CN108151725A - 一种具备一度故障冗余的紧凑型光纤惯组结构 - Google Patents

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陈珊
李能
徐立黄
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    • G—PHYSICS
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    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration

Abstract

本发明公开了一种具备一度故障冗余的紧凑型光纤惯组结构，采用4光纤陀螺仪4石英加速度计的结构安装，其中3个正交安装的光纤陀螺仪和3个正交安装的石英加速度计可提供载体三正交坐标轴的角速率全量信息及视速度全量信息，若某一轴的光纤陀螺仪或者石英加速度计发生故障，可通过倾斜安装的光纤陀螺仪或者石英加速度计进行判断并替换，并进行空间坐标系的重构，从而达到一度故障冗余。

Description

一种具备一度故障冗余的紧凑型光纤惯组结构
技术领域
本发明涉及一种具备一度故障冗余的紧凑型光纤惯组结构，属于光纤惯组结构技术领域。
背景技术
光纤惯组是为运载型号研制的惯性测量仪器，其主要功能是提供载体三正交坐标轴的角速率全量信息及视速度全量信息。随着航天技术的发展，对各类运载型号的重量、体积和功耗提出了越来越高的要求，对其配套的单机的重量和功耗、体积也提出了相应的要求。
现有的测量箭体姿态、速度和位置信息的单机产品难以同时满足结构简单化、体积小型化、功耗低、一度故障冗余等功能需求。如果能发明一套紧凑型的质量轻强度高的光纤惯组铝合金结构，则会大大扩展光纤惯组的使用范围，满足现役和新研运载型号体积小、重量轻、环境适应好并且具备一度故障冗余的要求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，提供一种具备一度故障冗余的紧凑型光纤惯组结构，达到一度故障冗余，实现了有效减振，结构强度高。
本发明的技术解决方案是：
一种具备一度故障冗余的紧凑型光纤惯组结构，包括敏感器组件、接口组件、温控组件、第一减振器和光纤惯组底座，
敏感器组件包括石英加速度计、表支架、光纤陀螺仪、敏感器支架；石英加速度计按照三个正交一个斜装的方式安装在表支架上，表支架安装在敏感器支架上，光纤陀螺仪按照三个正交一个斜装的方式安装在敏感器支架上；
敏感器组件、接口组件及温控组件均安装在光纤惯组底座上；敏感器支架的八个顶点与第一减振器固定连接，第一减振器固定连接在光纤惯组底座上。
接口组件包括接插件、接口面板、电源板支架、电源电路板、接口电路板和第二减振器；接插件安装在接口面板上，电源电路板安装在电源板支架上，电源板支架安装在接口面板上，接口电路板通过第二减振器安装在接口面板上。
温控组件包括温控电路板、温控固定框、温控支撑侧板，温控电路板和温控固定框安装在温控支撑侧板上，温控支撑侧板安装在光纤惯组底座上。
还包括I/F板、I/F支撑侧板和盖板，I/F板安装在I/F支撑侧板上，I/F支撑侧板安装在光纤惯组底座上；盖板安装在光纤惯组底座上。
光纤惯组底座、接口面板、I/F支撑侧板、温控支撑侧板和温控固定框组成光纤惯组的外形结构。
对光纤惯组的外形结构施加20g的冲击加速度载荷，结构件的最大位移不超过0.4mm，材料承受最大应力不超过120MPa。
三个正交安装的光纤陀螺仪和三个正交安装的石英加速度计采集载体三正交坐标轴的角速率全量信息及视速度全量信息，若某一轴的光纤陀螺仪或者石英加速度计发生故障，通过倾斜安装的光纤陀螺仪或者石英加速度计进行判断、替换，并进行空间坐标系重构，达到一度故障冗余。
光纤惯组通电工作时，由接插件对电源电路板进行直流电压供电，电源电路板上的DC/DC模块产生二次电源，将二次电源传输给接口电路板，再由接口电路板分别供给光纤陀螺仪、I/F板、温控电路板使用，I/F板再对石英加速度计进行供电。
