CN112146643B - 光纤陀螺寻北仪 - Google Patents

Abstract

本专利涉及陀螺寻北仪技术领域，具体是光纤陀螺寻北仪，包括底座组件、外罩、驱动组件、限位组件、中心旋转组件、电源、显示板和控制解算板组件；驱动组件、限位组件、中心旋转组件、电源、显示板和控制解算板组件均安装在底座上；驱动组件包括驱动电机和驱动齿轮；限位组件包括限位电机、限位齿轮和限位齿条；中心旋转组件包括框架、大齿轮、定位盘、旋转体、光纤陀螺仪、加表电路板和四个光敏三极管，驱动齿轮与大齿轮啮合，限位齿条端部的限位块能够进入定位槽中进行定位。本方案采用单轴光纤陀螺仪替换双轴动力调谐陀螺仪进行寻北，解决了动力调谐陀螺寻北仪启动、停止时间长，抗振动冲击能力弱的缺点。

Description

光纤陀螺寻北仪

技术领域

本发明涉及陀螺寻北仪技术领域，具体是光纤陀螺寻北仪。

背景技术

以光纤陀螺仪和加速度计为敏感元件的惯性测量装置，是一种完全自主式的系统，它不依赖外部任何信息，也不向外发射热和能量，具有隐蔽性、全天候使用能力。实现全方位、自主、快速的测定方位，可作为观测、目标瞄准、导航系统的方位基准，也可作为隧道、矿山等地下作业的方位基准。

寻北仪通常采用陀螺仪作为敏感地球自转角速率的测量部件，利用陀螺仪测得的地球自主角速率分量值和加速度计测得的载体倾角，经过解算确定载体方位角，即载体基准轴与真北方向的夹角，主要用于初始对准和方向控制、野外侦查定向、确定射向方位、平台方位基准校准、地下施工测向。寻北仪寻北精度主要取决于陀螺仪的精度。目前，国内陀螺寻北仪应用最广的为挠性陀螺。挠性陀螺属机械陀螺，包含有高速旋转的电机、轴承，还有关键部件挠性支承，这些机械部件严重制约了陀螺仪的寿命和可靠性，所以挠性陀螺寻北仪启动、停止时间长，抗振动冲击能力弱，结构复杂、体积较大，抗振动冲击能力弱，不适合长距离运输和野外便携操作，难以满足当前对瞄准定向观测设备的要求。

发明内容

本发明意在提供一种光纤陀螺寻北仪，以解决现有挠性陀螺寻北仪启动、停止时间长，抗振动冲击能力弱，结构复杂、体积较大，抗振动冲击能力弱的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案如下：

光纤陀螺寻北仪，包括底座组件、外罩、驱动组件、限位组件、中心旋转组件、电源、显示板和控制解算板组件；

所述底座组件包括底座、按钮开关和开关连线柱，所述按钮开关和开关连线柱固定在底座侧边；所述外罩固定在底座上，所述外罩侧边设有显示窗；所述驱动组件、限位组件、中心旋转组件、电源、显示板和控制解算板组件均安装在底座上，所述显示板位置与显示窗位置对应；

所述驱动组件包括驱动电机和驱动齿轮，所述驱动齿轮与驱动电机的输出轴固定连接；

所述限位组件包括限位电机、限位齿轮和限位齿条，所述限位齿轮与限位电机的输出轴固定连接，所述限位齿条滑动连接在底座上，且所述限位齿条与限位齿轮啮合，所述限位齿条端部设有限位块；

所述中心旋转组件包括框架、大齿轮、定位盘、旋转体、光纤陀螺仪、加表电路板和四个光敏三极管，所述大齿轮、定位盘和旋转体从上至下依次固定连接，且所述大齿轮、定位盘和旋转体均位于框架内，所述大齿轮与框架转动连接，所述旋转体顶部与框架转动连接，所述框架顶部固定有若干撞块铁芯，所述旋转体上端设有能够与撞块铁芯接触的挡块，所述光纤陀螺仪固定在旋转体内，所述加表电路板固定在定位盘上，所述加表电路板上设有朝下的红外发光二极管，所述定位盘和大齿轮上均设有供红外发光二极管光线穿过的让位孔，所述定位盘侧边设有三个定位槽，三个所述定位槽与加表电路板周向均匀分布在定位盘上，四个所述光敏三极管均朝上固定在框架底部，且四个所述光敏三极管与红外发光二极管位置对应，四个所述光敏三极管包括一个零位接收管和三个定位接收管，三个所述定位接收管呈夹角90度分布，所述零位接收管与相邻定位接收管的夹角小于90度；所述驱动齿轮与大齿轮啮合，所述限位齿条端部的限位块能够进入定位槽中进行定位；

