本发明专利技术公开了一种高动态载体环境力测量装置，其包括轴向加速度计1、轴向加速度计2、横法向加速度计1、横法向加速度计2、横法向加速度计3、横法向加速度计4、轴向陀螺仪1、轴向陀螺仪2、横法向陀螺仪1、横法向陀螺仪2、横法向陀螺仪3、横法向陀螺仪4、轴向磁强计1、轴向磁强计2、横法向磁强计1、横法向磁强计2、横法向磁强计3、横法向磁强计4、信号调理模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、人机交互模块以及电源模块。本发明专利技术能够弥补传统环境力测量装置不能够适应上述条件的缺点，具有结构简单、启动速度快、功耗低、体积小、稳定性强、测量精度高的优点。
【技术实现步骤摘要】
一种高动态载体环境力测量装置
本专利技术涉及环境力测量领域，特别是涉及一种适应高速、高旋、高冲击条件下运动载体的高动态环境力测量装置。
技术介绍
高动态载体，主要是指高转速（轴向大于100转/秒且小于500转/秒，横法向小于10转/秒）、高速度（轴向大于2马赫且小于5马赫，轴向小于1马赫）、高冲击（轴向、横法向过载均大于10000g且小于30000g，冲击时间低于30毫秒）条件下的运动物体，尤其针对于矿山开采与救援、石油钻井、深井测量、地质勘探等场合应用的钻探机构，以及军用领域中的制导炮弹和常规弹药弹道等。油气田勘探开发中，钻井的钻杆环境信息获取问题一直是深层油气藏钻井施工中面临的主要难题和急需解决的技术，严重制约了钻井技术的发展。在我国塔里木、准噶尔和南方海相等地区，这一问题尤为明显。对于高陡构造、大倾角底层等复合底层，常规的满眼钻具、偏心钻具等姿态防斜纠斜技术可以在一定程度上抑制井斜增加，但只能采用轻压吊打来控制井斜，因而导致机械钻速极低，直接影响了该地区油气藏的勘探开发速度，其技术瓶颈就在于现有技术难以满足对钻杆的实时动态测量。另一方面，弹药制导化已成为提高武器弹药命中精度的必要手段，精确打击的前提和关键在于实时精确地获取弹体姿态。制导弹药飞行过程中姿态参数的测量对弹药的气动参数辨识、外弹道特性研究、制导系统设计等都有重要的意义，而高转速弹丸的姿态测量一直存在很多困难。身管发射弹药的转速通常在30~300转/秒，以现有的导航手段难以得到满足制导控制要求的姿态参数。因此，姿态测量方法是严重制约弹药制导化的瓶颈之一，急需研究一种高速自旋刚体姿态实时解耦的解旋方法。现有的环境力测量装置，只是在低动态情况下进行测量，其一般转速最大在100转/秒，其冲击更是很低，只能算是惯性测量单元的一种，不能应用于高动态场合，如高动态导航技术北京市重点实验室研制的高动态载体环境力测量仪。目前在公开文献中，多以高速旋转弹为背景研究的这类装置，但大多针对制导炮弹，其测量时间是在制导段开始，在该过程中，其转速、过载、速度已明显降低，如文献《高旋弹用惯性测量系统多量程传感器组合设计》、《基于磁传感器组合的高旋弹横滚角测量方法》等。本专利技术主要应用在高速、高旋、高冲击条件下运动载体的环境力测量以及运动特性分析领域。本专利技术能够弥补传统环境力测量装置不能够适应上述条件的缺点，具有结构简单、启动速度快、功耗低、体积小、稳定性强、测量精度高的优点，特别适用于高速、高旋、高冲击条件下运动载体的环境力测量以及运动特性分析领域，如石油钻井、高旋弹体、盾构挖掘等环境。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了弥补传环境力测量装置不能够适应高速、高旋、高冲击条件的缺点，具有结构简单、启动速度快、功耗低、体积小、稳定性强、测量精度高的优点，特别适用于高速、高旋、高冲击条件下运动载体的环境力测量以及运动特性分析领域，如石油钻井、高旋弹体、盾构挖掘等环境下。