CN107850435B - 具有双重悬置的惯性测量设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种惯性测量设备，包括框架、经由第一悬置级被连接到框架的板、包括具有第一特定谐振模式的振动传感器且经由第二悬置级被安装在板上的惯性测量单元；第一级具有低于惯性测量单元的带宽的谐振频率，并且第二级具有高于第一级的谐振频率且低于振动传感器的第一特定模式的谐振频率，第一级包括四个弹性悬置元件且具有基本上匹配由板、第二级和惯性测量单元制成的装配件的重心的刚度中心；第二级包括一至三个弹性悬置元件。

Description

具有双重悬置的惯性测量设备
本发明涉及出于确定交通工具(例如，飞行器)的姿态和/或速度向量的目的而借助于交通工具上的移动传感器进行惯性测量。
现有技术
已知包括壳体、经由第一悬置级被安装在壳体中的板以及经由第二悬置级被安装在该板上的惯性测量单元的惯性测量设备。第二级具有低于惯性测量单元的带宽且超过第一级的谐振频率的谐振频率。第一级和第二级各自包括四个悬置元件。壳体被布置成被紧固在交通工具中。
这样的结构体积相对庞大，由此使得将设备安装在交通工具中复杂化。这种缺点在要求设备冗余且因此要求在交通工具中安装多个惯性测量设备的能力的某些应用中尤其麻烦。
发明目的
本发明的目的是提供一种惯性测量设备，其呈现出更紧凑且制造起来不太麻烦的结构。
发明简述
为此，本发明提供了一种惯性测量设备，其包括壳体、经由第一悬置级被连接到壳体的板、包括振动传感器且经由第二悬置级被安装在板上的惯性测量单元。第一级具有低于惯性测量单元的带宽的谐振频率，而第二级具有比第一级的谐振频率更高的谐振频率。第一级具有四个弹性悬置元件，以及基本上对应于由板、第二级和惯性测量单元形成的装配件的重心的刚度中心。第二级具有一到三个弹性悬置元件。
第一级滤除相对于环境的影响和振动。第一级通过具有比第二级的行程量更大的行程量来吸收吸收大的影响和处于相对较低的频率的振动(其中行程量与谐振频率的平方的倒数成比例)。第二级滤除相对较高的频率振动，并防止板将振动从惯性测量单元的传感器之一传递到惯性测量单元的另一个传感器：这避免了惯性测量单元的传感器彼此相互干扰。选择性谐振频率使两级悬置能够具有同彼此隔离的谐振模式。由于第二悬置级的紧凑性，因此该结构是最有利的，该紧凑性使得设备能够是紧凑的，同时保持对处于相对较高的频率的振动的滤除。
优选地，第二级包括三个弹性悬置元件。
第二级的这种布置是给出最佳性能的布置。
有利地，第二级具有基本上对应于惯性测量单元的重心的刚度中心。
这给出了较好的准确度。
在阅读了下面的对本发明的特定、非限制性实施例的描述之后，本发明的其他特征及优点将变得显而易见。
附图简述
参考附图，在附图中：
-图1是第一实施例中的设备的图解透视图；以及
-图2是第二实施例中的设备的图解透视图。
发明的详细描述
参考图1，本发明的第一实施例中的设备包括被给予总附图标记1的壳体(在该图中被透明地示出)、被给予总附图标记2且经由被给予总附图标记10的第一悬置级被连接到壳体1的板，以及经由被给予总附图标记20的第二悬置级被连接到板2的惯性测量单元3。
在该示例中，壳体1采用由四个侧面1.1、1.2、1.3和1.4以及用于刚性地紧固到诸如交通工具之类的载体的底部1.5限定的具有直线或方形截面的箱体的形式。该箱体在面向底部的顶部处是敞开的，并且壳体1包括用于封闭壳体的盖(未示出)。
在该示例中，板2采用具有与形成壳体1的箱体的截面对应的截面的成直角的摇架的形式，以便与形成壳体1的箱体内部的周围间隙接合。板2具有面向侧面1.1、1.2的相对的侧面凸缘2.1、2.2以及面向底面1.5延伸且将凸缘2.1和2.2的底部边缘连接在一起的中央芯部2.5。
惯性测量单元3本身是已知的，并且包括陀螺仪类型的角移动传感器以及加速度计类型的线性移动传感器。这些传感器在测量基准框架的轴线上被对准，并且它们被连接到电子控制单元(本文中未示出)。传感器是具有振动的预先确定的第一谐振模式的振动传感器。在该示例中，传感器是微机电系统或MEMS。
