CN218822410U - 一种多舱隔离光纤导航仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多舱隔离光纤导航仪，包括传感器单元：包括三轴加速度计、光纤陀螺仪和温度传感器；电路单元、导航计算机和电源单元等。通过将这三部分分布在框架周围的六个相互隔离的舱室之中，可以有效减少系统空间浪费，同时增大如电源组件、接收机、光源等发热大的器件的散热面积，防止系统积热而影响惯性导航性能，各元器件分设于各舱室中，减小了各元器件之间的干扰，具有更好的电磁兼容性，同时在有限重量和体积的前提下，有效提高了系统谐振频率，提高了导航系统的抗震性能。本实用新型在充分考虑热平衡基础上，具有结构紧凑、散热能力强、抗振动效果好的特点。

Description

一种多舱隔离光纤导航仪

技术领域

本实用新型涉及导航设备技术领域，尤其涉及一种多舱隔离光纤导航仪。

背景技术

20世纪80年代以来，无人机在各个领域快速发展。作为无人机核心部分，高精度的导航系统是无人机系统的重中之重。机载导航系统为无人机提供姿态、速度、位置等飞行引导信息，是无人机安全飞行的重要基础。

现有的导航系统，构成导航系统的各元器件安装在壳体内，并位于同一空间中，由于各元器件工作过程中都会产生一定的辐射、频率等，从而导致各元器件之间容易产生相互干扰，尤其对于高精度元器件，如陀螺仪等，受干扰后会严重影响其精度，进而影响整个导航系统的精度；并且各元器件发热情况不同，且元器件都封闭在壳体内，导致整个导航系统的热平衡性和散热性能较差，而较差的散热性能又进一步影响导航系统的导航精度。同时，现有的导航系统在复杂的工作环境下，如移动设备、振动设备或工作在恶劣环境中的设备等，一般导航设备安装在一个普通的壳体或箱体中，缺乏特殊的抗震结构，壳体或箱体没有经过结构设计，其刚度和谐振特点难以满足环境要求，抗震效果差，进一步降低了导航系统的导航精度。因此，现有的导航系统存在抗震效果差、散热性能差、抗干扰能力弱等缺点。

发明内容

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：提供一种多舱隔离光纤导航仪，解决了现有导航设备抗震效果差、散热性能差、抗干扰能力弱的问题。

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：

一种多舱隔离光纤导航仪，包括整体呈立方体结构的框架，其中，以竖直方向为Z轴，以水平方向为X、Y轴建立三轴坐标系，框架的上侧面和下侧面位于Z轴上，在上侧面和下侧面上设有向内凹陷形成的第一舱室和第二舱室，框架的其中一组相对的两侧面位于X轴上，在位于X轴上的两侧面上设有向内凹陷形成的第三舱室和第四舱室，框架的另外一组相对的两侧面位于Y轴上，在位于Y轴上的两侧面上设有向内凹陷形成的第五舱室和第六舱室；

在第一舱室中由内向外依次沿Z轴方向安装有Z轴光纤陀螺仪、加速度计组件和导航计算机，在第二舱室中安装有光源组件，在第三舱室中沿X轴方向安装有X轴光纤陀螺仪，在第四舱室中安装有北斗卫星导航系统接收机，在第五舱室中沿Y轴方向安装有Y轴光纤陀螺仪，在第六舱室中安装有电源组件，其中，光源组件通过光纤与Z轴光纤陀螺仪、X轴光纤陀螺仪、Y轴光纤陀螺仪相连，向Z轴光纤陀螺仪、X轴光纤陀螺仪、Y轴光纤陀螺仪提供光源，Z轴光纤陀螺仪、X轴光纤陀螺仪、Y轴光纤陀螺仪、加速度计组件、北斗卫星导航系统接收机分别与导航计算机连接，所述电源组件为各元器件提供电源。

作为优化，在框架的六个侧面上均安装有防护板，用于将各舱室封闭，并所述防护板与框架之间设有屏蔽条。

作为优化，在所述第一舱室对应的防护板上设有TNC天线插座和对外接插件，所述TNC天线插座和对外接插件与北斗卫星导航系统接收机相连。

作为优化，在第一舱室中，由内至外依次设有第一安装座、第二安装座和第三安装座，分别用于安装Z轴光纤陀螺仪、加速度计组件和导航计算机，使Z轴光纤陀螺仪与加速度计组件之间、加速度计组件与导航计算机之间具有间隙。