所述按钮开关、显示板、红外发光二极管、光敏三极管、驱动电机、限位电机均与控制解算板组件电连接，所述电源对显示板、驱动电机、限位电机、控制解算板组件供电。

基础方案的有益效果：(1)本方案采用光纤陀螺作为地球自转角速度的测量部件，光纤陀螺仪与传统的机械陀螺仪相比，优点是全固态，没有旋转部件和摩擦部件，寿命长，动态范围大，瞬时启动，结构简单，重量轻。

(2)本方案通过对中心旋转组件结构的优化，使得中心旋转组件结构紧凑，减小了中心旋转组件的体积，从而有效减小陀螺寻北仪的整体体积。

(3)本方案通过设置零位接收管，能够对陀螺寻北仪进行初始矫正，保证测量结果的准确性，且通过三个定位槽以及限位齿条的作用，能够对陀螺进行准确的定位，保证寻北过程中光纤陀螺仪进行地球自转角速率测量的三个相对位置的重复性，且在撞块铁芯和挡块的作用下，能够有效防止中心旋转组件旋转过度的问题。

进一步，还包括电源滤波器，所述电源滤波器与电源电连接，所述电源滤波器固定在底座上。电源滤波器能够对电源进行滤波。

进一步，所述控制解算板组件包括控制解算板、转接板和功率放大器，所述功率放大器均与控制解算板电连接，所述转接板固定在底座上，所述控制解算板与转接板固定。转接板便于对控制解算板进行安装固定。

进一步，所述底座组件还包括按钮座和按钮罩，所述按钮开关通过按钮座固定在底座上，所述按钮罩可拆卸连接在按钮座上，所述按钮座与底座相邻的端部固定有硅橡胶圈，所述按钮罩和按钮座之间设有硅橡胶板。按钮罩能够对按钮开关进行保护，且硅橡胶圈和硅橡胶板能够有效的保证对按钮开关的防水、防尘保护。

进一步，所述显示窗为透明有机玻璃板，且所述显示窗与外罩连接的边缘固定有防水胶垫，所述外罩外表面设有喷漆层。透明有机玻璃板的透光效果好，防水胶垫有效避免水从显示窗处进入外罩内；喷漆层能够提高外罩的防盐雾、防霉菌、防腐蚀能力。

进一步，所述框架顶部固定有上连接轴，所述上连接轴与旋转体顶部之间固定有轴承，所述框架底部固定有下连接轴，所述旋转体底部固定有连轴，所述大齿轮与定位盘均固定在连轴上，所述连轴与下连接轴之间固定有轴承。本方案为对基础方案的具体选择。

进一步，所述旋转体上设有若干散热条形槽。一方面能够减小旋转体的整体质量，另一方面，光纤陀螺仪能够通过条形槽进行散热，从而提高了本方案的散热能力，保证光纤陀螺仪的正常工作。

进一步，所述撞块铁芯设有两个。两个撞块铁芯能够更好的防止中心旋转组件旋转过度。

进一步，所述电源外固定有导热硅胶片。导热硅胶片能够对电源进行散热，避免电源温度过高。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中的驱动组件、限位组件、中心旋转组件、电源、电源滤波器、显示板、控制解算板组件与底座的连接示意图；

图3为本发明实施例中的中心旋转组件的立体图；

图4为本发明实施例中的中心旋转组件的结构示意图；

图5为本发明实施例中的中心旋转组件的仰视图；

图6为本发明实施例中的定位盘的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

说明书附图中的附图标记包括：底座1、按钮开关2、按钮罩3、外罩4、显示窗5、驱动齿轮6、限位齿轮7、限位齿条8、齿条安装座9、限位块10、框架11、大齿轮12、定位盘13、旋转体14、光纤陀螺仪15、加表电路板16、上连接轴17、垫圈18、下连接轴19、撞块铁芯20、挡块21、条形槽22、红外发光二极管23、让位孔24、定位槽25、零位接收管26、定位接收管27、控制解算板28、转接板29、电源30、EMC电源滤波器31、显示板 32。

实施例

基本如附图1、图2所示：光纤陀螺寻北仪，包括底座1组件、外罩4、驱动组件、限位组件、中心旋转组件、电源30、EMC电源滤波器31、显示板32和控制解算板28组件；

