CN112758338A - 一种一体化结构的微小型光电吊舱 - Google Patents

Abstract

本发明属于光电技术领域，公开了一种一体化结构的微小型光电吊舱，包括：俯仰组件、横滚组件、红外传感器及激光测距组件；采用二轴二框架结构，将俯仰轴系、俯仰框架、光具座一体化设计；将方位轴系、方位框架与系统外形一体化设计；将激光组件、电源模块，控制电路板按照放置空间分舱；为激光测距组件的电源等高功率线缆设计过线通道，将信号线缆与功率线缆隔离传输，提高系统电磁兼容能力；将传感器第一片物镜与外壳体一体化设计减少窗口玻璃，保证外形协调，前盖增加密封胶条安装后可以保证传感器舱密封等，采用以上设计方式节约了系统空间，减小了系统体积，提高了系统一体化集成化能力，而且拆装迅速，结构可达性良好，便于维护。

Description

一种一体化结构的微小型光电吊舱

技术领域

本发明属于光电技术领域，涉及一种光电吊舱，尤其涉及机载或者小型无人机载一体化结构的微小型光电吊舱。

背景技术

机载光电吊舱是一个集光学、机械、电气于一体的复杂系统。它可以隔离载机的姿态变化和机械振动对光电传感器指向的影响，同时也可以完成对目标的搜索、定位和跟踪，输出稳定的视频图像。目前机载光电吊舱被广泛应用在军事领域，在民用领域也有很多的应用，如环境监测、公安等。

光电吊舱一般悬挂于无人机或直升机的底部或机头前部，并且利用相关的光电传感器(如红外热像仪、激光测距仪、可见光摄像机等)对目标进行捕获、瞄准跟踪。由于吊舱的工作环境是处于比较恶劣的振动环境中，还要保证吊舱平台的稳定和跟踪精度，因此要求吊舱结构要有足够的刚度、强度和优良的动态特性。在布局上应当使结构紧凑，将质量大的结构、光电探测器或者传感器安装在距离回转轴线最近的地方，以此减小结构的转动惯量。

光电吊舱的结构形式受到稳定精度、安装的传感器种类以及搭载设备的数量限制。因此其所承载的载荷不同，吊舱的体积、重量以及整体结构都会有所不同。在航空领域，吊舱体积和重量的减少，就意味着飞行速度、飞行距离的增加。随着吊舱市场的需求增加，国外近年来在光电吊舱领域的相关技术方面发展相当迅速，向着传感器数量更多而平台质量更轻、体积更小、稳定精度更高的方向发展。光电吊舱小型化、轻型化、通用化结构研究已是十分必要。

二轴二框架结构是稳定平台中较为成熟的，并且运用范围是最广泛，易于实现轻型、小型化。该结构主要由方位轴系、俯仰轴系、方位框架和俯仰框架四个部分组成。在该结构中，各种传感器、陀螺仪等均相互垂直的安装在方位俯仰轴系上，并通过陀螺仪来稳定回路，以此克服外力矩产生的干扰，使框架保持稳定。这种结构形式具有的特点是结构紧凑、体积小，经常被运用到轻负载、高精度的结构的设计之中。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：为微小型光电吊舱提供一种结构一体化设计构型形式，为实现光电吊舱小型化、轻型化、通用化，提供一种实用的设计思路。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种一体化结构的微小型光电吊舱，包括：俯仰组件1、横滚组件2、红外传感器3及激光测距组件4等。

所述俯仰组件1包括中部壳体1-1、中心框架1-2、俯仰轴系1-3、侧盖1-4、后盖1-5；中部壳体1-1为不规则U型框架式结构体，其中部沿中心框架1-2回转半径向下凹，底部由球形过渡为圆形法兰盘用来和横滚组件2固连，省去了横滚组件2与俯仰组件1之间的连接转接件，左右两边向上延伸构成左右支耳，支耳正下方分布着密封迷宫槽；中心框架1-2为○型框架式结构体，中心部分用来安装红外传感器3，左右两边与支耳中的俯仰轴系1-3连接；侧盖1-4用螺钉固连在左右支耳上；后盖1-5用螺钉固连在中心框架1-2上。

