调整线圈支架2的位置，使线圈轴线与励磁装置轴线保持一致，且通过胶粘、紧固件固定等类似方式将线圈支架2以及装配于线圈支架端面的线圈3固定于陀螺壳体。
本发明电磁驱动式抖动机构励磁装置驱动方式为动铁式，产生的工作磁场为直流磁场，该磁场由永磁体产生，经导磁通路传递并在磁路气隙处形成直流磁场。线圈处于励磁装置产生的磁场之中，当在线圈中通过交变电流时，在电磁感应作用下，两者之间产生轴向方向相互作用的交变抖动驱动力，该力的方向沿轴向并平行于激光陀螺腔体侧壁，且恰好沿激光陀螺腔体安装支柱切线方向，驱动励磁装置沿轴向振动，从而带动激光陀螺产生圆周方向的振动。当交变电流频率与陀螺结构圆周方向振动模态固有频率相等时，陀螺腔体圆周方向振幅达到最大。
另外，本发明电磁驱动式抖动机构励磁装置驱动方式不限于动铁式，也可以为动圈式。为动圈式时，励磁装置固定于激光陀螺安装外壳，线圈通过线圈支架装配在激光陀螺腔体侧壁上，且线圈支架材料与激光陀螺腔体材料一致。
另外，所述励磁装置除了采用永磁体产生直流磁场，也可使用通以直流电流的螺线管产生磁场。

Claims (6)

1.一种电磁驱动式激光陀螺抖动机构，其特征在于：包括激光陀螺腔体、线圈支架、线圈、励磁装置和励磁装置安装座，其中，线圈设置在线圈支架上，励磁装置设置在励磁装置安装座上，所述线圈位于励磁装置的空气间隙内，且二者同轴装配，另外，线圈支架或者励磁装置安装座位于激光陀螺腔体的侧壁，所述励磁装置由圆柱形永磁体、圆柱形导磁柱、导磁杯构成，导磁杯中心加工圆形盲孔，圆柱形永磁体一个端面装配于导磁杯盲孔底部，圆柱形导磁柱装配于圆柱形永磁体另一端面，且圆柱形永磁体、圆柱形导磁柱、导磁杯盲孔三者同轴。
2.根据权利要求1所述的电磁驱动式激光陀螺抖动机构，其特征在于：安装在激光陀螺腔体侧壁上的线圈支架或者励磁装置安装座材料与激光陀螺腔体材料一致。
3.根据权利要求2所述的电磁驱动式激光陀螺抖动机构，其特征在于：激光陀螺腔体通过中心支柱固定在激光陀螺外壳上，且中心支柱端面与中心支柱所安装的激光陀螺腔体顶面平齐。
4.根据权利要求3所述的电磁驱动式激光陀螺抖动机构，其特征在于：所述中心支柱材料为低膨胀系数合金。
5.根据权利要求4所述的电磁驱动式激光陀螺抖动机构，其特征在于：驱动方式为动铁式时，励磁装置与励磁装置安装座装配后固定于激光陀螺腔体侧壁，线圈和线圈支架安装在激光陀螺外壳上。
6.根据权利要求4所述的电磁驱动式激光陀螺抖动机构，其特征在于：驱动方式为动圈式时，线圈与线圈支架装配后固定于激光陀螺腔体侧壁，励磁装置与励磁装置安装座安装在激光陀螺壳体上。
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