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机械制造:我国惯性仪器仪表的技术特点及发展综述
我国惯性仪器仪表的技术特点及发展综述
| 文章出自:论文发表 | 编辑:论文发表 | 点击: | 2013-04-02 23:33:24 |

  惯性仪器仪表是用于敏感运动体在惯性空间的角运动、线运动,进而获取运动体的姿态、位置、速度等信息,在航空、航天、航海、兵器以至国民经济中的石油、煤炭、汽车制造、机电工业、电子技术、控制科学和信息科技等领域都有着广泛的应用。惯性仪器仪表技术已成为衡量一个国家科学技术水平和国防实力的重要标志之一,是当前国家重点支持发展的行业。我国的惯性技术应用从无到有、从弱到强、从落后到比较先进,经历了创业、发展、创新三个大的阶段。目前,惯性技术在兵器装备中的应用领域极广,已经成为现代武器系统的重要支撑性技术之一,涉及到惯性器件、惯性导航、惯性制导、惯性稳定等技术,惯性技术已从传统的船舶导航、飞行器导航和导弹制导,拓展到瞄准线、火炮线或图像稳定、多种军用车辆导航、定位、精确打击弹药、姿态控制和导引、卫星定位、大地测量、钻探、海底电缆铺设,已经在海、陆、空、天等各个领域广泛应用。
  惯性仪器仪表行业主要包括加速度计和陀螺仪,因此分析惯性仪器仪表中的代表产品,就抓住了整个惯性仪器仪表行业的技术发展历程与趋势的脉搏。我国惯性技术的发展现状我国在惯性技术领域已经取得了很大的进步,逐渐缩短了与国外同行业的差距,下面就陀螺、加速度计、惯性测量组合三方面就惯性仪器仪表行业的发展现状作如下分析:
  陀螺技术的发展现状陀螺仪是惯性仪器仪表的基础之一,主要有液浮式陀螺仪、动力调谐式陀螺仪、压电式陀螺仪、微机电式陀螺仪、光纤式陀螺仪、激光式陀螺仪等。MEMS惯性仪表由硅片采用光刻和各向异性刻蚀工艺制造而成,具有显著的尺寸小、质量轻、成本低、可靠性高、抗振动冲击能力强,以及易批量生产等优点【11,主要应用于军事领域,广泛应用于战术导弹、炮弹的惯性导航系统,另一个主要应用领域是汽车领域。目前,陀螺仪的发展趋势是向高精度、低成本方向发展,动力调谐式陀螺仪是国内外使用最广泛的陀螺仪,而激光式陀螺仪则是国内外水平最高的陀螺仪。我国激光陀螺研究起步于20世纪80年代初期,90年代后期得到快速发展。中精度激光陀螺研制方面,其设计与力nI-r艺技术基本成熟,接近国外水平,由其组成的各类惯性系统已在火炮、陆地战车、导弹武器等领域内获得成功应用并批量生产。在高精度方面,其关键技术已取得了一系列重大突破,国内工程样机已达到0.0050/11。由高精度激光陀螺组成的捷联惯导系统已开始在航空领域及导弹武器领域应用12]。例如,中国航天科技集团公司一院12所研制的激光陀螺经过多年研究突破了整机结构、电气设计和标定测试的多项关键技术,完成了两个回合的研制。其研制的用于搭载试验的工程样机,在CZ.3A运载火箭成功发射北斗1号卫星中,搭载激光陀螺捷联惯性导航系统也取得了圆满成功,但距离批量生产还有一定距离。
  加速度计技术的发展现状加速度计是惯性仪器仪表的基础之一,主要有石英加速度计、液浮摆式加速度计、微机电加速度计、振弦式加速度计、振梁式加速度计等类型。石英加速度计是目前国内外水平最高的加速度计,是现今加速度计发展的先头兵。我国从80年代初开始石英加速度计的跟踪性研制,目前国内石英加速度计生产厂家约20余家,但就偏值(‰)、标度因数(岛)和非线性系数(恕)的性能,能满足高精度要求的还很少,尤其是满足偏值长期重复性(ako)和标度凶数长期重复性(%1)要求的更少。国内加速度计研制和生产主要分布在北京、河北、广西、重庆、西安、江苏等地区,而且市场的高低端产品的发展不均衡。高端产品主要应用于航天、航空、航海、兵器等领域,在航天、航窄、电子等领域,各生产企业不过一、二家,产品的毛利率普遍偏高。生产中低端产品的企业毛利率低,新产品开发相对滞后。近年来出现了引进国外低端产品制造技术的企业,其产品主要应用于汽车、消费类电子,产品价值相对较低。
  惯性测量组合的发展现状在惯性测量组合方面,随着陀螺、加速度计和计算机技术的发展,使得惯性测鼍逐渐向高精度、小型化、低成本方面发展,组合技术与工艺日益完善,产品附加值提高。依据所使用的加速度计和陀螺仪类型,构成了不同类型的惯性测量组合。惯性测量组合作为运载体的惯性敏感元件,用来测量载体在飞行过程中绕弹体(载体)三个轴转动的角速率,和沿载体轴三个方向的加速度,并将这些信息传递给控制系统,从而实现对载体的姿态稳定和制导飞行f31。我国的惯性测量组合起步于20世纪50年代。在80年代前,惯性测量组合的生产单位主要由航天部、航空部、电子部等所属的国有企业组成,所生产的惯性仪器仪表主要应用在航空航天、舰船、车辆等导航系统上。上世纪90年代后,随着中国电子工业的发展,惯性测量组合的应用逐步扩大,开始应用到车辆组合导航和动态测量、机器人导航和控制、无人机的控制。进入二十一世纪,尤其是近年来,随着汽车工业、航空航天、军事装备领域的高速发展,我国的惯性测量组合市场也出现了同步增长,成为全球发展最快的市场之一。而一些中高端制造企业经过多年追赶国际先进水平,在研发和制造水平上与国际水平差距逐步减小,部分技术已经达到国际水平。 

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