一种六冗余型光纤陀螺IMU台体制造技术

一种六冗余型光纤陀螺IMU台体，该台体采用一体成型技术，为正十二面体结构，正十二面体的每个面均为正五边形；为了减小系统的重量，将正十二面体设计为空心结构，以六个陀螺面为引导面将正十二面体内部镗空，实现了台体的轻量化和高钢度；该六冗余型光纤陀螺IMU台体包括光纤陀螺敏感环安装位、加速度计安装位、与系统底座连接固定的安装体；本发明专利技术实现冗余光纤陀螺IMU组件质心、几何中心以及敏感轴交汇点的统一；在冲击和振动条件下表现出了较好的各项同性动力学特征。

【技术实现步骤摘要】
一种六冗余型光纤陀螺IMU台体
本专利技术涉及一种六冗余型光纤陀螺惯性测量组合（InertialMeasurementUnit，以下简称IMU）台体，尤其是指一种用于高精度、高可靠性的冗余光纤捷联惯导系统、采用正十二面体构型的冗余IMU台体，属于惯导系统机械结构

技术介绍
惯性导航系统依靠自身的惯性敏感元件进行导航，不依赖任何外界信息测量导航参数，因此它不受天然的或人为的干扰，具有很好的隐蔽性，是一种完全自主式的导航系统。近代各种导弹、卫星、飞船等载体对惯导系统的可靠性和精度提出了越来越高的要求，因为它不仅直接反映了惯导系统本身的质量指标，而且直接关系到载体执行任务过程的成败。提高惯导系统的可靠性和精度主要有两种办法：一是提高单个仪表的可靠性和精度，这对惯性仪表的加工工艺及各项技术指标提出了更高的要求，实现起来成本较高；另一种方法是采用冗余方案来提高系统可靠性和精度，这是一种比较理想的方法，实现起来也相对容易。冗余系统按冗余方式可分为系统级冗余和器件级冗余。系统级冗余是对整个惯组的冗余，主要应用于平台惯导系统；器件级冗余是对单个仪表的冗余，主要针对结构比较灵活的捷联惯导系统，实现起来比较容易，可靠性比较高。相对于平台惯导系统，捷联惯导系统由于取消了许多机器零件，冗余时只需对单个惯性仪表进行冗余，而不需要对整个系统进行冗余。同时，捷联惯导系统相对平台系统在重量、体积、成本和可靠性等方面的较大优势，利用多个惯性仪表组成冗余系统提高捷联惯导系统精度和可靠性，从而使其在更多场合获得应用非常有意义。光纤陀螺仪是一种基于萨格奈克效应、用于感知载体角位移和角速度的敏感元件，和传统的机械陀螺相比，具有工作寿命长、分辨率高、响应时间短、功耗低等优点，在实际应用中具有极大的设计灵活性，已成为新一代理想惯性器件，目前已发展成为惯性
具有划时代特征的新型主流仪表，未来的惯性设备领域中将占据重要地位。可以预见，在对精度和可靠性要求比较高的场合，冗余型光纤捷联惯导系统将占据重要地位。目前国内光纤陀螺及石英挠性加速度计性能主要受力学及温度环境影响。在光纤陀螺的五大光学器件中，光纤环受温度及力学环境影响引起的各类误差是光纤陀螺的主要误差源，温度性能主要应通过改进光纤及绕环胶等材料的温度特性来解决，而力学性能主要受光纤陀螺骨架及IMU台体力学性能的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种六冗余型光纤陀螺IMU台体，以应用于高精度、高可靠性的冗余捷联惯导系统。本专利技术是一种六冗余型光纤陀螺IMU台体，该台体采用一体成型技术，为正十二面体结构，正十二面体的每个面均为正五边形。正十二面体在结构上具有高度的对称性及稳定性，结构很难被破坏。为了减小系统的重量，将正十二面体设计为空心结构，以六个陀螺面为引导面将正十二面体内部镗空，实现了台体的轻量化和高钢度。本六冗余型光纤陀螺IMU台体包括光纤陀螺敏感环安装位、加速度计安装位、与系统底座连接固定的安装体。其中，光纤陀螺敏感环安装位包括A向光纤陀螺敏感环安装位、B向光纤陀螺敏感环安装位、C向光纤陀螺敏感环安装位、D向光纤陀螺敏感环安装位、E向光纤陀螺敏感环安装位、F向光纤陀螺敏感环安装位；加速度计安装位包括：A向加速度计安装位、B向加速度计安装位、C向加速度计安装位、D向加速度计安装位、E向加速度计安装位、F向加速度计安装位。