一种惯性导航系统校准用惯性器件离心测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于惯性导航系统的惯性器件测试测量技术领域，具体涉及一种惯性导航系统校准用惯性器件离心测试装置，包括离心机和载荷，离心机包括转台、驱动机构、转台电控机构、主轴；转台中央安装有主轴；驱动机构连接主轴并驱动主轴旋转；转台电控机构完成转台的起停、转台监控及远程控制；转台上安装有载荷，载荷包括待测惯性器件、供电与数据传输机构、固定机构、三轴光纤陀螺组件和激光测距机构；激光测距机构实时测量待测惯性器件的有效测试半径，三轴光纤陀螺组件实时测量待测惯性器件的瞬时角速率；本装置有效提高输出向心加速度的精度，进一步提高待测惯性器件的标定精度，降低非线性误差的影响。低非线性误差的影响。低非线性误差的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种惯性导航系统校准用惯性器件离心测试装置


[0001]本专利技术属于惯性导航系统的惯性器件测试测量
，具体涉及一种惯性导航系统校准用惯性器件离心测试装置。

技术介绍

[0002]光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的速率积分陀螺，当一环形光路在惯性空间绕垂直于光路平面的轴转动时，光路内相向传播的两列光将因惯性运动而产生光程差，从而导致两束相干光波的干涉。光程差对应的位相差与旋转角速率之间有一定的内在联系，通过对干涉光强信号的检测和解调，即可确定旋转角速率。光纤陀螺是惯性导航系统的核心器件之一。
[0003]惯性导航系统中，惯性器件的精度校正具有重要的意义。如US2873426A公开了一种加速度计校准系统，包括在高速下测试校准待测加速度计的振动器，在振动器构件的端部上安装被测加速度计，以及电连接到振动器构件的测试以及电源装置，通过以上振动结构来实现加速度计的校准。US9459277B2公开了一种校准3轴加速计的系统和方法，包括加速度传感器和速度传感器，使用速度传感器来接收速度信息，使用速度信息沿至少一条所测部件的加速度信息，使用加速度传感器接收加速度信息，并且使用所述加速度信息、加速度传感器加速度样本和平均垂直向量采样来将所测部件中的至少之一校准到加速度传感器轴。
[0004]但是在实际应用中，加速度计的输出并不是线性的，除零偏与一次项构成的线性部分外，还包括高阶非线性项、交叉耦合项等误差项。但目前缺乏对上述误差进行校准用的有效测试装置。精密离心机是惯性导航系统中的惯性器件的常用高动态测试设备，其依靠高转速提供高向心加速度的设备，当待测惯性器件安装于离心机台面并随之共同旋转，就能够获得远远大于重力的加速度作用，以此激励在重力场下无法与传感器线性部分进行区分的非线性误差，从而使对非线性误差的标定成为可能。
[0005]根据向心加速度的定义可知，角速率与有效半径的误差都将影响向心加速度的大小。由于向心加速度与角速率的平方成正比，因此角速率的精度对于向心加速度有着重要影响。但在常规精密离心机工作过程中，均采用平均角速率表征实际的角速率大小，这种方式无法对角速度误差影响下的角速率进行准确描述。这将带来两个问题，一是离心机转台不同相位下的瞬时角速率并不相等，并且受多种因素影响，无法通过平均角速率描述；二是在精密离心测试过程中，任意的转速序列由于角速率误差的存在难以保证线性度。有效半径则会受到离心载荷与重力载荷影响，导致其拉伸。同时由于离心载荷与向心加速度大小有关，这将在测试中引入一项奇异二次项误差，引起加速度测量的非线性。
[0006]因而，对于工程实际中的惯性传感器或惯性导航系统的高动态测试中，离心机角速度误差与有效半径误差将造成向心加速度误差，最终导致待测设备的标定精度降低，无法准确反映其性能。

