CN111595338A - 一种高可靠性单轴冗余光纤陀螺惯性测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种高可靠性单轴冗余光纤陀螺惯性测量装置，具有可靠性高、抗力学环境能力强、装配工艺好、模块化程度高等优点。本发明设计了纵截面L型的系统本体，具有足够的结构固有频率，抗力学性能好，为光纤陀螺仪和光学基准镜提供高精度稳定安装面。系统电路、电源组件等振动敏感零部件分别进行了减振设计，使整个装置抗力学性能大大加强；同时兼顾散热要求，对热耗最大的电源组件进行了散热设计；本发明具有良好的装配工艺性，各零部件分区域安装，具有操作空间大、可视化装配的优点，保证装配可靠性。

Description

一种高可靠性单轴冗余光纤陀螺惯性测量装置

技术领域

本发明涉及光纤陀螺惯性测量装置结构设计技术，具体涉及一种高可靠性单轴冗余光纤陀螺惯性测量装置。

背景技术

光纤陀螺装置是一种基于Sagnac效应的全固态惯性仪表，用来测量载体的角速率，在大量卫星中应用于姿态控制，是卫星姿态控制系统中关键组成单元。

卫星姿态控制需要测量3个正交方向的角速率。由于应用环境和功能要求不同，一些卫星需要在某一个方向上具有更高的精度或者可靠性，考虑到重量、体积和经济原因，往往会采用三轴陀螺装置+单轴陀螺装置组合的方式，增加特定方向上的精度控制或者可靠性。单轴冗余光纤陀螺仪具有测量精度高、冗余性好的特点，往往在一些高可靠性、长寿命的卫星系统中应用。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术上的不足，提供一种高可靠性单轴冗余光纤陀螺惯性测量装置，设计了纵截面L型的系统本体，具有足够的结构固有频率，抗力学性能好，为光纤陀螺仪和光学基准镜提供高精度稳定安装面。系统电路、电源组件等振动敏感部件分别进行了减振设计，使整个装置抗力学性能大大加强；同时兼顾散热要求，对热耗最大的电源组件进行了散热设计；本发明具有良好的装配工艺性，各零部件分区域安装，具有操作空间大、可视化装配的优点，保证装配可靠性。

本发明的技术方案是：一种高可靠性单轴冗余光纤陀螺惯性测量装置，包括系统本体作为主体结构支撑两个光纤陀螺仪、两个系统电路、电源部分、一个底盖、三个对外电连接器、外罩和光学基准镜，其中：

两个光纤陀螺仪方向相反安装在系统本体上部，安装方向水平，电源部分垂直安装在光纤陀螺仪旁边的系统本体上，外罩固定在系统本体上，共同将两个光纤陀螺仪和电源部分保护起来，形成电磁密封，三个对外电连接器安装到系统本体右侧，焊线端通到系统本体的底腔内，光学基准镜安装到系统本体顶部，两个系统电路平铺安装到系统本体的底腔内，并由底盖形成密封腔体；

所述一个光纤陀螺仪、一个系统电路和电源部分组成主份单轴光纤陀螺系统，另一个光纤陀螺仪、另一个系统电路和电源部分组成备份单轴光纤陀螺系统；

所述系统本体纵截面呈L型，上窄下宽；所述系统本体L型上端为两个光纤陀螺仪提供同轴反向安装面，顶部提供光学基准镜安装面；所述系统本体的中间部分安装电源部分；所述系统本体的一端安装对外电连接器；所述系统本体的底部长方形凹糟与底盖形成一个独立的空间，安装两个系统电路。

所述电源部分采用分层安装、顶部辅助固定的方式，包括电源组件I、电源组件II、支架I、二次电源电路、支架II、两组内部电连接器、十二个限位垫柱、十二个限位垫片和二十四个T型减振垫；

所述电源组件I通过四个减振点安装于系统本体上，所述电源组件II通过四个减振点安装于电源组件I的限位垫柱上，所述支架I和二次电源电路通过四个减振点安装于电源组件II的限位垫柱上，所述支架II通过螺钉安装到支架I的限位垫柱上，两组内部电连接器通过螺钉安装到支架II上，同时，支架II与系统本体侧面通过五个螺钉直接连接固定。

