三浮陀螺仪用传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种传感器，具体涉及一种三浮陀螺仪用传感器，解决现有动圈式传感器装置存在的传感器转子渗油及传感器磁路不对称的问题，传感器转子包括转子支架、转子线圈及转子灌封胶层；转子支架为环形支架，沿环形支架外周面的周向开设环形凹槽，凹槽的一个侧壁为台阶面；转子线圈绕制在凹槽小端内；灌封胶沿转子线圈的外周面浇注在凹槽大端内，形成转子灌封胶层；灌封胶层的第一端面紧贴凹槽大端端面，灌封胶层的第二端面与转子支架的端面平齐；传感器定子包括内导磁环与多个磁极，多个磁极与内导磁环为一体设置。通过对传感器结构优化，陀螺质心不再以一定斜率趋势斜飘，陀螺精度及可靠性得以保证。

【技术实现步骤摘要】
三浮陀螺仪用传感器
本技术涉及一种传感器，具体涉及一种三浮陀螺仪用传感器。
技术介绍
三浮陀螺由于其小体积、高精度、高可靠性等优点目前主要用于空间卫星、远海定位及高精度武器系统等领域。据称目前世界上精度最高三浮陀螺随机漂移可达1.5×10-7°/h，系统稳定运行时间可达1.0×104h。经过数十年发展，国内三浮陀螺取得了一系列成就，其精度据说已达5.0×10-5°/h。相比于光纤陀螺、激光陀螺、半球谐振陀螺等较为新兴陀螺相比，在市场、精度及工程实际方面仍具有优势。但是近几年国内三浮陀螺发展较为缓慢，除了陀螺精度因素以外，可靠性问题也是制约陀螺发展的主要因素，比如三浮陀螺传感器转子渗油问题。三浮陀螺属于单自由度积分陀螺，陀螺闭路正常工作时浮子经常处于零位附近，工作角度极小，这就要求传感器零位死区越小、自身有害干扰力矩越低，传感器性能越好，陀螺精度也就越高。目前三浮陀螺传感器主要分为微动同步器式传感器、短路匝传感器及动圈式传感器。微动同步器式传感器转子同轴度要求极高，基本在微米级，加工十分困难且存在径向磁拉力及切向磁拉力，会导致陀螺整体随机漂移较大；短路匝传感器灵敏度较低，装配工艺要求高工程实现十分复杂，难度很高。动圈式传感器相对于前两种传感器零位死区小、自身干扰力矩低，工程实现方便且与信号执行机构配合使用时可以与信号执行机构做成基本一样的结构，这样使得陀螺整体对称性好，对于高精度陀螺各种近乎苛刻参数性能至关重要。三浮陀螺仪的结构示意图如图1所示，动圈式传感器结构装配示意图如图2a与图2b所示，陀螺浮子一般采用圆柱形结构形式，由图2b可以看到外导磁环5、定子7与陀螺端盖23粘接在一起固定不动，传感器转子6粘接在浮子框架22上。当陀螺浮子相对于陀螺端盖发生角位移时，传感器通过电磁感应原理将机械角位移转化成交流电信号，进而通过控制电路最终反馈到执行单元，由力矩器完成陀螺浮子绕输出轴角位移的反向校正。因此传感器转子一旦发生渗油现象会直接导致陀螺浮子质心发生变化，传感器及力矩器控制单元并不会对浮子质心变化进行相应补偿，陀螺零次项参数输出会沿着某一斜率发生斜飘，最终导致陀螺精度变差甚至丧失精度功能。如图3a、图3b与图4所示，现有动圈式传感器转子由转子铝支架10、转子线圈11、转子接线片12及转子灌封胶层8等共同组成。转子铝支架10为环形支架，沿其外周面的周向开设环形凹槽，转子线圈11沿凹槽的底部绕制在环形支架上，并通过线圈粘接胶9粘接，之后沿转子线圈11的外周面浇注灌封胶形成转子灌封胶层8。如图8所示，现有动圈式传感器定子7采取8个磁极与内导磁环粘接方式，粘接要求两两相邻磁极角分误差小于等于10′，粘接精度由工装保证。粘接好后在8个磁极分别套上8个定子线圈然后将整个组件封装在灌封胶内。灌封胶作用是保证定、转子不变形机械参数稳定。现有动圈式传感器装置主要不足有以下几方面：1)动圈式传感器转子在粘接转子线圈时不可避免的在转子支架与灌封胶层之间残留少量线圈粘接胶，粘接胶处理不当会伤及线圈造成线圈无阻值，这就造成粘接胶无法100％被清除。当转子铝支架与灌封胶之间有残余的粘接胶时，由于三者热膨胀系数不同，传感器转子在陀螺经历各种环境试验后，可能会在三者接触面出现显微镜都无法识别的微小隙缝，陀螺氟油会深入其中，结果在线圈粘接胶处发生陀螺传感器转子渗油现象，在第一转子渗油点14与第二转子渗油点15处渗油；传感器转子渗油转子质量变化几乎毫克级甚至亚毫克级，只能通过陀螺长时间测试过程中参数变化进行识别，测试识别过程可能长达几个月甚至几年，这也是三浮陀螺传感器转子抑制渗油的难点所在。2)动圈式传感器工作频率很高可达几千甚至上万赫兹，转子铝支架会产生涡流，涡流会增大传感器零位电压，导致传感器零位死区变大，这对于工作在零位附近的陀螺来说是不被允许的，必须对转子支架进行降涡流工艺处理。如图3b中的转子支架降涡流处理13，传感器降涡流处理本质是将铝支架进行分段，将整个支架分为数个部分，将整个涡流“化整为零”最终达到降低涡流的目的。但是在降涡流处理过程中将铝支架进行分段又会重新带来粘接胶、转子支架及灌封胶接触面的渗油问题。3)传感器定子8个磁极与内导磁环采用胶接工艺，角分精度主要靠工装保证，角分精度误差在±10′左右。这就使得传感器定子、转子、外导磁环之间产生不可避免的磁路不对称情况，间接增加了传感器零位电压。
