一種用于煤炭行業(yè)的定位定向儀光纖捷聯(lián)慣性測量單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于煤炭行業(yè)的定位定向儀光纖捷聯(lián)慣性測量單元，包括慣性測量單元基座、三軸光纖陀螺組合、三軸加速度計組合、外殼組合；慣性測量單元基座包括底板、側(cè)壁、安裝爪；三軸光纖陀螺組合包括了IMU支架、光纖陀螺敏感環(huán)、光纖陀螺集成處理模塊；三軸加速度計組合包括加速度計和加表支架；外殼模塊包括外殼、電連接器、計算機板；本發(fā)明所述的定位定向儀慣性測量單元，其主要敏感元件實現(xiàn)了模塊化設(shè)計和布局，具有體積小、重量輕，易于加工和維護的優(yōu)勢，并且實現(xiàn)了慣性測量單元的全固態(tài)和全密閉設(shè)計，尤其適用于井下等惡劣環(huán)境的應(yīng)用。
【專利說明】一種用于煤炭行業(yè)的定位定向儀光纖捷聯(lián)慣性測量單元
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于煤炭行業(yè)的定位定向儀光纖捷聯(lián)慣性測量單元，是利用基座決定了安裝在其上的定位定向儀所需零件的坐標(biāo)關(guān)系，屬于煤炭行業(yè)瓦斯抽采孔鉆機定位定向儀【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]對于瓦斯礦井，必須先抽采瓦斯再采煤。這就要求在井下施工大量的瓦斯抽采孔，為保證高的瓦斯抽采率，要求施工鉆機按照預(yù)先設(shè)計的方位角與俯仰角進行打孔作業(yè)。這樣就必須測量鉆機的姿態(tài)信息，以保證鉆機姿態(tài)最終調(diào)整到預(yù)先設(shè)計的方位角與俯仰角。目前，公知的井下鉆機方位角、俯仰角的確定是靠人工測量的方式來完成，其借助于巷道本身的方位角，通過人工投影與幾何測量的方法來確定井下鉆機的姿態(tài)信息。這種人工測量的方法缺點明顯:耗費大量人力、測量時間長、測量誤差大，難以滿足快速精確測量的實際要求。
[0003]基于捷聯(lián)慣性技術(shù)的定位定向儀特點是不需要任何外界信息僅靠儀器自身可以自動測量載體的姿態(tài)角，可以很好地適用于煤炭礦井行業(yè)。但是在設(shè)計捷聯(lián)慣性單元時，需使其組件(陀螺儀和加速度計)有嚴格的空間正交關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種用于煤炭行業(yè)的定位定向儀光纖捷聯(lián)慣性測量單元。
[0005]一種用于煤炭行業(yè)的定位定向儀光纖捷聯(lián)慣性測量單元，包括慣性測量單元基座、三軸光纖陀螺組合、三軸加速度計組合、外殼組合；
[0006]慣性測量單元基座包括底板、側(cè)壁、安裝爪；
[0007]側(cè)壁環(huán)繞固定在底板四周，底板固定連接四個安裝爪，側(cè)壁外部四周加工有用于固定慣性測量單元外殼的螺釘孔，四個安裝爪與底板一起構(gòu)成了整個慣性測量單元的底板安裝面，底板尾部外側(cè)設(shè)有兩個側(cè)向底板基準(zhǔn)面，基座前側(cè)的底板上設(shè)有三軸加速度計組合水平基準(zhǔn)，后側(cè)和中端的底板上設(shè)有三軸光纖陀螺組合水平基準(zhǔn)，基座前側(cè)壁設(shè)有三軸加速度計組合垂直基準(zhǔn)，后側(cè)壁上設(shè)有三軸光纖陀螺組合垂直基準(zhǔn)；
[0008]三軸光纖陀螺組合包括了 IMU支架、光纖陀螺敏感環(huán)、光纖陀螺集成處理模塊；
