CN116223846A - 一种低成本陀螺加速度计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本陀螺加速度计，属于惯性仪表技术领域。其包括底座组件、外壳组件、外框架组件和内框架组件；外壳组件位于底座组件的顶部；外框架组件通过贯穿外壳组件中轴线的第一中杆架在外壳组件内部，且中轴和外框架组件的中轴线相互垂直；所述内框架组件通过贯穿外框架组件中轴线的第二中杆架在内框架组件内部。本发明结构简单、安装可靠、散热性能良好，具有较强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及惯性仪表技术领域，特别涉及一种结构简单的低成本陀螺加速度计。
背景技术
陀螺加速度计是一种利用陀螺力矩来平衡惯性力矩的摆式加速度计，是目前工程应用中精度最高的加速度计，广泛应用于导弹、大型运载体的惯性导航系统中。陀螺加速度计的作用是测量导弹、大型运载体相对惯性空间的加速度信息，其性能直接影响导弹、大型运载体的导航精度。
陀螺加速度计的核心结构为安装有偏心环的陀螺仪转子，其工作原理为利用力平衡回路抵消输入轴的加速度计引起的陀螺力矩来测量输入轴的加速度。虽然陀螺加速度计具有高负载、高机动、抗强干扰的优点，但其结构复杂，制造和装配成本高。
发明内容
本发明的目的在于为了降低陀螺加速度计的结构复杂度以及制造和装配成本，提供了一种结构简单的低成本陀螺加速度计，该加速度计结构简单、安装可靠、散热性能良好，具有较强的实用性。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种低成本陀螺加速度计，包括底座组件、外壳组件、外框架组件和内框架组件；
所述外壳组件位于底座组件的顶部；外框架组件通过贯穿外壳组件中轴线的第一中杆架在外壳组件内部，且中轴和外框架组件的中轴线相互垂直；所述内框架组件通过贯穿外框架组件中轴线的第二中杆架在内框架组件内部。
进一步的，所述内框架组件4包括内框架401、陀螺转子402和动压马达403；
所述陀螺转子402位于内框架401中，且与内框架轴承连接，所述动压马达固定于内框架上，且位于陀螺转子的一侧，用于带动陀螺转子402旋转；
所述陀螺转子402为具有偏心质量的台阶状圆柱体，用于敏感加速输入；陀螺转子能够绕其自身的中轴线旋转。
进一步的，所述外框架组件3包括液浮筒301、左端盖302、右端盖303、测角元件304、测温元件305和加热盘306；
左端盖302和右端盖303分别安装在液浮筒301的两端，构成密闭空间；且在液浮筒301内填充满有硅油用于降低陀螺转子402的摩擦力矩；
所述测角元件304安装于左端盖302的外侧，用于是采集陀螺进动信号；
所述测温元件305和加热盘306均安装在右端盖303的外侧，测温元件305用于测量液浮筒301内硅油的温度；加热盘306作为执行器、测温元件作为传感器和底座组件中的电路板作为控制器构成自动控制系统，用于使液浮筒301内硅油的温度保持在恒定值。
进一步的，所述左端盖302和右端盖303设置有同轴的第一轴孔，第二中杆的其中一端与对应的第一轴孔轴承连接，另一端固定于内框架401上。
进一步的，所述外壳组件2包括外壳201、力矩电机202、上盖203和输出信号器204；
所述外壳201底部设有矩形孔201a，用于底座组件1中电路板102和电源模块103与安装在外壳组件2中的部件的电气走线连接；
所述力矩电机202安装在外壳201内侧底面，用于接收测角元件304采集的并经电路板102放大的陀螺进动信号，对外框架组件3施加平衡力矩抵消进动带来的干扰力矩；
所述输出信号器204安装在上盖203上侧，用于采集进动角速率以得到加速度。
进一步的，所述力矩电机202和上盖203均设置有同轴的第二轴孔，第一中杆的一端与对应的第二轴孔轴承连接，另一端与液浮筒301连接。