一个光纤陀螺仪、一个系统电路和电源组件I组成主份单轴光纤陀螺系统，另一个光纤陀螺仪、另一个系统电路和电源组件II组成备份单轴光纤陀螺系统。

所述电源组件I、电源组件II和支架I分别采用四点方式进行单独减振，每个减振点由一个限位垫柱，一个限位垫片，两个T型减振垫组成。

所述系统本体和电源组件I之间，以及所述电源组件I和所述电源组件II之间，均粘贴有铍铜簧片，铍铜簧片处于半压紧状态。

所述支架II上有四个凸台，凸台沿支架II的长边方向开有螺纹孔，两组内部电连接器平铺在支架II上，并通过两两成对的凸台固定。

所述两个系统电路安装于系统本体底部，分别采用六点减振方式，每个减振点由一个限位垫柱，一个限位垫片，一个T型减振垫和1个环形减振垫组成。

所述外罩厚度为1mm，安装到系统本体上，除底部有二十二个螺钉固定外，在外罩顶部有四个安装螺钉。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明设计纵截面L型的系统本体，下宽上窄，具有足够的结构固有频率，同时对系统电路、电源组件等振动敏感零部件分别进行了减振设计，电源部分采用分层安装、顶部辅助固定的方式，避免了悬臂梁结构的出现；上罩属于薄壳结构，在上罩底部和顶部分别设置固定点，使装置整体具有很好的抗力学性能；

(2)本发明兼顾了减振和散热的要求，通过铍铜簧片对热耗最大的电源组件进行散热，铍铜簧片粘贴在本体和电源组件、两个电源组件之间，处于半压紧状态，具有较好的散热效果，可将热量快速传递到系统本体，散热路径短，同时铍铜簧片本身具有良好的弹性，不影响电源组件的减振效果；

(3)本发明具有良好的装配工艺性，仪表部分、电源部分和系统电路部分分区域安装，具有开阔的操作空间，各部分均可实现可视化装配，整个装配和走线过程中均无盲装环节，可以有效保证装配的可靠性，装置内部连接采用电连接器的形式，模块化设计，提高了装配和返修工艺性。

附图说明

图1为本发明单轴冗余光纤陀螺装置的构成示意图；

图2为本发明单轴冗余光纤陀螺装置的剖面示意图；

图3为本发明中系统本体结构示意图；

图4为本发明中电源部分安装及加固示意图；

图5为本发明中电源组件散热示意图，其中(a)为主份电源组件工作时的散热示意图，(b)为备份电源组件工作时的散热示意图；

图6为本发明中电源组件减振示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述：

如图1所示为本发明一种高可靠性单轴冗余光纤陀螺惯性测量装置的构成示意图，图2所示为本发明单轴冗余光纤陀螺装置的剖面示意图，由图可知单轴冗余光纤陀螺装置结构主要包括两个反向安装的光纤陀螺仪2、两个系统电路3、电源部分4、底盖5、三个对外电连接器6、外罩7和光学基准镜8。

两个光纤陀螺仪2方向相反安装在系统本体1上部，安装方向水平，电源部分4垂直安装在光纤陀螺仪2旁边的系统本体1上，外罩7固定在系统本体1上，共同将两个光纤陀螺仪2和电源部分4保护起来，形成电磁密封，三个对外电连接器6安装到系统本体1右侧，焊线端通到系统本体1的底腔内，光学基准镜8安装到系统本体1顶部，两个系统电路3平铺安装到系统本体1的底腔内，并由底盖5形成密封腔体。

