應用於陀螺儀位置監測中的光電檢測裝置的製作方法

2023-10-17 00:00:04 3

專利名稱：應用於陀螺儀位置監測中的光電檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於陀螺儀位置監測中的光電檢測裝置，屬於電子信息技術應用產品結構的技術領域，具體說屬於電子信息技術產品中主要應用於陀螺儀位置監測，特別是利用光電檢測裝置和方法監測陀螺儀位置的產品結構的技術領域。
背景技術：
我們知道人們利用陀螺的力學性質所製成的各種功能的陀螺裝置稱為陀螺儀 (gyroscope)，它在科學、技術、軍事等各個領域有著廣泛的應用。比如迴轉羅盤、定向指示儀、炮彈的翻轉、陀螺的章動、地球在太陽(月球)引力矩作用下的旋進(歲差)等，尤其是在航海中有著更廣泛的應用。但是，現有技術手段在監測陀螺儀角位置時由於受溫度影響功耗較大、而且機械結構複雜，當陀螺球與隨動球儀發生相對線位移時容易出現角度檢測精度降低的問題。目前，在監測陀螺儀角位置時用到的技術手段主要分為兩類其一、利用電磁信號器監測陀螺儀在浮液中的位置；在陀螺儀表面固定電磁鐵，在電磁線圈中加入交流激勵和隨動球相對應的位置安裝電磁線圈，通過檢測電磁線圈中的感應電流的方向來判斷陀螺儀的旋轉方向，從而隨動球跟蹤陀螺儀的位置；但是由於交流激勵功耗較大，容易對周邊其他電器造成幹擾，而且電磁線圈對電磁鐵有反作用力矩，從而對陀螺儀造成幹擾力矩，影響精度。其二、利用浮液電阻監測陀螺儀在浮液中的位置；在陀螺儀外表面設置一個或兩個電極，在隨動球內腔壁與之對應的位置設置兩個探測電極；隨動球在供電電極施加交流激勵，與陀螺儀相對應的位置的那兩個探測電極將利用導電的浮液形成可變電阻，通過判斷該電阻阻值的大小來判斷陀螺儀位置。但是由於需要導電浮液，而浮液的電阻和密度受溫度影響較大，容易造成溫漂；我們知道浮液都是電解液，其導電性能與電阻率和距離有關，而且浮液和金屬外殼都有熱脹冷縮的特性，導致容積必然發生變化，距離也隨之發生改變。另外由於金屬、非金屬材料較多，隨溫度變化的特性並不相同，所以，必然導致溫漂；影響精度；而且抗震性能也較差。由於陀螺儀檢測精度要求在0. 1°，對於周長360mm來說，意味著檢測的位移精度必須小於0. 1mm。按照規範要求，從_15°C _55°C，引起1 %的形變，所引起的誤差已遠遠超過限值。因此，溫度對於系統性能的影響不可忽視。

發明內容
本發明提供了結構簡單的一種應用於陀螺儀位置監測中的光電檢測裝置，以解決在監測陀螺儀角位置時由於受溫度影響出現角度檢測精度降低的問題，以實現克服現有技術監測陀螺儀角位置時功耗大、幹擾大、存在幹擾力矩、以及溫漂大等缺點的目的。為達到上述目的本發明的技術方案是一種應用於陀螺儀位置監測中的光電檢測裝置，所述陀螺儀包括陀螺球和隨動球，所述的隨動球和陀螺球為剛性密封的中空球體，該陀螺球位於所述的隨動球內部，兩者之間滿充著電解浮液；其中所述的隨動球外表面緊固連接第一光電位置探測器和第二光電位置探測器，該第一光電位置探測器和第二光電位置探測器互成90度角正交布置；所述的陀螺球內表面緊固連接至少一對雷射二極體組件，所述的雷射二極體組件兩兩互成90度角正交布置；所述的第一光電位置探測器通過信號輸出線纜B和處理模塊電性連接；所述的第二光電位置探測器通過信號輸出線纜A和處理模塊電性連接。所述第一光電位置探測器包括鑲嵌在所述隨動球外表面的平面透鏡B和與其中心對稱設置且截面為U型的探測器殼；所述的探測器殼沿周邊通過呈均勻分布的至少一個探測器緊固螺釘與該隨動球外表面緊固連接；所述的探測器殼內成中心對稱設置光敏感器件，該光敏感器件電性連接設置於該探測器殼內的光電信號調理電路，該光電信號調理電路通過信號輸出線纜B電性連接處理模塊；所述的信號輸出線纜B為6芯電纜，包括2芯電源輸入和4芯、2路的電流輸出；所述的雷射二極體組件包括成中心對稱的嵌入二極體固定管座上的雷射二極體； 該二極體固定管座通過至少一個點焊點與該陀螺球內表面緊固連接並與鑲嵌在所述陀螺球表面的平面透鏡A中心對稱；所述的雷射二極體發出雷射束，穿過平面透鏡A和平面透鏡B與光敏感器件光學導通。