CN212721460U - 一种基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉光纤陀螺技术领域，具体涉及一种基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统，包括具有内腔的壳体，以及设置于所述壳体内腔中的IMU组件、电源盒、多功能板、IF板和电路板，所述壳体的内腔中设置有竖向布置的隔板，所述隔板将所述壳体的内腔隔断成了相互独立的惯组腔和电路腔；所述IMU组件和所述电源盒布置于所述惯组腔内；所述多功能板、所述IF板和所述电路板布置于所述电路腔内；所述电源盒与所述电路板电连接，所述IMU组件、所述多功能板和所述IF板分别与所述电路板信号连接。本实用新型中的惯导系统能够实现惯导系统的紧凑布局、并提升惯导系统的抗干扰能力。

Description

一种基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统

技术领域

本实用新型涉及光纤陀螺技术领域，具体涉及一种基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统。

背景技术

惯性导航系统（简称惯导系统）是各种航行体上应用的一种主要导航设备，能够提供精确的姿态和各种导航信息。人类对海洋的探索还在发展阶段，因此，船舶的惯性导航技术拥有广阔的发展前景。

现有技术根据惯导系统中有无机电式实体平台将惯导系统分为平台式惯导系统和捷联式惯导系统两大类。平台式惯导系统存在结构复杂，体积大、重量重、价格高，可靠性难以进一步提高等问题；而捷联式惯导系统具有体积小、重量轻、结构紧凑、功耗低，可靠性高等诸多的突出优点，正逐步的替代平台式惯导系统。

随着光纤陀螺仪的研究发展，申请人发现光纤陀螺仪在捷联式惯性技术方面具有广阔的发展空间，其中三轴一体光纤陀螺尤其适合舰载捷联式惯导系统（三轴一体光纤陀螺是一种将惯性导航所需三个正交方向的陀螺设计成一体化的光纤陀螺）。因此，申请人设计了一种基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统，其包括具有内腔的壳体，以及设置于壳体内腔中的IMU组件（其核心部件为三轴一体光纤陀螺）、电源盒、多功能板（用于完成信号采集、通讯接口和故障诊断等功能）、IF板（I/F板）和电路板等组件。然而，在实际设计过程中，如何将上述各个组件合理的布置于壳体内并避免各组件之间产生干扰是惯导系统实施和工作的基础，也是结构设计的难点。因此，申请人进一步提出了一种能够将各个组件合理的布置于壳体内、且能够避免组件之间产生干扰的基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种能够将各个组件合理的布置于壳体内且能够避免组件之间产生干扰的基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统，以能够实现惯导系统的紧凑布局、并提升惯导系统的抗干扰能力。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统，包括具有内腔的壳体，以及设置于所述壳体内腔中的IMU组件、电源盒、多功能板、IF板和电路板，所述壳体的内腔中设置有竖向布置的隔板，所述隔板将所述壳体的内腔隔断成了相互独立的惯组腔和电路腔；

所述IMU组件和所述电源盒布置于所述惯组腔内；所述多功能板、所述IF板和所述电路板布置于所述电路腔内；所述电源盒与所述电路板电连接，所述IMU组件、所述多功能板和所述IF板分别与所述电路板信号连接。

优选的，所述IMU组件布置于所述惯组腔的底部，所述电源盒布置于所述惯组腔内位于所述IMU组件上方的位置。

优选的，所述惯组腔的底部具有竖向向上延伸且与所述IMU组件的安装孔相对应的IMU安装凸台，所述IMU组件对应安装于所述IMU安装凸台上；

所述惯组腔的底部还具有竖向向上延伸且与所述电源盒的安装孔相对应的电源盒安装凸台，所述电源盒安装凸台的竖向延伸高度高于所述IMU安装凸台，所述电源盒对应安装于所述电源盒安装凸台上。