如图3为本发明中系统本体结构示意图，其中系统本体1为支撑各部件的主体结构，纵截面呈L型，具有上窄下宽的特点，结构固有频率高，稳定性好；系统本体1底部为独立腔体，安装系统电路3，为系统电路3提供了密封空间；系统本体1上部左侧凸起的方形部分为光纤陀螺仪2提供两个同轴反向的安装面，同时方形部分的顶部设有光学基准镜8安装位置，将具有轴向精度要求的光纤陀螺仪和光学基准镜安装位置设置在一处，有利于通过最小的重量代价获得结构安装精度和稳定性。另外，方形凸起的顶部和底部留有上罩固定位置，上罩属于薄壳结构，通过顶部和底部双重固定，可以明显改善上罩强度；系统本体1右侧空旷区域安装电源部分4，具有充足的操作空间。本发明在满足上述安装需求的前提下，将内部分为仪表部分、电源部分和系统电路部分，各部分空间相互独立，具有开阔的操作空间，各部分均可实现可视化装配，整个装配和走线过程中均无盲装环节，可以有效保证装配的可靠性，整体具有抗力学性能强、装配工艺性好的特点。

如图4为本发明中电源部分安装及加固示意图，电源部分4采用分层安装、顶部辅助固定的方式，电源部分包含电源组件I41、电源组件II42、支架I43、二次电源电路44、支架II45、两组内部电连接器46、十二个限位垫柱47、十二个限位垫片48和二十四个T型减振垫49；整个电源部分分为四层，第一层电源组件I41通过减振系统安装于系统本体1上，第二层电源组件II42通过减振系统安装于电源组件I41的限位垫柱上，第三层支架I43和二次电源电路44通过减振系统安装于电源组件II42的限位垫柱上，第四层支架II45通过螺钉安装到支架I43的限位垫柱48上，2组内部电连接器46通过螺钉安装到支架II45上，同时，支架II45与系统本体1直接连接固定。十二个限位螺钉47、十二个限位垫片48和支架II45共同构成了电源部分的支撑结构，限位垫柱47可以在垂直方向提供足够的支撑强度，而支架II45与系统本体1侧壁固连，则为水平两个方向提供了足够的支撑强度，避免了悬臂结构，大大提升了整体力学性能。

另外，在装置内部的电气连接方面，采用内部电连接器的形式，便于装配和返修。支架II45上有四个凸台，凸台沿支架II45的长边方向开有螺纹孔，2组内部电连接器46平铺在支架II45上，并通过两两成对的凸台固定。2组内部电连接器46平铺的优势在于，避免了高度方向上的空间浪费，同时电连接器出线端的线束紧贴支架II45，便于走线和固定。

如图5为本发明中电源组件I41和电源组件II42散热示意图，卫星工作在真空环境中，没有热对流，散热主要依靠热传导方式，由于橡胶减振器的存在，电源组件I41和电源组件II42的热量无法通过金属结构直接传递到本体。因此在系统本体1和电源组件I41之间、电源组件I41和电源组件II42之间粘贴铍铜簧片，参照图4所示，铍铜簧片平面一端通过双面胶带粘贴在系统本体1和电源组件I41上端面，弹性弧面一端与电源组件I41和电源组件II42的下端面接触，且弹性弧面处于半压紧状态铍铜簧片处于半压紧状态，与上下结构紧贴。当主份陀螺装置工作时，电源组件I41的热量直接通过铍铜簧片传递到系统本体1上，当备份陀螺装置工作时，电源组件II42的热量通过铍铜簧片传递到电源组件I41上，此时电源组件I41并不发热，其作为热导体将吸收的热量传递到系统本体1上。同时，由于铍铜簧片具有良好的弹性，不会影响电源组件I41和电源组件II42的减振效果。

如图6为本发明中电源组件II42减振示意图，每个减振点由一个限位垫柱47、一个限位垫片48和两个T型减振垫49组成，其中电源组件II42的螺柱部分旋入下层电源组件I41的限位垫柱螺纹孔内，并在光轴台阶处与限位垫片48卡紧，为减振垫49提供准确的压缩和位移空间。T型减振垫49成对出现，按照图示方式安装于电源组件II42的法兰上下两面，为电源组件II42提供三个方向上的减振效果。电源组件I41和支架I43的减振方式与此类似，每部分均由四个减振点支撑，此处不再赘述。

另外，系统电路3的减振方式和上述方式类似，只是受限于系统电路3的板厚，将两个T型减振垫更改为一个T型减振垫和一个环形减振垫，减振点数量也由四个变更为六个，其余均和电源部分减振一致，此处不再赘述。

Claims (8)

