[发明专利]一种用于煤炭行业的定位定向仪光纤捷联惯性测量单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于煤炭行业的定位定向仪光纤捷联惯性测量单元，是利用基座决定了安装在其上的定位定向仪所需零件的坐标关系，属于煤炭行业瓦斯抽采孔钻机定位定向仪技术领域。 

背景技术

对于瓦斯矿井，必须先抽采瓦斯再采煤。这就要求在井下施工大量的瓦斯抽采孔，为保证高的瓦斯抽采率，要求施工钻机按照预先设计的方位角与俯仰角进行打孔作业。这样就必须测量钻机的姿态信息，以保证钻机姿态最终调整到预先设计的方位角与俯仰角。目前，公知的井下钻机方位角、俯仰角的确定是靠人工测量的方式来完成，其借助于巷道本身的方位角，通过人工投影与几何测量的方法来确定井下钻机的姿态信息。这种人工测量的方法缺点明显：耗费大量人力、测量时间长、测量误差大，难以满足快速精确测量的实际要求。 

基于捷联惯性技术的定位定向仪特点是不需要任何外界信息仅靠仪器自身可以自动测量载体的姿态角，可以很好地适用于煤炭矿井行业。但是在设计捷联惯性单元时，需使其组件（陀螺仪和加速度计）有严格的空间正交关系。 

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种用于煤炭行业的定位定向仪光纤捷联惯性测量单元。 

一种用于煤炭行业的定位定向仪光纤捷联惯性测量单元，包括惯性测量单元基座、三轴光纤陀螺组合、三轴加速度计组合、外壳组合； 

惯性测量单元基座包括底板、侧壁、安装爪； 

侧壁环绕固定在底板四周，底板固定连接四个安装爪，侧壁外部四周加工有用于固定惯性测量单元外壳的螺钉孔，四个安装爪与底板一起构成了整个惯性测量单元的底板安装面，底板尾部外侧设有两个侧向底板基准面，基座前侧的底板上设有三轴加速度计组合水平基准，后侧和中端的底板上设有三轴光纤陀螺组合水平基准，基座前侧壁设有三轴加速度计组合垂 直基准，后侧壁上设有三轴光纤陀螺组合垂直基准； 

三轴光纤陀螺组合包括了IMU支架、光纤陀螺敏感环、光纤陀螺集成处理模块； 

IMU支架上设有安装光纤陀螺敏感环和光纤陀螺集成处理模块的安装面，底部及侧面设有三轴光纤陀螺组合水平定位基准面和侧向定位基准面，用于与基座中三轴光纤陀螺组合水平基准和三轴光纤陀螺组合垂直基准配合，IMU支架上部采用斜面圆弧设计；三个光纤陀螺敏感环分别固定在IMU支架的安装面上，三个光纤陀螺敏感环根据IMU支架的安装基准布置成空间正交关系，共同构成了惯性测量单元的测量坐标系；光纤陀螺集成处理模块固定在IMU支架的安装面上，光纤陀螺集成处理模块处理三个光纤陀螺敏感环的光路和电路信号； 

三轴加速度计组合包括加速度计和加表支架； 

三个加速度计正交布置，固定在加表支架上；加表支架底面和侧面设有三轴加速度计组合水平定位基准面和侧向定位基准面，用于与基座中三轴加速度计组合水平基准的三轴加速度计组合垂直基准配合，通过基座水平基准、垂直基准与三轴光纤陀螺组合、三轴加速度计组合的水平定位基准面和侧向定位基准面进行配合，保证三轴加速度计组合和三轴光纤陀螺组合具有一致的测量坐标系； 

外壳模块包括外壳、电连接器、计算机板； 

外壳上设有螺钉孔，用于与惯性测量单元基座侧壁的螺钉孔配合，计算机板通过电路板支柱固定在外壳内部，电连接器固定在外壳内部，计算机板采集并处理捷联惯性单元的信号，计算机板通过电连接器实现与外部控制系统的数据交互。 

本发明的优点在于： 

本发明所述的定位定向仪惯性测量单元，其主要敏感元件实现了模块化设计和布局，具有体积小、重量轻，易于加工和维护的优势，并且实现了惯性测量单元的全固态和全密闭设计，尤其适用于井下等恶劣环境的应用。 

附图说明

图1定位定向仪光纤捷联惯性测量单元组成； 

图2惯性测量单元基座； 

图3惯性测量单元基座俯视图； 

图4三轴光纤陀螺组合； 

图5三轴加速度计组合； 

图6外壳组合。 

图中： 

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。 

本发明是一种用于煤炭行业的定位定向仪光纤捷联惯性测量单元，所述的惯性测量单元组成为“光纤陀螺+石英挠性加速度计”，采用模块化设计； 

如图1所示，惯性测量单元包括惯性测量单元基座1、三轴光纤陀螺组合2、三轴加速度计组合3、外壳组合4。