[0009]IMU支架上設(shè)有安裝光纖陀螺敏感環(huán)和光纖陀螺集成處理模塊的安裝面，底部及側(cè)面設(shè)有三軸光纖陀螺組合水平定位基準(zhǔn)面和側(cè)向定位基準(zhǔn)面，用于與基座中三軸光纖陀螺組合水平基準(zhǔn)和三軸光纖陀螺組合垂直基準(zhǔn)配合，MU支架上部采用斜面圓弧設(shè)計；三個光纖陀螺敏感環(huán)分別固定在MU支架的安裝面上，三個光纖陀螺敏感環(huán)根據(jù)MU支架的安裝基準(zhǔn)布置成空間正交關(guān)系，共同構(gòu)成了慣性測量單元的測量坐標(biāo)系；光纖陀螺集成處理模塊固定在IMU支架的安裝面上，光纖陀螺集成處理模塊處理三個光纖陀螺敏感環(huán)的光路和電路號；[0010]三軸加速度計組合包括加速度計和加表支架；[0011]三個加速度計正交布置，固定在加表支架上；加表支架底面和側(cè)面設(shè)有三軸加速度計組合水平定位基準(zhǔn)面和側(cè)向定位基準(zhǔn)面，用于與基座中三軸加速度計組合水平基準(zhǔn)的三軸加速度計組合垂直基準(zhǔn)配合，通過基座水平基準(zhǔn)、垂直基準(zhǔn)與三軸光纖陀螺組合、三軸加速度計組合的水平定位基準(zhǔn)面和側(cè)向定位基準(zhǔn)面進行配合，保證三軸加速度計組合和三軸光纖陀螺組合具有一致的測量坐標(biāo)系；[0012]外殼模塊包括外殼、電連接器、計算機板；[0013]外殼上設(shè)有螺釘孔，用于與慣性測量單元基座側(cè)壁的螺釘孔配合，計算機板通過電路板支柱固定在外殼內(nèi)部，電連接器固定在外殼內(nèi)部，計算機板采集并處理捷聯(lián)慣性單元的信號，計算機板通過電連接器實現(xiàn)與外部控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。[0014]本發(fā)明的優(yōu)點在于:[0015]本發(fā)明所述的定位定向儀慣性測量單元，其主要敏感元件實現(xiàn)了模塊化設(shè)計和布局，具有體積小、重量輕，易于加工和維護的優(yōu)勢，并且實現(xiàn)了慣性測量單元的全固態(tài)和全密閉設(shè)計，尤其適用于井下等惡劣環(huán)境的應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】[0016]圖1定位定向儀光纖捷聯(lián)慣性測量單元組成；[0017]圖2慣性測量單元基座；[0018]圖3慣性測量單元基座俯視圖；[0019]圖4三軸光纖陀螺組合；[0020]圖5三軸加速度計組合；[0021]圖6外殼組合。[0022]圖中: [0023]
1-慣性測呈單7Ι?戰(zhàn)座2- —:軸光纖陀螺組合3-一:軸加速皮計組合
4-外殼組合101-底板102-側(cè)壁
103-安裝爪104-底板安裝此105-側(cè)向底板進準(zhǔn)丨?ι?
106-—軸加速皮計組合水平戰(zhàn)準(zhǔn)107- -:軸光纖陀螺組合水平搞準(zhǔn)
108-—:軸加速皮計組合乖直樁準(zhǔn)109-—:軸光纖陀螺組合乖直戰(zhàn)準(zhǔn)
110-螺釘孔201.1MU支架202-光纖陀螺敏感幻
203-光纖陀螺集成處埋模塊 301-加速皮計302-加表支架
401-外殼402-計算機板403-電路板支柱
404-電迕接器【具體實施方式】
[0024]下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0025]本發(fā)明是一種用于煤炭行業(yè)的定位定向儀光纖捷聯(lián)慣性測量單元，所述的慣性測量單元組成為“光纖陀螺+石英撓性加速度計”，采用模塊化設(shè)計；
[0026]如圖1所示，慣性測量單元包括慣性測量單元基座1、三軸光纖陀螺組合2、三軸加速度計組合3、外殼組合4。
[0027]慣性測量單元基座I如圖2、圖3所示，基座為開口的長方箱型結(jié)構(gòu)，包括底板101、側(cè)壁102、安裝爪103 ；
[0028]側(cè)壁102環(huán)繞固定在底板101四周，底板101固定連接四個安裝爪103 ；
