專利名稱：一種用于深海慣性導(dǎo)航的慣性測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種慣性測量裝置的結(jié)構(gòu)，該裝置用于深海等無參照情況下的加速度和 角速度的測量，計(jì)算機(jī)對(duì)這些信息進(jìn)行處理，得到位置信息，達(dá)到導(dǎo)航的目的。 技術(shù)背景
慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量的主動(dòng)式導(dǎo)航系統(tǒng)。慣性 導(dǎo)航的工作環(huán)境包括空中、地面和海洋。尤其是在深海導(dǎo)航中，由于GPS導(dǎo)航的方法在深海 中無法得到GPS的信號(hào)，此時(shí)的導(dǎo)航只能通過慣性導(dǎo)航這種主動(dòng)的導(dǎo)航方式進(jìn)行。
慣性導(dǎo)航系統(tǒng)建立在牛頓經(jīng)典力學(xué)定律的基礎(chǔ)上。由牛頓第二定律可知，外力將對(duì)物體 產(chǎn)生一個(gè)成比例的加速度。通過測量加速度，用它對(duì)時(shí)間進(jìn)行連續(xù)積分就可以計(jì)算出速度和 位置變化。加速度一般由加速度計(jì)測量。需要進(jìn)行慣性導(dǎo)航，還需要知道加速度計(jì)所指的方 向。物體相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)可以利用陀螺來測量。因此，慣性導(dǎo)航就是用陀螺和加速 度計(jì)提供的測量數(shù)據(jù)確定所在運(yùn)載體的位置的過程。通過這兩種數(shù)據(jù)的組合，就可以確定該 運(yùn)載體在慣性坐標(biāo)系里的平移運(yùn)動(dòng)并計(jì)算它的位置。
慣性測量裝置一般采用3個(gè)加速度計(jì)和3個(gè)陀螺。3個(gè)加速度計(jì)互相垂直安裝用于測量3 個(gè)方向的加速度。3個(gè)陀螺互相垂直安裝用于測量3個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)。計(jì)算機(jī)根據(jù)得到的 加速度和角度信息進(jìn)行導(dǎo)航的計(jì)算。
目前的慣性測量裝置一般不采用減振措施，因此在深海導(dǎo)航時(shí)，尤其是在運(yùn)載器下潛和 在深海復(fù)雜環(huán)境工作時(shí)的劇烈晃動(dòng)會(huì)對(duì)測量裝置造成沖擊，影響其測量精度。由于加速度計(jì) 本身存在隨機(jī)的測量誤差，3個(gè)方向均只使用1個(gè)加速度計(jì)進(jìn)行測量的方法也帶來了較大的 誤差。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可用于測量運(yùn)動(dòng)物體在空間的姿 態(tài)、位置、速度的高精度的慣性測量裝置的結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的慣性測量裝置結(jié)構(gòu)包括6個(gè)加速度計(jì)、3個(gè)陀螺、傳感器支架、減振材料、
減振內(nèi)外支架和安裝面。其中傳感器支架為正六面體，正六面體的6個(gè)面上各有1個(gè)腔室，6 個(gè)腔室兩兩同軸，3組腔室呈軸向分布，且3組腔室內(nèi)的安裝平面相互垂直且與正六面體的 面平行。在6個(gè)腔室內(nèi)各安裝1個(gè)加速度計(jì)，其中對(duì)裝的加速度計(jì)1個(gè)大量程1 ,個(gè)小量程， 用于加速度的測量。六面體中互相垂直的3個(gè)面上各安裝1個(gè)陀螺，用于角速度的測量。六
3面體的另外3個(gè)互相垂直的面上安裝3個(gè)減振內(nèi)支架。每個(gè)減振內(nèi)支架朝外的兩個(gè)面上安裝 減振材料，減振材料外安裝減振外支架，減振內(nèi)支架通過減振材料與外支架相連，減振外支 架通過與其成45°的導(dǎo)桿與安裝面連接。
本實(shí)用新型的減振內(nèi)支架為"L"形，安裝后減振內(nèi)支架的一個(gè)面被固定在傳感器支架上， 另一個(gè)面正好位于陀螺上方，與陀螺之間留有一定空隙，空隙中填入減振墊。