技术实现思路

[0007]针对目前现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种惯性导航系统校准用惯性器件离心测试装置。基于光纤陀螺与激光测距，用以提高精密离心测试中的角速率与测试半径的精度，并最终提高待测惯性设备的标定精度。
[0008]本专利技术完整的技术方案包括：一种惯性导航系统校准用惯性器件离心测试装置，所述惯性器件离心测试装置包括离心机和载荷；所述离心机包括转台、驱动机构、转台电控机构、主轴；所述转台包括工作台面，转台中央安装有主轴；所述驱动机构为无刷力矩电机，驱动机构连接主轴并驱动主轴旋转；所述转台电控机构和转台电连接，并用以完成转台的起停、转台监控及远程控制；所述转台上安装有载荷，所述载荷包括待测惯性器件、供电与数据传输机构、固定机构、三轴光纤陀螺组件和激光测距机构；所述固定机构用以固定待测惯性器件；所述激光测距机构包括激光器和反射镜，激光器安装于转台的工作台面中央处，反射镜安装在与待测惯性器件安装半径相等的圆周上，所述激光器与反射镜、工作台面中心位于一条水平直线上；所述三轴光纤陀螺组件设于转台的工作台面下方，并与待测惯性器件位于一条竖直直线上。
[0009]进一步的，所述惯性器件离心测试装置还包括主轴支撑机构，所述主轴支撑机构采用机械轴系支承方式。
[0010]进一步的，离心机下方设有用于将离心机调平的调平垫铁，离心机转台外侧设有光栅编码器。
[0011]进一步的，所述激光测距机构用以实时测量待测惯性器件的有效测试半径。
[0012]进一步的，所述三轴光纤陀螺组件用以实时测量待测惯性器件的瞬时角速率。
[0013]进一步的，所述载荷还包括供电与数据传输机构，所述供电与数据传输机构包括设置于工作台面中央的1个电连接器，以及与电连接器相连接的导电滑环。
[0014]进一步的，所述固定机构和待测惯性器件下方设有第一大理石台面；第一大理石台面下方设有第二大理石台面。
[0015]进一步的，所述三轴光纤陀螺组件、待测惯性器件以及激光测距机构的数据输出至采集计算机。
[0016]进一步的，所述待测惯性器件为加速度计。
[0017]本专利技术在高加速度量程（>100g）要求下，设计了一种新型的精密离心装置，主要包括精密离心机机械台体，三轴光纤陀螺组件，激光测距系统等组成部分。采用高强度钛合金材料作为负载工装、三轴光纤陀螺组件工装、反射镜主体结构等部分在离心载荷下的强度以及稳定性，确保各组件不会出现失效。采用海德汉绝对式圆光栅作为角位置传感器，通过AKD系列伺服驱动器进行力矩电机驱动，保证高转速下的稳定性，并降低对陀螺仪器件的需求。
附图说明
[0018]图1为本专利技术离心测试装置示意图。
[0019]图2为本专利技术离心测试装置工作台面结构图。
[0020]图3为本专利技术离心测试装置工作系统框图。
[0021]图中：1
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待测惯性器件，2
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固定机构，3
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第一大理石台面，4
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第二大理石台面，5
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反射镜，6
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激光器，7
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三轴光纤陀螺组件。
具体实施方式
[0022]以下结合实施例和附图对本专利技术进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本专利技术进行示例性的描述，而并不能对本专利技术的保护范围构成任何限制。所有包含在本专利技术的专利技术宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本专利技术的保护范围。
[0023]本专利技术所公开的惯性导航系统校准用惯性传感器离心测试装置，是一种基于光纤陀螺与激光测距的精密离心测试装置，主要部件包括离心机机械台体，三轴光纤陀螺组件以及激光测距系统。离心机机械台体采用立式台面式结构，在传统精密离心机结构基础上，增加三轴光纤陀螺组件以及激光测距系统，用于提高角速率与测试半径的精度。具体结构如图1
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2所示，包括离心机和载荷，其中离心机采用机械台体。机械台体采用立式台面单轴电动结构，主要为载荷提供安装基准和回转运动，机械台体包括转台、驱动机构、转台电控机构、主轴及主轴支撑机构。
[0024]其中转台采用立式台面式结构，包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种惯性导航系统校准用惯性器件离心测试装置，其特征在于，所述惯性器件离心测试装置包括离心机和载荷；所述离心机包括转台、驱动机构、转台电控机构、主轴；所述转台包括工作台面，转台中央安装有主轴；所述驱动机构为无刷力矩电机，驱动机构连接主轴并驱动主轴旋转；所述转台电控机构和转台电连接，并用以完成转台的起停、转台监控及远程控制；所述转台上安装有载荷，所述载荷包括待测惯性器件、固定机构、三轴光纤陀螺组件和激光测距机构；所述固定机构用以固定待测惯性器件；所述激光测距机构包括激光器和反射镜，激光器安装于转台的工作台面中央处，反射镜安装在与待测惯性器件安装半径相等的圆周上，所述激光器与反射镜、工作台面中心位于一条水平直线上；所述三轴光纤陀螺组件设于转台的工作台面下方，并与待测惯性器件位于一条竖直直线上。2.根据权利要求1所述的一种惯性导航系统校准用惯性器件离心测试装置，其特征在于，所述惯性器件离心测试装置还包括主轴支撑机构，所述主轴支撑机构采用机械轴系支承方式。3.根据权利要求2所述的一种惯性导航系统校准用惯性器件离心测试装置，其特征在于，离心机下方设有用于将离心机...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春熹，黄婉莹，冉龙俊，高爽，宋来亮，肖听雨，马孟奇，秦雪馨，朱志方，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：