[发明专利]一种基于三轴一体高精度光纤陀螺的车载动态定位定向仪

说明书

(一)技术领域：本发明涉及一种基于三轴一体高精度光纤陀螺的车载动态定位定向仪，属于惯性技术领域。

(二)背景技术：光纤陀螺经过几十年的发展已成为惯性技术领域的主流陀螺，并在多种场合得到了成功的应用，相对于其它类型的陀螺有一系列的优点：抗冲击、无活动部件、启动时间短、体积小、工艺简单、可靠性高等。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，对光路、电路、结构等方面均进行综合考虑，达到最优化设计，所以三轴一体设计将是光纤陀螺发展和应用的重要方向。

现有光纤陀螺车载定位定向仪的设计方法主要是将惯性器件与系统设计分离开，在单表设计测试完成后组合在一起搭建成完整的系统，这种设计方法的缺点一是温度性能差，陀螺的光源模块及信号处理电路产生的热量会影响光纤陀螺敏感环与加速度计表头精度；缺点二是相对三轴一体系统来说体积大、重量大、一致性差、不利于减振器的设计等。

因此，在现有光纤陀螺车载定位定向仪的设计方法中存在体积大、重量大、温度性能差、一致性差、减振器设计复杂带来系统使用性能较差的问题。

(三)发明内容：

(1)目的：

本发明的目的是提供一种基于三轴一体高精度光纤陀螺的车载动态定位定向仪。它采用器件与系统一体化、模块化集成设计，克服了现有技术的不足，着重提高系统的环境适应性和实际使用性能，简化装配生产工艺，减小系统体积重量，提高系统可靠性和可维修性。解决了现有光纤陀螺车载定位定向仪常规设计中存在体积大、重量大、温度性能差、一致性差、减振器设计复杂等带来的系统使用性能较差的问题。

(2)技术方案：

见图1(a)、图1(b)，本发明一种基于三轴一体高精度光纤陀螺的车载动态定位定向仪，它是由箱体、光纤陀螺IMU组件和系统电路组件三部分组成。它们之间的位置连接关系是：光纤陀螺IMU组件放置在箱体的惯组腔，系统电路组件放置在箱体的电路腔，惯组腔和电路腔之间通过电连接器完成电气连接，通过箱体的上盖及连接螺栓将箱体全部封闭。

所述箱体，见图2(a)、图2(b)，其形状为长方体形，电路腔位于箱体前部，其前侧开通口，以便于安装电源。电路腔的两内侧侧壁上加工有锁紧槽，以固定系统电路组件上的锁紧条。电路腔底部有4个安装凸台，用于安装母板。在电路腔和惯组腔之间的中隔板上有两个过线孔，光纤陀螺IMU组件的信号导线都通过这两个过线孔与系统电路组件连接。箱体的后部是惯组腔，在四个对角处加工有4个成空间对角布局的安装凸台，用于安装光纤陀螺IMU组件。箱体右后侧外部的上方，加工了反射镜安装面，它和箱体底部的安装凸台共同构成了整个系统的基准。在箱体右后侧内部，加工了两个光源锁紧槽，光源通过这两个锁紧槽固定在机箱上。箱体四周设置有安装法兰，安装法兰上配置定位销和安装孔。箱体的前面、上面都加工了密封槽，用于放置密封圈，当前面板和顶盖安装上去后，可以起到良好的密封效果。此外，整个箱体的侧面和后面都加工了大量的加强筋，在减轻重量的同时也起到了散热的作用。惯组腔中放置光纤陀螺IMU组件，电路腔中放置系统电路组件；惯组腔和电路腔之间采用隔板密封隔离，主要发热源(系统电路组件)放置于电路腔，有效减小了系统电路组件产生的热量对惯组腔中光纤陀螺敏感环和加速度计表头的影响，提高了系统使用性能。惯组腔与电路腔之间采用31、37针电连接器连接，全部电气连接，简化了系统生产、装配工艺，提高了系统可靠性和可维修性。

所述光纤陀螺IMU组件(见图4)采用三轴一体高精度轻小型光纤陀螺，它包括了一个IMU台体，以及通过IMU台体上的多组安装孔安装其上的三个光纤陀螺敏感环，三个加速度计表头，三块敏感环前放电路板，一个配重，四组成空间对角布置的减振器，以及一个固定在机箱侧壁上的光源。三只光纤陀螺敏感环共用一只光源，同时采用小直径减重光纤环，有效减小了系统的重量和体积。光源采用锁紧条紧贴机箱侧壁固定，加快了光源的散热，减小了光源产生的热量对光纤陀螺敏感环和加速度计表头的影响。光纤陀螺IMU组件采用双层磁屏蔽设计，即光纤陀螺敏感环磁屏蔽结合惯组腔整体磁屏蔽，有效提高了系统使用性能。采用空间对角减振布局的IMU台体有效保证光纤陀螺IMU组件在振动、冲击条件下具有良好的各向同性动力学响应特征，提高了系统的振动性能。IMU台体上的光纤陀螺敏感环和加速度计表头成空间正交布局，同时加以配重进行质心调节，使得被减振体质量中心和减振器几何中心相对距离达到最优，提高了系统的振动性能。(该光纤陀螺IMU组件已另有专利申请，这里不再详述)