优选的，所述电路板横向布置于所述电路腔的底部，所述多功能板和所述IF板竖向布置于所述电路腔内位于所述电路板上方的位置。

优选的，所述多功能板和所述IF板平行间隔布置，且所述多功能板和所述IF板均与所述隔板平行。

优选的，所述电路腔的底部具有竖向向上延伸且与所述电路板的安装孔相对应的电路板安装凸台，所述电路板对应安装于所述电路板安装凸台上；

所述电路腔内位于所述隔板两侧的侧壁上设置有与所述多功能板的卡条结构相对应的导航板卡槽，所述多功能板通过其卡条结构卡接于所述多功能板卡槽内；

所述电路腔内位于所述隔板两侧的侧壁上设置有与所述IF板的卡条结构相对应的IF板卡槽，所述IF板卡槽与所述导航板卡槽间隔布置，所述IF板通过其卡条结构卡接于所述IF板卡槽内。

优选的，所述隔板上设置有连通所述惯组腔和所述电路腔的过线槽。

优选的，所述壳体为具有开口的矩形筒状结构；所述惯导系统还包括与所述壳体的开口相对应的上盖，所述上盖与所述壳体的开口位置可拆卸连接。

优选的，所述壳体的侧壁上对应于开口的一端具有围绕所述壳体侧壁一周设置的橡胶条安装槽，所述橡胶条安装槽内设置有导电橡胶条。

优选的，所述壳体的外周侧壁上设置有若干个与内腔连通的散热条孔。

本实用新型中基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统，具有如下优点：

1、能够将多功能板、IF板和电路板等主要热源电路与IMU组件分隔开，使得IMU组件不容易受到热源电路的高温影响，从而使得惯导系统的温度性能更优、抗干扰能力更强。

2、将电源盒和IMU组件布置一起，能够更好的利用惯组腔的空间；将多功能板、IF板和电路板布置于电路腔内，能够有效节约电路腔的空间，有利于惯导系统的紧凑布局和结构小型化。

附图说明

为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为实施例中惯导系统的结构示意图；

图2为实施例中壳体的结构示意图；

图3为实施例中IMU组件侧部视角的结构示意图；

图4为实施例中IMU组件底部视角的结构示意图；

图5为实施例中电源盒的结构示意图；

图6为实施例中多功能板的结构示意图；

图7为实施例中IF板的结构示意图；

图8为实施例中电路板的结构示意图。

说明书附图中的附图标记包括：壳体1、惯组腔11、电路腔12、IMU安装凸台3、电源盒安装凸台14、电路板安装凸台15、多功能板卡槽16、IF板卡槽17、导电橡胶条18、IMU组件2、IMU支座21、左支架22、右支架23、光纤敏感环24、加速度计25、光源26、前放组件27、陀螺控制板28、橡胶减震器29、电路板3、第一芯电连接器31、第二芯电连接器32、第三芯电连接器33、第四芯电连接器34、第五芯电连接器35、第六芯电连接器36、多功能板4、导航板41、导航核心板42、参数板43、多功能板的卡条结构44、多功能板的面板45、多功能板的检测孔46、多功能板的把手47、多功能板的电连接器48、IF板5、IF板的卡条结构51、IF板的面板52、IF板的把手53、IF板的电连接器54、电源盒6、电源盒的电连接器61、电源盒的检测孔62、上盖7、隔板8。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例：

如图1和图2所示：本实施例中公开了一种基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统，包括具有内腔的壳体1，以及设置于壳体1内腔中的IMU组件2、电源盒6、多功能板4、IF板5和电路板3，壳体1的内腔中设置有竖向布置的隔板8，隔板8将壳体1的内腔隔断成了相互独立的惯组腔11和电路腔12；

IMU组件2和电源盒6布置于惯组腔11内；多功能板4、IF板5和电路板3布置于电路腔12内；电源盒6与电路板3电连接，IMU组件2、多功能板4和IF板5分别与电路板3信号连接。

