CN110823220A - 一种三轴一体光纤陀螺惯性测量装置 - Google Patents

一种三轴一体光纤陀螺惯性测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明一种三轴一体光纤陀螺惯性测量装置，包括一个扇形本体，在本体结构上相互正交安装三个光纤环，3个陀螺数字电路装在各轴光纤环上方、一个光源驱动与致冷电路装在本体上、一个信号处理电路‑‑二次电源电路二合一电路装在本体上、一个IF转换电路安装在本体上、3个石英加速度计相互正交安装在本体上、再有一个二次电源模块安装在本体侧向壁上，保证了重心尽量位于几何中心处，抗力学性能好；本发明在限定空间内实现光纤陀螺惯测装置内部结构的布局，质量轻、精度高、可靠性高。

Description

一种三轴一体光纤陀螺惯性测量装置
技术领域
本发明涉及一种三轴一体光纤陀螺惯性测量装置，特别涉及一种用于弹载导航、制导与控制的小型化、高精度扇形光纤陀螺惯测装置，属于惯性测量技术领域。
背景技术
导弹作为高新科技发展的标志，在我国的国防建设中扮演着极为重要的角色。光纤陀螺惯测装置可为导弹提供姿态角、位置、速度等导航关键参数。
光纤陀螺是一种全固态惯性仪表，它具有传统机电仪表所不具备的优点。它是仅由光学器件和电子器件组成的闭环系统，通过检测两束光的相位差来确定自身角速度，因此在结构上它是完全固态化的陀螺，没有任何运动部件。光纤陀螺正是以其原理和结构上的优点，使其在许多应用领域具有明显的优势。
发明内容
本发明的目的是：为了解决小型导弹对光纤陀螺惯测装置异形安装的需求，提供了一种三轴一体光纤陀螺惯性测量装置，可和小型导弹完美契合，在限定空间内实现纤陀螺惯测装置内部结构的布局，质量轻、精度高、可靠性高。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种三轴一体光纤陀螺惯性测量装置，包括本体、上盖、侧盖、下盖、电连接器、三轴共用光源、光纤环、光源驱动与制冷电路、陀螺数字电路、信号处理电路--二次电源电路二合一电路、IF转换电路、石英加速度计和二次电源模块；
上盖装在产品上方；侧盖装在产品侧方；下盖装在产品下方；电连接器装在产品正前方；三轴共用光源装在本体上；三个光纤环正交安装在本体上，用于敏感载体运动角速度，且里面各内置一个温度传感器；光源驱动与制冷电路装在本体上，用于对光源进行控制；三个陀螺数字电路安装在各轴光纤环上方；信号处理电路--二次电源电路二合一电路装在本体上；IF转换电路安装在本体上；三个石英加速度计相互正交安装在本体上，二次电源模块安装在本体侧向壁上；
三个陀螺数字电路分别接收三个光纤陀螺仪的输出信息，同时将输出信息发送给信号处理电路--二次电源电路二合一电路中信号处理电路部分；
IF转换电路分别接收三个石英加速度计输出的电流，同时转换为频率发送给信号处理电路--二次电源电路二合一电路中的信号处理电路部分；
信号处理电路--二次电源电路二合一电路中的信号处理电路部分将三个陀螺数字电路的信息和一个IF转换电路的信息进行采集补偿和导航解算处理，将处理完的数据发送至导弹飞控分系统。
整机布局采用了扇形布局方式，三轴正交仪表光纤陀螺仪和加速度计如碗状样向上伸展布局，其中x轴向仪表朝正前方向，y轴仪表斜朝上同水平面夹角45°，z轴仪表斜朝上同水平面夹角45°，三轴向各自垂直，其他电路板附随安装。
在侧盖上安装了接插件。
所述本体结构材料选用镁合金。
在所述本体外侧设置了米字筋。
在所述本体的底座的四个角上分别有一个安装孔。
所述光纤环为无骨架光纤环。
在侧盖表面上贴覆有松木片。
在信号数据采集处理补偿部分，采集温度后采用限幅滤波法对温度进行滤波，每次检测到新值时判断本次值与上次值之差，若差值的绝对值小于规定门限则认为本次值正常，否则将沿用上次正常值；规定门限值由温度传感器噪声决定。这样可有效剔除因测温回路基准电压不稳导致的温度野值，使温度测量值噪声从1摄氏度降低到0.2摄氏度。
所述DSP-DCDC二合一电路中信号处理电路部分采用TI公司的ARM芯片TM4C123FH6PM为核心的微型电路。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明的3个光纤陀螺仪安装在三个互相垂直的侧面上，使光纤陀螺惯测装置的重心尽量位于几何中心处，提高了光纤陀螺惯测装置的抗力学性能；本发明采用了扇形结构布局，可最大化利用空间进行布局，并和整弹载体构成共形面；本体结构采用了镁合金，有效减轻了重量；采用信号处理--二次电源二合一电路，最大化利用空间，降低体积；采用一种无骨架光纤环，降低了温度灵敏度；本发明使用了一种松木片覆盖侧盖的方式，可有效隔热，保证仪表工作环境。
附图说明
图1为本发明的构成示意图；
图2为电气工作原理示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例
1)总体组成设计：光纤陀螺惯测装置，如图1所示；主体结构为扇形本体，在本体结构上相互正交安装三个光纤环，3个陀螺数字电路装在各轴光纤环上方、一个光源驱动与致冷电路装在本体上、一个二合一电路(信号处理--二次电源)装在本体上、一个IF转换电路安装在本体上、3个石英加速度计相互正交安装在本体上、再有一个二次电源模块安装在本体侧向壁上，在本体1的底部四个角上分别有一个安装孔，用于固定在导弹结构体上；
1个二次电源模块将一次母线电压变换至惯测装置内部分部件能够使用的电压，通过二合一电路中二次电源电路部分分别为1个光源驱动与致冷电路、3个陀螺信号处理电路、3个石英加速度计、1个IF转换电路供电；
3个陀螺数字电路分别接收3个光纤陀螺仪的输出信息，然后将陀螺信息发送至二合一电路中信号处理电路部分。
1个IF转换电路接收3个石英加速度计输出的电流信息并转换为频率信息，发给二合一电路中信号处理电路部分。
1个二合一电路中信号处理电路部分接收信息后，经过内部运算补偿后发送给飞控分系统；
2)二合一电路设计。二合一电路中信号处理电路部分以TI公司的ARM芯片TM4C123FH6PM为核心的微型电路设计，接收光纤陀螺仪输出的信号、石英加速度计输出的信号和温度信号，进行数据处理，并将处理后的数据发送至控制系统,其流程图如图2所示；二合一电路中二次电源部分可将外界输入的一次电压转化为惯测装置所需要的二次电压(包括±5V、±15V)。
2)松木片隔热设计：实际弹体飞行中，因为光纤陀螺惯测装置安装在导弹发动机喷管附近，导致发动机热量通过惯测装置侧盖传递到光纤陀螺仪上，影响光纤陀螺惯测装置性能。为此在光纤陀螺惯测装置两个侧盖上贴覆松木片，这样可有效隔绝发动机热量，保证惯性仪表的工作环境。
3)温度滤波设计：光纤陀螺惯测装置采用测温回路来采集热敏电阻温度数据，但为了小型化设计而舍弃了测温回路中基准电压稳压回路部分。这样使得温度数据会随着测温回路中基准电压不稳而出现野值。使用了限幅滤波法来剔除温度野值数据。
其基本方法为：每次检测到新值时判断本次值与上次值之差，若差值的绝对值小于规定门限则认为本次值正常，否则将沿用上次正常值；规定门限值由温度传感器噪声决定。