所述横滚组件2包括安装基座2-1、横滚轴系2-2、底盖2-3；安装基座2-1为底部方形上部圆形的空腔结构体，腔体内部安装横滚轴系2-2，腔体上部圆形部位为密封迷宫，腔体外部造型为保形设计，腔体下部方形外圈分布了一圈安装螺钉孔，是系统安装接口，底盖2-3上布置了系统对外的电缆接头，其整体用螺钉固连在安装基座2-1的下部。

所述红外传感器3包括前盖板3-1、激光窗口玻璃3-2、红外镜头3-3、密封胶条3-4、密封压板3-5、红外焦平面探测器3-6；前盖板3-1开有两个窗口，其中一个为激光窗口，激光窗口玻璃3-2用光学环氧胶粘接在激光窗口中；另一个为红外窗口，安装在中心框架1-2上的红外镜头3-3伸出红外窗口，其前凸曲率半径与前盖板3-1外形保持基本一致，通过密封胶条3-4、密封压板3-5与前盖板3-1密封连接；红外焦平面探测器3-6通过螺钉与红外镜头3-3固连在一起。

所述激光测距组件4包括激光镜头组件4-1、激光接收组件4-2、激光光源组件4-3、激光电源组件4-4、激光上盖4-5、激光下盖4-6；激光镜头组件4-1用螺钉固定在中心框架1-2前部；激光接收组件4-2固连在中心框架1-2后部；激光光源组件4-3固连在中心框架1-2下部；激光电源组件4-4固定在中心框架1-2上部，其通过中心框架1-2侧面两组沟槽与下方各部件用电缆互联；激光上盖4-5内部依照激光电源组件外形加工，安装后激光上盖4-5与激光电源组件4-4互相紧密贴合，并涂抹导热硅脂保证充分散热；激光下盖4-6固连在中心框架1-2下部与中心框架1-2组成密闭腔体，将激光镜头组件4-1、激光接收组件4-2、激光光源组件4-3密封，与中心框架1-2、激光电源组件4-4共同组合构成激光测距组件。

在本发明中，所述微小型光电吊舱采用二轴二框架结构，将中心框架1-2、安装基座2-1一体化设计；将中部壳体1-1、壳体外部的保形蒙皮和系统外形一体化设计；将红外镜头3-3的第一片物镜与外壳体一体化设计，减少红外窗口玻璃，保证外形协调，前盖板3-1增加密封胶条3-4、密封压板3-5安装后可以保证传感器舱密封。

在本发明中，所述激光测距组件将激光镜头组件4-1、激光接收组件4-2、激光光源组件4-3、激光电源组件4-4等，按照放置空间分舱设计；为激光测距组件的高功率线缆设计了专用过线通道，将信号线缆与功率线缆隔离传输，提高了系统电磁兼容能力。

在本发明中采用以上设计方式节约了系统空间，减小了系统体积，提高了系统一体化集成化能力，而且拆装迅速，结构可达性良好，便于维护，提高了产品可靠性，促进了产品的保障性。具有广泛的应用前景。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的一体化结构的微小型光电吊舱，整体技术效果体现在以下几个方面。

1.结构形式简单紧凑，紧随微机电技术的发展，往更小尺度发展，超轻量化方向发展；

2.在器件布局、框架设计、外观制作等方面达到一体化集成化的效果；

3.将载荷与承载平台高度融合，构成一体化平台，使系统结构更加紧凑，空间利用率大，提高系统美观度。

附图说明

图1是本发明一种一体化结构的微小型光电吊舱的组成示意图。

图2是图1中所示俯仰组件1的示意图。

图3是图1中所示方位组件2的示意图。

图4是图1中所示红外传感器3的示意图。

图5是图2中所示激光测距组件4的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提供的一种微小型光电吊舱的一体化设计结构形式包括：俯仰组件1、横滚组件2、红外传感器3及激光测距组件4等四大部分组成。

