CN210375156U - 一种温控加速度计组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种温控加速度计组件。所述温控加速度计组件包括由底座和盖板组装形成的密封外壳，其特征在于，还包括安装于所述外壳内的加速度计安装座，所述加速度计安装座的X、Y、Z三个方向上均设有加速度计，且每两个相邻的加速度计的设置方向相互垂直；所述底座内部四周和底部、及盖板的一侧均设有柔性导热层，组装后，所述柔性导热层与所述加速度计安装座贴合。与相关技术相比，本实用新型所提供的温控加速度计组件通过结构优化，实现了小体积外形和较好实现温度控制的结构，由此提高了加速度计的输出精度。且温控加速度计组件内部采用保温、隔热、热源分布的结构设计，提高组件内部的温度场均匀性。

Description

一种温控加速度计组件

技术领域

本实用新型涉及惯性导航系统机械结构技术领域，公开了一种加速度计组件，尤其是指一种用于高精度、高性能惯组系统的温控型加速度计组件。

背景技术

加速度计是惯性导航系统最为常见的一类惯性器件。工作环境温度变化对加速度计输出的影响是惯性系统导航的一个主要误差来源。采用各类模型的温度补偿以及温度控制一直是国内外惯性行业关注的一个重要方向。温度补偿方案需要根据不同的环境，建立复杂的模型，很难有一种补偿方法适应任何复杂的环境变化。而采用温度控制方案可以避免建立复杂的温度补偿模型，为惯性器件提供良好的工作环境，是提升挠性摆式加速度计精度的有效方式。但是采用温度控制方案也存在一些问题，亟需解决。

首先，惯导系统的供电电压一般都是28V，常用的温控方案通过控制PWM波占空比调节加热功率，该方案在工程化应用中存在瞬时电流大的缺点，即当组件到温后，仅需要较小的占空比就能够满足控温要求，但此时惯导系统的电源电流变化与PWM波一致，这一方面也会向惯导系统的其它器件和电路引入噪声，另一方面也会增加系统的瞬时功率。

其次，挠性摆式加速度计组件体积较大，仅进行单点的温度测量和控制不足以反映整体组件的温度变化，在上电过程中，即便监测点的温度已经非常稳定，其它部位的温度还在缓慢上升，这也会影响惯性元件的输出精度。

再者，在工程化应用中，采用温控方案，预热时间通常较长，一般在20min以上，缩短预热时间可减小导航系统的准备时间。

因此，有必要提供一种新的温控加速度计组件解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种弹类产品-40°～60°的使用环境温度要求的小体积的温控加速度计组件，缩短惯组产品预热时间，提高惯组产品的输出精度。

本实用新型的技术方案是：一种温控加速度计组件包括由底座和盖板组装形成的密封外壳，其特征在于，还包括安装于所述外壳内的加速度计安装座，所述加速度计安装座的X、Y、Z三个方向上均设有加速度计，且每两个相邻的加速度计的设置方向相互垂直；

所述底座内部四周和底部、及盖板的一侧均设有柔性导热层，组装后，所述柔性导热层与所述加速度计安装座贴合。

上述方案中，底座为承力结构、密封结构一体化，使三个加速度计形成一个组件，从而达到加速度组件的轻小型化。上述柔性导热层可减小加速度计部件与外部环境的热交换。

优选的，在所述加速度计安装座及每一个所述加速度计上均设有用于进行温度测量的测温铂电阻。

将测温铂电阻设置在四个不同位置，用于采集四个点的平均温度，更好的进行温度测量和反馈控制。

优选的，所述加速度计安装座包括三个正交的用于安装加速度计的腔体，其中一个腔体与所述底座的底部平行的为Y腔体，另两个腔体沿所述Y腔体呈直角延伸的分别为X腔体和Z腔体。