进一步的，所述底座组件1包括底座101、电路板102、电源模块103和对外插座104；
所述电源模块103底面与底座101的安装面紧密贴紧；
电源模块103用于将外部输入的+24V直流电转换为陀螺加速度计内部各个用电部件需要的直流电；
电路板102通过底座101内侧底面的四个凸台101a安装在底座101上，用于防止电路板102上的器件直接与底座101触碰造成短路；
电路板102用于采集测角元件304、测温元件305、输出信号器204的信号，输出控制力矩电机202和加热盘306的信号，同时输出加速度信息；
对外插座104安装在底座101的侧面，外界供电和对外通信通过对外插座104进行电气走线；
底座101的四个侧面设置有散热翅片101b，便于电源模块103和电路板102的散热；
底座101内侧和外壳201底部设置有磁屏蔽薄片，将电源模块103和电路板102包围在磁屏蔽空间内，用于减小电源模块103和电路板102的电磁辐射对陀螺加速度计的影响。
进一步的，所述磁屏蔽薄片的材料为经高温退火的1J79。
进一步地，内框架、陀螺转子、液浮筒、左端盖、右端盖的材料均为铍合金，具有强度高而质量轻的优点；底座、外壳、上盖的材料为铝合金，可以保护整体仪表不受外部环境的腐蚀影响，且强度高、质量轻；
进一步地，本发明提供的陀螺加速度计测量加速度的工作原理为：由于陀螺转子具有偏心质量，当在输入轴输入轴为外框架组件在外壳组件上的安装轴线存在加速度时，沿输出轴输出轴为内框架组件在外框架组件上的安装轴线方向有摆性力矩并造成外框架组件的进动力矩，进动力矩和输入加速度成正比，通过输出信号器采集的进动角速率得到加速度；
本发明的有益效果是：为了降低陀螺加速度计的结构复杂度以及制造和装配成本，提供了一种结构简单的低成本陀螺加速度计，该加速度计结构简单、安装可靠、散热性能良好，且安装可靠、使用寿命长，精度高，具有较强的实用性。
附图说明
图1为本发明实施例的外形结构示意图；
图2为本发明实施例的结构爆炸示意图；
图3为本发明实施例的的底座组件的结构示意图；
图4为本发明实施例中外壳组件的结构爆炸示意图；
图5为本发明实施例中外框架组件的第一视角下结构示意图；
图6为本发明实施例中外框架组件的第二视角下的结构示意图；
图7为本发明实施例中中外框架组件与外壳组件安装的结构示意图；
图8为本发明实施例中内框架组件的结构示意图；
图9为本发明实施例中内框架组件与外框架组件安装的结构示意图；
图10为本发明实施例中输入轴与输出轴的示意图；
其中：1、底座组件，101、底座，102、电路板，103、电源模块，104、对外插座，2、外壳组件，201、外壳，202、力矩电机、203、上盖，204、输出信号器，3、外框架组件，301、液浮筒，302、左端盖，303、右端盖，304、测角元件，305、测温元件，306、加热盘，4、内框架组件，401、内框架，402、陀螺转子，403、动压马达。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例做出说明。
一种结构简单的低成本陀螺加速度计，参见图1-图10，包括：底座组件1、外壳组件2、外框架组件3和内框架组件4；
进一步地，底座组件1包括底座101、电路板102、电源模块103和对外插座104；
优选地，电源模块103底面与底座101的安装面紧密贴紧，利于电源模块103的发热直接从底座101安装面散去，减小了电源模块103发热对陀螺加速度计的影响；
优选地，电源模块103的作用是将外部输入的+24V直流电转换为陀螺加速度计内部各个用电部件需要的直流电；
优选地，电路板102通过底座101内侧底面的四个凸台101a安装在底座101上，防止电路板102上的器件直接与底座101触碰造成短路；
优选地，电路板102的作用是采集测角元件304、测温元件305、输出信号器204的信号，输出控制力矩电机202、加热盘306的信号，同时输出加速度信息；
