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专利名称：应用于陀螺仪位置监测中的光电检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于陀螺仪位置监测中的光电检测装置，属于电子信息技术应用产品结构的技术领域，具体说属于电子信息技术产品中主要应用于陀螺仪位置监测，特别是利用光电检测装置和方法监测陀螺仪位置的产品结构的技术领域。
背景技术：
我们知道人们利用陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪 (gyroscope)，它在科学、技术、军事等各个领域有着广泛的应用。比如回转罗盘、定向指示仪、炮弹的翻转、陀螺的章动、地球在太阳(月球)引力矩作用下的旋进(岁差)等，尤其是在航海中有着更广泛的应用。但是，现有技术手段在监测陀螺仪角位置时由于受温度影响功耗较大、而且机械结构复杂，当陀螺球与随动球仪发生相对线位移时容易出现角度检测精度降低的问题。目前，在监测陀螺仪角位置时用到的技术手段主要分为两类其一、利用电磁信号器监测陀螺仪在浮液中的位置；在陀螺仪表面固定电磁铁，在电磁线圈中加入交流激励和随动球相对应的位置安装电磁线圈，通过检测电磁线圈中的感应电流的方向来判断陀螺仪的旋转方向，从而随动球跟踪陀螺仪的位置；但是由于交流激励功耗较大，容易对周边其他电器造成干扰，而且电磁线圈对电磁铁有反作用力矩，从而对陀螺仪造成干扰力矩，影响精度。其二、利用浮液电阻监测陀螺仪在浮液中的位置；在陀螺仪外表面设置一个或两个电极，在随动球内腔壁与之对应的位置设置两个探测电极；随动球在供电电极施加交流激励，与陀螺仪相对应的位置的那两个探测电极将利用导电的浮液形成可变电阻，通过判断该电阻阻值的大小来判断陀螺仪位置。但是由于需要导电浮液，而浮液的电阻和密度受温度影响较大，容易造成温漂；我们知道浮液都是电解液，其导电性能与电阻率和距离有关，而且浮液和金属外壳都有热胀冷缩的特性，导致容积必然发生变化，距离也随之发生改变。另外由于金属、非金属材料较多，随温度变化的特性并不相同，所以，必然导致温漂；影响精度；而且抗震性能也较差。由于陀螺仪检测精度要求在0. 1°，对于周长360mm来说，意味着检测的位移精度必须小于0. 1mm。按照规范要求，从_15°C _55°C，引起1 %的形变，所引起的误差已远远超过限值。因此，温度对于系统性能的影响不可忽视。

发明内容
本发明提供了结构简单的一种应用于陀螺仪位置监测中的光电检测装置，以解决在监测陀螺仪角位置时由于受温度影响出现角度检测精度降低的问题，以实现克服现有技术监测陀螺仪角位置时功耗大、干扰大、存在干扰力矩、以及温漂大等缺点的目的。为达到上述目的本发明的技术方案是一种应用于陀螺仪位置监测中的光电检测装置，所述陀螺仪包括陀螺球和随动球，所述的随动球和陀螺球为刚性密封的中空球体，该陀螺球位于所述的随动球内部，两者之间满充着电解浮液；其中所述的随动球外表面紧固连接第一光电位置探测器和第二光电位置探测器，该第一光电位置探测器和第二光电位置探测器互成90度角正交布置；所述的陀螺球内表面紧固连接至少一对激光二极管组件，所述的激光二极管组件两两互成90度角正交布置；所述的第一光电位置探测器通过信号输出线缆B和处理模块电性连接；所述的第二光电位置探测器通过信号输出线缆A和处理模块电性连接。所述第一光电位置探测器包括镶嵌在所述随动球外表面的平面透镜B和与其中心对称设置且截面为U型的探测器壳；所述的探测器壳沿周边通过呈均勻分布的至少一个探测器紧固螺钉与该随动球外表面紧固连接；所述的探测器壳内成中心对称设置光敏感器件，该光敏感器件电性连接设置于该探测器壳内的光电信号调理电路，该光电信号调理电路通过信号输出线缆B电性连接处理模块；所述的信号输出线缆B为6芯电缆，包括2芯电源输入和4芯、2路的电流输出；所述的激光二极管组件包括成中心对称的嵌入二极管固定管座上的激光二极管； 该二极管固定管座通过至少一个点焊点与该陀螺球内表面紧固连接并与镶嵌在所述陀螺球表面的平面透镜A中心对称；所述的激光二极管发出激光束，穿过平面透镜A和平面透镜B与光敏感器件光学导通。