CN109373990A - 一种分体式光纤陀螺寻北仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分体式光纤陀螺寻北仪，由惯性敏感装置和显控装置组成。该系统惯性敏感装置包含在水平方向成正交分布2个光纤陀螺仪和2个石英挠性加速度计,通过T形支架刚性连接在转位机构上，负责地球自转角速度和重力加速度的测量；显控装置负责完成内部电源变换、转位机构的转位控制、航向角和姿态角的解算、人机交互等功能。本发明通过分体式设计将光纤陀螺寻北仪分成惯性敏感装置和显示控制装置两部分，惯性敏感装置设计紧凑，特别适用于对空间有限制的应用场合；通过布置双陀螺和双加速度计，在四位置寻北方案下，可以将转位次数从四次减少为两次，将单个位置停留时间增加一倍，增加光纤陀螺的采样时间，从而提高系统精度。

Description

一种分体式光纤陀螺寻北仪

(一)技术领域：

本发明涉及惯性技术导航领域，具体涉及一种分体式光纤陀螺寻北仪。

(二)背景技术：

陀螺寻北仪是一种利用陀螺的惯性原理实现自主寻北的仪器，它能够不受自然条件制约，实现全天候、全方位、自主、快速的方向测定，同时还具有精度高、连续工作时间长等许多优点，具有非常广泛的应用前景。在军事领域，陀螺寻北仪是现代信息化战争中确保武器系统快速、机动、精确打击的重要保障技术之一。因此，世界上许多发达国家在发展高性能战略、战术武器的同时，都纷纷投入大量的人力、物力进行高精度、快速的寻北系统的研制与开发。陀螺寻北仪不仅在军事应用上的需求越来越多，其应用场合也在不断扩展，在隧道施工、矿山开采、大地测量、资源勘测等民用领域里也显示出越来越广阔的应用前景。

陀螺寻北仪通过采用安装在转位机构上的陀螺仪测量不同方向的地球自转角速率的分量，从而计算出参考方向偏离真北方向的角度。陀螺寻北仪，一般采用二位置法、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。现有的陀螺寻北仪存在以下缺陷：

1、现有的寻北仪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、现有的寻北仪一般采用一体化设计，内部结构复杂、体积庞大，既不利于维修，也不适用于对体积有要求的应用场合。

(三)发明内容：

本发明所要解决的技术问题是在空间有限制的应用场合下，提供一种体积小、寻北时间短、寻北精度高的光纤陀螺寻北仪。

本发明解决以上技术问题所采用的技术方案是通过采用分体式设计，将陀螺寻北仪进行拆分，直接负责定向测量的传感器部分组成一个惯性敏感装置，把机械结构做紧凑，从而把体积降下来，使用过程中，只要把惯性敏感装置放置于被测物体上即可；其余部分组成显示控制单元，负责供电、显示、控制等功能。惯性敏感装置和显示控制单元之间通过电缆进行连接。

所述的惯性敏感装置负责参考方位的测量，包含外框、底板、转位机构、2个高精度光纤陀螺仪、2个石英挠性加速度计、T形安装支架、加速度计采集板、连接器。所述的光纤陀螺仪和石英挠性加速度计分别用于敏感地球自转角速度和重力加速度，分2组安装在T形安装支架上，水平成正交分布；所述的T形安装支架通过刚性连接，安装在转位机构台面上；所述的加速度计采集板，负责将加速度计输出的模拟信号转换成数字信号，安装在外壳侧壁上；所述的转位机构，固定在惯性敏感装置底板上；加速度采集板、光纤陀螺仪以及转位机构的电气连接汇总至安装在外壳侧壁上的对外连接器。

所述的显控装置由液晶显示屏、电源板、解算电路板、转位控制板、外壳组成。电源板负责将外部输入的24V电源转换成内部电路所需的±15V、+5V电源，转位控制板负责转位机构的转位控制，解算电路板负责采集光纤陀螺仪和石英加速度计的输出信息，根据寻北仪算法模型对数据进行解算，计算出参考方向相对于地理北向的夹角和水平姿态角，解算电路板同时负责液晶显示屏的人机交互，以及对外通信输出。显控装置包括三个连接器接口，分别为24V电源接口，惯性敏感装置接口，通信接口。

具体地说，本发明具有以下特点和优势：

(1)采用分体式设计，将陀螺寻北仪进行拆分，直接负责定向测量的传感器部分组成一个惯性敏感装置，把机械结构做紧凑，从而把体积降下来，使用过程中，只要把惯性敏感装置放置于被测物体上即可；其余部分组成显示控制单元，负责供电、显示、控制等功能。惯性敏感装置和显示控制单元之间通过电缆进行连接。(2)采用光纤陀螺仪代替传统的机械陀螺仪。光纤陀螺作为激光陀螺之后的第二代光学陀螺，具有精度高、体积小、质量轻、无运动部件、可靠性高等优点，是一种新型的全固态陀螺仪。通过在水平正交方向布置两个光纤陀螺与两个加速度计，在采用四位置寻北方案的情况下，可以转位次数从四次减少为两次，从而将单个位置停留时间增加一倍，增加光纤陀螺的采样时间，提高系统精度。