优选地，对外插座104安装在底座101的侧面，外界供电和对外通信通过对外插座104进行电气走线；
优选地，底座101的四个侧面设置有散热翅片101b，便于电源模块103和电路板102的散热；
优选地，底座101内侧和外壳201底部设置有磁屏蔽薄片，将电源模块103和电路板102包围在磁屏蔽空间内，减小电源模块103和电路板102的电磁辐射对陀螺加速度计的影响；磁屏蔽薄片的材料为经高温退火的1J79，磁屏蔽效果优异；
进一步地，外壳组件2包括外壳201、力矩电机202、上盖203和输出信号器204；
优选地，力矩电机202安装在外壳201内侧底面，其作用是接收测角元件304采集的并经电路板102放大的陀螺进动信号，对外框架组件3施加平衡力矩抵消进动带来的干扰力矩；
优选地，外壳201底部设置有矩形孔201a，用于底座组件1中的电路板102和电源模块103与安装在外壳组件2中的部件的电气走线连接；
优选地，输出信号器204安装在上盖203上侧，其作用是采集进动角速率以得到加速度；
优选地，力矩电机202和上盖203设置有同轴的轴孔，用于支撑外框架组件3；
进一步地，外框架组件3包括液浮筒301、左端盖302、右端盖303、测角元件304、测温元件305、加热盘306；
优选地，测角元件304安装于左端盖302的外侧，其作用是采集陀螺进动信号；
优选地，测温元件305和加热盘306安装在右端盖303的外侧，测温元件305的作用是测量液浮筒301内硅油的温度，加热盘306的作用是通过测温元件305的测量温度控制液浮筒301内硅油的温度保持在恒定值；
优选地，左端盖302和右端盖303分别安装在液浮筒301的两端，构成密闭空间，在液浮筒301内填充满硅油降低陀螺转子402的摩擦力矩；
优选地，左端盖302和右端盖303设置有同轴的轴孔，用于支撑内框架组件4；
进一步地，内框架组件4包括内框架401、陀螺转子402和动压马达403；
优选地，陀螺转子402支撑在内框架401中；
优选地，陀螺转子402为台阶状圆柱体，使得陀螺转子具有偏心质量，可以敏感加速度输入；
优选地，动压马达403带动陀螺转子402高速旋转；
进一步地，内框架401、陀螺转子402、液浮筒301、左端盖302、右端盖303的材料均为铍合金，具有强度高而质量轻的优点；底座101、外壳201、上盖203的材料为铝合金，可以保护整体仪表不受外部环境的腐蚀影响，且强度高、质量轻；
进一步地，本发明提供的陀螺加速度计测量加速度的工作原理为：由于陀螺转子402具有偏心质量，当在输入轴输入轴为外框架组件在外壳组件上的安装轴线存在加速度时，沿输出轴输出轴为内框架组件在外框架组件上的安装轴线方向有摆性力矩并造成外框架组件3的进动力矩，进动力矩和输入加速度成正比，通过输出信号器204采集的进动角速率得到加速度；
为了降低陀螺加速度计的结构复杂度以及制造和装配成本，提供了一种结构简单的低成本陀螺加速度计，该加速度计结构简单、安装可靠、散热性能良好，且安装可靠、使用寿命长，精度高，具有较强的实用性。
Claims (8)
1.一种低成本陀螺加速度计，其特征在于，包括底座组件、外壳组件、外框架组件和内框架组件；
所述外壳组件位于底座组件的顶部；外框架组件通过贯穿外壳组件中轴线的第一中杆架在外壳组件内部，且中轴和外框架组件的中轴线相互垂直；所述内框架组件通过贯穿外框架组件中轴线的第二中杆架在内框架组件内部。
2.根据权利要求1所述的一种低成本陀螺加速度计，其特征在于，所述内框架组件(4)包括内框架(401)、陀螺转子(402)和动压马达(403)；
所述陀螺转子(402)位于内框架(401)中，且与内框架轴承连接，所述动压马达固定于内框架上，且位于陀螺转子的一侧，用于带动陀螺转子(402)旋转；