底座1组件包括底座1、按钮开关2、开关连线柱、按钮座和按钮罩3，按钮开关2和开关连线柱固定在底座1侧边；按钮开关2通过按钮座固定在底座1上，按钮罩3卡接在按钮座上，按钮座与底座1相邻的端部固定有硅橡胶圈，按钮罩3和按钮座之间固定有硅橡胶板。

外罩4通过螺栓固定在底座1上，外罩4侧边设有显示窗5；显示窗5为透明有机玻璃板，且显示窗5与外罩4连接的边缘固定有防水胶垫，外罩4外表面设有喷漆层；驱动组件、限位组件、中心旋转组件、电源30、EMC电源滤波器31、显示板32和控制解算板28组件均安装在底座1上，显示板32位置与显示窗5位置对应；EMC电源滤波器31与电源30电连接，电源30外固定有导热硅胶片。

驱动组件包括驱动电机和驱动齿轮6，驱动齿轮6与驱动电机的输出轴固定连接。

限位组件包括限位电机、限位齿轮7、限位齿条8和齿条安装座9，限位齿轮7与限位电机的输出轴固定连接，齿条安装座9通过螺栓固定在底座1上，限位齿条8滑动连接在齿条安装座9上，且限位齿条8与限位齿轮7啮合，限位齿条8端部设有限位块10。

结合图3、图4所示，中心旋转组件，包括框架11、大齿轮12、定位盘13、旋转体14、光纤陀螺仪15、加表电路板16和四个光敏三极管，大齿轮12、定位盘13和旋转体14从上至下依次固定连接，且大齿轮12、定位盘13和旋转体14均位于框架11内，框架11顶部通过螺栓固定有上连接轴17，上连接轴17与旋转体14顶部之间固定有深沟球轴承，深沟球轴承底部固定有垫圈18，框架11底部通过螺栓固定有下连接轴19，旋转体14底部固定有连轴，大齿轮12与定位盘13均固定在连轴上，连轴与下连接轴19之间固定有深沟球轴承。框架11顶部固定有两个撞块铁芯20；旋转体14上端设有能够与撞块铁芯20接触的挡块21。光纤陀螺仪15固定在旋转体14内，旋转体14上设有若干条形槽22。加表电路板16通过电路板安装板固定在定位盘13上，加表电路板16上设有朝下的红外发光二极管23，定位盘 13和大齿轮12上均设有供红外发光二极管23光线穿过的让位孔24，结合图6所示，定位盘13侧边设有三个定位槽25，三个定位槽25与加表电路板16周向均匀分布在定位盘13 上，结合图5所示，四个光敏三极管均朝上固定在框架11底部，且四个光敏三极管与红外发光二极管23位置对应，四个光敏三极管包括一个零位接收管26和三个定位接收管27，三个定位接收管27呈夹角90度分布，零位接收管26与相邻定位接收管27的夹角为20度。驱动齿轮6与大齿轮12啮合，限位齿条8端部的限位块10能够进入定位槽25中进行定位。

控制解算板28组件包括控制解算板28、转接板29和功率放大器，功率放大器均与控制解算板28电连接，转接板29通过螺栓固定在底座1上，控制解算板28与转接板29固定。

按钮开关2、显示板32、红外发光二极管23、光敏三极管、驱动电机、限位电机均与控制解算板28电连接，电源30对显示板32、驱动电机、限位电机、控制解算板28组件供电。

具体实施过程如下：光敏三极管对红外发光管发出的光进行接收，开始时，光敏三极管中的零位接收管26接收到光信号，并将信号传递给控制解算板28，控制解算板28向驱动电机发出启动信号，驱动电机带动驱动齿轮6转动，从而带动大齿轮12转动；随着大齿轮12转动，大齿轮12带动定位盘13、旋转体14和光纤陀螺转动，当光敏三极管中的定位接收管27收到信号时，将信号传递给控制解算板28，控制解算板28向限位电机发出启动信号，同时向驱动电机发出停止信号，限位电机带动限位齿轮7转动，限位齿轮7带动限位齿条8 转动，从而使得限位齿条8端部的限位块10插入定位盘13上的定位槽25中，保证旋转体 14、光纤陀螺仪15的90度旋转的精度，从而保证测量结果的精度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.光纤陀螺寻北仪，其特征在于：包括底座组件、外罩、驱动组件、限位组件、中心旋转组件、电源、显示板和控制解算板组件；