如图2所示，俯仰组件1包括中部壳体1-1、中心框架1-2、俯仰轴系1-3、侧盖1-4、后盖1-5。其中中部壳体1-1通过俯仰轴系1-3与中心框架1-2固连，侧盖1-4固连在中部壳体1-1上，后盖1-5固连在中心框架1-2后部。

如图3所示，横滚组件2包括安装基座2-1、横滚轴系2-2、底盖2-3。安装基座2-1是整个吊舱的基座，横滚轴系2-2固连在安装基座2-1上，底盖2-3固连在安装基座2-1上。

如图4所示，红外传感器3包括前盖板3-1、激光窗口玻璃3-2、红外镜头3-3、密封胶条3-4、密封压板3-5、红外焦平面探测器3-6。激光窗口玻璃3-2通过光学环氧胶粘接在前盖板3-1上，红外镜头3-3通过密封胶条3-4、密封压板3-5与前盖板3-1密封固连；红外焦平面探测器3-6与红外镜头3-3固连。

如图5所示，激光测距组件4包括中心框架1-2、激光镜头组件4-1、激光接收组件4-2、激光光源组件4-3、激光电源组件4-4、激光上盖4-5、激光下盖4-6。激光镜头组件4-1、激光接收组件4-2、激光光源组件4-3固连在中心框架1-2中下部；激光电源组件4-4固连在中心框架1-2中上部；激光器上盖4-5内部依照激光电源组件4-4外形加工，固连在中心框架1-2上部，安装后互相紧密贴合，并涂抹导热硅脂保证充分散热；激光下盖4-6固连在中心框架1-2下部；激光接收组件4-2、激光光源组件4-3与激光电源组件4-4通过两处沟槽4-9实现之间电缆互联互通。

如图1至图5所示，俯仰组件1通过横滚组件2中6组螺钉孔2-4与横滚组件2固连；红外传感器3通过中心框架1-2上到位靠面4-7以及6组螺纹孔4-8固连在中心框架1-2上；激光测距组件4通过俯仰组件1中俯仰轴系1-3与俯仰组件1固连。

再参照图1，组合好的微小型光电吊舱采用二轴二框架结构，将俯仰轴系、俯仰框架、光具座等零件一体化设计；将方位轴系、方位框架与系统外形一体化设计；将激光器、电源模块，控制电路板按照放置空间分舱设计；为激光器的电源等高功率线缆设计了专用过线通道，将信号线缆与功率线缆隔离传输，提高了系统电磁兼容能力；将传感器第一片物镜与外壳体一体化设计减少了窗口玻璃，保证外形协调，前盖增加密封胶条安装后可以保证传感器舱密封等，采用以上设计方式节约了系统空间，减小了系统体积，提高了系统一体化集成化能力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种一体化结构的微小型光电吊舱，其特征在于，包括：俯仰组件(1)、横滚组件(2)、红外传感器(3)及激光测距组件(4)；俯仰组件(1)与横滚组件(2)固连，红外传感器(3)固连在俯仰组件(1)的中心框架(1-2)上，激光测距组件(4)通过俯仰组件(1)中的俯仰轴系(1-3)与俯仰组件(1)固连；俯仰组件(1)包括中部壳体(1-1)、中心框架(1-2)、俯仰轴系(1-3)，中部壳体(1-1)为不规则U型框架式结构体，其中部沿中心框架(1-2)回转半径向下凹，底部由球形过渡为圆形法兰盘，用来和横滚组件(2)固连，左右两边向上延伸构成左、右支耳；中心框架(1-2)为○型框架式结构体，中心部分用来安装红外传感器(3)，左右两边与左、右支耳中的俯仰轴系(1-3)连接。

