CN205333079U - 一种含有热设计的高精度光纤陀螺惯导系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种含有热设计的高精度光纤陀螺惯导系统，包括内机箱、外机箱、陀螺模块、加表模块、光源；外机箱套置于内机箱的外部；内机箱、外机箱的前端分别盖置有内箱盖、外箱盖；内机箱的内部前端设置有陀螺模块；陀螺模块的前端采用四点减震法与内箱盖接触；陀螺模块的后端设置有加表模块，加表模块同样采用四点减震法与陀螺模块连接；加表模块紧密安装在转接底板的前端面上；光源紧密安装在转接底板的后端面上；光源贯穿内机箱与外机箱接触；外机箱的后端面上设置有用于增大散热面积的肋片。本实用新型可以有效提高惯导系统的测量精度以及热稳定性，大幅度缩短惯导系统所需的热平衡时间，并有效降低IMU腔内与外界温度之间的差异。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光纤陀螺惯导系统，尤其涉及一种含有热设计的高精度光纤陀螺惯导系统。
背景技术
目前的光纤陀螺惯导系统中，已进行的热设计包括：将光纤陀螺的光学部分(包括光源、光纤环、耦合器、探测器等)以及石英挠性加速度计装于惯性测量单元腔(InertialMeasurementUnit，简称为IMU腔)，同时将各电路板(包括陀螺主板、加速度计主板、导航计算机、二次电源板等)装于电子腔。电子腔中电路发热较为严重，IMU腔与电子腔进行分离，中间通过接插件进行连接，这将使得电子腔发热不影响IMU腔中敏感元件性能。
但是当前方案仍然存在着没有解决的散热技术问题。比如，在IMU腔内部结构中，光纤陀螺的三只光纤环相互垂直分布，三只石英挠性加速度计分别与三个光纤环同轴，三个轴垂直且交于一点。三只光纤环与三只石英挠性加速度计装于同一个结构件上，一般情况下为简化装配工艺，将陀螺光源同样装于该结构件上。三只光纤环为不发热元件，三只加速度计发热量略大，陀螺光源发热量最大。若IMU组件加入减震器，热量更难以排出。在传统方案中，系统上电到热平衡时间约为2小时，热稳定状态下IMU腔内温度一般要比环境温度高5℃到10℃。
因此，当前方案中对IMU腔中的光纤陀螺与加速度计部分并未进行充分的热设计，具体表现在：光纤陀螺与加速度计在同一个结构体上，因此加速度计发热将直接通过结构体传导至光纤陀螺的光纤环处，引起陀螺精度劣化；光纤陀螺的光源发热严重，并未与系统底座相连接，因此导热性能较差。陀螺光源与加速度计所发出的热量若不能及时导出，将影响陀螺精度，进一步影响光纤惯导系统的导航精度。
实用新型内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本实用新型提供了一种含有热设计的高精度光纤陀螺惯导系统。
为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种含有热设计的高精度光纤陀螺惯导系统，包括内机箱、外机箱，它还包括陀螺模块、加表模块、光源；外机箱套置于内机箱的外部；内机箱、外机箱的前端分别盖置有内箱盖、外箱盖；内机箱的内部前端设置有陀螺模块；陀螺模块的后端设置有加表模块；加表模块紧密安装在转接底板的前端面上；光源紧密安装在转接底板的后端面上；
陀螺模块包括陀螺台体、陀螺减震器；陀螺台体的左侧面、前侧面、上端面上分别设置有X轴陀螺、Y轴陀螺、Z轴陀螺，陀螺台体的后侧面上安装有电路前放板；陀螺减震器有四个，其中两个分别安装于陀螺台体上方对角线的两点上，另两个分别安装于相对的陀螺台体下方对角线的两点上；
加表模块包括加表台体、加表减震器；加表台体的左侧面、前侧面、上端面上分别设置有X轴加表、Y轴加表、Z轴加表；加表减震器有四个，其中的两个分别安装于加表台体上方对角线的两点上，另两个分别安装于相对的加表台体下方对角线的两点上。
光源贯穿内机箱与外机箱相接触。外机箱的后端面上设置有用于增大散热面积的肋片。
陀螺台体通过陀螺减震器与内箱盖相连接；内机箱与外机箱之间的腔隙为真空腔隙。
本实用新型可以有效提高惯导系统的测量精度以及热稳定性，大幅度缩短惯导系统所需的热平衡时间，并有效降低IMU腔内与外界温度之间的差异。
附图说明
图1为本实用新型的整体拆分结构示意图。
图2为陀螺模块的整体结构示意图。
图3为加表模块的整体结构示意图。
图4为加表模块与光源的组装结构示意图。
图中：1、陀螺模块；2、加表模块；3、转接底板；4、光源；5、内机箱；6、外机箱；7、外箱盖；8、内箱盖；9、前放板；10、X轴陀螺；11、Y轴陀螺；12、Z轴陀螺；13、陀螺减震器；14、陀螺台体；15、X轴加表；16、Y轴加表；17、Z轴加表；18、加表减震器；19、加表台体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1-4所示，本实用新型包括内机箱5、外机箱6，它还包括陀螺模块1、加表模块2、光源4；外机箱6套置于内机箱5的外部；内机箱5、外机箱6的前端分别盖置有内箱盖8、外箱盖7；内机箱5的内部前端设置有陀螺模块1；陀螺模块1的后端设置有加表模块2；加表模块2紧密安装在转接底板3的前端面上；光源4紧密安装在转接底板3的后端面上；