石英加速度计和光纤陀螺仪分别采集载体加速度信息和角速度信息，并通过供电的逆向形式最终由接插件传递出来。
敏感器组件还包括配重，配重安装在敏感器支架上。
本发明的有益效果为：
(1)本发明采用4光纤陀螺仪4石英加速度计的结构安装，其中3个正交安装的光纤陀螺仪和3个正交安装的石英加速度计可提供载体三正交坐标轴的角速率全量信息及视速度全量信息，若某一轴的光纤陀螺仪或者石英加速度计发生故障，可通过倾斜安装的光纤陀螺仪或者石英加速度计进行判断并替换，并进行空间坐标系的重构，从而达到一度故障冗余；
(2)本发明内部敏感器组件与底座之间采用了八个硅橡胶减振器进行减振连接，从而对敏感器组件内部光陀螺仪和石英加速度计等敏感部件组成一个八点减振系统，提高了产品适应振动、冲击等力学环境的能力，提高惯组振动过程中的输出精度；
(3)本发明在光纤惯组的结构有限元模型基础上，对其X、Y、Z三个方向上施加20g的冲击加速度载荷，三个方向上结构件的最大位移不超过0.4mm，材料承受最大应力不超过120MPa，远低于所选铝合金材料屈服强度，满足对材料强度的要求，实现了强度高的功能特点。
附图说明
图1是本发明装配示意图；
图2是本发明接口组件装配示意图；
图3是本发明光纤惯组内部装配示意图；
图4是本发明光纤惯组外形结构示意图；
图5是本发明第一减振器外形结构示意图；
图6是本发明第一减振器装配示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步叙述。
一种具备一度故障冗余的紧凑型光纤惯组结构，包括敏感器组件、接口组件、温控组件、第一减振器13和光纤惯组底座16，
如图1所示，敏感器组件包括石英加速度计1、表支架2、光纤陀螺仪3、敏感器支架4、配重5；石英加速度计1按照三个正交一个斜装的方式安装在表支架2上，表支架2安装在敏感器支架4上，光纤陀螺仪3按照三个正交一个斜装的方式安装在敏感器支架4上，配重5安装在敏感器支架4上。
敏感器组件、接口组件及温控组件均安装在光纤惯组底座16上；敏感器支架4的八个顶点与第一减振器13固定连接，第一减振器13固定连接在光纤惯组底座16上。如图2所示，接口组件包括接插件6、接口面板7、电源板支架8、电源电路板9、接口电路板10和第二减振器11；接插件6安装在接口面板7上，电源电路板9安装在电源板支架8上，电源板支架8安装在接口面板7上，接口电路板10通过第二减振器11安装在接口面板7上。
温控组件包括温控电路板14、温控固定框17、温控支撑侧板18，温控电路板14和温控固定框17安装在温控支撑侧板18上，温控支撑侧板18安装在光纤惯组底座16上。
如图3所示，还包括I/F板12、I/F支撑侧板15和盖板19，I/F板12安装在I/F支撑侧板15上，I/F支撑侧板15安装在光纤惯组底座16上；盖板19安装在光纤惯组底座16上。
如图4所示，光纤惯组底座16、接口面板7、I/F支撑侧板15、温控支撑侧板18和温控固定框17组成光纤惯组的外形结构。
如图5、图6所示，第一减振器13通过与连接第一减振器13通过螺钉20与敏感器支架4连接，通过螺钉21与光纤惯组底座16连接，组成光纤惯组敏感器组件整体减振结构。
对光纤惯组的外形结构施加20g的冲击加速度载荷，结构件的最大位移不超过0.4mm，材料承受最大应力不超过120MPa。三个正交安装的光纤陀螺仪3和三个正交安装的石英加速度计1采集载体三正交坐标轴的角速率全量信息及视速度全量信息，若某一轴的光纤陀螺仪或者石英加速度计发生故障，通过倾斜安装的光纤陀螺仪或者石英加速度计进行判断、替换，并进行空间坐标系重构，达到一度故障冗余。
光纤惯组通电工作时，由接插件6对电源电路板9进行直流电压供电，电源电路板9上的DC/DC模块产生二次电源，将二次电源传输给接口电路板10，再由接口电路板10分别供给光纤陀螺仪3、I/F板12、温控电路板14使用，I/F板12再对石英加速度计1进行供电。
石英加速度计1和光纤陀螺仪3分别采集载体加速度信息和角速度信息，并通过供电的逆向形式最终由接插件6传递出来。