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种高动态载体环境力测量装置，该装置包括轴向加速度计1、轴向加速度计2、横法向加速度计1、横法向加速度计2、横法向加速度计3、横法向加速度计4、轴向陀螺仪1、轴向陀螺仪2、横法向陀螺仪1、横法向陀螺仪2、横法向陀螺仪3、横法向陀螺仪4、轴向磁强计1、轴向磁强计2、横法向磁强计1、横法向磁强计2、横法向磁强计3、横法向磁强计4、信号调理模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、人机交互模块以及电源模块。一种高动态载体环境力测量装置，该装置包括：加速度计组件、陀螺仪组件、磁强计组件、信号调理模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、人机交互模块以及电源模块。进一步的，所述加速度计组件包括：轴向加速度计1、轴向加速度计2、横法向加速度计1、横法向加速度计2、横法向加速度计3、横法向加速度计4；其中轴向加速度计1和轴向加速度计2负责测量载体运动x轴向加速度；横法向加速度计1和横法向加速度计2负责测量载体运动y轴向加速度；横法向加速度计3和横法向加速度计4负责测量载体运动z轴向加速度。进一步的，所述陀螺仪组件包括：轴向陀螺仪1、轴向陀螺仪2、横法向陀螺仪1、横法向陀螺仪2、横法向陀螺仪3、横法向陀螺仪4；其中轴向陀螺仪1和轴向陀螺仪2负责测量载体运动x轴向低量程角速度（50000度/秒以下转速）；横法向陀螺仪1和横法向陀螺仪2负责测量载体运动y轴向角速度；横法向陀螺仪3和横法向陀螺仪4负责测量载体运动z轴向角速度。进一步的，所述磁强计组件包括：轴向磁强计1、轴向磁强计2、横法向磁强计1、横法向磁强计2、横法向磁强计3、横法向磁强计4；其中轴向磁强计1和轴向磁强计2负责测量载体运动x轴向磁环境；横法向磁强计1和横法向磁强计2负责测量载体运动y轴向磁环境；横法向磁强计3和横法向磁强计4负责测量载体运动z轴向磁环境。进一步的，利用对所述轴向磁强计1、轴向磁强计2的数据进行频谱分析，得出所述载体运动x轴向的高量程角速度。进一步的，所述信号调理模块采集加速度计组件输出的加速度计模拟量数据、陀螺仪组件输出的陀螺仪模拟量数据和磁强计组件输出的磁强计模拟量数据。进一步的，所述数据采集模块采集轴向加速度计1、轴向加速度计2、横法向加速度计1、横法向加速度计2、横法向加速度计3、横法向加速度计4、轴向陀螺仪1、轴向陀螺仪2、横法向陀螺仪1、横法向陀螺仪2、横法向陀螺仪3、横法向陀螺仪4、轴向磁强计1、轴向磁强计2、横法向磁强计1、横法向磁强计2、横法向磁强计3、横法向磁强计4的调理后数据；所述数据采集模块与数据处理模块通过FMC总线相连接。进一步的，所述数据处理模块负责对采集到的轴向加速度计1、轴向加速度计2、横法向加速度计1、横法向加速度计2、横法向加速度计3、横法向加速度计4、轴向陀螺仪1、轴向陀螺仪2、横法向陀螺仪1、横法向陀螺仪2、横法向陀螺仪3、横法向陀螺仪4、轴向磁强计1、轴向磁强计2、横法向磁强计1、横法向磁强计2、横法向磁强计3、横法向磁强计4进行数据处理；所述数据处理模块与数据存储模块及人际交互模块相连。进一步的，所述数据存储模块负责对数据处理模块输出的信息进行记录，数据存储模块与人机交互模块相连；所述人机交互模块控制数据处理模块和数据存储模块，并通过USB接口对外输出信息。进一步的，所述高动态载体环境力测量装置可用于测量石油钻井过程中钻杆的环境力信息、高旋弹体的环境力信息或盾构挖掘过程中的环境力信息。进一步的，所述高动态载体环境力测量装置的安装布局方式为矩阵式。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1）本专利技术提供的一种高动态载体环境力测量装置，利用模块化设计思想，简化了环境力测量装置结构，设计出的高动态载体环境力测量装置具有结构简单、启动速度快，同时可根据不同应用场合。2）本专利技术利用每个测量轴上的多级传感器进行统一处理，提高了系统整体可靠性。