CN212409721U - 一种车载寻北仪及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种车载寻北仪及车辆，涉及寻北仪设备技术领域，该装置包括壳体、敏感体骨架、转位传动机构和电子箱，由于敏感体骨架和转位传动机构均设于壳体内，且转位传动机构位于敏感体骨架下方，而电子箱设于壳体的外底部，使得敏感体骨架和电子箱之间实现了热隔离，进而提高车载寻北仪的测量精度；另外，使第一水平陀螺一端设于第二水平陀螺的空腔中，其可进一步减小车载寻北仪的尺寸；此外，将电子箱设于壳体的外底部，不仅可实现电子器件的集成化，还可减小车载寻北仪的尺寸，降低车辆的重量，因此，本申请不仅可提高车载寻北仪的测量精度，还可减小车载寻北仪的尺寸，进而降低设备整机重量和车辆的油耗量及使用成本。

Description

一种车载寻北仪及车辆

技术领域

本申请涉及寻北仪设备技术领域，特别涉及一种车载寻北仪及车辆。

背景技术

对于高精度捷联式惯性测量系统而言，将加速度计、陀螺及其安装载体组合形成理想刚体可实现最优的稳定结构，具有更小的数学解算误差。但是，理想刚体是无法实现的，且类似应力应变等因素导致的陀螺、加速度计器件的安装误差均会给惯性测量系统的性能带来明显影响。其中，对于中等精度惯导系统来说，安装误差对系统精度的影响较小，15″的安装误差，在仅敏感地球自转角速度的条件下，等效陀螺漂移不超过0.0011°/h；但对于使用优于0.001°/h精度的高精度惯性测量系统而言，安装误差所等效的常值陀螺漂移则是影响系统精度不容忽视的一个因素。根据现有研究，热应力是导致安装误差的主要因素，若想减小热应力，则需要求敏感体器件具有良好的热稳定性，而影响热稳定性的因素包括敏感体的温度变化以及敏感体各部件间线膨胀系数差异。

另外，由于车上空间狭小、操作室空间有限，使得作为车上使用的高精度捷联式惯性测量系统的寻北仪，不仅应具备精度高的特性，还应该具有足够小的尺寸。但是，现有技术中的寻北仪往往尺寸过大，其不仅会影响操作室的空间使用，还会增加车辆的整体重量，进而使得车辆的耗油量变大、成本变高。

发明内容

本申请实施例提供一种车载寻北仪及车辆，以解决相关技术中由于热应力导致的精度低以及尺寸过大而导致的车辆油耗量大、成本高的问题。

第一方面，提供了一种车载寻北仪，包括壳体，还包括敏感体骨架，所述敏感体骨架设于所述壳体内且其上固定有敏感体，所述敏感体包括陀螺件，所述陀螺件包括第一水平陀螺、第二水平陀螺和天向陀螺，所述第一水平陀螺、所述第二水平陀螺和所述天向陀螺为两两空间正交，所述第一水平陀螺一端设于所述第二水平陀螺的空腔中；

转位传动机构，所述转位传动机构设于所述壳体内，其位于所述敏感体骨架下方并与敏感体骨架连接；

电子箱，所述电子箱设于所述壳体的外底部，所述电子箱与所述敏感体通信连接。

一些实施例中，车载寻北仪还包括热防护层，所述热防护层设于所述壳体外底部并位于所述转位传动机构和所述电子箱之间。

所述敏感体骨架上还固定有三个加速度计和棱镜件，三个所述加速度计为两两空间正交，所述棱镜件的外法线与所述陀螺件的正交水平轴或所述加速度计的正交水平轴平行。

所述敏感体骨架上设有走纤槽，所述走纤槽用于容纳所述敏感体骨架上的光纤。

所述车载寻北仪还包括转接支架，所述转接支架设于所述壳体内，并固定于所述敏感体骨架上。

所述车载寻北仪还包括光学瞄准箱体，所述光学瞄准箱体固定于所述壳体的外侧壁上。

所述车载寻北仪还包括经纬仪，所述壳体的顶盖上还设有经纬仪调平基座，所述经纬仪调平基座用于安装所述经纬仪。

所述车载寻北仪还包括显示屏，所述显示屏固定于所述壳体的外侧壁上。

所述敏感体骨架为铝碳化硅陶瓷材料。

第二方面，提供了一种车辆，包括前述的车载寻北仪。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：不仅可提高车载寻北仪的测量精度，还可减小车载寻北仪的尺寸并降低车辆重量，进而降低车辆的油耗量和使用成本。