本實(shí)用新型的每個(gè)減振內(nèi)支架朝外的兩個(gè)面上安裝圓形的減振材料。減振材料外安裝減 振外支架。這樣傳感器支架與減振內(nèi)支架為剛性連接；而減振外支架通過減振材料與減振內(nèi) 支架連接，因此整個(gè)傳感器裝配體(包括傳感器支架、6個(gè)加速度計(jì)、3個(gè)陀螺和減振內(nèi)支架) 在減振材料的作用下，在六個(gè)方向上都有一定的活動(dòng)自由度，可以達(dá)到抗沖擊的目的。
本實(shí)用新型的減振外支架通過與其成45°的導(dǎo)桿與安裝面連接。安裝面與減振外支架之 間能夠相對(duì)滑動(dòng)，在初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)，通過減振外支架上推桿的推動(dòng)，使傳感器支架與安裝面上 的定位面接觸，達(dá)到對(duì)準(zhǔn)的目的。在工作時(shí)，推桿松開，使傳感器支架與定位面脫離。
本實(shí)用新型的慣性測量裝置采用了內(nèi)部減振措施，能夠大大減少高頻振動(dòng)對(duì)測量精度的 影響。采用2個(gè)不同量程的加速度計(jì)作為一組的結(jié)構(gòu)，提高加速度測量的精度。該測量裝置 用于深海慣性導(dǎo)航的慣性測量，具有精度高，抗振性能好的優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型慣性測量裝置結(jié)構(gòu)的裝配過程I示意圖； 圖2是本實(shí)用新型慣性測量裝置結(jié)構(gòu)的裝配過程II示意圖； 圖3是本實(shí)用新型慣性測量裝置結(jié)構(gòu)的裝配過程III示意圖； 圖4是本實(shí)用新型慣性測量裝置結(jié)構(gòu)的裝配過程1V示意圖； 圖5是本實(shí)用新型慣性測量裝置結(jié)構(gòu)的傳感器支架示意圖； 圖6是本實(shí)用新型慣性測量裝置結(jié)構(gòu)的減振外支架示意圖； 圖7是本實(shí)用新型慣性測量裝置結(jié)構(gòu)的安裝面示意圖。
l傳感器支架，2加速度計(jì)，3陀螺，4減振內(nèi)支架，5減振墊，6減振材料，7減振外支 架蓋、8減振外支架9推桿安裝面，IO安裝面具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
本實(shí)用新型的慣性測量裝置結(jié)構(gòu)包括6個(gè)加速度計(jì)、3個(gè)陀螺、傳感器支架、減振材料、
減振內(nèi)外支架和安裝面。
慣性測量裝置結(jié)構(gòu)的裝配過程如圖1~4所示。如圖1所示，6個(gè)加速度計(jì)2分別安裝在傳感器支架1的6個(gè)腔體中。大量程和小量程2個(gè)加速度計(jì)同軸對(duì)心安裝，3組加速度計(jì)互 相垂直。3個(gè)陀螺3互相垂直安裝在六面體的3個(gè)面上。傳感器支架1為正六面體，詳細(xì)情 況如圖5所示。圖中6個(gè)圓柱孔ld兩兩同軸，3組圓柱孔互相垂直。圓柱孔用于安裝加速度 計(jì)2。 12個(gè)安裝陀螺的凸臺(tái)le， 4個(gè)凸臺(tái)le 1組，在互相垂直的3個(gè)面上正好分布3組凸 臺(tái)le，設(shè)立凸臺(tái)le可以減少對(duì)六面體的加工要求，只需保證3組凸臺(tái)le的互相垂直即可。 在未安裝陀螺的3個(gè)互相垂直的面上各3個(gè)定位點(diǎn)lb。定位點(diǎn)lb用于在初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)與定位 面10b接觸，確定初始位置。定位時(shí)需要其中6點(diǎn)，約束6個(gè)方向的自由度。凸臺(tái)lc用于安 裝"L"形減振內(nèi)支架，4個(gè)凸臺(tái)lc 一組，在未安裝陀螺的3個(gè)面上正好各1組。在安裝陀 螺的三個(gè)面上各存在1個(gè)走線孔la，由于安裝陀螺的面與陀螺3之間縫隙很小，在陀螺3下 方的加速度計(jì)2的線無法通過，因此通過走線孔la將線走至未安裝陀螺的3個(gè)面。在安裝減 振內(nèi)支架的3個(gè)面上各1個(gè)走線槽lf，走線槽lf在安裝減振內(nèi)支架4后仍然外露，用于走加 速度計(jì)2的線。