实际安装过程中，本实施例通过隔板8将壳体1内腔分割成了惯组腔11和电路腔12，并将IMU组件2和电源盒6布置于惯组腔11，多功能板4、IF板5和电路板3布置于电路腔12，使得多功能板4、IF板5和电路板3等主要热源电路能够与IMU组件2分隔开，进而使得IMU组件2不容易受到热源电路的高温影响，从而使得惯导系统的温度性能更优、抗干扰能力更强。本实施例的各个IMU组件2中，IMU组件2和电源盒6均为盒状结构，占用的空间比较大，所以，将电源盒6和IMU组件2布置一起，使得惯组腔11的空间能够得到更好的利用，而多功能板4、IF板5和电路板3均为IF板5状结构，占用的空间较小，那么将多功能板4、IF板5和电路板3布置于电路腔12内，能够有效节约电路腔12的空间，有利于惯导系统的紧凑布局和结构小型化。

本实施例中，IMU组件2采用光纤陀螺仪作为其核心器件来敏感设备角速度。如图3和图4所示：IMU组件2包括IMU支座21、左支架22、右支架23，固定在IMU支座21上的三只光纤敏感环24（空间正交布局），三只加速度计25，固定在右支架上的光源26，与左右支架连接的光源前放组件27及陀螺控制板28，八组对称布置的橡胶减震器29；通过橡胶减震器实现IMU支座21与左右支架连接，橡胶减震器29将外部冲击对IMU组件的影响降到最低，既不影响惯性器件的性能，又对振动、冲击等进行有效的隔离，提高系统的振动性能；三只光纤敏感环24共用一只光源26，同时采用小直径减重的光纤敏感环24，有效减小了系统的体积和重量；IMU组件2通过左、右支架安装孔（用螺钉）固定在壳体上。

本实施例中，电源盒6可输出+5V，-5V，+15V，-15V电源。如图5所示：电源盒6前侧面设有电源盒的电连接器61，通过电源电缆与电路板3连接，分别为系统内加速度计、陀螺控制板、多功能板、IF板供电。电源盒6前侧面设有五个电源盒的检测孔62，可检测出+5V，-5V，+15V，-15V，GND的输出故障。电源盒通过底座加工的圆孔（用螺钉）与壳体连接，可实现快速安装及拆卸。安装时电源盒右侧面和后侧面可与壳体内腔侧面贴紧，通过热传递可以将电源盒热量传递到壳体，热量再通过壳体外表面辐射到外界。

本实施例中，如图6所示：多功能板包括完成信号采集、通讯接口和故障诊断等功能的导航板41，完成导航解算功能的导航核心板42，用于存储IMU标定参数的参数板43。多功能板的正面安装有两个多功能板的卡条结构44，可以与壳体侧壁卡接固定；电路板上面连接有多功能板的面板45，使电路板整洁美观，并且便于热量导出；多功能板面板上面加工有圆孔，通过该圆孔可以对多功能板卡条结构进行操作；面板上设有十五个多功能板的检测孔46，可检测出陀螺、加表及电源的输出故障；多功能板面板上设有多功能板的把手47，方便电路板的拔、插操作；多功能板的底部设有多功能板的电连接器48，通过该电连接器与电路板完成信号采集及通讯等功能。

本实施例中，如图7所示：IF板5的正面安装有两个IF板的卡条结构51，可以与壳体侧壁锁紧固定；IF板上面连接有IF板的面板52，使电路板整洁美观，并且便于热量导出；IF板面板上面加工有圆孔，通过该圆孔可以对IF板卡条结构进行操作；IF板面板上设有IF板的把手53，方便电路板的拔、插操作；IF板的底部设有IF板的电连接器54，通过该连接器与电路板完成信号采集及通讯等功能。

本实施例中，电路板3为矩形电路板，四角处设有安装孔，可通过螺钉完成与壳体的固定。如图8所示：电路板包括通过电源电缆与电源盒进行连接的第一芯电连接器31，通过陀螺电缆与陀螺板控制板进行连接的第二芯电连接器32，通过加表电缆与加表进行连接的第三芯电连接器33，与多功能板进行连接的第四芯电连接器34，与IF板进行连接的第五芯电连接器35，与外部信号连接器及电源连接器进行连接的第六芯电连接器36。电路板3实现了对系统的供电及内部各组件间的信息交换功能，并将系统计算得到的载体姿态、速度和位置信息经过通过外部信号连接器发送到上位机。