本申请实施例提供了一种车载寻北仪及车辆，由于敏感体骨架和转位传动机构均设于壳体内，且转位传动机构位于敏感体骨架下方，而电子箱设于壳体的外底部，使得敏感体骨架和电子箱之间实现了热隔离，能有效避免热应力引发的惯性器件正交性误差，进而提高车载寻北仪的测量精度；另外，第一水平陀螺、第二水平陀螺和天向陀螺两两空间正交，且使第一水平陀螺一端设于第二水平陀螺的空腔中，其可进一步减小车载寻北仪的尺寸；此外，将电子箱设于壳体的外底部，无需通过散装的方式将电子器件分别安装于壳体的侧壁上，不仅可实现电子器件的集成化，还可减小车载寻北仪的尺寸和实现车载寻北仪的小型化目标，进而降低了具有该车载寻北仪的车辆的重量，因此，本申请不仅可提高车载寻北仪的测量精度，还可减小车载寻北仪的尺寸并降低设备整机重量和车辆重量，进而降低车辆的油耗量和使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种车载寻北仪的立体结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种车载寻北仪的纵剖面结构示意图；

图3为本申请实施例中陀螺件的布置立体图；

图4为本申请实施例中图3的主视图；

图5为本申请实施例中图3的俯视图；

图6为本申请实施例中图3的右视图；

图7为本申请实施例中敏感体骨架的立体结构示意图；

图8为本申请实施例中敏感体骨架的爆炸图；

图9为本申请实施例中敏感体骨架的局部示意图；

图10为本申请实施例中敏感体骨架的平面结构示意图；

图11为本申请实施例中敏感体骨架在另一视角的平面结构示意图；

图12为本申请实施例中敏感体骨架在另一视角的平面结构示意图；

图13为本申请实施例中敏感体骨架在另一视角的平面结构示意图；

图14为本申请实施例中陀螺件安装面和加速度计安装面的仿真热变形分析云图。

图中：1-壳体，2-敏感体骨架，21-走纤槽，22-陀螺件安装面，221- 第一水平陀螺安装面，222-第二水平陀螺安装面，223-天向陀螺安装面， 23-加速度计安装面，24-棱镜件安装面，25-整机安装法兰面，26-转接板安装螺孔，27-转接支架安装螺孔，28-锁紧用螺孔，29-水平陀螺安装螺孔，3-转位传动机构，31-转位传动机构基座，4-电子箱，5-陀螺件， 51-第一水平陀螺，52-第二水平陀螺，53-天向陀螺，6-加速度计，7- 棱镜件，8-转接支架，9-光学瞄准箱体，10-经纬仪调平基座，11-显示屏，12-锁紧螺钉，13-水准器，14-陀螺主板支架，15-加速度计数据板， 16-温补板，17-转接板，18-转接工装，19-光源件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种车载寻北仪及车辆，其能解决相关技术中由于热应力而导致的精度低以及尺寸过大而导致的车辆油耗量大、成本高的问题。

参见图1和图2所示，本申请实施例提供一种车载寻北仪，包括壳体1、敏感体骨架2、转位传动机构3和电子箱4，参见图3所示，敏感体骨架2设于壳体1内且其上固定有包括陀螺件5在内的敏感体，陀螺件5包括第一水平陀螺51、第二水平陀螺52和天向陀螺53，第一水平陀螺51、第二水平陀螺52和天向陀螺53为两两空间正交，第一水平陀螺51一端设于第二水平陀螺52的空腔中，可进一步减小车载寻北仪的尺寸；转位传动机构3通过转位传动机构基座31安装于壳体1内，其位于敏感体骨架2的下方，即转位传动机构3的接口上部与敏感体骨架2连接，转位传动机构3的转位方式为单轴直驱，其旋转角度通过高精度光栅测量，通过单轴转位机构精准控制敏感体骨架2 旋转，结合编码器信息与惯组数据可以实现自对准；电子箱4设于壳体1的外底部并与敏感体通过通讯线缆进行通信连接，其无需通过散装的方式将电子器件分别安装于壳体1的侧壁上，不仅可实现电子器件的集成化，还可减小车载寻北仪的尺寸和实现车载寻北仪的小型化目标。

本申请可以通过旋转调制敏感地球重力加速度与自转角加速度信息实现关键参数的自标定，其中，电子箱4和敏感体骨架2沿天向轴放置在转位传动机构3的两侧，使得包含了主要热源组件的电子箱4 和包含了热敏感器件的敏感体骨架2在布局上实现了热隔离，能有效避免热应力引发的惯性器件正交性误差，进而提高车载寻北仪的测量精度；另外，转位传动机构3直驱的方式能够减小多级传动引入的误差，且具有成本低廉、可靠性高的特性。

