[实用新型]一种微型惯性检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及捷联惯性导航技术，尤其是涉及一种微型惯性检测装置。 

背景技术

捷联式惯性导航是当今迅速发展的一种先进导航技术。它利用直接固连在运载体上的陀螺仪、加速度计等惯性元件测量出运载体相对于惯性参考系的加速度，按照牛顿惯性原理进行积分运算，获得导航坐标系下的速度、姿态角和位置信息，引导运载体从起始点驶向目的地。捷联惯导技术利用控制计算机将陀螺仪、加速度计测得的数据进行坐标变换、求解微分方程等数学运算，从姿态矩阵的元素中提取姿态和航向数据，实现导航任务。捷联惯导系统利用随时更新的捷联矩阵等数据建立“数学平台”，取代传统的机电式导航平台，从而大大简化了系统结构，使系统的体积和成本大幅度降低，惯性元件便于安装维护；此外，捷联惯导系统不依赖外部系统支持，自主获得姿态、速度和位置信息，也不向外界辐射任何信息，具有实时自主，不受干扰，不受地域、时间、气候条件限制，以及输出参数全面等优点，被广泛于航空、航海、交通等多种领域。 

捷联惯性导航系统至少由一个惯性测量装置、一个控制计算机、控制显示器和相关支持部件构成，其核心部件惯性测量装置装有陀螺仪和加速度计。惯性测量装置的工作原理是：陀螺仪检测运载体三轴角速率，加速度计检测航行器沿着三轴运动的线性加速度，控制计算机将陀螺仪所测的角速率信号对时间积分运算，推算出瞬时航向、倾角等航行姿态信息，利用加速度计测得的加速度信号，对时间积分运算，推算出瞬时航行速度信息；进行二次积分，即可推算该时段内航行的距离和位置。 

惯性测量装置及其姿态解算技术，是影响捷联式惯性导航系统性能的关键技术环节。这是因为惯性测量及其姿态解算，是对运载体实施轨迹控制的前提，它的精度和效率直接影响导航的时效和精度；第二，惯性测量装置要在严酷的气动环境中直接承受振动、冲击和角运动，引发诸多的失稳和误差效应，成为捷联惯导系统中薄弱环节；第三，捷联式惯性导航系统面临微型化、产业化方面的挑战，特别是随着微电子技术的发展，要求采用中精度甚至低精度的微机电惯性元器件，到达低成本批量化生产捷联惯导产品的目的。 

当运载体趋于小型化、微型化时，其基础质量与常规运载体相比有大幅度减小，在航行动力环境中受到的激扰和随机振动比常规载体更为剧烈，系统更不稳定。惯性测量装置必须在力学结构、减振设计，以及微型化工艺等方面提出针对性技术措施，克服导航不稳，精度下降，甚至电子元器件使用寿命缩短的缺陷。 

附图1是现有一种小型无人机捷联惯导系统所用的惯性测量装置结构示意图。采用紧固螺钉将传感支架1.1紧固在壳体1.2内部，再用由四个橡胶垫组成减振单元1.3，从底部将壳体固接在航行器上。传感支架由三块相互垂直的陀螺电路板1.11、1.12、1.13组成(参见附图2)，上面分别安装三个单轴陀螺仪1.11a、1.12a、1.13a。其中水平放置的陀螺电路板1.11为组合陀螺电路板，上面除了装有陀螺1.11a以外，还装有三轴加速度计1.11b。三个陀螺仪应安装于三个正交平面上，它们的敏感轴互相垂直，构成测量正交坐标系；组合陀螺电路板1.11上三轴加速度计1.11b的测量轴与该电路板上的陀螺1.11a测量轴平行放置。组合陀螺电路板1.11通过接插件与调理电路板1.14及主处理器电路板1.15直接连接。 

上述惯性测量装置的减振结构等效分析见附图3，图中质量块M代表惯性测量装置，其质心为m；减振单元用{K_i，c_i }表示，其中K_i表示刚度、c_i表示阻尼系数，下标i表示减振器中所包含的减振单元的数量，对于附图1采用4个橡胶垫作为减振单元，则i＝1，2，3，4；B代表航行运载体；P为减振器的弹性中心。当运载体B航行运动时，对惯性测量装置m产生基础激励，减振单元{K_i，c_i}吸收并消耗来自运载体B的强迫振动能量，以P点为中心，作上下弹性运动，以此减小运载体B振动对惯性测量装置m造成的冲击。 

上述惯性测量装置存在的问题是： 

传感支架结构是三块相互分离的电路板，占用空间大，三个轴向刚度明显差异； 

减振单元安装在惯性测量装置的外部，不仅额外占用空间，更重要的是当惯性测量单元受迫振动的时，由于刚度不均衡，力学结构不合理，受振时惯性测量装置容易产生扭转振动； 

减振器的理想作用范围限于单轴方向，即只能正常衰减来自铅垂x方向的振动，而对其他方向的减振不能有效抑制，使不同自由度上的线振、角振之间发生耦合，减振频带窄。 

发明内容