所述第二光電位置探測器包括鑲嵌在所述隨動球外表面的平面透鏡B和與其中心對稱設置且截面為U型的探測器殼；所述的探測器殼沿周邊通過呈均勻分布的至少一個探測器緊固螺釘與該隨動球外表面緊固連接；所述的探測器殼內成中心對稱設置光敏感器件，該光敏感器件電性連接設置於該探測器殼內的光電信號調理電路，該光電信號調理電路通過信號輸出線纜A電性連接處理模塊；所述的信號輸出線纜A為6芯電纜，包括2芯電源輸入和4芯、2路的電流輸出；所述的雷射二極體組件包括成中心對稱的嵌入二極體固定管座上的雷射二極體； 該二極體固定管座通過至少一個點焊點與該陀螺球內表面緊固連接並與鑲嵌在所述陀螺球表面的平面透鏡A中心對稱；所述的雷射二極體發出雷射束，穿過平面透鏡A和平面透鏡B與光敏感器件光學導通。所述平面透鏡A通過環氧樹脂膠封和該陀螺球球表面密封連接；所述平面透鏡B 通過環氧樹脂膠封和該隨動球球表面密封連接。所述處理模塊包括儀表放大器A，儀表放大器B，儀表放大器C，儀表放大器D，低通濾波器和A/D轉換器；所述的儀表放大器A和儀表放大器B電性連接低通濾波器；所述的儀表放大器C和儀表放大器D電性連接低通濾波器；該低通濾波器與A/D轉換器電性連接；所述的A/D轉換器與雙向連接通訊接口的微處理器電性連接；所述的儀表放大器A接收來自於信號輸出線纜A第一路電流信號輸出il和第一路電流信號返回i2 ；所述的儀表放大器B接收來自於信號輸出線纜A第二路電流信號輸出i3和第二路電流信號返回i4;所述的儀表放大器C接收來自於信號輸出線纜B第一路電流信號輸出i5和第一路電流信號返回i6 ；所述的儀表放大器D接收來自於信號輸出線纜B第二路電流信號輸出i7和第二路電流信號返回i8 ；形成當所述的微處理器檢測到兩個光電位置探測器的各兩路電路電流信號之後， 計算得出該陀螺球和該隨動球之間角位置偏差的結構。該角位置偏差角α =arctg((Xl-Xl' )/(χ2-χ2'))，若除數為0，則式中的除數與被除數位置顛倒後再計算；其中坐標Ul'，yl')和(χ2'，y2')是隨動球坐標(xl， yl)在與陀螺儀坐標(x2，y2)發生角度α後的新坐標。採用本發明的技術方案具有如下優點1)發光管技術成熟壽命較長；2)發光管供電需要直流電源，電磁幹擾小；3)光敏感器件在其他領域應用較成熟，監測精度高；4)發光器件和光敏感器件在一定溫度範圍內不受溫度影響，不會因為溫漂影響精度；5)發光器件和監測器件體積較小且安裝容易；6)可以檢測出陀螺儀與隨動球之間相對線位移，提高角度檢測精度；7)在小角度變化時，隨動球不用轉動(二軸光位置探測器有一定寬度)，提高陀螺系統的壽命和可靠性；8)光電檢測響應速度快，可以適應更高轉速的運動測試領域。本法明還保護一種陀螺儀，該陀螺儀設置有上述的光電檢測裝置。


圖1為本發明光-電轉換及信號處理結構示意圖；圖2為本發明第一光電位置探測器的結構示意圖；圖3為本發明第二光電位置探測器的結構示意圖；圖4為本發明處理模塊的工作原理圖。圖中標號說明
權利要求
1.一種應用於陀螺儀位置監測中的光電檢測裝置，所述陀螺儀包括陀螺球(500)和隨動球(300)，所述的隨動球(500)和陀螺球(300)為剛性密封的中空球體，該陀螺球(300) 位於所述的隨動球(500)內部，兩者之間滿充著電解浮液G00)；其特徵在於所述的隨動球(500)外表面緊固連接第一光電位置探測器(10)和第二光電位置探測器(11)，該第一光電位置探測器(10)和第二光電位置探測器(11)互成90度角正交布置； 所述的陀螺球(300)內表面緊固連接至少一對雷射二極體組件000)，所述的雷射二極體組件(200)兩兩互成90度角正交布置；所述的第一光電位置探測器(10)通過信號輸出線纜B (602)和處理模塊(700)電性連接；所述的第二光電位置探測器(11)通過信號輸出線纜A(601)和處理模塊(700)電性連接。
2.如權利要求1所述的應用於陀螺儀位置監測中的光電檢測裝置，其特徵在於，所述第一光電位置探測器(10)包括鑲嵌在所述隨動球(500)內表面的平面透鏡B(109)和與其中心對稱設置且截面為U型的探測器殼(106)；所述的探測器殼(106)沿周邊通過呈均勻分布的至少一個探測器緊固螺釘(108)與該隨動球(500)內表面緊固連接；所述的探測器殼(106)內成中心對稱設置光敏感器件(107)，該光敏感器件(107)電性連接設置於該探測器殼(106)內的光電信號調理電路(104)，該光電信號調理電路(104) 通過信號輸出線纜B(6(^)電性連接處理模塊(700)；所述的信號輸出線纜B (602)為6芯電纜，包括2芯電源輸入和4芯、2路的電流信號輸出；所述的雷射二極體組件(200)包括成中心對稱的嵌入二極體固定管座(20 上的雷射二極體O01)；該二極體固定管座(20 通過至少一個點焊點(10 與該陀螺球(300)內表面緊固連接並與鑲嵌在所述陀螺球(300)表面的平面透鏡A(102)中心對稱；所述的雷射二極體(201)發出雷射束(105)，穿過平面透鏡A (10 和平面透鏡B (109) 與光敏感器件(107)光學導通。