作为优化，所述加速度计组件包括加速度计支架，在所述支架的外侧安装有加速度计采集电路板，内侧安装有三个轴线相互垂直的加速度计。

作为优化，第一舱室、第三舱室和第五舱室与第二舱室之间的隔板上均开设有通孔，所述第二舱室中的光源组件的连接光纤分别穿过通孔后与，Z轴光纤陀螺仪、X轴光纤陀螺仪、Y轴光纤陀螺仪连接。

作为优化，在框架的位于X、Y轴的四个侧面的连接处，沿Z轴方向的四条边处开设有弧形减重槽，所述减重槽贯穿框架的上侧端面，使框架的下侧端面与减重槽之间形成连接板，在连接板上设有连接孔。

作为优化，在所述减重槽的弧形面上沿Z轴方向分布有多个沿X轴方向延伸的减重孔，各减重孔之间形成筋板。

作为优化，在第一舱室、第二舱室、第三舱室、第四舱室、第五舱室和第六舱室中均设有温度传感器，所述温度传感器通过温度传感器信号处理电路与导航计算机连接。

本申请与现有技术相比具有以下有益效果：

本实用新型通过将，

传感器单元：包括三轴加速度计、光纤陀螺仪和温度传感器；

电路单元：包括I/F转换电路、陀螺仪信号处理电路为主的信号处理电路，以及“DSP+FPGA”的导航计算机；

电源单元：DC24V转±15V给加速度计供电，±5V给陀螺供电，5V给计算机等。

这三部分分布在框架周围的六个相互隔离的舱室之中，可以有效减少系统空间浪费，同时增大如电源组件、接收机、光源等发热大的器件的散热面积，防止系统积热而影响惯性导航性能，各元器件分设于各舱室中，减小了各元器件之间的干扰，具有更好的电磁兼容性，同时在有限重量和体积的前提下，通过设置减重槽、减重孔等结构有效提高了系统谐振频率，提高了导航系统的抗震性能。本实用新型在充分考虑热平衡基础上，具有结构紧凑、散热能力强、抗振动效果好的特点。

附图说明

图1为本实用新型的爆炸结构示意图；

图2为本实用新型的组装结构示意图；

图3为本实用新型中框架的结构示意图；

图4为本实用新型中加速度计组件的结构示意图；

图5为本实用新型的系统示意图；

图中，1框架，2 Z轴光纤陀螺仪，3加速度计组件，4导航计算机，5光源组件，6 X轴光纤陀螺仪，7北斗卫星导航系统接收机，8 Y轴光纤陀螺仪，9电源组件，10防护板，11屏蔽条，12 TNC天线插座，13对外接插件，14第一安装座，15第二安装座，16第三安装座，17加速度计支架，18加速度计采集电路板，19加速度计，20通孔，21减重槽，22连接板，23连接孔，24减重孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

具体实施时：参见图1-图5，

一种多舱隔离光纤导航仪，包括整体呈立方体结构的框架1，其中，以竖直方向为Z轴，以水平方向为X、Y轴建立三轴坐标系，框架1的上侧面和下侧面位于Z轴上，在上侧面和下侧面上设有向内凹陷形成的第一舱室和第二舱室，框架1的其中一组相对的两侧面位于X轴上，在位于X轴上的两侧面上设有向内凹陷形成的第三舱室和第四舱室，框架1的另外一组相对的两侧面位于Y轴上，在位于Y轴上的两侧面上设有向内凹陷形成的第五舱室和第六舱室；

其中，第一舱室和第二舱室位于框架1Z轴方向的相对两侧，第三舱室和第四舱室位于框架1X轴的相对两侧，第五舱室和第六舱室位于框架1Y轴的相对两侧，所述第一舱室、第二舱室、第三舱室、第四舱室、第五舱室和第六舱室之间均通过隔板隔开或通过各舱室内凹形成的底板隔开。具体的，本实用新型的框架1并不局限于立方体结构，也可以为其他六面体或者多面体结构，具体面数根据需要隔离的元器件数量确定，但是其中至少具有三个相互垂直的面或者三个相互垂直的舱室，用于安装三轴光纤陀螺仪。