所述第二光电位置探测器包括镶嵌在所述随动球外表面的平面透镜B和与其中心对称设置且截面为U型的探测器壳；所述的探测器壳沿周边通过呈均勻分布的至少一个探测器紧固螺钉与该随动球外表面紧固连接；所述的探测器壳内成中心对称设置光敏感器件，该光敏感器件电性连接设置于该探测器壳内的光电信号调理电路，该光电信号调理电路通过信号输出线缆A电性连接处理模块；所述的信号输出线缆A为6芯电缆，包括2芯电源输入和4芯、2路的电流输出；所述的激光二极管组件包括成中心对称的嵌入二极管固定管座上的激光二极管； 该二极管固定管座通过至少一个点焊点与该陀螺球内表面紧固连接并与镶嵌在所述陀螺球表面的平面透镜A中心对称；所述的激光二极管发出激光束，穿过平面透镜A和平面透镜B与光敏感器件光学导通。所述平面透镜A通过环氧树脂胶封和该陀螺球球表面密封连接；所述平面透镜B 通过环氧树脂胶封和该随动球球表面密封连接。所述处理模块包括仪表放大器A，仪表放大器B，仪表放大器C，仪表放大器D，低通滤波器和A/D转换器；所述的仪表放大器A和仪表放大器B电性连接低通滤波器；所述的仪表放大器C和仪表放大器D电性连接低通滤波器；该低通滤波器与A/D转换器电性连接；所述的A/D转换器与双向连接通讯接口的微处理器电性连接；所述的仪表放大器A接收来自于信号输出线缆A第一路电流信号输出il和第一路电流信号返回i2 ；所述的仪表放大器B接收来自于信号输出线缆A第二路电流信号输出i3和第二路电流信号返回i4;所述的仪表放大器C接收来自于信号输出线缆B第一路电流信号输出i5和第一路电流信号返回i6 ；所述的仪表放大器D接收来自于信号输出线缆B第二路电流信号输出i7和第二路电流信号返回i8 ；形成当所述的微处理器检测到两个光电位置探测器的各两路电路电流信号之后， 计算得出该陀螺球和该随动球之间角位置偏差的结构。该角位置偏差角α =arctg((Xl-Xl' )/(χ2-χ2'))，若除数为0，则式中的除数与被除数位置颠倒后再计算；其中坐标Ul'，yl')和(χ2'，y2')是随动球坐标(xl， yl)在与陀螺仪坐标(x2，y2)发生角度α后的新坐标。采用本发明的技术方案具有如下优点1)发光管技术成熟寿命较长；2)发光管供电需要直流电源，电磁干扰小；3)光敏感器件在其他领域应用较成熟，监测精度高；4)发光器件和光敏感器件在一定温度范围内不受温度影响，不会因为温漂影响精度；5)发光器件和监测器件体积较小且安装容易；6)可以检测出陀螺仪与随动球之间相对线位移，提高角度检测精度；7)在小角度变化时，随动球不用转动(二轴光位置探测器有一定宽度)，提高陀螺系统的寿命和可靠性；8)光电检测响应速度快，可以适应更高转速的运动测试领域。本法明还保护一种陀螺仪，该陀螺仪设置有上述的光电检测装置。


图1为本发明光-电转换及信号处理结构示意图；图2为本发明第一光电位置探测器的结构示意图；图3为本发明第二光电位置探测器的结构示意图；图4为本发明处理模块的工作原理图。图中标号说明
权利要求
1.一种应用于陀螺仪位置监测中的光电检测装置，所述陀螺仪包括陀螺球(500)和随动球(300)，所述的随动球(500)和陀螺球(300)为刚性密封的中空球体，该陀螺球(300) 位于所述的随动球(500)内部，两者之间满充着电解浮液G00)；其特征在于所述的随动球(500)外表面紧固连接第一光电位置探测器(10)和第二光电位置探测器(11)，该第一光电位置探测器(10)和第二光电位置探测器(11)互成90度角正交布置； 所述的陀螺球(300)内表面紧固连接至少一对激光二极管组件000)，所述的激光二极管组件(200)两两互成90度角正交布置；所述的第一光电位置探测器(10)通过信号输出线缆B (602)和处理模块(700)电性连接；所述的第二光电位置探测器(11)通过信号输出线缆A(601)和处理模块(700)电性连接。
2.如权利要求1所述的应用于陀螺仪位置监测中的光电检测装置，其特征在于，所述第一光电位置探测器(10)包括镶嵌在所述随动球(500)内表面的平面透镜B(109)和与其中心对称设置且截面为U型的探测器壳(106)；所述的探测器壳(106)沿周边通过呈均勻分布的至少一个探测器紧固螺钉(108)与该随动球(500)内表面紧固连接；所述的探测器壳(106)内成中心对称设置光敏感器件(107)，该光敏感器件(107)电性连接设置于该探测器壳(106)内的光电信号调理电路(104)，该光电信号调理电路(104) 通过信号输出线缆B(6(^)电性连接处理模块(700)；所述的信号输出线缆B (602)为6芯电缆，包括2芯电源输入和4芯、2路的电流信号输出；所述的激光二极管组件(200)包括成中心对称的嵌入二极管固定管座(20 上的激光二极管O01)；该二极管固定管座(20 通过至少一个点焊点(10 与该陀螺球(300)内表面紧固连接并与镶嵌在所述陀螺球(300)表面的平面透镜A(102)中心对称；所述的激光二极管(201)发出激光束(105)，穿过平面透镜A (10 和平面透镜B (109) 与光敏感器件(107)光学导通。