1.一种高可靠性单轴冗余光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于：包括系统本体(1)作为主体结构支撑两个光纤陀螺仪(2)、两个系统电路(3)、电源部分(4)、一个底盖(5)、三个对外电连接器(6)、外罩(7)和光学基准镜(8)，其中：

两个光纤陀螺仪(2)方向相反安装在系统本体(1)上部，安装方向水平，电源部分(4)垂直安装在光纤陀螺仪(2)旁边的系统本体(1)上，外罩(7)固定在系统本体(1)上，共同将两个光纤陀螺仪(2)和电源部分(4)保护起来，形成电磁密封，三个对外电连接器(6)安装到系统本体(1)右侧，焊线端通到系统本体(1)的底腔内，光学基准镜(8)安装到系统本体(1)顶部，两个系统电路(3)平铺安装到系统本体(1)的底腔内，并由底盖(5)形成密封腔体；

所述一个光纤陀螺仪(2)、一个系统电路(3)和电源部分(4)组成主份单轴光纤陀螺系统，另一个光纤陀螺仪(2)、另一个系统电路(3)和电源部分(4)组成备份单轴光纤陀螺系统。

2.根据权利要求1所述的一种高可靠性单轴冗余光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于；所述系统本体(1)纵截面呈L型，上窄下宽；所述系统本体(1)L型上端为两个光纤陀螺仪提供同轴反向安装面，顶部提供光学基准镜安装面；所述系统本体(1)的中间部分安装电源部分(4)；所述系统本体(1)的一端安装对外电连接器(6)；所述系统本体(1)的底部长方形凹糟与底盖(5)形成一个独立的空间，安装两个系统电路(3)。

3.根据权利要求1所述的一种高可靠性单轴冗余光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于；所述电源部分(4)采用分层安装、顶部辅助固定的方式，包括电源组件I(41)、电源组件II(42)、支架I(43)、二次电源电路(44)、支架II(45)、两组内部电连接器(46)、十二个限位垫柱(47)、十二个限位垫片(48)和二十四个T型减振垫(49)；

所述电源组件I(41)通过四个减振点安装于系统本体(1)上，所述电源组件II(42)通过四个减振点安装于电源组件I(41)的限位垫柱上，所述支架I(43)和二次电源电路(44)通过四个减振点安装于电源组件II(42)的限位垫柱上，所述支架II(45)通过螺钉安装到支架I(43)的限位垫柱(47)上，两组内部电连接器(46)通过螺钉安装到支架II(45)上，同时，支架II(45)与系统本体(1)侧面通过五个螺钉直接连接固定；

一个光纤陀螺仪(2)、一个系统电路(3)和电源组件I(41)组成主份单轴光纤陀螺系统，另一个光纤陀螺仪(2)、另一个系统电路(3)和电源组件II(42)组成备份单轴光纤陀螺系统。

4.根据权利要求1或3所述的一种高可靠性单轴冗余光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于；所述电源组件I(41)、电源组件II(42)和支架I(43)分别采用四点方式进行单独减振，每个减振点由一个限位垫柱(47)，一个限位垫片(48)，两个T型减振垫(49)组成。

5.根据权利要求3或4所述的一种高可靠性单轴冗余光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于：所述系统本体(1)和电源组件I(41)之间，以及所述电源组件I(41)和所述电源组件II(42)之间，均粘贴有铍铜簧片，铍铜簧片处于半压紧状态。

6.根据权利要求1或3所述的一种高可靠性单轴冗余光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于；所述支架II(45)上有四个凸台，凸台沿支架II(45)的长边方向开有螺纹孔，两组内部电连接器(46)平铺在支架II(45)上，并通过两两成对的凸台固定。

7.根据权利要求1所述的一种高可靠性单轴冗余光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于；所述两个系统电路(3)安装于系统本体(1)底部，分别采用六点减振方式，每个减振点由一个限位垫柱(47)，一个限位垫片(48)，一个T型减振垫(49)和1个环形减振垫组成。

8.根据权利要求1所述的一种高可靠性单轴冗余光纤陀螺惯性测量装置，其特征在于；所述外罩(7)厚度为1mm，安装到系统本体(1)上，除底部有二十二个螺钉固定外，在外罩顶部有四个安装螺钉。

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