2.如权利要求1所述的一体化结构的微小型光电吊舱，其特征在于，所述左、右支耳正下方分布有密封迷宫槽。

3.如权利要求2所述的一体化结构的微小型光电吊舱，其特征在于，所述俯仰组件(1)还包括：侧盖(1-4)、后盖(1-5)；侧盖(1-4)用螺钉固连在左、右支耳上；后盖(1-5)用螺钉固连在中心框架(1-2)上。

4.如权利要求3所述的一体化结构的微小型光电吊舱，其特征在于，所述横滚组件(2)包括安装基座(2-1)、横滚轴系(2-2)、底盖(2-3)；安装基座(2-1)为底部方形、上部圆形的空腔结构体，腔体内部安装横滚轴系(2-2)，腔体上部圆形部位为密封迷宫，腔体外部造型为保形设计，腔体下部方形外圈分布一圈安装螺钉孔，作为吊舱安装接口，底盖(2-3)上布置有吊舱对外的电缆接头，底盖(2-3)整体用螺钉固连在安装基座(2-1)的下部。

5.如权利要求4所述的一体化结构的微小型光电吊舱，其特征在于，所述红外传感器(3)包括前盖板(3-1)、激光窗口玻璃(3-2)、红外镜头(3-3)、红外焦平面探测器(3-6)；前盖板(3-1)开有两个窗口，一个窗口为激光窗口，其上安装激光窗口玻璃(3-2)；另一个窗口为红外窗口，安装在中心框架(1-2)上的红外镜头(3-3)伸出红外窗口；红外焦平面探测器(3-6)通过螺钉与红外镜头(3-3)固连。

6.如权利要求5所述的一体化结构的微小型光电吊舱，其特征在于，所述红外传感器(3)还包括：密封胶条(3-4)、密封压板(3-5)，红外镜头(3-3)前凸曲率半径与前盖板(3-1)外形半径一致，通过密封胶条(3-4)、密封压板(3-5)与前盖板(3-1)密封连接。

7.如权利要求6所述的一体化结构的微小型光电吊舱，其特征在于，所述激光测距组件(4)包括激光镜头组件(4-1)、激光接收组件(4-2)、激光光源组件(4-3)、激光电源组件(4-4)；激光镜头组件(4-1)用螺钉固定在中心框架(1-2)前部；激光接收组件(4-2)固连在中心框架(1-2)后部；激光光源组件(4-3)固连在中心框架(1-2)下部；激光电源组件(4-4)固定在中心框架(1-2)上部，其通过中心框架(1-2)侧面两组沟槽与下方各部件用电缆互联。

8.如权利要求7所述的一体化结构的微小型光电吊舱，其特征在于，所述激光测距组件(4)还包括：激光上盖(4-5)、激光下盖(4-6)，激光上盖(4-5)内部依照激光电源组件外形加工，安装后激光上盖(4-5)与激光电源组件(4-4)紧密贴合；激光下盖(4-6)固连在中心框架(1-2)下部与中心框架(1-2)组成密闭腔体，将激光镜头组件(4-1)、激光接收组件(4-2)、激光光源组件(4-3)密封，与中心框架(1-2)、激光电源组件(4-4)共同组合构成激光测距组件。

9.如权利要求8所述的一体化结构的微小型光电吊舱，其特征在于，所述激光窗口玻璃(3-2)用光学环氧胶粘接在激光窗口中，激光上盖(4-5)与激光电源组件(4-4)之间涂抹导热硅脂来散热。

10.如权利要求9所述的一体化结构的微小型光电吊舱，其特征在于，所述中心框架(1-2)、安装基座(2-1)一体化设计；中部壳体(1-1)、壳体外部的保形蒙皮和吊舱外形一体化设计；红外镜头(3-3)的第一片物镜与外壳体一体化设计。

Images