所述底座组件包括底座、按钮开关和开关连线柱，所述按钮开关和开关连线柱固定在底座侧边；所述外罩固定在底座上，所述外罩侧边设有显示窗；所述驱动组件、限位组件、中心旋转组件、电源、显示板和控制解算板组件均安装在底座上，所述显示板位置与显示窗位置对应；

所述驱动组件包括驱动电机和驱动齿轮，所述驱动齿轮与驱动电机的输出轴固定连接；

所述限位组件包括限位电机、限位齿轮和限位齿条，所述限位齿轮与限位电机的输出轴固定连接，所述限位齿条滑动连接在底座上，且所述限位齿条与限位齿轮啮合，所述限位齿条端部设有限位块；

所述中心旋转组件包括框架、大齿轮、定位盘、旋转体、光纤陀螺仪、加表电路板和四个光敏三极管，所述大齿轮、定位盘和旋转体从上至下依次固定连接，且所述大齿轮、定位盘和旋转体均位于框架内，所述大齿轮与框架转动连接，所述旋转体顶部与框架转动连接，所述框架顶部固定有若干撞块铁芯，所述旋转体上端设有能够与撞块铁芯接触的挡块，所述光纤陀螺仪固定在旋转体内，所述加表电路板固定在定位盘上，所述加表电路板上设有朝下的红外发光二极管，所述定位盘和大齿轮上均设有供红外发光二极管光线穿过的让位孔，所述定位盘侧边设有三个定位槽，三个所述定位槽与加表电路板周向均匀分布在定位盘上，四个所述光敏三极管均朝上固定在框架底部，且四个所述光敏三极管与红外发光二极管位置对应，四个所述光敏三极管包括一个零位接收管和三个定位接收管，三个所述定位接收管呈夹角90度分布，所述零位接收管与相邻定位接收管的夹角小于90度；所述驱动齿轮与大齿轮啮合，所述零位接收管接收到光信号，并将信号传递给控制解算板，所述控制解算板向驱动电机发出启动信号，所述驱动电机带动驱动齿轮转动，当所述光敏三极管中的定位接收管收到信号时，将信号传递给控制解算板，所述控制解算板向限位电机发出启动信号，同时向驱动电机发出停止信号，所述限位电机带动限位齿轮转动，所述限位齿轮带动限位齿条转动，所述限位齿条端部的限位块插入定位盘上的定位槽中进行定位；

所述按钮开关、显示板、红外发光二极管、光敏三极管、驱动电机、限位电机、光纤陀螺仪均与控制解算板组件电连接，所述电源对显示板、驱动电机、限位电机、控制解算板组件供电。

2.根据权利要求1所述的光纤陀螺寻北仪，其特征在于：还包括电源滤波器，所述电源滤波器与电源电连接，所述电源滤波器固定在底座上。

3.根据权利要求2所述的光纤陀螺寻北仪，其特征在于：所述控制解算板组件包括控制解算板、转接板和功率放大器，所述功率放大器均与控制解算板电连接，所述转接板固定在底座上，所述控制解算板与转接板固定。

4.根据权利要求3所述的光纤陀螺寻北仪，其特征在于：所述底座组件还包括按钮座和按钮罩，所述按钮开关通过按钮座固定在底座上，所述按钮罩可拆卸连接在按钮座上，所述按钮座与底座相邻的端部固定有硅橡胶圈，所述按钮罩和按钮座之间设有硅橡胶板。

5.根据权利要求4所述的光纤陀螺寻北仪，其特征在于：所述显示窗为透明有机玻璃板，且所述显示窗与外罩连接的边缘固定有防水胶垫，所述外罩外表面设有喷漆层。

6.根据权利要求1所述的光纤陀螺寻北仪，其特征在于：所述框架顶部固定有上连接轴，所述上连接轴与旋转体顶部之间固定有轴承，所述框架底部固定有下连接轴，所述旋转体底部固定有连轴，所述大齿轮与定位盘均固定在连轴上，所述连轴与下连接轴之间固定有轴承。

7.根据权利要求6所述的光纤陀螺寻北仪，其特征在于：所述旋转体上设有若干散热条形槽。

8.根据权利要求7所述的光纤陀螺寻北仪，其特征在于：所述撞块铁芯设有两个。

9.根据权利要求8所述的光纤陀螺寻北仪，其特征在于：所述电源外固定有导热硅胶片。

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