[0029]側(cè)壁102具有一定高度，可以提高整個基座的剛度，側(cè)壁102外部四周加工有用于固定慣性測量單元外殼4的螺釘孔110，和外殼4裝配后可以實現(xiàn)對整個測量單元的密封。
[0030]四個安裝爪103底部經(jīng)過精加工，與底板101 —起構(gòu)成了整個慣性測量單元的底板安裝面104 ；
[0031]底板101尾部外側(cè)設(shè)有兩個側(cè)向底板基準(zhǔn)面105，底板安裝面104與底板基準(zhǔn)面105共同實現(xiàn)了測量單元正交坐標(biāo)系向定位定向儀外部安裝面的基準(zhǔn)傳遞。
[0032]基座前側(cè)的底板101上設(shè)有三軸加速度計組合水平基準(zhǔn)106，用于固定三軸加速度計組合的水平基準(zhǔn)面，后側(cè)和中端的底板101上設(shè)有三軸光纖陀螺組合水平基準(zhǔn)107，用于固定三軸光纖陀螺組合的水平基準(zhǔn)面；
[0033]基座前側(cè)壁102設(shè)有三軸加速度計組合垂直基準(zhǔn)108，用于三軸加速度計組合的定向，后側(cè)壁102上設(shè)有三軸光纖陀螺組合垂直基準(zhǔn)109，用于三軸光纖陀螺組合的定向；
[0034]水平基準(zhǔn)面和垂直基準(zhǔn)面保證了三軸加速度計組合和三軸光纖陀螺組合安裝后具有一致的三軸正交測量坐標(biāo)系。
[0035]三軸光纖陀螺組合2如圖4所示，包括了 IMU支架201、光纖陀螺敏感環(huán)202、光纖陀螺集成處理模塊203 ；
[0036]MU支架201呈空間框架結(jié)構(gòu)，其上設(shè)有安裝光纖陀螺敏感環(huán)202和光纖陀螺集成處理模塊203的安裝面，底部及側(cè)面設(shè)有三軸光纖陀螺組合2水平定位基準(zhǔn)面和側(cè)向定位基準(zhǔn)面，用于與基座中三軸光纖陀螺組合水平基準(zhǔn)107和三軸光纖陀螺組合垂直基準(zhǔn)109配合，進而使三軸光纖陀螺組合2固定在基座I上。IMU支架201上部采用斜面圓弧設(shè)計，有利于光路的尾纖盤繞，具有重量輕、剛度大的優(yōu)勢。
[0037]三個光纖陀螺敏感環(huán)202分別固定在IMU支架201的安裝面上，三個光纖陀螺敏感環(huán)202根據(jù)IMU支架201的安裝基準(zhǔn)布置成空間正交關(guān)系，共同構(gòu)成了慣性測量單元的測量坐標(biāo)系；
[0038]光纖陀螺集成處理模塊203固定在IMU支架201的安裝面上，光纖陀螺集成處理模塊203處理三個光纖陀螺敏感環(huán)202的光路和電路信號，具有集成度高、功耗低、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點；
[0039]三軸加速度計組合3如圖5所示，三軸加速度計組合3為規(guī)則的長方體結(jié)構(gòu)，包括加速度計301和加表支架302 ；
[0040]三個加速度計301正交布置，固定在加表支架302上。
[0041]加表支架302底面和側(cè)面設(shè)有三軸加速度計組合3水平定位基準(zhǔn)面和側(cè)向定位基準(zhǔn)面，用于與基座中三軸加速度計組合水平基準(zhǔn)106的三軸加速度計組合垂直基準(zhǔn)108配合，進而使三軸加速度計組合3固定在基座I上。
[0042]通過基座I水平基準(zhǔn)、垂直基準(zhǔn)與三軸光纖陀螺組合2、三軸加速度計組合3的水平定位基準(zhǔn)面和側(cè)向定位基準(zhǔn)面進行配合，保證了三軸加速度計組合3和三軸光纖陀螺組合2具有一致的測量坐標(biāo)系。
[0043]外殼模塊4如圖5所示，包括外殼401、電連接器404、計算機板402 ；