所述陀螺转子(402)为具有偏心质量的台阶状圆柱体，用于敏感加速输入；陀螺转子能够绕其自身的中轴线旋转。
3.根据权利要求2所述的一种低成本陀螺加速度计，其特征在于，所述外框架组件(3)包括液浮筒(301)、左端盖(302)、右端盖(303)、测角元件(304)、测温元件(305)和加热盘(306)；
左端盖(302)和右端盖(303)分别安装在液浮筒(301)的两端，构成密闭空间；且在液浮筒(301)内填充满有硅油用于降低陀螺转子(402)的摩擦力矩；
所述测角元件(304)安装于左端盖(302)的外侧，用于是采集陀螺进动信号；
所述测温元件(305)和加热盘(306)均安装在右端盖(303)的外侧，测温元件(305)用于测量液浮筒(301)内硅油的温度；加热盘(306)作为执行器、测温元件作为传感器和底座组件中的电路板作为控制器构成自动控制系统，用于使液浮筒(301)内硅油的温度保持在恒定值。
4.根据权利要求3所述的一种低成本陀螺加速度计，其特征在于，所述左端盖(302)和右端盖(303)设置有同轴的第一轴孔，第二中杆的其中一端与对应的第一轴孔轴承连接，另一端固定于内框架(401)上。
5.根据权利要求3所述的一种低成本陀螺加速度计，其特征在于，所述外壳组件(2)包括外壳(201)、力矩电机(202)、上盖(203)和输出信号器(204)；
所述外壳(201)底部设有矩形孔(201a)，用于底座组件(1)中电路板(102)和电源模块(103)与安装在外壳组件(2)中的部件的电气走线连接；
所述力矩电机(202)安装在外壳(201)内侧底面，用于接收测角元件(304)采集的并经电路板(102)放大的陀螺进动信号，对外框架组件(3)施加平衡力矩抵消进动带来的干扰力矩；
所述输出信号器(204)安装在上盖(203)上侧，用于采集进动角速率以得到加速度。
6.根据权利要求5所述的一种低成本陀螺加速度计，其特征在于，所述力矩电机(202)和上盖(203)均设置有同轴的第二轴孔，第一中杆的一端与对应的第二轴孔轴承连接，另一端与液浮筒(301)连接。
7.根据权利要求5所述的一种低成本陀螺加速度计，其特征在于，所述底座组件(1)包括底座(101)、电路板(102)、电源模块(103)和对外插座(104)；
所述电源模块(103)底面与底座(101)的安装面紧密贴紧；
电源模块(103)用于将外部输入的+24V直流电转换为陀螺加速度计内部各个用电部件需要的直流电；
电路板(102)通过底座(101)内侧底面的四个凸台(101a)安装在底座(101)上，用于防止电路板(102)上的器件直接与底座(101)触碰造成短路；
电路板(102)用于采集测角元件(304)、测温元件(305)、输出信号器(204)的信号，输出控制力矩电机(202)和加热盘(306)的信号，同时输出加速度信息；
对外插座(104)安装在底座(101)的侧面，外界供电和对外通信通过对外插座(104)进行电气走线；
底座(101)的四个侧面设置有散热翅片(101b)，便于电源模块(103)和电路板(102)的散热；
底座(101)内侧和外壳(201)底部设置有磁屏蔽薄片，将电源模块(103)和电路板(102)包围在磁屏蔽空间内，用于减小电源模块(103)和电路板(102)的电磁辐射对陀螺加速度计的影响。
8.根据权利要求7所述的一种低成本陀螺加速度计，其特征在于，所述磁屏蔽薄片的材料为经高温退火的1J79。
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| CN202310228149.4A Pending CN116223846A (zh) | 2023-03-10 | 2023-03-10 | 一种低成本陀螺加速度计 |
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