安裝過程II如圖2所示。安裝3塊"L"形減振內(nèi)支架4，在凸臺(tái)lc處固定。安裝后減 振內(nèi)支架4與陀螺3之間存在縫隙，裝入3塊減振墊5。最后將6塊減振材料6安裝在減振 內(nèi)支架4上。減振材料6上有大小兩種孔，大孔用于放置螺釘與減振內(nèi)支架4固定，小孔用 于與減振外支架8和減振外支架蓋7固定。由于減振材料6不是剛性結(jié)構(gòu)，為了固定的牢固 性，需要多個(gè)固定點(diǎn)。
安裝過程III如圖3所示。此過程為安裝減振外支架體。減振外支架體包括兩部分3塊 減振外支架蓋7和1塊減振外支架8。先安裝減振外支架8，減振外支架8結(jié)構(gòu)如圖6所示。 減振材料6嵌入安裝減振材料用的孔8b中。螺釘孔8c用于固定減振外支架蓋7和減振外支 架8?？障?d用于露出傳感器支架1的定位點(diǎn)lb，使得傳感器支架1在初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)能定位。 導(dǎo)向塊8a用于與安裝面10的連接。安裝好減振外支架8后，再安裝減振外支架蓋7。減振 外支架蓋7通過螺釘與減振外支架8固定。
安裝過程IV如圖4所示。此過程主要將整個(gè)系統(tǒng)與安裝面IO連接起來。其中推桿安裝 面9用于安裝推桿。安裝面10詳細(xì)圖如圖7所示。其中定位面10b,在初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)，與傳感 器支架1的定位點(diǎn)lb接觸起到定位的作用。導(dǎo)桿10a與導(dǎo)向塊8a安裝，起到對(duì)減振外支架8 的導(dǎo)向作用。
權(quán)利要求1、一種用于深海慣性導(dǎo)航的慣性測量裝置，包括6個(gè)加速度計(jì)、3個(gè)陀螺、傳感器支架、減振材料、減振內(nèi)外支架和安裝面，其特征是傳感器支架(1)為正六面體，正六面體的6個(gè)面上各有1個(gè)腔室，6個(gè)腔室兩兩同軸，3組腔室呈軸向分布，3組腔室內(nèi)的安裝平面相互垂直且與正六面體的面平行；在6個(gè)腔室內(nèi)各安裝一個(gè)加速度計(jì)(2)，其中同軸對(duì)裝的加速度計(jì)(2)為1個(gè)大量程和1個(gè)小量程作為一組，用于加速度的測量；六面體中互相垂直的3個(gè)面上各安裝1個(gè)陀螺(3)，用于角速度的測量；六面體的另外3個(gè)互相垂直的面上安裝3個(gè)減振內(nèi)支架(4)；每個(gè)減振內(nèi)支架(4)朝外的兩個(gè)面上安裝減振材料(6)，減振材料(6)外安裝減振外支架，減振內(nèi)支架(4)通過減振材料(6)與減振外支架相連，減振外支架通過與其成45°的導(dǎo)桿(10a)與安裝面(10)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于深海慣性導(dǎo)航的慣性測量裝置，其特征是減振內(nèi)支架(4)為"L"形，安裝后減振內(nèi)支架(4)的一個(gè)面被固定在傳感器支架(1)上，另一個(gè)面位于陀螺(3)上方，與陀螺(3)之間留有一定空隙，空隙中填入減振墊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于深海慣性導(dǎo)航的慣性測量裝置，其特征是減振外支架包括兩部分3塊減振外支架蓋(7)和l塊減振外支架(8);安裝好減振外支架(8)后，再安裝減振外支架蓋(7)，減振外支架蓋(7)通過螺釘與減振外支架(8)固定。
專利摘要一種用于深海慣性導(dǎo)航的慣性測量裝置，由6個(gè)加速度計(jì)、3個(gè)陀螺、傳感器支架、減振材料、減振內(nèi)外支架和安裝面組成。加速度計(jì)和陀螺安裝在正六面體傳感器支架上。支架上再固定減振內(nèi)支架，減振內(nèi)支架上固定減振材料，內(nèi)支架通過減振材料與外支架相連，最后連接到安裝面上，安裝面上有定位面，用于初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)的定位。該測量裝置用于深海慣性導(dǎo)航的慣性測量，具有精度高，抗振性能好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01C21/16GK201408009SQ20092011572
公開日2010年2月17日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者宋開臣, 力 康, 張良慶, 王海濤, 陳靜燕 申請人:浙江大學(xué)