优选的，所述Y腔体设有多个螺钉孔，通过隔热螺钉贯穿该螺钉孔并通过隔热垫片与所述底座的底部螺纹配合。

采用隔热螺钉的安装方式，可实现加速度计安装座的可重复安装性能。

为了减小加速度计安装座与底座之间的热交换，所述隔热螺钉为钛合金螺钉，所述隔热垫片为陶瓷垫片。

优选的，所述隔热螺钉的外径壁上套设一隔热套筒，所述隔热套筒设于隔热螺钉与Y腔体的接触面。

所述隔热套筒可有效降低隔热螺钉与加速度计安装座之间的热交换。

优选的，所述Y腔体和底座的底部均设有用于定位的定位销孔。

定位销孔采用圆柱销定位的方式，可实现在组装前的精定位，以提高安装精度。

为尽可能的保证加速度计部件温度场的均匀性，所述Y腔体上设有加温片，所述加温片设于Y腔体与底座的贴合处。

优选的，所述底座上部四周设有密封沟槽，所述密封沟槽内设置有密封垫片，所述盖板盖合后，与所述密封垫片贴合。

由此，使得所述温控加速度计组件为全密封结构。

优选的，所述底座的一端设有用于给温控加速度计组件内部冲氮气的充气嘴。

通过在外壳内部充氮气，以防止内部各零部件氧化。

与相关技术相比，本实用新型的有益效果为：通过温控加速度计组件结构优化，实现了小体积外形和较好实现温度控制的结构，由此提高了加速度计的输出精度。且温控加速度计组件内部采用保温、隔热、热源分布的结构设计，提高组件内部的温度场均匀性。该方案将四个测温铂电阻布置在加速度计组件的不同位置，温控系统采集四个点的平均温度进行温度测量和反馈控制。

附图说明

图1为本实用新型提供的温控加速度计组件的立体局部剖结构示意图；

图2为图1中的去掉外壳的结构示意图；

图3为图1的俯视局部剖结构示意图；

图4为沿图3的A-A剖视图。

附图中，1-底座、2-加速度计安装座、3-加速度计、4-盖板、5-加温片、6-柔性导热层、7-测温铂电阻、8-密封垫片、9-陶瓷垫片、10-隔热套筒、11-充气嘴、12-定位销孔、13-X腔体、14-Y腔体、15-Z腔体、16-螺纹孔、17-隔热螺钉、18-密封沟槽、19-对外连接器。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1~4所示，本实施例提供的一种温控加速度计组件包括由底座1和盖板4组装形成的密封外壳，还包括安装于所述外壳内的加速度计安装座2，所述加速度计安装座是加速度计的安装基体，必须具有足够的刚强度和稳定性。所述加速度计安装座2的X、Y、Z三个方向上均设有加速度计3，且每两个相邻的加速度计3的设置方向相互垂直。

所述加速度计安装座2包括三个正交的用于安装加速度计3的腔体，其中一个腔体与所述底座1的底部平行的为Y腔体14，另两个腔体沿所述Y腔体14呈直角延伸的分别为X腔体13和Z腔体15。所述加速度计安装座2构成如图2所示的呈直角的V字型结构，Y腔体设在直角转角处。所述X腔体13和Z腔体15为圆柱筒形状。所述Y腔体14设有四个螺钉孔16和两个定位销孔12。

当三个加速度计3通过隔热螺钉17全部固定在加速度计安装座2上之后，形成加速度计部件。

在所述加速度计安装座2及每一个所述加速度计3上均设有用于进行温度测量的测温铂电阻7。所述测温铂电阻7为热敏电阻，其与温控系统电连接。所述温控系统与现有专利《CN208140734U三轴加速度计组合装置》中的温控电路的功能原理一样，温控系统不为本技术方案改进点，因此其具体实现原理在此不再赘述。

所述底座1为加速度计安装座2的安装基体，在其底部开有四个螺钉孔和两个定位销孔，底座1的底部四个螺钉孔与Y腔体14的四个螺钉孔16位置对应，底座1的底部的两个定位销孔与Y腔体14上的定位销孔12位置对应。采用四个隔热螺钉17分别贯穿该螺钉孔16与所述底座1的底部螺纹配合。在所述隔热螺钉17的外径壁上套设隔热套筒10和隔热垫片9，所述隔热套筒10设于隔热螺钉17与Y腔体14的接触面上，所述隔热垫片9设于Y腔体14与底座1的底部之间。

所述隔热螺钉17为钛合金螺钉，所述隔热垫片9为陶瓷垫片。所述陶瓷垫片采用氧化锆陶瓷加工而成，氧化锆陶瓷的热导率约为2W/（m·K）,尽可能的减小加速度计安装座2和底座1之间的热交换。氧化锆陶瓷通过高精度研磨，确保两个面的平面度2μm、平行度3μm，减小加速度计安装累计误差。

所述隔热套筒10用于隔热螺钉17与加速度计安装座2之间的绝缘与隔热，材料选择为聚酰亚胺棒料加工而成。聚酰亚胺的热导率约为0.2W/（m·K），可有效降低隔热螺钉17与加速度计安装座2的热交换。

所述底座1内部四周和底部、及盖板4的一侧均设有柔性导热层6，组装后，所述柔性导热层与所述加速度计安装座2贴合（如图4所示）。在本实施例中，所述柔性导热层6为绝热棉。