其中，第一舱室为主舱室，其深度较大，在第一舱室中由内向外依次安装有Z轴光纤陀螺仪2、加速度计组件3和导航计算机4，对应的，在第一舱室中，由内至外依次设有第一安装座14、第二安装座15和第三安装座16，分别用于安装Z轴光纤陀螺仪2、加速度计组件3和导航计算机4，使Z轴光纤陀螺仪2与加速度计组件3之间、加速度计组件3与导航计算机4之间具有间隙，使三个元器件在系统振动时不会相互碰撞，提高了安全性能。在第二舱室中安装有光源组件5，在第三舱室中安装有X轴光纤陀螺仪6，在第四舱室中安装有北斗卫星导航系统接收机7，在第五舱室中安装有Y轴光纤陀螺仪8，在第六舱室中安装有电源组件9，其中，光源组件5与Z轴光纤陀螺仪2、X轴光纤陀螺仪6、Y轴光纤陀螺仪8相连，第一舱室、第三舱室和第五舱室与第二舱室之间的隔板上均开设有通孔20，所述第二舱室中的光源组件5的连接光纤分别穿过通孔20后与，Z轴光纤陀螺仪2、X轴光纤陀螺仪6、Y轴光纤陀螺仪8连接，其中所述通孔20为条形孔。Z轴光纤陀螺仪2、X轴光纤陀螺仪6、Y轴光纤陀螺仪8通过导航计算机4上的陀螺仪信号处理电路与导航计算机4连接，所述加速度计组件3通过导航计算机4上的I/F转换电路与导航计算机4连接，所述北斗卫星导航系统接收机7与导航计算机4连接，所述电源组件9为各元器件提供电源。在第一舱室、第二舱室、第三舱室、第四舱室、第五舱室和第六舱室中均设有温度传感器，所述温度传感器通过温度传感器信号处理电路与导航计算机4连接。

在各元器件安装入对应的舱室后，在框架1的六个侧面上均安装有防护板10，用于将各舱室封闭，并所述防护板10与框架1之间设有屏蔽条11，以提高电磁屏蔽性能，减小各元器件及外部的电磁干扰，提高导航设备的精度。

在所述第一舱室对应的防护板10上设有TNC天线插座12和对外接插件13，所述TNC天线插座12和对外接插件13与北斗卫星导航系统接收机7相连，具体的，所述第三安装座16形成第一舱室与第四舱室的隔板的一部分，在第三安装座16上设有穿孔，所述TNC天线插座12和对外接插件13的连接端穿过该穿孔后与北斗卫星导航系统接收机7连接。

所述加速度计组件3包括加速度计支架17，在所述支架的外侧安装有加速度计采集电路板18，内侧安装有三个轴线相互垂直的加速度计19，其中，所述加速度计19采用石英挠性加速度计19。

在组装时，首先将各组件需要与其他组件连接的线头预留在对应的孔中，然后再由内向外依次安装和固定各组件，也可以根据实际需要在不影响性能的前提下在指定的位置预留操作手孔等，以方便装配。

为了提高结构强度和轻量化，在框架1的沿Z轴方向的四条边处开设有弧形减重槽21，所述减重槽21贯穿框架1的上侧端面，使框架1的下侧端面与减重槽21之间形成连接板22，在连接板22上设有连接孔23，用于安装本导航系统。在所述减重槽21的弧形面上沿Z轴方向分布有多个沿X轴方向延伸的减重孔24，各减重孔24之间形成筋板，通过利用有限元分析软件对系统结构进行有限元分析，通过分析、迁移系统结构的谐振点，实现在一定范围的振动频率及强度下显著减少振动对陀螺精度的影响，并通过振动试验进行验证。最终实现系统在0~2000Hz的振动环境下陀螺漂移小于0.1°/h，使框架1在具有较好强度和抗震性能的前提下，具有较轻的质量。