所述的A向、B向、C向、D向、E向、F向光纤陀螺敏感环安装位分别位于正十二面体台体的正A向外侧面、正B向外侧面、正C向外侧面、正D向外侧面、正E向外侧面、正F向外侧面，并在该光纤陀螺敏感环安装位周边设有圆孔以安放光纤陀螺敏感环；所述的A向、B向、C向、D向、E向、F向加速度计安装位和光纤陀螺敏感环安装位相对布置，位于正十二面体台体的负A向外侧面、负B向外侧面、负C向外侧面、负D向外侧面、负E向外侧面、负F向外侧面，并在该加速度计安装位周边设有圆孔以安放加速度计。每个光纤陀螺敏感环安装位边缘有五个安装孔用于固定光纤陀螺骨架，每个加速度计安装位边缘有六个安装孔用于固定加速度计，安装孔同时有预定的减重/配重作用。与底座连接固定的安装体有三个，即前侧安装体、后侧安装体和底侧安装体；本六冗余型光纤陀螺IMU台体在前侧两个陀螺安装面的交线处与后侧两个加速度计安装面的交线处各伸出一个矩形状安装体，与系统底座伸出的凸台相固定，本六冗余型光纤陀螺IMU台体在底部两个加速度计安装面的交线处伸出一个矩形状安装体与系统底座相固定。每个矩形状安装体上设计两个安装孔，用于固定本六冗余型光纤陀螺IMU台体。本专利技术所述的一种六冗余光纤陀螺IMU台体，其优点及功效在于：本六冗余型光纤陀螺IMU台体提供一种用于高精度、高可靠性的冗余IMU台体；以具有高度对称性及稳定性且结构很难被破坏的正十二面体作为台体构型，将正十二面体设计为空心结构，以六个陀螺面为引导面将正十二面体内部镗空，实现了台体的高钢度和轻量化；通过调整光纤陀螺安装面的镗孔大小结合所述的各安装位都加工有带减重/配重作用的安装孔，实现冗余光纤陀螺IMU组件质心、几何中心以及敏感轴交汇点的统一；在冲击和振动条件下表现出了较好的各项同性动力学特征。附图说明图1为正十二面体六冗余光纤陀螺IMU台体。图2为网格化处理后台体顶面图。图3为网格化处理后台体底面图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术是一种应用于高精度、高可靠性冗余捷联惯性导航系统的IMU台体，该台体采用一体成型技术制造，为正十二面体结构，如图1所示为本专利技术的六冗余型光纤陀螺IMU台体。需要对正十二面体结构进行一下说明：正十二面体为五个柏拉图立体之一，属于准晶体结构，共有20个顶点、30条边和12个面，每个面均为正五边形；正十二面体在结构上具有高度的对称性及稳定性，结构很难被破坏。但本系统中为了减小重量，将正十二面体设计为空心结构，以六个陀螺面为引导面将正十二面体内部镗空，如此即可兼顾台体的轻度和轻量化。台体的固定有三种方案，分别为半正十二面体“底座”固定、正十二面体“顶-底”固定与正十二面体“前-后”固定的三种方案：1)半正十二面体台体设计时，加速度计安装面并非图1所示相对于陀螺安装面，而是埋于陀螺下部，因此仅需十二面体的六个表面即可完成冗余陀螺仪与加速度计的安装。但这种方案具体实现过程中加速度计安装及调试较为复杂，特别是当光纤陀螺尾纤固定于台体表面之后，拆装加速度计时极易损坏光纤。2)正十二面体“顶-底”固定方案基于冗余光纤陀螺仪与加速度计安装在正十二面体十二个表面的设计思路。在台体“顶-底”固定方案设计时，系统在台体顶部两个陀螺安装面的交线处与底部两个加速度计安装面的交线处各伸出一个安装体，与系统顶面以及系统底座相固定。3)正十二面体“前-后”固定方案中，冗余光纤陀螺与加速度计同样安装在正十二面体的十二个表面。在台体“前-后”固定方案设计时，系统在前侧两个陀螺安装面的交线处与后侧两个加速度计安装面的交线处各伸出一个安装体，与系统底座伸出的凸台相固定。