在保证安装精度的同时提高了加速度计安装座的可重复安装性能。为了尽量减轻整个加速度计组件的重量，对底座1多处进行掏空，并进行优化仿真分析，确保满足刚强度要求。

三个加速度计3分别安装在三个方向的腔体上，为了进行良好的隔热，尽可能减小加速度计部件与外部环境的热交换，采用导热率极低的陶瓷垫片固定在加速度计安装座2与底座1之间，通用采用导热率极低的钛合金的隔热螺钉固定，其余空间采用绝热棉填充。同时，在加速度计安装座2的Y腔体通过定位销孔的定位和隔热螺钉的固定，在保证安装精度的同时提高了加速度计安装座2的可重复安装性能。

所述底座1上部四周设有密封沟槽18，所述密封沟槽18内设置有密封垫片8，所述盖板4盖合后，与所述密封垫片8贴合，形成全密封结构的外壳。盖板4为可拆卸式与底座1组装。所述底座1实现承力结构、密封结构一体化，使三个加速度计形成一个组件，从而达到加速度组件的轻小型化。

所述密封垫片8为矩形结构形式，根据组件的使用环境、泄漏率和压力值，材料选择为硅橡胶材质。

所述Y腔体14上设有两个加温片5，两个所述加温片5分别设于Y腔体14与底座1的贴合处（两个转角位置，如图2所示）。所述加温片5采用0.04mm～0.05mm聚酰亚胺薄膜，在其上粘贴一层0.02mm厚度的康铜箔作为加热丝，加热丝的电阻为18Ω±2Ω。加温片背面有自粘胶，可便于其粘贴在加速度计安装座上。为尽可能的保证加速度计部件温度场的均匀性，根据热场分析结果，确定加温片的外形结构和加热丝的布局。

所述底座1的一端设有用于给外壳内部冲氮气的充气嘴11，所述充气嘴11临近Z腔体设置。当充氮气完成后，须钳封处理。为保证气密性，提高钳封后材料的结合性能，采用铜棒加工而成，为防止表面氧化，进行了表面镀锡处理（Cu/Ep·Sn5）。

所述底座1的一端设有对外连接器19，所述外连接器19临近Z腔体设置。所述外接连接器19与外部设备（如数据处理模块）连接，用于读取加速度计的数据。

加速度计组件的测试结果表明，设定温度为58°，室温环境下启动，该组件可在15min内到温，其温控精度为±0.02°，精温控时的电流峰值降为粗温控时的33.4%。系统环境温升8°/h模拟试验结果显示，当外界环境温度从-40°变化到60°时，加速度计温度变化0.15°，由温度波动带来的加速度计误差小于1.2ug。连续15d通电试验表明，该组件的加速度计刻度系数小于1×10-6，输出精度小于10ug，该设计可在惯性导航系统中应用。

本实用新型提供的温控加速度计组件的装配顺序为：

S1，清洗：用白绸布或脱脂棉沾航空洗涤汽油分别将加速度计、测温铂电阻的粘贴面清洗干净，去除表面油污、灰尘等多余物，并晾干。

S2，粘贴加速度计引脚面测温铂电阻（共三个）：先在测温铂电阻的粘结面（测温铂电阻支撑板底面）上均匀涂抹一层南大704硅橡胶，紧密粘贴在加速度计（三个都需粘贴）引脚面上无焊针区域，粘贴后需保证测温铂电阻不超出管脚所在的圆周面。用手指压2min后，再用纸胶带或医用橡皮膏粘牢固定，在室温下固化12h后，将胶带去掉，将溢出支撑板周围1mm以外的多余硅橡胶清理干净。

S3，粘贴加速度安装座测温铂电阻（共一个）：先在测温铂电阻的粘接面（铂电阻支撑板底面）上均匀地涂上一层南大704硅橡胶，紧密粘贴在加速度计安装座上，测温铂电阻引出线方向如图2所示，要求粘贴后测温铂电阻不得超出管脚所在的圆周面。用手指压2min后，再用纸胶带或医用橡皮膏粘牢固定，在室温下固化12h后，将胶带去掉，将溢出支撑板周围1mm以外的多余硅橡胶清理干净。

S4，安装加速度计：先用白绸布沾航空汽油分别将加速度计安装座上的三只加速度计的安装面表面（X腔体、Y腔体、Z腔体的安装面）清洗干净，并晾干；依次将三只加速度计通过隔热螺钉与加速度计安装座固连，用定力一字起(1.5N·m)交叉均匀用力紧固。