本实用新型通过将，

传感器单元：包括三轴加速度计、光纤陀螺仪和温度传感器；

电路单元：包括I/F转换电路、陀螺仪信号处理电路为主的信号处理电路，以及“DSP+FPGA”的导航计算机；

电源单元：DC24V转±15V给加速度计供电，±5V给陀螺供电，5V给计算机等。

这三部分分布在框架周围的六个相互隔离的舱室之中，可以有效减少系统空间浪费，同时增大如电源组件、接收机、光源等发热大的器件的散热面积，防止系统积热而影响惯性导航性能，各元器件分设于各舱室中，减小了各元器件之间的干扰，具有更好的电磁兼容性，同时在有限重量和体积的前提下，有效提高了系统谐振频率，提高了导航系统的抗震性能。本实用新型在充分考虑热平衡基础上，具有结构紧凑、散热能力强、抗振动效果好的特点，大幅减少了机载导航设备的体积。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以在不脱离本实用新型的原理和基础的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附加权利要求及其等同物限定，因此本实用新型的实施例只是针对本实用新型的说明示例，无论从哪一点来看本实用新型的实施例都不构成对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种多舱隔离光纤导航仪，其特征在于，包括整体呈立方体结构的框架，其中，以竖直方向为Z轴，以水平方向为X、Y轴建立三轴坐标系，框架的上侧面和下侧面位于Z轴上，在上侧面和下侧面上设有向内凹陷形成的第一舱室和第二舱室，框架的其中一组相对的两侧面位于X轴上，在位于X轴上的两侧面上设有向内凹陷形成的第三舱室和第四舱室，框架的另外一组相对的两侧面位于Y轴上，在位于Y轴上的两侧面上设有向内凹陷形成的第五舱室和第六舱室；

在第一舱室中由内向外依次沿Z轴方向安装有Z轴光纤陀螺仪、加速度计组件和导航计算机，在第二舱室中安装有光源组件，在第三舱室中沿X轴方向安装有X轴光纤陀螺仪，在第四舱室中安装有北斗卫星导航系统接收机，在第五舱室中沿Y轴方向安装有Y轴光纤陀螺仪，在第六舱室中安装有电源组件，其中，光源组件通过光纤与Z轴光纤陀螺仪、X轴光纤陀螺仪、Y轴光纤陀螺仪相连，向Z轴光纤陀螺仪、X轴光纤陀螺仪、Y轴光纤陀螺仪提供光源，Z轴光纤陀螺仪、X轴光纤陀螺仪、Y轴光纤陀螺仪、加速度计组件、北斗卫星导航系统接收机分别与导航计算机连接，所述电源组件为各元器件提供电源。

2.根据权利要求1所述的一种多舱隔离光纤导航仪，其特征在于，在框架的六个侧面上均安装有防护板，用于将各舱室封闭，并所述防护板与框架之间设有屏蔽条。

3.根据权利要求1所述的一种多舱隔离光纤导航仪，其特征在于，在所述第一舱室对应的防护板上设有TNC天线插座和对外接插件，所述TNC天线插座和对外接插件与北斗卫星导航系统接收机相连。

4.根据权利要求1所述的一种多舱隔离光纤导航仪，其特征在于，在第一舱室中，由内至外依次设有第一安装座、第二安装座和第三安装座，分别用于安装Z轴光纤陀螺仪、加速度计组件和导航计算机，使Z轴光纤陀螺仪与加速度计组件之间、加速度计组件与导航计算机之间具有间隙。

5.根据权利要求1所述的一种多舱隔离光纤导航仪，其特征在于，所述加速度计组件包括加速度计支架，在所述支架靠近导航计算机的一侧安装有加速度计采集电路板，另一侧安装有三个轴线相互垂直的加速度计。

6.根据权利要求1所述的一种多舱隔离光纤导航仪，其特征在于，第一舱室、第三舱室和第五舱室的底板上均开设有通孔，所述第二舱室中的光源组件的连接光纤分别穿过通孔后与Z轴光纤陀螺仪、X轴光纤陀螺仪、Y轴光纤陀螺仪连接。

7.根据权利要求1所述的一种多舱隔离光纤导航仪，其特征在于，在框架的位于X、Y轴的四个侧面的连接处，沿Z轴方向开设有断面呈弧形的减重槽，所述减重槽贯穿框架的上侧端面，使框架的下侧端面与减重槽之间形成连接板，在连接板上设有连接孔。

8.根据权利要求7所述的一种多舱隔离光纤导航仪，其特征在于，在所述减重槽的弧形面上沿Z轴方向分布有多个沿X轴方向延伸的减重孔，各减重孔之间形成筋板。

9.根据权利要求1所述的一种多舱隔离光纤导航仪，其特征在于，在第一舱室、第二舱室、第三舱室、第四舱室、第五舱室和第六舱室中均设有温度传感器，所述温度传感器通过温度传感器信号处理电路与导航计算机连接。

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