[實用新型]基于超聲波電機的高精度小型化光纖陀螺尋北儀轉位機構

有效

• 申請號: 201520275334.X
• 申請日: 2015-04-29
• 公開（公告）號: CN204679081U
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 王映宇;周一覽;陳杏藩;舒曉武;劉承
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

技術領域

本實用新型涉及慣性導航技術及測量設備領域，尤其涉及一種基于超聲波電機的高精度小型化光纖陀螺尋北儀轉位機構。

背景技術

陀螺尋北儀，是利用陀螺測定地球自轉角速率在當地水平面投影方向(即真北方位)的一種慣性測量系統。陀螺尋北儀是一種精密慣性測量儀器，廣泛用于為火炮、地對地導彈和地面雷達等機動武器系統提供方位參考。

目前陀螺尋北儀，通常采用多位置尋北法在實施過程中，需要運動部件驅動陀螺轉動到指定方位。轉位完畢后，還需要鎖止機構保證陀螺轉位的角度精度。而現有的陀螺尋北系統中陀螺轉位機構為電磁電機驅動，經過一系列精密機械傳動后實現尋北陀螺的轉位。其鎖止機構亦多為機械機構，如銷孔結構等。這種機械轉位方式的陀螺尋北儀，雖然具有較高的尋北精度，但是其結構復雜，不僅對加工、裝配工藝要求高，還使得尋北儀體積大，重量重，無法滿足野外便攜、重量體積敏感環境下的使用需求，大大限制陀螺尋北儀的應用范圍。此外，由于采用電磁電機驅動，電機工作時產生的電磁輻射還會影響陀螺的測量精度，客觀上會制約陀螺尋北儀尋北精度的進一步提高。

發明內容

本實用新型的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于超聲波電機的高精度小型化光纖陀螺尋北儀轉位機構。

本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于超聲波電機的高精度小型化光纖陀螺尋北儀轉位機構，其特征在于，包括基座、編碼器安裝架、絕對式光電編碼器、中空超聲電機、超聲電機控制器、連軸墊片、陀螺支架、嵌入式控制器和電源模塊；其中，所述編碼器安裝架安裝于基座上；編碼器安裝架具有空心的圓柱形凸起，在圓柱形凸起頂部開有通孔；絕對式光電編碼器安裝于編碼器安裝架的圓柱形凸起內部，其轉軸穿出通孔；編碼器安裝架的圓柱形凸起置于中空超聲電機的圓柱形內孔中且保證同軸；連軸墊片連接中空超聲電機的轉子與絕對式光電編碼器的轉軸，使得絕對式光電編碼器能夠測量中空超聲電機的轉動角度；L形陀螺支架底面置于連軸墊片上，并用螺釘與中空超聲電機的轉子緊固安裝，使得中空超聲電機能夠帶動陀螺支架同步轉動；嵌入式控制器通過RS485通信電纜連接絕對式光電編碼器，通過RS232通信電纜連接超聲電機控制器，超聲電機控制器通過電纜與中空超聲電機連接；電源模塊分別通過電纜給絕對式光電編碼器、超聲電機控制器和嵌入式控制器提供+5V、+12V、+5V直流電源。

進一步地，所述絕對式光電編碼器為16位絕對式光電編碼器，體積小，能夠置于中空超聲電機內孔中。

進一步地，所述中空超聲電機具有內孔，可安裝絕對式光電編碼器，斷電自鎖，無磁場輻射；所述超聲電機控制器通過RS232通信協議接收外部指令，進而控制中空超聲電機，其具體指令包括正轉指令、反轉指令及停止指令。

本實用新型具有的有益效果是：本實用新型提出一種精度高、結構簡單、體積小、重量輕的光纖陀螺尋北儀轉位機構。本實用新型創新性提出采用精密驅動技術設計光纖陀螺尋北儀的轉位機構，首次引入超聲波電機設計全新轉位機構取代傳統復雜的機械式轉位機構及鎖止機構，能夠大大簡化轉位機構的結構。采用該轉位機構組成的光纖陀螺尋北儀在不降低尋北精度的情況下，可以大幅減小尋北儀體積和重量，填補了對當前高精度尋北儀轉位機構小型化、輕量化技術空白。

附圖說明

圖1基于超聲波電機的光纖陀螺尋北儀轉位機構裝配圖；

圖2轉位機構編碼器安裝架結構設計圖；

圖3基于超聲波電機的光纖陀螺尋北儀轉位機構效果圖；

圖4基于超聲波電機的光纖陀螺尋北儀轉位機構系統框圖；

圖5基于超聲波電機的光纖陀螺尋北儀轉位機構轉位控制流程圖；

圖中：基座1、編碼器安裝架2、絕對式光電編碼器3、中空超聲電機4、超聲電機控制器5、連軸墊片6、陀螺支架7、嵌入式控制器8、電源模塊9。

具體實施方式

多位置法光纖陀螺尋北的關鍵技術之一是尋北儀轉位機構的設計。以四位置尋北法為例，其轉位機構必須能夠精確轉動、停止(鎖止)，實現互為90°的四個位置的切換。實現精密轉位除了采用精密機械的轉位及鎖止機構外，還可采用精密驅動技術來實現。超聲波電機作為精密驅動技術的典型代表，利用壓電陶瓷的逆壓電效應和超聲振動來獲得其運動和力矩，將材料的微觀變形通過機械共振放大和摩擦耦合轉換成轉子的轉動。超聲電機結構簡單、小型輕量、響應速度快、扭矩大、斷電自鎖、無磁場干擾，運動準確等特點能夠很好的契合光纖陀螺尋北儀轉位機構的使用需求。