3.如权利要求1所述的应用于陀螺仪位置监测中的光电检测装置，其特征在于，所述第二光电位置探测器(11)包括镶嵌在所述随动球(500)外表面的平面透镜B(109)和与其中心对称设置且截面为U型的探测器壳(106)；所述的探测器壳(106)沿周边通过呈均勻分布的至少一个探测器紧固螺钉(108)与该随动球(500)外表面紧固连接；所述的探测器壳(106)内成中心对称设置光敏感器件(107)，该光敏感器件(107)电性连接设置于该探测器壳(106)内的光电信号调理电路(104)，该光电信号调理电路(104) 通过信号输出线缆A(601)电性连接处理模块(700)；所述的信号输出线缆A(601)为6芯电缆，包括2芯电源输入和4芯、2路的电流输出； 所述的激光二极管组件(200)包括成中心对称的嵌入二极管固定管座(20 上的激光二极管O01)；该二极管固定管座(20 通过至少一个点焊点(10 与该陀螺球(300)内表面紧固连接并与镶嵌在所述陀螺球(300)表面的平面透镜A(102)中心对称；所述的激光二极管(201)发出激光束(105)，穿过平面透镜A (10 和平面透镜B (109)与光敏感器件(107)光学导通。
4.如权利要求2或3所述的应用于陀螺仪位置监测中的光电检测装置，其特征在于，所述平面透镜A (10 通过环氧树脂胶封(101)和该陀螺球(300)球表面密封连接；所述平面透镜B(109)通过环氧树脂胶封(101)和该随动球(500)球表面密封连接。
5.如权利要求1-3所述的任一应用于陀螺仪位置监测中的光电检测装置，其特征在于，所述处理模块(700)包括仪表放大器A，仪表放大器B，仪表放大器C，仪表放大器D，低通滤波器和A/D转换器；所述的仪表放大器A和仪表放大器B电性连接低通滤波器；所述的仪表放大器C和仪表放大器D电性连接低通滤波器；该低通滤波器与A/D转换器电性连接；所述的A/D转换器与双向连接通讯接口的微处理器电性连接；所述的仪表放大器A接收来自于信号输出线缆A(601)第一路电流信号输出il和第一路电流信号返回i2 ；所述的仪表放大器B接收来自于信号输出线缆A(601)第二路电流信号输出i3和第二路电流信号返i4;所述的仪表放大器C接收来自于信号输出线缆B (60 第一路电流信号输出i5和第一路电流信号返i6;所述的仪表放大器D接收来自于信号输出线缆B (60 第二路电流信号输出i7和第二路电流信号返i8 ；形成当所述的微处理器检测到两个光电位置探测器的各两路电路电流信号之后，计算得出该陀螺球(300)和该随动球(500)之间角位置偏差的结构。
6.如权利要求5所述的应用于陀螺仪位置监测中的光电检测装置，其特征在于，该角位置偏差角α =arctg((Xl-Xl' )/(χ2-χ2'))，若除数为0，则式中的除数与被除数位置颠倒后再计算；其中坐标(xl' , yl')和(x2' , y2')是随动球坐标(xl，yl)在与陀螺仪坐标(x2，y2)发生角度α后的新坐标。
7.一种陀螺仪，其特征在于，该陀螺仪设置有如权利要求1至6中任意一项所述的光电检测装置。
全文摘要
本发明公开了一种应用于陀螺仪位置监测中的光电检测装置，属于利用光电检测装置和方法监测陀螺仪位置的产品结构的技术领域。包括陀螺球和随动球，该随动球外表面紧固连接第一光电位置探测器和第二光电位置探测器，两探测器互成90度角正交布置；该陀螺球内表面紧固连接至少一对两两互成90度角正交布置的激光二极管组件，所述的光电位置探测器通过信号输出线缆和处理模块电性连接。采用这样的结构可以解决在监测陀螺仪角位置时由于受温度和随动球运动的影响出现角度检测精度降低的问题，以克服现有技术监测陀螺仪角位置时功耗大、干扰大、存在干扰力矩、动态精度不高、温漂大以及响应不及时等的缺点。
文档编号G01C19/28GK102269588SQ20111015661
公开日2011年12月7日 申请日期2011年6月13日 优先权日2011年5月10日
发明者李常伟 申请人:北京海兰盈华科技有限公司