具体实施过程中，IMU组件2布置于惯组腔11的底部，电源盒6布置于惯组腔11内位于IMU组件2上方的位置。

实际安装过程中，IMU组件2的尺寸比电源盒6更大，所以，将IMU组件2和电源盒6上下布置能够更好的利用惯组腔11的空间，有利于导系统的紧凑布局和结构小型化；而将电源盒6设置于上方则有利于更换电池盒。

具体实施过程中，惯组腔11的底部具有竖向向上延伸且与IMU组件2的安装孔相对应的IMU安装凸台3，IMU组件2对应安装于IMU安装凸台3上；

惯组腔11的底部还具有竖向向上延伸且与电源盒6的安装孔相对应的电源盒安装凸台14，电源盒安装凸台14的竖向延伸高度高于IMU安装凸台3，电源盒6对应安装于电源盒安装凸台14上。

实际安装过程中，IMU安装凸台3和电源盒安装凸台14上均设置有螺纹孔，即IMU组件2和电源盒6分别通过螺钉固定安装在IMU安装凸台3和电源盒安装凸台14上，这具有安装稳固、拆卸方便的优点。需要说明的是，本实施例中IMU安装凸台3(电源盒安装凸台14)的位置和数量均与IMU组件2(电源盒6)的安装孔相对应，本实施例中IMU组件2(电源盒6)具有四个安装孔，那么IMU安装凸台3(电源盒安装凸台14)的数量也为四个。

具体实施过程中，电路板3横向布置于电路腔12的底部，多功能板4和IF板5竖向布置于电路腔12内位于电路板3上方的位置。

实际安装过程中，电路板3截面尺寸较小且具有很多电气元件，而电路板3的横向布置能够方便电气元件的接线；多功能板4和IF板5的截面尺寸较大，本实施例将多功能板4和IF板5竖向布置能够有效节约电路腔12的空间，而布置于电路板3上方是为了方便拆装多功能板4和IF板5。

具体实施过程中，多功能板4和IF板5平行间隔布置，且多功能板4和IF板5均与隔板8平行。

实际安装过程中，多功能板4和IF板5的截面尺寸与隔板8的截面尺寸较为接近，所以，将其与隔板8平行布置，能够有效节约电路腔12的尺寸空间，有利于导系统的紧凑布局和结构小型化；而将多功能板4和IF板5间隔布置，能够避免其在工作时互相影响。

具体实施过程中，电路腔12的底部具有竖向向上延伸且与电路板3的安装孔相对应的电路板安装凸台15，电路板3对应安装于电路板安装凸台15上；

电路腔12内位于隔板8两侧的侧壁上设置有与多功能IF板5的卡条结构44相对应的多功能板卡槽16，多功能板4通过其卡条结构卡接于多功能板卡槽16内；

电路腔12内位于隔板8两侧的侧壁上设置有与IF板5的卡条结构51相对应的IF板卡槽17，IF板卡槽17与多功能板卡槽16间隔布置，IF板5通过其卡条结构卡接于IF板卡槽17内。

实际安装过程中，电路板安装凸台15上设置有螺纹孔，即电路板3通过螺钉固定在电路板安装凸台15上，这具有安装稳固、拆卸方便的优点；而多功能板4和IF板5均通过卡接的方式固定，这具有拆装方便的优点。需要说明的是，本实施例中电路板安装凸台15的位置和数量均与电路板3的安装孔相对应，本实施例中电路板3具有四个安装孔，那么电路板安装凸台15的数量也为四个；多功能板4和IF板5的两侧均具有卡条结构，那么多功能板卡槽16和IF板卡槽17的数量均为设置于壳体1侧壁上的一对。

具体实施过程中，结合图2所示：隔板8的顶部位置设置有连通惯组腔11和电路腔12的过线槽。

实际安装过程中，IMU组件2和电源盒6的线缆能够通过所述过线槽穿入电路腔12内与电路板3、多功能板4和IF板5连接。

具体实施过程中，壳体1为具有开口的矩形筒状结构；惯导系统还包括与壳体1的开口相对应的上盖7，上盖7与壳体1的开口位置可拆卸连接。本实施例中，壳体1外周侧的底部边角位置处设置有朝外延伸的定位凸台结构。