第一悬置级10具有四个弹性悬置元件，具体而言是由弹性体制成且形状上为圆柱形的螺柱11、12、13和14。螺柱11和12中的每一个具有被紧固到箱体的侧面1.1的一个端部，以及被紧固到板2的凸缘2.1的另一端部：螺柱11、12在侧面1.1的对角线上对准。螺柱13和14中的每一个具有被紧固到箱体的侧面1.2的一个端部，以及被紧固到板2的凸缘2.2的另一端部。螺柱13、14在侧面1.2的对角线上对准。螺柱11、12、13和14按以下方式定位：
-螺柱11和12被对称地布置在对角线中部的任一侧；
-螺柱13和14被对称地布置在对角线中部的任一侧上，并且它们从对角线中部分隔开与以下相等的距离：螺柱11、12与螺柱11、12在其上对准的对角线的中部之间的距离。
-螺柱11、12在其上对准的对角线不平行于螺柱13、14在其上对准的对角线；以及
-螺柱的中央轴彼此平行且垂直于凸缘2.1、2.2和侧面1.1、1.2。
第二级20包括三个弹性悬置元件，具体而言是由弹性体制成且形状上为圆柱形的螺柱21、22和23。螺柱21、22和23中的每一个具有被紧固到中央芯部2.5的一个端部，以及被紧固到惯性测量单元3的另一端部，该惯性测量单元3被布置在凸缘2.1和2.2之间且被悬置在中央芯部2.5的上方。螺柱21、22和23被定位在平行于中央芯部2.5的三角形的顶点处。螺柱21、22和23的中央轴垂直于中央芯部2.5。
第一级10具有低于惯性测量单元3的带宽的谐振频率。
第二级20具有高于第一级10的谐振频率且低于振动传感器的第一谐振模式的谐振频率。作为示例，对于具有高于4000赫兹(Hz)的第一谐振模式以及500Hz的量级的带宽的振动传感器，第一级应当具有100Hz的谐振频率，且第二级应当具有800Hz的谐振频率。
第一级10具有基本上对应于由板2、第二级20和惯性测量单元3形成的装配件的重心的刚度中心。
第二级20具有基本上对应于惯性测量单元3的重心的刚度中心。
接下来参考图2给出对第二实施例的描述，与上述相同或类似的元件被给予相同的数字编号。
如在第一实施例中，根据第二实施例的设备包括壳体1、板2、具有四个螺柱11、12、13和14的第一悬置级，以及惯性测量单元3。
该设备还具有第二悬置级，然而在该实施例中，其仅具有两个悬置元件，即，螺柱21'和22'。这些螺柱21'和22'由弹性体制成且它们形状上是圆柱形，并且它们位于相同的轴线上。螺柱21'和22'具有平行于螺柱11、12、13和14的中央轴的中央轴。
当然，本发明不限于所描述的各实施例，而是涵盖来自如由权利要求书限定的本发明的范围内的任何变型。
具体而言，第二悬置级可具有少于三个弹性悬置元件，例如两个悬置元件，或者实际上只有一个悬置元件以实现紧凑的惯性测量单元。
悬置元件的定位也可以不同。
外壳和板可具有其他形状。作为示例，壳体可以采用摇架的形状。作为示例，板可以采用箱体的形式。
惯性测量单元可以具有除所描述的类型以外的类型，并且例如它不需要具有MEMS型传感器，或者它可以包括具有多个感测轴的传感器，等等。

Claims (4)

1.一种惯性测量设备，包括壳体、经由第一悬置级被连接到所述壳体的板、包括具有振动的预先确定的第一谐振模式的振动传感器且经由第二悬置级被安装在所述板上的惯性测量单元；所述第一悬置级具有低于所述惯性测量单元的带宽的谐振频率，并且所述第二悬置级具有高于所述第一悬置级的谐振频率且低于所述振动传感器的所述第一谐振模式的谐振频率，所述第一悬置级具有四个弹性悬置元件以及对应于由所述板、所述第二悬置级和所述惯性测量单元形成的装配件的重心的刚度中心；所述第二悬置级具有一至三个弹性悬置元件。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二悬置级包括三个弹性悬置元件。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二悬置级具有对应于所述惯性测量单元的重心的刚度中心。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述惯性测量单元具有MEMS型传感器。
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