可攜式光纖陀螺尋北儀的製作方法
2023-09-16 20:15:30
專利名稱：可攜式光纖陀螺尋北儀的製作方法
技術領域：
本發明涉 及慣性導航技術領域，尤其涉及一種可攜式光纖陀螺尋北儀。
背景技術：
可攜式陀螺尋北儀是適用於野外環境下的慣性尋北裝置，提供載體北向夾角及 姿態角等方向信息，具有重量輕、體積小、精度高等特點。尋北儀中，一般有採用二位置法、四位置法和多位置法等尋北方式進行工作， 其中採用四位置法原理的尋北儀較為常用。這種四位置尋北儀裝置中，一般採用在轉位 系統上設置單陀螺和雙加速度計，轉位系統旋轉到四個方位後分別採用陀螺和加速度計 進行測量，再計算出尋北儀北向角和姿態角的方式進行尋北。這種現有的尋北儀使用比 較方便，應用較為廣泛，但同時也存在以下缺陷。1、現有的尋北儀裝置一般採用機械陀螺作為尋北核心部件，但機械陀螺存在可 靠性差，壽命短，容易受加速度影響，導致測試精度不夠，穩定性不好。2、同時，尋北 儀的精度與尋北位置的準確性有很大關係，現有尋北儀系統採用光電編碼器來確定轉位 系統的四個位置，保證尋北位置的準確性，但光電編碼器存在體積大，價格高的缺陷； 同時光電編碼器在使用時需要安裝在轉軸軸心處，故提高了尋北儀裝置整體結構設計的 難度，最終導致尋北儀具有體積大，成本高的缺陷。3、現有的尋北儀採用安裝圓盤和頂 座分別安裝軸承的結構方式來保證中間的轉位系統的旋轉和穩定，在兩個軸承之間是轉 動部件。而轉動部件與固定部件的電纜通過軸承的中心連接，由於用了兩個軸承，因此 對系統的小型化有一定不利影響。
發明內容
針對上述現有技術的不足，本發明首要解決的技術問題是，提供一種可靠性 高，體積小的可攜式光纖陀螺尋北儀；並進一步使其具有成本低廉的特點。為了解決上述技術問題，本發明中採用了如下的技術方案
一種可攜式光纖陀螺尋北儀，其特徵在於，包括安裝圓盤，豎直設置在安裝圓盤上 的轉軸，轉軸的一端通過軸承與安裝圓盤可轉動連接，轉軸上固定設置有支架，安裝圓 盤上還固定設置有容納支架於其內的殼體；所述支架上設置有檢測系統、轉動系統和定 位系統；所述檢測系統包括一個橫向設置的加速度計、一個豎向設置的加速度計和一個 光纖陀螺；所述檢測系統用於檢測重力加速度和地球自轉水平分量；所述轉動系統用於 帶動支架沿轉軸轉動；所述定位系統用於支架轉動到四個測量位置後對支架進行定位； 所述尋北儀還包括防線纜纏繞結構，所述防線纜纏繞結構用於將支架上的線纜連接到殼 體上並防止線纜因纏繞而妨礙支架轉動。其中，所述轉動系統可以採用如下優化結構，包括固定在支架上的電機、與電機相連接並可由電機帶動旋轉的動齒輪，所述動齒輪水平設置且與一個固定在安裝圓盤 上的定齒輪嚙合，所述定齒輪與所述轉軸同軸心設置。轉動系統這樣設置，具有結構簡 單小巧、佔用面積小的優點，有利於尋北儀的小型化。其中，所述防線纜纏繞結構包括水平設置在支架上與軸承相反方向一端的防纏 繞板、對應防纏繞板水平設置且固定在殼體上的濾波板，所述濾波板上設置有用於與來 自支架的線纜連接的第一接口和用於與上位機和電源連接的第二接口，第一接口和第二 接口之間設置有濾波電路，所述防纏繞板和濾波板之間設置有所述橫向設置的加速度 計，所述橫向設置的加速度計外殼為圓盤形且固定於防纏繞板中部與轉軸同軸心處，加 速度計外殼的徑向尺寸小於所述防纏繞板和濾波板的徑向尺寸，所述防 纏繞板上設置有 線纜孔，所述來自支架的線纜穿過線纜孔後繞橫向設置的加速度計外殼沿支架旋轉的相 反方向纏繞一周後連接在所述濾波板的第一接口上。上述技術方案中，所述來自支架的電纜，包括與支架上的檢測系統、轉動系 統、定位系統連接的各種數據線和電源線，工作時數據線通過濾波板濾波後接往上位機