3.如權利要求1所述的應用於陀螺儀位置監測中的光電檢測裝置，其特徵在於，所述第二光電位置探測器(11)包括鑲嵌在所述隨動球(500)外表面的平面透鏡B(109)和與其中心對稱設置且截面為U型的探測器殼(106)；所述的探測器殼(106)沿周邊通過呈均勻分布的至少一個探測器緊固螺釘(108)與該隨動球(500)外表面緊固連接；所述的探測器殼(106)內成中心對稱設置光敏感器件(107)，該光敏感器件(107)電性連接設置於該探測器殼(106)內的光電信號調理電路(104)，該光電信號調理電路(104) 通過信號輸出線纜A(601)電性連接處理模塊(700)；所述的信號輸出線纜A(601)為6芯電纜，包括2芯電源輸入和4芯、2路的電流輸出； 所述的雷射二極體組件(200)包括成中心對稱的嵌入二極體固定管座(20 上的雷射二極體O01)；該二極體固定管座(20 通過至少一個點焊點(10 與該陀螺球(300)內表面緊固連接並與鑲嵌在所述陀螺球(300)表面的平面透鏡A(102)中心對稱；所述的雷射二極體(201)發出雷射束(105)，穿過平面透鏡A (10 和平面透鏡B (109)與光敏感器件(107)光學導通。
4.如權利要求2或3所述的應用於陀螺儀位置監測中的光電檢測裝置，其特徵在於，所述平面透鏡A (10 通過環氧樹脂膠封(101)和該陀螺球(300)球表面密封連接；所述平面透鏡B(109)通過環氧樹脂膠封(101)和該隨動球(500)球表面密封連接。
5.如權利要求1-3所述的任一應用於陀螺儀位置監測中的光電檢測裝置，其特徵在於，所述處理模塊(700)包括儀表放大器A，儀表放大器B，儀表放大器C，儀表放大器D，低通濾波器和A/D轉換器；所述的儀表放大器A和儀表放大器B電性連接低通濾波器；所述的儀表放大器C和儀表放大器D電性連接低通濾波器；該低通濾波器與A/D轉換器電性連接；所述的A/D轉換器與雙向連接通訊接口的微處理器電性連接；所述的儀表放大器A接收來自於信號輸出線纜A(601)第一路電流信號輸出il和第一路電流信號返回i2 ；所述的儀表放大器B接收來自於信號輸出線纜A(601)第二路電流信號輸出i3和第二路電流信號返i4;所述的儀表放大器C接收來自於信號輸出線纜B (60 第一路電流信號輸出i5和第一路電流信號返i6;所述的儀表放大器D接收來自於信號輸出線纜B (60 第二路電流信號輸出i7和第二路電流信號返i8 ；形成當所述的微處理器檢測到兩個光電位置探測器的各兩路電路電流信號之後，計算得出該陀螺球(300)和該隨動球(500)之間角位置偏差的結構。
6.如權利要求5所述的應用於陀螺儀位置監測中的光電檢測裝置，其特徵在於，該角位置偏差角α =arctg((Xl-Xl' )/(χ2-χ2'))，若除數為0，則式中的除數與被除數位置顛倒後再計算；其中坐標(xl' , yl')和(x2' , y2')是隨動球坐標(xl，yl)在與陀螺儀坐標(x2，y2)發生角度α後的新坐標。
7.一種陀螺儀，其特徵在於，該陀螺儀設置有如權利要求1至6中任意一項所述的光電檢測裝置。
全文摘要
本發明公開了一種應用於陀螺儀位置監測中的光電檢測裝置，屬於利用光電檢測裝置和方法監測陀螺儀位置的產品結構的技術領域。包括陀螺球和隨動球，該隨動球外表面緊固連接第一光電位置探測器和第二光電位置探測器，兩探測器互成90度角正交布置；該陀螺球內表面緊固連接至少一對兩兩互成90度角正交布置的雷射二極體組件，所述的光電位置探測器通過信號輸出線纜和處理模塊電性連接。採用這樣的結構可以解決在監測陀螺儀角位置時由於受溫度和隨動球運動的影響出現角度檢測精度降低的問題，以克服現有技術監測陀螺儀角位置時功耗大、幹擾大、存在幹擾力矩、動態精度不高、溫漂大以及響應不及時等的缺點。
文檔編號G01C19/28GK102269588SQ20111015661
公開日2011年12月7日 申請日期2011年6月13日 優先權日2011年5月10日
發明者李常偉 申請人:北京海蘭盈華科技有限公司