(四)附图说明：

图1为本发明的系统示意图；

图中1.惯性敏感装置，2.显控装置，4.传感器连接器，10.启动按钮，11.传感器连接器，12.通信连接器，13.电源连接器，14.保险丝。

图2为惯性敏感装置示意图；

图中3.石英挠性加速度计，4.传感器连接器，5.光纤陀螺仪，6.转位机构，7.加速度计采集板，8.外壳，9.T形安装支架。

图3为显控装置示意图；

图中10.启动按钮，11.传感器连接器，12.通信连接器，16.解算电路板，17.电源电路板，18.转位控制电路盒，19.液晶显示屏，20.电路板安装支架，15.外壳。

(五)具体实施方式：

参照图1-3，本发明具体实施方式采取以下技术方案：光纤陀螺寻北仪采用分体式设计，包括惯性敏感装置1、显控装置2，惯性敏感装置上有传感器连接器4，显控装置2上有传感器连接器11，使用过程中，通过电缆将这2部分连接起来，如图1所示。

惯性敏感装置1负责参考方位的测量，包含外壳8、转位机构6、2个高精度光纤陀螺仪5、2个石英挠性加速度计3、T形安装支架9、加速度计采集板7、传感器连接器4。光纤陀螺仪5和石英挠性加速度计3分别用于敏感地球自转角速度和重力加速度，分2组安装在T形安装支架9上，水平成正交分布；T形安装支架9通过刚性连接，安装在转位机构6的台面上；加速度计采集板7，负责将加速度计输出的模拟信号转换成便于传输的数字信号，安装在外壳8的侧壁上；转位机构6，固定在惯性敏感装置外壳8的底板上；加速度采集板7、光纤陀螺仪5以及转位机构6的电气连接汇总至安装在外壳8侧壁上的对外连接器。

显控装置由启动按钮10，传感器连接器11，通信连接器12，电源连接器13，保险丝14，液晶显示屏19、电源电路板17、解算电路板16、转位控制电路盒18、外壳15组成。外部24V电源通过连接器13进入显控装置2，经过保险丝14后进入电源电路板17，电源电路板17负责将外部输入的24V电源转换成内部电路所需的±15V、+5V电源。解算电路板16负责采集光纤陀螺仪5和石英加速度计3的输出信息，根据寻北仪算法模型对数据进行解算，计算出参考方向相对于地理北向的夹角和水平姿态角，解算电路板同时负责液晶显示屏19的人机交互，以及对外通信输出。电源电路板17和解算电路板16通过电路板安装支架20安装在显控装置2的外壳15上。转位控制电路盒18负责转位机构的转位控制，直接安装在外壳15上，便于散热。显控装置2包括三个连接器接口，分别为传感器连接器11，通信连接器12，电源连接器13。

Claims (9)

1.一种分体式光纤陀螺寻北仪，包括惯性敏感装置1、显控装置2，二者都装有连接器，工作时通过电缆进行连接。

2.根据权利要求1所述的惯性敏感装置，其特征在于，由外壳8、转位机构6、光纤陀螺仪5、石英挠性加速度计3、T形安装支架9、加速度计采集板7、传感器连接器4组成。

3.根据权利要求1所述的惯性敏感装置，其特征在于，光纤陀螺仪5和石英挠性加速度计3分2组安装在T形安装支架9的两个面上，水平成正交分布。T形安装支架9，固定在转位机构6的台面上，转位机构6固定在惯性敏感装置的外壳底板上。

4.根据权利要求书1所述的惯性敏感装置，其特征在于，所述的加速度计采集板7，负责将石英加速度计输出的模拟信号转换成便于长距离传输的数字信号，固定外壳8的侧壁上。

5.根据权利要求书1所述的惯性敏感装置，其特征在于，所述的传感器连接器4负责光纤陀螺仪5、石英加速度计3、加速度计采集板7、转位机构6的信号传递，固定外壳8的侧壁上，加速度计采集板7的上方。

6.根据权力要求书1所述的显控装置，其特征在于，由启动按钮10，传感器连接器11，通信连接器12，电源连接器13，保险丝14，液晶显示屏19、电源电路板17、解算电路板16、转位控制电路盒18、外壳15组成。

7.根据权利要求书1所述的显控装置，其特征在于，外部24V电源通过连接器13进入显控装置2，经过保险丝14后进入电源电路板17，电源电路板17负责将外部输入的24V电源转换成内部电路所需的±15V、+5V电源。

8.根据权利要求书1所述的显控装置，其特征在于，解算电路板16负责采集惯性器件的输出信息并解算，计算出参考方向相对于地理北向的夹角和水平姿态角，解算电路板16同时负责液晶显示屏19的人机交互，以及对外通信输出。

9.根据权利要求书1所述的显控装置，其特征在于，电源电路板17和解算电路板16通过电路板安装支架20安装在显控装置2的外壳15上。转位控制电路盒18负责转位机构的转位控制，直接安装在外壳15上，便于散热。