技术实现思路
为了解决现有动圈式传感器装置存在的传感器转子渗油及传感器磁路不对称的问题，本技术提供一种三浮陀螺仪用传感器，通过优化传感器转子结构解决三浮陀螺传感器转子渗油问题，通过优化传感器定子结构解决磁路不对称的问题。本技术的技术解决方案是提供一种三浮陀螺仪用传感器，包括由外向内依次同轴设置的外导磁环、传感器转子及传感器定子；其特殊之处在于：上述传感器转子包括转子支架、转子线圈、转子接线片及转子灌封胶层；上述转子支架为环形支架，沿环形支架外周面的周向开设环形凹槽，上述凹槽的一个侧壁为台阶面；上述转子线圈沿凹槽的底部周向绕制在凹槽小端内，并通过线圈粘接胶粘接；灌封胶沿转子线圈的外周面浇注在凹槽大端内，形成转子灌封胶层；灌封胶层的第一端面紧贴凹槽大端端面，灌封胶层的第二端面与转子支架的端面平齐；上述传感器定子包括内导磁环与多个磁极，上述多个磁极与内导磁环为一体设置。进一步地，为了解决涡流问题，上述转子支架的材料采用可加工陶瓷材料。进一步地，上述可加工陶瓷材料为氧化锆陶瓷材料。进一步地，为了降低了传感器自身干扰力矩，沿转子灌封胶层外周面开设四个凹槽，上述四个凹槽的长度方向沿传感器转子的轴向方向，且四个凹槽关于传感器转子中心呈中心对称；上述转子接线片放置在其中两个凹槽内。本技术的有益效果是：1)本技术通过对传感器转子结构优化，主要解决了三浮陀螺传感器转子渗油问题，陀螺质心不再以一定斜率趋势斜飘，陀螺精度及可靠性得以保证；2)本技术将传感器转子支架材料更换为可加工陶瓷材料，解决了传感器涡流问题带来的零位死区大问题；利用陶瓷材料高电阻率的特性，解决涡流问题，不需要对支架进行降涡流处理，结构简单稳定；3)本技术通过进一步优化传感器转子支架材料，使用氧化锆陶瓷材料替代可加工陶瓷材料支架，解决了由可加工陶瓷支架与陀螺浮子框架热膨胀系数不匹配而带来的传感器自身有害干扰力矩变大及转子支架开裂、变椭问题；使得转子不易变形及开裂；4)本技术通过传感器转子对称性设计进一步降低了传感器自身干扰力矩；5)本技术通过传感器定子结构对称性优化改进减小了装配误差。在对三浮陀螺传感器本身外部尺寸不改变的情况下，通过以上改进措施使得改进后传感器零位死区降低了20％，传感器干扰力矩降低了30％，传感器整体性能整体得到明显改善。附图说明图1为三浮陀螺结构示意图；图2a为现有技术三浮陀螺传感器的主视图；图2b为现有技术三浮陀螺传感器的剖视图；图3a本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三浮陀螺仪用传感器，包括由外向内依次同轴设置的外导磁环(5)、传感器转子(6)及传感器定子(7)；/n其特征在于：/n所述传感器转子(6)包括转子支架(16)、转子线圈(11)、转子接线片(12)及转子灌封胶层(8)；所述转子支架(16)为环形支架，沿环形支架外周面的周向开设环形凹槽，所述凹槽的一个侧壁为台阶面；/n所述转子线圈(11)沿凹槽的底部周向绕制在凹槽小端内，并通过线圈粘接胶(9)粘接；灌封胶沿转子线圈(11)的外周面浇注在凹槽大端内，形成转子灌封胶层(8)；灌封胶层的第一端面(81)紧贴凹槽大端端面(82)，灌封胶层的第二端面(83)与转子支架的端面(84)平齐；/n所述传感器定子(7)包括内导磁环(20)与多个磁极(18)，所述多个磁极(18)与内导磁环(20)为一体设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种三浮陀螺仪用传感器，包括由外向内依次同轴设置的外导磁环(5)、传感器转子(6)及传感器定子(7)；
其特征在于：
所述传感器转子(6)包括转子支架(16)、转子线圈(11)、转子接线片(12)及转子灌封胶层(8)；所述转子支架(16)为环形支架，沿环形支架外周面的周向开设环形凹槽，所述凹槽的一个侧壁为台阶面；
所述转子线圈(11)沿凹槽的底部周向绕制在凹槽小端内，并通过线圈粘接胶(9)粘接；灌封胶沿转子线圈(11)的外周面浇注在凹槽大端内，形成转子灌封胶层(8)；灌封胶层的第一端面(81)紧贴凹槽大端端面(82)，灌封胶层的第二端面(83)与转子支架的端面(84)平齐；
所述传...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜鑫，吴辽，党建军，王卿，黄铭，狄恩冲，
申请(专利权)人：西安航天精密机电研究所，
类型：新型
国别省市：陕西;61