S5，安装充气嘴：用航空汽油清洗充气嘴、底座，并晾干；用牙签沾环氧胶J133，将充气嘴的螺纹部分均匀涂胶；将涂胶的螺纹部分旋入底座M4螺纹孔内，拧紧。

S6，粘贴绝热棉：先将绝热棉（阻燃型聚乙烯泡沫板材）装入底座的底部确定长度，按底部形状用剪刀裁剪出底部的大致形状，然后取出阻燃型聚乙烯泡沫板材，在底座的底部的粘贴面上用小纸板薄而均匀地涂覆一层南大704硅橡胶，再将阻燃型聚乙烯泡沫板材装入基座底部保温板紧密贴合，用手掌轻轻压平，排除胶接面空气，并整理平整。

S7，安装加速度计部件（加速度计安装座和加速度计安装完成的部件）：先用白绸布沾航空汽油将Y腔体的安装面及陶瓷垫片、隔热垫片表面清洗干净，并晾干；将加速度计部件、陶瓷垫片、隔热套筒按附图3、4所示位置装入底座，先用φ3圆柱销安装在定位销孔中进行定位；再用钛合金螺钉M3×16、平垫、弹垫将加速度计部件固定，安装时用定力一字起(1.5N·m)定力拧紧。拆掉圆柱销。

S8，安装对外连接器19：先用脱脂棉沾航空汽油将O形圈、加速度计部件对外连接器19表面清洗干净，并晾干；将O形圈装于对外连接器内侧，用螺钉M2×8、平垫、弹垫将对外连接器19固定，安装时用定力一字起(0.3N·m)定力拧紧。

S9，封盖：将密封垫片装入密封沟槽内紧密贴合，用手掌轻轻压平；用螺钉M1.6×10、平垫、弹垫将盖板固定，安装时用定力一字起(0.15N·m)定力拧紧。

S10，充氮气：充入１个大气压纯度99.9％的氮气，钳封，钳封封口高度小于5mm，在钳封封口处涂GJ-301胶。

S11，完成温控加速度计组件的装配。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种温控加速度计组件，包括由底座（1）和盖板（4）组装形成的密封外壳，其特征在于，还包括安装于所述外壳内的加速度计安装座（2），所述加速度计安装座（2）的X、Y、Z三个方向上均设有加速度计（3），且每两个相邻的加速度计（3）的设置方向相互垂直；

所述底座（1）内部四周和底部、及盖板（4）一侧均设有柔性导热层（6），组装后，所述柔性导热层（6）与所述加速度计安装座（2）贴合。

2.根据权利要求1所述的温控加速度计组件，其特征在于，在所述加速度计安装座（2）及每一个所述加速度计（3）上均设有用于进行温度测量的测温铂电阻（7）。

3.根据权利要求1所述的温控加速度计组件，其特征在于，所述加速度计安装座（2）包括三个正交的用于安装加速度计（3）的腔体，其中一个腔体与所述底座（1）的底部平行的为Y腔体（14），另两个腔体沿所述Y腔体（14）呈直角延伸的分别为X腔体（13）和Z腔体（15）。

4.根据权利要求3所述的温控加速度计组件，其特征在于，所述Y腔体（14）设有多个螺钉孔（16），通过隔热螺钉（17）贯穿该螺钉孔（16）并通过隔热垫片（9）与所述底座（1）的底部螺纹配合。

5.根据权利要求4所述的温控加速度计组件，其特征在于，所述隔热螺钉（17）为钛合金螺钉，所述隔热垫片（9）为陶瓷垫片。

6.根据权利要求4所述的温控加速度计组件，其特征在于，所述隔热螺钉（17）的外径壁上套设一隔热套筒（10），所述隔热套筒（10）设于隔热螺钉（17）与Y腔体（14）的接触面上。

7.根据权利要求3所述的温控加速度计组件，其特征在于，所述Y腔体（14）和底座（1）的底部均设有用于定位的定位销孔（12）。

8.根据权利要求3所述的温控加速度计组件，其特征在于，所述Y腔体（14）上设有加温片（5），所述加温片（5）设于Y腔体（14）与底座（1）的贴合处。

9.根据权利要求1所述的温控加速度计组件，其特征在于，所述底座（1）上部四周设有密封沟槽（18），所述密封沟槽（18）内设置有密封垫片（8），所述盖板（4）盖合后，与所述密封垫片（8）贴合。

10.根据权利要求1所述的温控加速度计组件，其特征在于，所述底座（1）的一端设有用于给温控加速度计组件内部冲氮气的充气嘴（11）。

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