3）本专利技术利用互补式多级传感器测量方法，进行统一测量，提高了测量精度，有效消除高动态环境下的系统噪声。4）本专利技术综合各模块信息，能够有效分析高动态载体的轴向受力、轴向转速和运动姿态。附图说明图1为一种高动态载体环境力测量装置组成框图；图2为一种高动态载体轴向示意图。具体实施方式本专利技术公开了一种高动态载体环境力测量装置，该本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高动态载体环境力测量装置，其特征在于，该装置包括：加速度计组件（1‑7）、陀螺仪组件（1‑15）、磁强计组件（1‑24）、信号调理模块（1‑43）、数据采集模块（1‑30）、数据处理模块（1‑33）、数据存储模块（1‑35）、人机交互模块（1‑39）以及电源模块（1‑42）。
【技术特征摘要】
1.一种高动态载体环境力测量装置，其特征在于，该装置包括：加速度计组件（1-7）、陀螺仪组件（1-15）、磁强计组件（1-24）、信号调理模块（1-43）、数据采集模块（1-30）、数据处理模块（1-33）、数据存储模块（1-35）、人机交互模块（1-39）以及电源模块（1-42）。2.根据权利要求1所述高动态载体环境力测量装置，其特征在于，所述加速度计组件（1-7）包括：轴向加速度计1（1-1）、轴向加速度计2（1-2）、横法向加速度计1（1-3）、横法向加速度计2（1-4）、横法向加速度计3（1-5）、横法向加速度计4（1-6）；其中轴向加速度计1（1-1）和轴向加速度计2（1-2）负责测量载体运动x轴向（2-1）加速度；横法向加速度计1（1-3）和横法向加速度计2（1-4）负责测量载体运动y轴向（2-2）加速度；横法向加速度计3（1-5）和横法向加速度计4（1-6）负责测量载体运动z轴向（2-3）加速度。3.根据权利要求1所述高动态载体环境力测量装置，其特征在于，所述陀螺仪组件（1-15）包括：轴向陀螺仪1（1-8）、轴向陀螺仪2（1-9）、横法向陀螺仪1（1-10）、横法向陀螺仪2（1-11）、横法向陀螺仪3（1-12）、横法向陀螺仪4（1-13）；其中轴向陀螺仪1（1-8）和轴向陀螺仪2（1-9）负责测量载体运动x轴向（2-1）低量程角速度（50000度/秒以下转速）；横法向陀螺仪1（1-10）和横法向陀螺仪2（1-11）负责测量载体运动y轴向（2-2）角速度；横法向陀螺仪3（1-12）和横法向陀螺仪4（1-13）负责测量载体运动z轴向（2-3）角速度。4.根据权利要求1所述高动态载体环境力测量装置，其特征在于，所述磁强计组件（1-24）包括：轴向磁强计1（1-18）、轴向磁强计2（1-19）、横法向磁强计1（1-20）、横法向磁强计2（1-21）、横法向磁强计3（1-22）、横法向磁强计4（1-23）；其中轴向磁强计1（1-18）和轴向磁强计2（1-19）负责测量载体运动x轴向（2-1）磁环境；横法向磁强计1（1-20）和横法向磁强计2（1-21）负责测量载体运动y轴向（2-2）磁环境；横法向磁强计3（1-22）和横法向磁强计4（1-23）负责测量载体运动z轴向（2-3）磁环境。5.根据权利要求4所述高动态载体环境力测量装置，其特征在于，利用对所述轴向磁强计1（1-18）、轴向磁强计2（1-19）的数据进行频谱分析，得出所述载体运动x轴向（2-1）的高量程角速度。6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘宁，苏中，刘洪，李擎，付国栋，刘福朝，马晓飞，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，北京德维创盈科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11
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