(上位機包括預設程序的計算機設備和用於顯示計算結果的顯示設備)，電源線經過濾 波板濾波後接往電源，故所述濾波板上的濾波電路分別包括數據線的濾波電路和電源線 的濾波電路，這些在本技術方案公開後，均可根據本領域公知常識得到，不屬於本發明 對現有技術作出創造性貢獻的地方，故在上述技術方案中沒有進行詳述，但應視為已充 分公開。方案中所述四個測量位置是指，四位置法尋北時的四個角度位置，相鄰兩個位 置之間懸殊90°。其使用時，通過上位機進行控制，轉動系統的電機工作帶動動齒輪繞 頂齒輪轉動，使得支架繞轉軸進行轉動。支架從初始位置開始進行第一次測量，初始位 置即第一測量位置，測量時所述檢測系統中的光纖陀螺儀和兩個加速度計工作並記錄測 量數據。然後支架每轉動90°進入下一測量位置後採用定位系統定位開始測量，直到第 四測量位置時支架轉動270°，第四測量位置測量完畢後，控制支架迴轉到第一測量位 置。這樣通過在四位置上，加速度計測量的重力加速度和光纖陀螺儀測定的地球自轉的 水平分量，可以計算確定出尋北儀的北向角和姿態角，完成尋北。和現有的尋北儀相比 較，本發明採用了光纖陀螺儀故具有更高的可靠性，同時本發明中轉軸只採用了一個軸 承與安裝圓盤連接，現有技術中軸承一般是採用兩個並各自設置在轉軸的上下位置。本 發明中採用的防線纜纏繞結構是因為取消了轉軸一端的軸承後增設的結構。因為現有技 術中，轉軸兩端均存在軸承時，線纜是通過該軸承的軸心位置處連接到殼體上去的，不 存在纏繞的問題。現在取消位於一端的軸承後，採用本防線纜纏繞結構，即可避免線纜 因纏繞而阻止支架轉動。同時，本防線纜纏繞結構利用了濾波板和橫向設置的加速度計 作為自身構件組成，基本不會增加儀器體積，有利於小型化；而且增加的濾波板可以對 輸入輸出信號和輸入電源均進行濾波，使得控制更加靈敏，橫向設置的加速度計位於此 處也充分考慮了測量時的需求，因為橫向設置的加速度計需要設置於轉軸軸心處才會使 得測量結果更加準確，可以提高尋北精度。作為進一步優化，所述定位系統包括豎向設置於支架上的螺線電磁管，螺線電 磁管下端連接有管套，管套內豎向設置有定位銷和彈簧，定位銷上端與位於螺線電磁管 內部的動鐵芯連接，所述安裝圓盤上位於四個測量位置的方向上對應所述定位銷設置定 位孔，所述動鐵芯上端通過一連接杆與一個第一微動開關相連接，所述第一微動開關設置於所述電機的控制電路中；所述螺線電磁管斷電後定位銷在彈簧作用下可使其下部的 錐形尖端穿出管套並定位於定位孔內，同時所述動鐵芯通過連接杆帶動第一微動開關動 作使所述電機的控制電路斷開，所述螺線電磁管通電後可將動鐵芯向上吸起並帶動定位 銷下部錐形尖端脫離定位孔，同時所述動鐵芯通過連接杆帶動第一微動開關動作使所述 電機的控制電路接通。其中所述螺線電磁管是指外表繞接有電磁線圈並在通電後可對其 內的動鐵芯產生向上吸力的管狀體，本質為一個電磁鐵。採用這種定位系統，與現有技 術中定位系統普遍採用的光電編碼器相比，其價格更低廉，佔用空間體積更小，對安裝 要求更低，無需安裝在軸心處。採用本定位系統後，當支架轉動時，定位系統中螺線電 磁管為通電狀態，定位銷為向上吸起有利於支架轉動，當支架轉動快要達到下一測量位 置時，控制螺線電磁管斷電，定位銷在彈簧作用下向下方伸出，當支架轉動到測量位置 時，定位銷即進入到安裝圓盤上的定位孔中對支架進行定位；同時所述動鐵芯通過連接 杆帶動第一微動開關動作使所述電機的控制電路斷開，支架停止轉動。在此測量位置 上，當檢測系統測量完畢後，控制螺線電磁管通電將動鐵芯向上吸起並帶動定位銷下部 錐形尖端脫離定位孔，同時所述動鐵芯通過連接杆帶動第一微動開關動作使所述電機的 控制電路接通，使得支架繼續轉動。使用時，靠設置在底盤上的四個定位孔的角度來保 證四個位置的準確，由於定位銷下部為錐形尖端，故定位銷插入定位孔後可以保證定位 非常精確。定位精確即可提高尋北儀的測量精度。