本申请实施例中，关于陀螺件5的选取与布置方案如下：根据寻北仪的特征，水平陀螺误差对寻北精度产生的影响比较大，因此，两个主轴位于水平方向的第一水平陀螺51和第二水平陀螺52可选取精度高、外径大的光纤陀螺，天向陀螺53可以选取精度略低、外径小的光纤陀螺。三个陀螺的尺寸布置参见图3所示，三个陀螺两两正交，第一水平陀螺51和第二水平陀螺52的外径均为φa，第一水平陀螺51 伸入第二水平陀螺52的中间空腔，伸入深度为c，其中，c的距离为 2.5mm～5mm之间；参加图4～图6所示，第一水平陀螺51和第二水平陀螺52在主视图中间面共面，且该面在视图方向投影成的中心线过整体回转外圆圆心，整体回转外圆外径为φd，该圆过第一水平陀螺51 和第二水平陀螺52在投影视图的四个外角点(参见图5所示)，天向陀螺53的外径为φb，φb约为φa的60％～70％，天向陀螺53在该面的投影圆心与回转外圆的圆心重合。

参见图7和图8所示，陀螺件5通过陀螺主板支架14固定于敏感体骨架2上，陀螺主板支架14上固定有温补板16，该温补板16可补偿由于陀螺件5自身温度变化所产生的固定偏差，加速度计6上的数据通过加速度计数据板15传递至电子箱4上的印制板；敏感体骨架2上还固定有水准器13、转接工装18和光源件19，其中，通过在敏感体骨架2上设置圆槽，使光源件19在安装时可避开干涉；转接工装18 用于安装温补板16和提供走纤槽21。

参见图9～图13所示，敏感体骨架2上设有陀螺件安装面22、加速度计安装面23、棱镜件安装面24、整机安装法兰面25、转接板安装螺孔26、转接支架安装螺孔27、与锁紧螺钉12配合使用的锁紧用螺孔28以及从背面打孔的水平陀螺安装螺孔29，以上安装面或安装螺孔用于安装对应的陀螺件5、加速度计6、棱镜件7等部件；其中，陀螺件安装面22包括第一水平陀螺安装面221、第二水平陀螺安装面222、天向陀螺安装面223，加速度计安装面23及加速度计安装面23的支撑筋条和第一水平陀螺安装面221位于同一面两侧；整机安装法兰面25 呈方形，可降低加工难度；天向陀螺安装面223为离散凸台状；本申请中各个部件与敏感体骨架2间通过密封螺纹连接为主，该锁紧装置简易有效，且不占用整机空间，并能兼顾密封。

优选的，车载寻北仪还包括热防护层，热防护层设于壳体1外底部并位于转位传动机构3和电子箱4之间，该热防护层可进一步阻止电子箱4的热源传递至热敏感器件上，起到整机热隔离的作用，可提高寻北仪的测量精度，该热防护层可优选为隔热泡沫。

优选的，参见图7和图8所示，敏感体骨架2上的加速度计安装面23和棱镜件安装面24分别对应固定有三个加速度计6和棱镜件7，三个加速度计6为两两空间正交，棱镜件7的外法线与陀螺件5的正交水平轴或加速度计6的正交水平轴平行，其中，棱镜件7安装于仿真结果热应变小的区域，使得加速度计6的位置姿态和相对位置姿态受温度影响小，可减小热应力变化引起的安装误差，从而进一步提高车载寻北仪的测量精度。

优选的，参见图7所示，敏感体骨架2上设有走纤槽21，走纤槽 21用于容纳敏感体骨架2上的光纤，有利于敏感体骨架2的安装与走线。其中，走纤槽21呈直线转折，可降低加工难度。

优选的，参见图8所示，车载寻北仪还包括转接支架8，转接支架 8设于壳体1内，并与转接支架安装螺孔27螺纹连接，其不仅用于整机的调平(调整水平姿态)，还用于提供大型印制板、光源件19等的安装接口和走纤槽21，以及可用于配重。

优选的，参见图1和图2所示，车载寻北仪还包括光学瞄准箱体9，光学瞄准箱体9固定于壳体1的外侧壁上，其作用为转换敏感体棱镜件7的光路，用于引入外部初始基准，操作更为方便。

优选的，参见图1和图2所示，车载寻北仪还包括经纬仪，壳体1 的顶盖上还设有经纬仪调平基座10，经纬仪调平基座10用于安装经纬仪，寻北仪配合经纬仪构成陀螺经纬仪，可用于获取三轴角度的初始基准，进行角度校正。其中，设备正常使用时可不加经纬仪，当需要作为陀螺经纬仪使用时安装经纬仪即可。