Claims (10)

1.一种三轴一体光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于：包括本体(1)、上盖(2)、侧盖(3)、下盖(4)、电连接器(5)、三轴共用光源(6)、光纤环(7)、光源驱动与制冷电路(8)、陀螺数字电路(9)、信号处理电路--二次电源电路二合一电路(10)、IF转换电路(11)、石英加速度计(12)和二次电源模块(13)；
上盖(2)装在产品上方；侧盖(3)装在产品侧方；下盖(4)装在产品下方；电连接器(5)装在产品正前方；三轴共用光源(6)装在本体(1)上；三个光纤环(7)正交安装在本体(1)上，用于敏感载体运动角速度，且里面各内置一个温度传感器；光源驱动与制冷电路(8)装在本体(1)上，用于对光源进行控制；三个陀螺数字电路(9)安装在各轴光纤环上方；信号处理电路--二次电源电路二合一电路(10)装在本体(1)上；IF转换电路(11)安装在本体(1)上；三个石英加速度计(12)相互正交安装在本体(1)上，二次电源模块(13)安装在本体(1)侧向壁上；
三个陀螺数字电路(9)分别接收三个光纤陀螺仪的输出信息，同时将输出信息发送给信号处理电路--二次电源电路二合一电路(10)中信号处理电路部分；
IF转换电路(11)分别接收三个石英加速度计(12)输出的电流，同时转换为频率发送给信号处理电路--二次电源电路二合一电路(10)中的信号处理电路部分；
信号处理电路--二次电源电路二合一电路(10)中的信号处理电路部分将三个陀螺数字电路(9)的信息和一个IF转换电路(11)的信息进行采集补偿和导航解算处理，将处理完的数据发送至导弹飞控分系统。
2.根据权利要求1所述的一种三轴一体光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于：整机布局采用了扇形布局方式，三轴正交仪表光纤陀螺仪和加速度计如碗状样向上伸展布局，其中x轴向仪表朝正前方向，y轴仪表斜朝上同水平面夹角45°，z轴仪表斜朝上同水平面夹角45°，三轴向各自垂直，其他电路板附随安装。
3.根据权利要求1所述的一种三轴一体光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于：在侧盖(3)上安装了接插件。
4.根据权利要求1所述的一种三轴一体光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于：所述本体(1)结构材料选用镁合金。
5.根据权利要求1所述的一种三轴一体光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于：在所述本体(1)外侧设置了米字筋。
6.根据权利要求1所述的一种三轴一体光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于：在所述本体(1)的底座的四个角上分别有一个安装孔。
7.根据权利要求1所述的一种三轴一体光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于：所述光纤环(7)为无骨架光纤环。
8.根据权利要求1所述的一种三轴一体光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于：在侧盖表面上贴覆有松木片。
9.根据权利要求1所述的一种三轴一体光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于：在信号数据采集处理补偿部分，采集温度后采用限幅滤波法对温度进行滤波，每次检测到新值时判断本次值与上次值之差，若差值的绝对值小于规定门限则认为本次值正常，否则将沿用上次正常值；规定门限值由温度传感器噪声决定。这样可有效剔除因测温回路基准电压不稳导致的温度野值，使温度测量值噪声从1摄氏度降低到0.2摄氏度。
10.根据权利要求1所述的一种三轴一体光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于：所述DSP-DCDC二合一电路中信号处理电路部分采用TI公司的ARM芯片TM4C123FH6PM为核心的微型电路。
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