综合以上三种方案，第一种方案首先被排除，正十二面体台体的“顶-底”固定与“前-后”固定均属于“悬臂梁”固定方式，假如沿固定面的法线方向存在强冲击振动时，台体存在安装面断裂的可能。因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六冗余型光纤陀螺IMU台体，其特征在于：该台体采用一体成型技术，为正十二面体结构，正十二面体的每个面均为正五边形；为了减小系统的重量，将正十二面体设计为空心结构，以六个陀螺面为引导面将正十二面体内部镗空，实现了台体的轻量化和高钢度；该六冗余型光纤陀螺IMU台体包括光纤陀螺敏感环安装位、加速度计安装位、与系统底座连接固定的安装体；该光纤陀螺敏感环安装位包括A向光纤陀螺敏感环安装位、B向光纤陀螺敏感环安装位、C向光纤陀螺敏感环安装位、D向光纤陀螺敏感环安装位、E向光纤陀螺敏感环安装位、F向光纤陀螺敏感环安装位；该加速度计安装位包括A向加速度计安装位、B向加速度计安装位、C向加速度计安装位、D向加速度计安装位、E向加速度计安装位、F向加速度计安装位；所述的A向、B向、C向、D向、E向、F向光纤陀螺敏感环安装位分别位于正十二面体台体的正A向外侧面、正B向外侧面、正C向外侧面、正D向外侧面、正E向外侧面、正F向外侧面，并在该光纤陀螺敏感环安装位周边设有圆孔以安放光纤陀螺敏感环；所述的A向、B向、C向、D向、E向、F向加速度计安装位和光纤陀螺敏感环安装位相对布置，位于正十二面体台体的负A向外侧面、负B向外侧面、负C向外侧面、负D向外侧面、负E向外侧面、负F向外侧面，并在该加速度计安装位周边设有圆孔以安放加速度计；每个光纤陀螺敏感环安装位边缘有五个安装孔用于固定光纤陀螺骨架，每个加速度计安装位边缘有六个安装孔用于固定加速度计，安装孔有预定的减重/配重作用；该与底座连接固定的安装体有三个，即前侧安装体、后侧安装体和底侧安装体；本六冗余型光纤陀螺IMU台体在前侧两个陀螺安装面的交线处与后侧两个加速度计安装面的交线处各伸出一个矩形状安装体，与系统底座伸出的凸台相固定，本六冗余型光纤陀螺IMU台体在底部两个加速度计安装面的交线处伸出一个矩形状安装体与系统底座相固定；每个矩形状安装体上设计两个安装孔，用于固定本六冗余型光纤陀螺IMU台体。...

【技术特征摘要】
1.一种六冗余型光纤陀螺IMU台体，其特征在于：该台体采用一体成型技术制造，为正十二面体结构，正十二面体为五个柏拉图立体之一，属于准晶体结构，共有20个顶点、30条边和12个面，每个面均为正五边形；正十二面体在结构上具有对称性及稳定性；为了减小重量，将正十二面体设计为空心结构，以六个陀螺面为引导面将正十二面体内部镗空；台体的固定分别为正十二面体“顶-底”固定和正十二面体“前-后”固定：1)正十二面体“顶-底”固定方案：冗余光纤陀螺仪与加速度计安装在正十二面体十二个表面，在台体顶部两个陀螺安装面的交线处与底部两个加速度计安装面的交线处各伸出一个安装体，与顶面以及底座相固定；2)正十二面体“前-后”固定方案：冗余光纤陀螺与加速度计同样安装在正十二面体的十二个表面；在台体“前-后”固定方案设计时，在前侧两个陀螺安装面的交线处与后侧两个加速度计安装面的交线处各伸出一个安装体，与底座伸出的凸台相固定；将上述方案1和方案2相结合，选择“前-后-底”三面固定的安装方式，利用前后两个悬臂梁和底部凸台进行固定；由于两个光源组件位于左后侧，选择正十二面体左后侧的六个面作为光纤陀螺安装面，加速度计安装于另外六个面；此时每个陀螺仪的安装轴上均有一个加速度计，加速度计安装位和光纤陀螺敏感环安装位相对布置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春熹，宋来亮，晁代宏，赵新强，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：