第6章 惯性元件 惯性导航PPT.ppt

2.光纤干涉陀螺 光纤干涉陀螺是根据Sagnac环形干涉原理发展而来的。 PM 相位调制器 PSD 相敏解调器 SF伺服放大器 PT相位变换器 高精度光纤陀螺 陀螺精度国内最高 零偏稳定性0.02o/h (1?） 标度因数非线性50ppm 动态范围： ±300°/s 工作温度： -40?C ? +60?C 轻小型三轴光纤陀螺 国内最小、最轻的三轴组合 重量: 800g 小型中精度光纤陀螺 零偏稳定性0.2o/h (1?） 标度因数非线性100ppm 动态范围: ±500°/s 重量: 200g 法国IXSEA公司研制的高精度光纤陀螺精度为0.001?/h 美国LITTON公司正在 研制战略级光纤陀螺 精度达10-4 ?/h量级 6.3 加速度计 惯性导航的基础是对加速度的测量,加速度计用来测量飞机的线加速度，提取后通过积分获得速度和位置,并输出电信号供导航计算和控制飞机。惯导中重要元件之一，航空导航中应用最广的是液浮摆式加速度计和挠性加速度计。 加速度本身难以直接测量，因此通过测量敏感质量块上形成的惯性力，间接测量载体受到的加速度。 在惯性空间，加速度计无法区分惯性力和万有引力。因此加速度计的输出反映的是单位检测质量所受的惯性空间的合力，即惯性力与万有引力的矢量和。 加速度计的测量值，是载体相对于惯性空间的绝对加速度和导航系统所在地的万有引力加速度 的和值，称为“比力”。（比力——Specific Force ） 因此，比力也被称为“非引力加速度”，要想使加速度计的测量值与惯性加速度联系起来，就必须对重力场有所了解。 按测量的运动方式分类： ①线加速度计 ②摆式加速度计(如：液浮、挠性等 ) 按支承输出轴的方式分类： ①宝石 ②液浮 ③挠性 按测量加速度计的原理和工作分类： ①宝石轴承摆式 ②液浮摆式 ③挠性摆式 ④陀螺摆式 ⑤压阻式 ⑥压电式 ⑦石英振梁式 ⑧激光和光纤式等 按检测方式是否反馈分类： ① 开环加速度计（结构简单、易维护） ② 闭环加速度计(力反馈式加速度计 ) 按照精度高低来分类： ① 高精度 ② 中等精度 ③ 低精度 一 摆式加速度计原理 摆式加速度计包括：重锤（摆锤）、平衡弹簧、输出或显示装置。 质量为m的重锤用臂长为l的金属挂在转轴y上。转轴两端用轴承支承在壳体上。弹簧内端与转轴固连，外端与壳体固连。当转轴相对壳体转动时，可产生一个扭转力矩，其大小与转轴转动的角度成正比，即 ,(?为转轴转角，k为弹性系数)， 的方向是力求使转轴转过的偏角恢复为零。 当飞机有沿x轴的加速度是，摆锤受惯性力作用方向与加速度相反。摆锤在惯性力作用下绕y轴产生转动力矩，使摆和y轴转动，偏离起始位置。 当?很小时，cos ? ≈1，sin?≈0 得 当力矩达到平衡时，转轴停止转动： 二 惯导对加速度测量的要求 1.灵敏限小:灵敏限为加速度计能感受的最小加速度值。如不能测量，带来速度误差和距离误差。惯导中要求在10-5g以下。 2.摩擦力距小:摩擦力距直接影响到加速度计的灵敏限。惯导用加速度计转轴上的摩擦力距必须控制在9.8*10-9牛顿米以内。这个要求非常苛刻，任何精密仪表轴承无法达到，要特殊支承技术，是加速度计的关键技术。 3.量程大：指测量加速度的最大值和最小值的范围。飞机上要求测量的范围为10-5g-6g ，最大可达12g甚至20g。要求转轴转角小，保证输入输出成线性关系。需增大弹簧刚度，采用电弹簧代替机械弹簧，把转角控制在几角秒至几角分之内。 三 液浮摆式加速度计 液浮摆式加速度计广泛用于惯导系统中，有两种 结构，一种是用弹性扭杆产生弹性力矩的摆式加速度 计，另一种是用力矩器产生平衡力矩的摆式加速度计 ，二者均为液悬浮式。 1.弹性扭杆液浮加速度计 由重锤、浮筒、弹性扭杆、信号器、宝石轴承、 密封壳体等组成。基本原理与前面所述内容相同，都 是用重锤敏感加速度。 空心圆筒把重锤密封起来（浮筒组件），一端通过宝石轴承与壳体相连，另一端用弹性扭杆与壳体相连，弹性扭杆代替前述中的弹簧产生恢复力矩，浮筒与壳体之间充满液体（产生浮力、减少摩擦、增加阻尼）。弹性扭杆刚度不可能做得很大，因此摆的转角不可能很小，输出线性度较差。并受温度影响产生较大误差，用于惯导初期和要求不太高的装置中。 2.具有平衡回路的液浮摆式加速度计 这种加速度计原理与弹性 扭杆是基本相同。不同之处在 于，在输出轴上加装一个力矩 器取代弹性扭杆，作用相当于 弹性扭杆，靠电流控制产生力 矩，故称电弹簧。弹性系数可 以很大，摆锤转角很小，输出 线性度好。设有温控系统，保 证浮力和稳定度。也称闭环结 构。