[0044]外殼401為薄壁開口箱型結(jié)構(gòu)，和基座I配合可實現(xiàn)對慣性測量單元的密封；外殼401上設(shè)有螺釘孔，用于與慣性測量單元基座I側(cè)壁102的螺釘孔110配合，通過螺栓進行連接；
[0045]計算機板402通過電路板支柱403固定在外殼401內(nèi)部，電連接器404固定在外殼401內(nèi)部，上述固定方式，充分利用所述定位定向儀慣性測量單元的內(nèi)部空間。
[0046]計算機板402采集并處理捷聯(lián)慣性單元的信號，計算機板402通過電連接器404實現(xiàn)與外部控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。
【權(quán)利要求】
1.一種用于煤炭行業(yè)的定位定向儀光纖捷聯(lián)慣性測量單元，包括慣性測量單元基座、三軸光纖陀螺組合、三軸加速度計組合、外殼組合； 慣性測量單元基座包括底板、側(cè)壁、安裝爪； 側(cè)壁環(huán)繞固定在底板四周，底板固定連接四個安裝爪，側(cè)壁外部四周加工有用于固定慣性測量單元外殼的螺釘孔，四個安裝爪與底板一起構(gòu)成了整個慣性測量單元的底板安裝面，底板尾部外側(cè)設(shè)有兩個側(cè)向底板基準(zhǔn)面，基座前側(cè)的底板上設(shè)有三軸加速度計組合水平基準(zhǔn)，后側(cè)和中端的底板上設(shè)有三軸光纖陀螺組合水平基準(zhǔn)，基座前側(cè)壁設(shè)有三軸加速度計組合垂直基準(zhǔn)，后側(cè)壁上設(shè)有三軸光纖陀螺組合垂直基準(zhǔn)； 三軸光纖陀螺組合包括了 MU支架、光纖陀螺敏感環(huán)、光纖陀螺集成處理模塊； IMU支架上設(shè)有安裝光纖陀螺敏感環(huán)和光纖陀螺集成處理模塊的安裝面，底部及側(cè)面設(shè)有三軸光纖陀螺組合水平定位基準(zhǔn)面和側(cè)向定位基準(zhǔn)面，用于與基座中三軸光纖陀螺組合水平基準(zhǔn)和三軸光纖陀螺組合垂直基準(zhǔn)配合，MU支架上部采用斜面圓弧設(shè)計；三個光纖陀螺敏感環(huán)分別固定在MU支架的安裝面上，三個光纖陀螺敏感環(huán)根據(jù)MU支架的安裝基準(zhǔn)布置成空間正交關(guān)系，共同構(gòu)成了慣性測量單元的測量坐標(biāo)系；光纖陀螺集成處理模塊固定在MU支架的安裝面上，光纖陀螺集成處理模塊處理三個光纖陀螺敏感環(huán)的光路和電路信號； 三軸加速度計組合包括加速度計和加表支架； 三個加速度計正交布置，固定在加表支架上；加表支架底面和側(cè)面設(shè)有三軸加速度計組合水平定位基準(zhǔn)面和側(cè)向定位基準(zhǔn)面，用于與基座中三軸加速度計組合水平基準(zhǔn)的三軸加速度計組合垂直基準(zhǔn)配合，通過基座水平基準(zhǔn)、垂直基準(zhǔn)與三軸光纖陀螺組合、三軸加速度計組合的水平定位基準(zhǔn)面和側(cè)向定位基準(zhǔn)面進行配合，保證三軸加速度計組合和三軸光纖陀螺組合具有一致的測量坐標(biāo)系； 外殼模塊包括外殼、電連接器、計算機板； 外殼上設(shè)有螺釘孔，用于與慣性測量單元基座側(cè)壁的螺釘孔配合，計算機板通過電路板支柱固定在外殼內(nèi)部，電連接器固定在外殼內(nèi)部，計算機板采集并處理捷聯(lián)慣性單元的信號，計算機板通過電連接器實現(xiàn)與外部控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。
【文檔編號】G01C21/18GK103591962SQ201310557704
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】章博, 高爽, 林鐵, 王小龍, 張春熹, 汪凱斌, 李先慕, 王璐 申請人:北京航空航天大學(xué), 中煤科工集團西安研究院有限公司