加表模块2发热量大，光源4作为热源发热量也很大，将二者分别紧密安装在转接底板3上，可以使热量分布较为集中，并且将二者产生的热量以热传导的形式通过转接底板3传递至机箱后端进而散去热量；同时，陀螺模块1与加表模块2分离，一方面可以避免加表模块2产生的热量直接传递给陀螺模块1，大大降低陀螺模块1因受热不均匀而造成的精度劣化；另一方面可以设计额外的热通路，将加表模块2的热量有效地传递至机箱外。
光源4贯穿内机箱5与外机箱6相接触，但是接触面不受力，以避免环境冲击对光源4造成损坏；这种将光源4置于IMU腔后部的设计，可以使光源4发出的热量通过系统后端的底座导出，加强散热。
陀螺模块1包括陀螺台体14、陀螺减震器13；陀螺台体14的左侧面、前侧面、上端面上分别设置有X轴陀螺10、Y轴陀螺11、Z轴陀螺12，陀螺台体14的后侧面上安装有电路前放板9；陀螺减震器13有四个，其中两个分别安装于陀螺台体14上方对角线的两点上，另两个分别安装于相对的陀螺台体14下方对角线的两点上；减震器的这种安装方法称为四点减震法，这种安装方式简便，结构简单，容易进行台体质心与几何中心的重合调整，模态响应指标也可以满足系统要求。此外，陀螺减震器13由橡胶制成，导热系数小，热阻大，因此能在一定程度上隔绝热量以热传导的形式传递至三个陀螺。
加表模块2包括加表台体19、加表减震器18；加表台体19的左侧面、前侧面、上端面上分别设置有X轴加表15、Y轴加表16、Z轴加表17；加表减震器18有四个，其中的两个分别安装于加表台体19上方对角线的两点上，另两个分别安装于相对的加表台体19下方对角线的两点上。加表减震器18的安装方法与陀螺减震器13相同，同样采用四点减震法。
外机箱6的后端面上设置有肋片。外机箱6后部不仅通过热传导进行散热，而且通过机箱侧壁进行对流与辐射散热，因此需要增大散热面积，在外机箱6的后端面上加入肋片，可以增大传热面积、增加对流与辐射散热效率。
陀螺台体14通过陀螺减震器13与内箱盖8相连接；利用陀螺减震器13的高热阻来防止机箱及光源4的热量以热传导的方式传递至陀螺台体14。
内机箱5与外机箱6均做气密处理，两气密层之间的腔隙为真空腔隙，形成隔温层保证IMU舱内部环境温度稳定。
外机箱6内壁、内机箱5、陀螺台体14、加表台体19均做高度磨光处理。对同一金属材料而言，经过高度磨光处理的表面，相对于粗糙的表面或被氧化处理的表面，实际的发射率较小；高度磨光处理可以有效地降低温度梯度。
本实用新型将陀螺模块1与加表模块2分离设计，可以避免加表模块2产生的热量直接传递给陀螺模块1，进而避免陀螺模块1因此类热损伤造成的角速率检测精度降低；陀螺模块1采用四点减震的安装方式与机箱接触，杜绝了机箱及光源4的热量传递至该模块；光源4设置于机箱后端并贯穿内机箱5的设计可以使热量通过系统后端的底座导出，进一步加强了散热。
在传统方案中，系统从通电到热平衡的时间约为2小时，热稳定状态下IMU腔内温度一般要比环境温度高5-10℃。经过本实用新型的热结构改进设计后，系统从通电到热平衡的时间缩短至0.5小时，热稳定状态下IMU腔内温度仅比外界温度高1-3℃。
综上所述，本实用新型可以有效提高惯导系统的测量精度以及热稳定性，大幅度缩短惯导系统所需的热平衡时间，并有效降低IMU腔内与外界温度之间的差异。
上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种含有热设计的高精度光纤陀螺惯导系统，包括内机箱(5)、外机箱(6)，其特征在于：它还包括陀螺模块(1)、加表模块(2)、光源(4)；所述外机箱(6)套置于内机箱(5)的外部；所述内机箱(5)、外机箱(6)的前端分别盖置有内箱盖(8)、外箱盖(7)；所述内机箱(5)的内部前端设置有陀螺模块(1)；所述陀螺模块(1)的后端设置有加表模块(2)；所述加表模块(2)紧密安装在转接底板(3)的前端面上；所述光源(4)紧密安装在转接底板(3)的后端面上；
所述陀螺模块(1)包括陀螺台体(14)、陀螺减震器(13)；所述陀螺台体(14)的左侧面、前侧面、上端面上分别设置有X轴陀螺(10)、Y轴陀螺(11)、Z轴陀螺(12)，陀螺台体(14)的后侧面上安装有电路前放板(9)；所述陀螺减震器(13)有四个，其中两个分别安装于陀螺台体(14)上方对角线的两点上，另两个分别安装于相对的陀螺台体(14)下方对角线的两点上；
所述加表模块(2)包括加表台体(19)、加表减震器(18)；所述加表台体(19)的左侧面、前侧面、上端面上分别设置有X轴加表(15)、Y轴加表(16)、Z轴加表(17)；所述加表减震器(18)有四个，其中的两个分别安装于加表台体(19)上方对角线的两点上，另两个分别安装于相对的加表台体(19)下方对角线的两点上。
2.根据权利要求1所述的含有热设计的高精度光纤陀螺惯导系统，其特征在于：所述光源(4)贯穿内机箱(5)与外机箱(6)相接触。
3.根据权利要求2所述的含有热设计的高精度光纤陀螺惯导系统，其特征在于：所述外机箱(6)的后端面上设置有用于增大散热面积的肋片。
4.根据权利要求1所述的含有热设计的高精度光纤陀螺惯导系统，其特征在于：所述陀螺台体(14)通过陀螺减震器(13)与内箱盖(8)相连接；所述内机箱(5)与外机箱(6)之间的腔隙为真空腔隙。
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