本发明内部敏感器组件与底座之间采用了八个硅橡胶减振器进行减振连接，从而对敏感器组件内部光陀螺仪和石英加速度计等敏感部件组成一个八点减振系统，提高了产品适应振动、冲击等力学环境的能力，提高惯组振动过程中的输出精度；
本发明在光纤惯组的结构有限元模型基础上，对其X、Y、Z三个方向上施加20g的冲击加速度载荷，三个方向上结构件的最大位移不超过0.4mm，材料承受最大应力不超过120MPa，远低于所选铝合金材料屈服强度，满足对材料强度的要求，实现了强度高的功能特点。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种具备一度故障冗余的紧凑型光纤惯组结构，其特征在于，包括敏感器组件、接口组件、温控组件、第一减振器(13)和光纤惯组底座(16)，
敏感器组件包括石英加速度计(1)、表支架(2)、光纤陀螺仪(3)、敏感器支架(4)；石英加速度计(1)按照三个正交一个斜装的方式安装在表支架(2)上，表支架(2)安装在敏感器支架(4)上，光纤陀螺仪(3)按照三个正交一个斜装的方式安装在敏感器支架(4)上；
敏感器组件、接口组件及温控组件均安装在光纤惯组底座(16)上；敏感器支架(4)的八个顶点与第一减振器(13)固定连接，第一减振器(13)固定连接在光纤惯组底座(16)上。
2.如权利要求1所述的一种具备一度故障冗余的紧凑型光纤惯组结构，其特征在于，接口组件包括接插件(6)、接口面板(7)、电源板支架(8)、电源电路板(9)、接口电路板(10)和第二减振器(11)；接插件(6)安装在接口面板(7)上，电源电路板(9)安装在电源板支架(8)上，电源板支架(8)安装在接口面板(7)上，接口电路板(10)通过第二减振器(11)安装在接口面板(7)上。
3.如权利要求2所述的一种具备一度故障冗余的紧凑型光纤惯组结构，其特征在于，温控组件包括温控电路板(14)、温控固定框(17)、温控支撑侧板(18)，温控电路板(14)和温控固定框(17)安装在温控支撑侧板(18)上，温控支撑侧板(18)安装在光纤惯组底座(16)上。
4.如权利要求3所述的一种具备一度故障冗余的紧凑型光纤惯组结构，其特征在于，还包括I/F板(12)、I/F支撑侧板(15)和盖板(19)，I/F板(12)安装在I/F支撑侧板(15)上，I/F支撑侧板(15)安装在光纤惯组底座(16)上；盖板(19)安装在光纤惯组底座(16)上。
5.如权利要求4所述的一种具备一度故障冗余的紧凑型光纤惯组结构，其特征在于，光纤惯组底座(16)、接口面板(7)、I/F支撑侧板(15)、温控支撑侧板(18)和温控固定框(17)组成光纤惯组的外形结构。
6.如权利要求1所述的一种具备一度故障冗余的紧凑型光纤惯组结构，其特征在于，对光纤惯组的外形结构施加20g的冲击加速度载荷，结构件的最大位移不超过0.4mm，材料承受最大应力不超过120MPa。
7.如权利要求1所述的一种具备一度故障冗余的紧凑型光纤惯组结构，其特征在于，三个正交安装的光纤陀螺仪(3)和三个正交安装的石英加速度计(1)采集载体三正交坐标轴的角速率全量信息及视速度全量信息，若某一轴的光纤陀螺仪或者石英加速度计发生故障，通过倾斜安装的光纤陀螺仪或者石英加速度计进行判断、替换，并进行空间坐标系重构，达到一度故障冗余。
8.如权利要求5所述的一种具备一度故障冗余的紧凑型光纤惯组结构，其特征在于，光纤惯组通电工作时，由接插件(6)对电源电路板(9)进行直流电压供电，电源电路板(9)上的DC/DC模块产生二次电源，将二次电源传输给接口电路板(10)，再由接口电路板(10)分别供给光纤陀螺仪(3)、I/F板(12)、温控电路板(14)使用，I/F板(12)再对石英加速度计(1)进行供电。
9.如权利要求5所述的一种具备一度故障冗余的紧凑型光纤惯组结构，其特征在于，石英加速度计(1)和光纤陀螺仪(3)分别采集载体加速度信息和角速度信息，并通过供电的逆向形式最终由接插件(6)传递出来。
10.如权利要求1所述的一种具备一度故障冗余的紧凑型光纤惯组结构，其特征在于，敏感器组件还包括配重(5)，配重(5)安装在敏感器支架(4)上。
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