Малогабаритный блок инерциальных и магнитометрических чувствительных элементов

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к области приборостроения, и может найти применение в системах навигации, ориентации и управления движением различных объектов.

Малогабаритный блок инерциальных и магнитометрических чувствительных элементов содержит три гироскопа, три акселерометра, три магнитометрических датчика, плату контроллера, микропроцессор. Корпус блока выполнен в виде прямоугольной трехгранной пирамиды, на гранях которой размещены микромеханические гироскопы и акселерометры, измерительные оси которых перпендикулярны граням пирамиды. Ось симметрии пирамиды расположена параллельно продольной оси подвижного объекта-носителя. На плате контроллера размещены микропроцессора три магнитометрических датчика, измерительные оси которых взаимно перпендикулярны и ориентированы по трем осям системы координат, связанной с объектом-носителем.

Техническим результатом является повышение точности определения углов ориентации подвижного объекта-носителя, а также существенное уменьшение массогабаритных характеристик блока. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к области приборостроения, и может найти применение в системах навигации, ориентации и управления движением различных объектов.

Известен микромеханический инерциальный измерительный блок [Патент РФ, 2058534, МКИ G01C 21/00, 1993], содержащий микромеханические чувствительные элементы, основание, электроды съема информации, при этом основание блока выполнено в виде параллелепипеда с базовыми плоскостями по его граням и внутренней плоскостью, основание закреплено на подложке, содержащей микросборки сервисной электроники, в полости основания размещен источник питания.

Недостатками данного инерциального блока являются сложность конструкции, большие габариты и невысокая точность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является инерциальный измерительный блок [Патент РФ, 2162203, МКИ G01C 21/00, приоритет от 13.03.2000 г.], содержащий микромеханические чувствительные элементы (гироскопы-акселерометры), размещенные на основании, закрепленном на подложке. Подложка выполнена в виде платы из диэлектрика, а основание - в виде правильной шестиугольной усеченной пирамиды, на боковых гранях которой размещены чувствительные элементы. Основание закреплено в центральной части подложки, а микросборки сервисной электроники установлены вокруг основания по периферии подложки.

Недостатком данного блока являются большая масса и габариты устройства, а также невысокая точность определения углов ориентации подвижного объекта-носителя.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение точности определения углов ориентации подвижного объекта-носителя, а также существенное уменьшение массогабаритных характеристик блока.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в блоке инерциальных и магнитометрических чувствительных элементов, содержащем корпус, первый, второй и третий измерительные преобразователи, каждый из которых содержит микромеханический гироскоп и акселерометр, первый, второй и третий магнитометрические датчики, плату контроллера, микропроцессор, источник питания и крышки, корпус может быть выполнен в виде прямоугольной трехгранной пирамиды, на гранях которой могут быть размещены первый, второй и третий измерительные преобразователи, соответственно. Измерительные оси гироскопов и акселерометров могут располагаться перпендикулярно граням прямоугольной пирамиды, на которых они установлены. Ось симметрии прямоугольной пирамиды может располагаться параллельно продольной оси подвижного объекта-носителя. На плате контроллера могут быть размещены микропроцессор, первый, второй и третий магнитометрические датчики так, чтобы их измерительные оси были взаимно перпендикулярны и ориентированы по трем осям системы координат, связанной с подвижным объектом-носителем.

При выполнении корпуса в виде прямоугольной трехгранной пирамиды и расположении ее оси симметрии параллельно продольной оси подвижного объекта-носителя уменьшаются массогабаритные характеристики блока. Размещение магнитометрических датчиков на плате контроллера и ориентация их осей чувствительности по трем осям системы координат, связанной с подвижным объектом-носителем позволяет в конечном итоге повысить точность определения углов ориентации подвижного объекта-носителя.

На чертеже представлена конструктивная схема малогабаритного блока инерциальных и магнитометрических чувствительных элементов.

Блок инерциальных и магнитометрических чувствительных элементов содержит корпус 1, первый измерительный преобразователь 2, второй измерительный преобразователь 3 и третий измерительный преобразователь 4. Каждый из трех измерительных преобразователей содержит микромеханический гироскоп и акселерометр, размещенные в едином металлокерамическом корпусе. Корпус 1 блока выполнен в виде прямоугольной трехгранной пирамиды, на гранях которой размещены первый 2, второй 3 и третий 4 измерительные преобразователи. Измерительные оси гироскопов и акселерометров расположены перпендикулярно граням прямоугольной пирамиды, на которых они размещены. Ось симметрии XX прямоугольной пирамиды расположена параллельно продольной оси подвижного объекта-носителя и совпадает с направлением полета. На плате контроллера 8 расположен микропроцессор 7, а также магнитометрические датчики 5 и 6. Датчик 5 выполнен двухкомпонентным. Измерительные оси магнитометрических датчиков взаимно перпендикулярны и ориентированы по трем осям системы координат, связанной с подвижным объектом-носителем. Плата контроллера 8 и плата источника питания 9 размещены у основания пирамиды и закрыты верхней крышкой 10 и нижней крышкой 11. Передняя часть корпуса 1 закрыта передней крышкой 12.

Предложенное устройство работает следующим образом. При движении объекта-носителя, на котором может быть установлен блок чувствительных элементов, на выходах первого 2, второго 3 и третьего 4 измерительных блоков появляются сигналы, пропорциональные проекциям вектора угловой скорости движения объекта и вектора его линейного ускорения на оси приборной системы координат, совпадающей с измерительными осями гироскопов и акселерометров. На выходах магнитометрических датчиков 5 и 6 также появятся сигналы, пропорциональные проекциям вектора магнитной напряженности Земли на оси системы координат, связанной с объектом-носителем. Сигналы с выходов всех чувствительных элементов поступают в микропроцессор 7 для дальнейшей обработки и выдачи команд в систему управления движением объекта-носителя.

Таким образом может быть осуществлено измерение углов ориентации подвижного объекта в земной системе координат.

Заявленный малогабаритный блок инерциальных и магнитометрических чувствительных элементов позволяет повысить точность определения углов ориентации подвижного объекта-носителя.

Габаритные размеры заявленного блока: диаметр 54 мм, длина 60 мм. Масса блока - 0,25 кг.

1. Малогабаритный блок инерциальных и магнитометрических чувствительных элементов, содержащий корпус, первый, второй и третий измерительные преобразователи, каждый из которых содержит микромеханический гироскоп и акселерометр, первый, второй и третий магнитометрические датчики, плату контроллера, микропроцессор, источник питания и крышки, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде прямоугольной трехгранной пирамиды, на гранях которой размещены первый, второй и третий измерительные преобразователи, соответственно.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измерительные оси гироскопов и акселерометров перпендикулярны граням прямоугольной пирамиды, на которых они размещены.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось симметрии прямоугольной пирамиды расположена параллельно продольной оси подвижного объекта-носителя

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на плате контроллера размещены микропроцессор, первый, второй и третий магнитометрические датчики, измерительные оси которых взаимно перпендикулярны и ориентированы по трем осям системы координат, связанной с подвижным объектом-носителем.