作為再進一步優化，還設置有一限位裝置；所述限位裝置包括位於所述安裝圓 盤上的限位塊；所述支架上對應所述限位塊設置有擋塊；所述擋塊上設置有第二微動開 關，所述第二微動開關連接於所述電機的控制電路中，並可以使得當支架回位轉動並超 過第一測量位置所在角度後，所述限位塊能夠觸動所述第二微動開關並使得所述電機的 控制電路斷開。此限位裝置的設置，是因為本尋北儀中，支架上的線纜連接到殼體上是 靠防線纜纏繞結構來防止纏繞的。故當上位機控制支架旋轉過程中，如果控制出現失 誤，支架迴轉時發生失位迴轉角度超過270度時(即超過了第一測量位置)，此時定位 銷超出了起始位置會導致線纜被纏緊並進而斷裂。增設了本限位裝置後，當支架迴轉時 萬一失位超過第一測量位置時，可以靠此限位裝置阻止支架的轉動並使得電機控制電路 斷開，避免電機被燒壞。本發明具體地說，具有以下特點和優勢
1、本發明中，採用了光纖陀螺儀替代現有尋北儀中的機械陀螺，光纖陀螺儀具有體 積小、精度高、耐衝擊、噪音小，工作時不抖動等優點，故增強了尋北儀的穩定性、小 巧型，使其便於攜帶且提高了尋北精度。2、本發明中，所述加速度計採用一個橫向設置，用於測量水平方向的加速度； 一個豎向設置，用於測量豎直方向的加速度；這種方式可以測量計算出尋北儀所處位置 的實際重力加速度，帶入尋北計算後，可以使得計算結果更加精確。其具體計算方式屬 於現有技術，不屬於本發明對現有技術作出貢獻的地方，故不在此詳述。3、本發明中，只在轉軸的一端採用軸承，實現了單臂支撐，故減少了構件，大 大減小了體積；同時，將原本尋北儀中佔用空間較大的轉臺取消，改為佔用空間較小的 支架來實現對各構件的支撐連接，同樣減小了整體體積，使得尋北儀整體更加小巧，便 於攜帶。
4、本發明中，採用的定位系統，採用電磁控制插銷定位的結構方式，取代了現 有技術中，採用光電編碼器進行定位。既可以保證定位的準確，又降低了成本；同時， 採用光電編碼器會佔據軸向空間，進而增加了尋北儀整體高度，本發明改為插銷定位 後，有利於進一步減小尋北儀體積，有利於設備小型化。5、本發明中，防線纜纏 繞結構是因為取消了轉軸一端的軸承後增設的結構。因 為現有技術中，轉軸兩端均存在軸承時，線纜是通過該軸承的軸心位置處連接到殼體上 去的，不存在纏繞的問題。現在取消位於一端的軸承後，採用本防線纜纏繞結構，即可 避免線纜因纏繞而阻止支架轉動。綜上所述，相比於現有技術，本發明的可攜式光纖陀螺尋北儀採用光纖陀螺作 為尋北核心部件，由於光纖陀螺內部沒有機械轉動部件，因此可靠性高，並可抵抗加速 度運動帶來的影響；同時本發明的定位系統採用插銷定位的方式確定四個測量位置，即 保證了定位的準確性，又兼顧了體積小的要求，同時大大降低了成本；另外本發明只採 用了一個軸承，故精簡了機構，減小了體積，為了解決轉動部件與固定部件間電纜容易 纏繞的問題，在轉動部件與固定部件之間設計了一個防線纜纏繞結構，可以解決電纜絞 線纏繞的問題。所以本發明的可攜式光纖陀螺尋北儀，具有測量可靠，尺寸小巧利於攜 帶，成本低廉等優點。