优选的，参见图1和图2所示，车载寻北仪还包括显示屏11，显示屏11固定于壳体1的外侧壁上，其可用于数据的输入输出以及显示。

优选的，敏感体骨架2用于承载核心部件敏感体组件，其采用陶瓷基复合材料铝碳化硅(AlSiC)，该材料比刚度好、线膨胀系数低，可根据该材料的机加工特点进行敏感体骨架2的设计，进而使得敏感体骨架2的结构状态具有易加工、成本低的优点。

本申请实施例还提供一种车辆，该车辆安装有上述一种车载寻北仪，由于该车载寻北仪具有测量精度高、尺寸小的优点，其不仅可提高车辆的寻北精度，还可降低车辆的重量，进而降低车辆的油耗量和使用成本。

下面结合仿真数据对本申请实施例进一步解释。

对本申请实施例提供的车载寻北仪进行振动模态分析以及高低温循环环境下的热变形分析。其中，振动模态分析结果如表1所示。

表1车载寻北仪的振动模态分析结果

模态(阶)	1	2	3	4	5	6
							频率(Hz)	1610.2	2434.6	2591.9	4014.4	5121.7	5844.2

根据仿真分析结果，本申请的车载寻北仪的一阶频率达到1600Hz 以上，满足车载及弹载的环境要求。

对本申请车载寻北仪进行-20℃到50℃高低温循环条件下陀螺件安装面22、加速度计安装面23的热变形分析，参见图14所示，根据热变形分析结果，表明加速度计安装面23在70℃温升状态下的相对初始状态的姿态变化量小于2″。因此，根据仿真结果可知，本申请的温度稳定性较好，能有效避免热应力引发的惯性器件正交性误差。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种车载寻北仪，包括壳体(1)，其特征在于，还包括：

敏感体骨架(2)，所述敏感体骨架(2)设于所述壳体(1)内且其上固定有敏感体，所述敏感体包括陀螺件(5)，所述陀螺件(5)包括第一水平陀螺(51)、第二水平陀螺(52)和天向陀螺(53)，所述第一水平陀螺(51)、所述第二水平陀螺(52)和所述天向陀螺(53)为两两空间正交，所述第一水平陀螺(51)一端设于所述第二水平陀螺(52)的空腔中；

转位传动机构(3)，所述转位传动机构(3)设于所述壳体(1)内，其位于所述敏感体骨架(2)下方并与敏感体骨架(2)连接；

电子箱(4)，所述电子箱(4)设于所述壳体(1)的外底部，所述电子箱(4)与所述敏感体通信连接。

2.如权利要求1所述的一种车载寻北仪，其特征在于：所述车载寻北仪还包括热防护层，所述热防护层设于所述壳体(1)外底部并位于所述转位传动机构(3)和所述电子箱(4)之间。

3.如权利要求1所述的一种车载寻北仪，其特征在于：所述敏感体骨架(2)上还固定有三个加速度计(6)和棱镜件(7)，三个所述加速度计(6)为两两空间正交，所述棱镜件(7)的外法线与所述陀螺件(5)的正交水平轴或所述加速度计(6)的正交水平轴平行。

4.如权利要求1所述的一种车载寻北仪，其特征在于：所述敏感体骨架(2)上设有走纤槽(21)，所述走纤槽(21)用于容纳所述敏感体骨架(2)上的光纤。

5.如权利要求1所述的一种车载寻北仪，其特征在于：所述车载寻北仪还包括转接支架(8)，所述转接支架(8)设于所述壳体(1)内，并固定于所述敏感体骨架(2)上。

6.如权利要求1所述的一种车载寻北仪，其特征在于：所述车载寻北仪还包括光学瞄准箱体(9)，所述光学瞄准箱体(9)固定于所述壳体(1)的外侧壁上。

7.如权利要求1所述的一种车载寻北仪，其特征在于：所述车载寻北仪还包括经纬仪，所述壳体(1)的顶盖上还设有经纬仪调平基座(10)，所述经纬仪调平基座(10)用于安装所述经纬仪。

8.如权利要求1所述的一种车载寻北仪，其特征在于：所述车载寻北仪还包括显示屏(11)，所述显示屏(11)固定于所述壳体(1)的外侧壁上。

9.如权利要求1所述的一种车载寻北仪，其特征在于：所述敏感体骨架(2)为铝碳化硅陶瓷材料。

10.一种车辆，其特征在于，包括：如权利要求1至9任一项所述的车载寻北仪。

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