实际安装过程中，通过上盖7能够很好的密封壳体1，从而对壳体1内的各个IMU组件2进行保护；而定位凸台结构能够成为整个惯导系统的安装基准。

具体实施过程中，结合图2所示：壳体1的侧壁上对应于开口的一端具有围绕壳体1侧壁一周设置的橡胶条安装槽，橡胶条安装槽内设置有导电橡胶条18。

实际安装过程中，导电橡胶条18能够提升壳体1的密封性，还能够起到很好的电磁密封效果。

具体实施过程中，壳体1的外周侧壁上设置有若干个与内腔连通的散热条孔。

实际安装过程中，散热条孔能够起到良好的散热功能。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统，包括具有内腔的壳体，以及设置于所述壳体内腔中的IMU组件、电源盒、多功能板、IF板和电路板，其特征在于：所述壳体的内腔中设置有竖向布置的隔板，所述隔板将所述壳体的内腔隔断成了相互独立的惯组腔和电路腔；

所述IMU组件和所述电源盒布置于所述惯组腔内；所述多功能板、所述IF板和所述电路板布置于所述电路腔内；所述电源盒与所述电路板电连接，所述IMU组件、所述多功能板和所述IF板分别与所述电路板信号连接。

2.如权利要求1所述的基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统，其特征在于：所述IMU组件布置于所述惯组腔的底部，所述电源盒布置于所述惯组腔内位于所述IMU组件上方的位置。

3.如权利要求2所述的基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统，其特征在于：所述惯组腔的底部具有竖向向上延伸且与所述IMU组件的安装孔相对应的IMU安装凸台，所述IMU组件对应安装于所述IMU安装凸台上；

所述惯组腔的底部还具有竖向向上延伸且与所述电源盒的安装孔相对应的电源盒安装凸台，所述电源盒安装凸台的竖向延伸高度高于所述IMU安装凸台，所述电源盒对应安装于所述电源盒安装凸台上。

4.如权利要求1所述的基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统，其特征在于：所述电路板横向布置于所述电路腔的底部，所述多功能板和所述IF板竖向布置于所述电路腔内位于所述电路板上方的位置。

5.如权利要求4所述的基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统，其特征在于：所述多功能板和所述IF板平行间隔布置，且所述多功能板和所述IF板均与所述隔板平行。

6.如权利要求5所述的基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统，其特征在于：所述电路腔的底部具有竖向向上延伸且与所述电路板的安装孔相对应的电路板安装凸台，所述电路板对应安装于所述电路板安装凸台上；

所述电路腔内位于所述隔板两侧的侧壁上设置有与所述多功能板的卡条结构相对应的多功能板卡槽，所述多功能板通过其卡条结构卡接于所述多功能板卡槽内；

所述电路腔内位于所述隔板两侧的侧壁上设置有与所述IF板的卡条结构相对应的IF板卡槽，所述IF板卡槽与所述多功能板卡槽间隔布置，所述IF板通过其卡条结构卡接于所述IF板卡槽内。

7.如权利要求1所述的基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统，其特征在于：所述隔板上设置有连通所述惯组腔和所述电路腔的过线槽。

8.如权利要求1所述的基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统，其特征在于：所述壳体为具有开口的矩形筒状结构；所述惯导系统还包括与所述壳体的开口相对应的上盖，所述上盖与所述壳体的开口位置可拆卸连接。

9.如权利要求8所述的基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统，其特征在于：所述壳体的侧壁上对应于开口的一端具有围绕所述壳体侧壁一周设置的橡胶条安装槽，所述橡胶条安装槽内设置有导电橡胶条。

10.如权利要求8所述的基于三轴一体光纤陀螺的惯导系统，其特征在于：所述壳体的外周侧壁上设置有若干个与内腔连通的散热条孔。

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