圖1為本發明的結構示意圖。圖2為圖1的左視圖。圖3為本發明中採用的定位系統的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明的結構作進一步的詳細說明。實施時，如圖1至圖3所示，一種可攜式光纖陀螺尋北儀，包括安裝圓盤1，豎 直設置在安裝圓盤1上的轉軸2，轉軸2的一端通過軸承3與安裝圓盤1可轉動連接，轉 軸2上固定設置有支架4，安裝圓盤1上還固定設置有容納支架4於其內的殼體5;所述 支架4上設置有檢測系統、轉動系統和定位系統；所述檢測系統包括一個橫向設置的加 速度計6、一個豎向設置的加速度計7和一個光纖陀螺儀8;所述轉動系統包括固定在支 架上的電機9、與電機9相連接並可由電機9帶動旋轉的動齒輪10，所述動齒輪10水平 設置且與一個固定在安裝圓盤1上的定齒輪11嚙合，所述定齒輪11與所述轉軸2同軸心 設置；所述定位系統用於支架4轉動到四個測量位置後對支架4進行定位；所述尋北儀 還包括防線纜纏繞結構，所述防線纜纏繞結構包括水平設置在支架4上與軸承相反方向 一端的防纏繞板12、對應防纏繞板12水平設置且固定在殼體5上的濾波板13，所述濾波 板13上設置有用於與來自支架的線纜連接的第一接口和用於與上位機和電源連接的第二 接口，第一接口和第二接口之間設置有濾波電路，所述防纏繞板12和濾波板13之間設置 有所述橫向設置的加速度計6，所述橫向設置的加速度計6外殼為圓盤形且固定於防纏繞板12中部與轉軸2同軸心處，加速度計外殼的徑向尺寸小於所述防纏繞板12和濾波板13 的徑向尺寸，所述防纏繞板12上設置有線纜孔，所述來自支架的線纜14穿過線纜孔後繞 橫向設置的加速度計6外殼沿支架旋轉的相反方向纏繞一周後連接在所述濾波板13的第
一接口上。 具體實施時，所述定位系統可以採用具體如圖1和圖3所示優化結構，包括豎向 設置於支架4上的螺線電磁管15，螺線電磁管15下端連接有管套16，管套16內豎向設 置有定位銷17和彈簧18，定位銷17上端與位於螺線電磁管15內部的動鐵芯19連接，所 述安裝圓盤1上位於四個測量位置的方向上對應所述定位銷17設置定位孔20，所述動鐵 芯19上端通過一連接杆21與一個第一微動開關22相連接，所述第一微動開關22設置於 所述電機9的控制電路中；所述螺線電磁管15斷電後定位銷17在彈簧18作用下可使其 下部的錐形尖端穿出管套16並定位於定位孔20內，同時所述動鐵芯19通過連接杆21帶 動第一微動開關22動作使所述電機9的控制電路斷開，所述螺線電磁管15通電後可將動 鐵芯19向上吸起並帶動定位銷17下部錐形尖端脫離定位孔20，同時所述動鐵芯19通過 連接杆21帶動第一微動開關22動作使所述電機9的控制電路接通。其中所述螺線電磁 管15是指外表繞接有電磁線圈並在通電後可對其內的動鐵芯產生向上吸力的管狀體，本 質為一個電磁鐵。如圖所示，具體實施時，還設置有一限位裝置；所述限位裝置包括位於所述安 裝圓盤上的限位塊23;所述支架4上對應所述限位塊23設置有擋塊24 ；所述擋塊24上 設置有第二微動開關25，所述第二微動開關25連接於所述電機9的控制電路中，並可以 使得當支架4回位轉動並超過第一測量位置所在角度後，所述限位塊23能夠觸動所述第 二微動開關25並使得所述電機9的控制電路斷開。
權利要求
1.一種可攜式光纖陀螺尋北儀，其特徵在於，包括安裝圓盤，豎直設置在安裝圓盤 上的轉軸，轉軸的一端通過軸承與安裝圓盤可轉動連接，轉軸上固定設置有支架，安裝 圓盤上還固定設置有容納支架於其內的殼體；所述支架上設置有檢測系統、轉動系統和 定位系統；所述檢測系統包括一個橫向設置的加速度計、一個豎向設置的加速度計和一 個光纖陀螺；所述檢測系統用於檢測重力加速度和地球自轉水平分量；所述轉動系統 用於帶動支架沿轉軸轉動；所述定位系統用於支架轉動到四個測量位置後對支架進行定 位；所述尋北儀還包括防線纜纏繞結構，所述防線纜纏繞結構用於將支架上的線纜連接 到殼體上並防止線纜因纏繞而妨礙支架轉動。
2.如權利要求1所述的可攜式光纖陀螺尋北儀，其特徵在於，所述轉動系統包括固定 在支架上的電機、與電機相連接並可由電機帶動旋轉的動齒輪，所述動齒輪水平設置且 與一個固定在安裝圓盤上的定齒輪嚙合，所述定齒輪與所述轉軸同軸心設置。
3.如權利要求1所述的可攜式光纖陀螺尋北儀，其特徵在於，所述防線纜纏繞結構包 括水平設置在支架上與軸承相反方向一端的防纏繞板、對應防纏繞板水平設置且固定在 殼體上的濾波板，所述濾波板上設置有用於與來自支架的線纜連接的第一接口和用於與 上位機和電源連接的第二接口，第一接口和第二接口之間設置有濾波電路，所述防纏繞 板和濾波板之間設置有所述橫向設置的加速度計，所述橫向設置的加速度計外殼為圓盤 形且固定於防纏繞板中部與轉軸同軸心處，加速度計外殼的徑向尺寸小於所述防纏繞板 和濾波板的徑向尺寸，所述防纏繞板上設置有線纜孔，所述來自支架的線纜穿過線纜孔 後繞橫向設置的加速度計外殼沿支架旋轉的相反方向纏繞一周後連接在所述濾波板的第 一接口上。
4.如權利要求1所述的可攜式光纖陀螺尋北儀，其特徵在於，所述定位系統包括豎向 設置於支架上的螺線電磁管，螺線電磁管下端連接有管套，管套內豎向設置有定位銷和 彈簧，定位銷上端與位於螺線電磁管內部的動鐵芯連接，所述安裝圓盤上位於四個測量 位置的方向上對應所述定位銷設置定位孔，所述動鐵芯上端通過一連接杆與一個第一微 動開關相連接，所述第一微動開關設置於所述電機的控制電路中；所述螺線電磁管斷電 後定位銷在彈簧作用下可使其下部的錐形尖端穿出管套並定位於定位孔內，同時所述動 鐵芯通過連接杆帶動第一微動開關動作使所述電機的控制電路斷開，所述螺線電磁管通 電後可將動鐵芯向上吸起並帶動定位銷下部錐形尖端脫離定位孔，同時所述動鐵芯通過 連接杆帶動第一微動開關動作使所述電機的控制電路接通。
5.如權利要求4所述的可攜式光纖陀螺尋北儀，其特徵在於，還設置有一限位裝置； 所述限位裝置包括位於所述安裝圓盤上的限位塊；所述支架上對應所述限位塊設置有 擋塊；所述擋塊上設置有第二微動開關，所述第二微動開關連接於所述電機的控制電路 中，並可以使得當支架回位轉動並超過第一測量位置所在角度後，所述限位塊能夠觸動 所述第二微動開關並使得所述電機的控制電路斷開。
全文摘要
本發明公開了一種可攜式光纖陀螺尋北儀，包括安裝圓盤，豎直設置在安裝圓盤上的轉軸，轉軸的一端通過軸承與安裝圓盤可轉動連接，轉軸上固定設置有支架，安裝圓盤上還固定設置有容納支架於其內的殼體；所述支架上設置有檢測系統、轉動系統和定位系統；所述檢測系統包括一個橫向設置的加速度計、一個豎向設置的加速度計和一個光纖陀螺儀。本發明的可攜式光纖陀螺尋北儀，具有測量可靠，尺寸小巧利於攜帶，成本低廉等優點。
文檔編號G01C19/72GK102012228SQ201010586149
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月14日 優先權日2010年12月14日
發明者任斌, 劉顯耀, 李建全, 趙為民, 高山 申請人:重慶航天新世紀衛星應用技術有限責任公司