一种光电分离的光纤陀螺仪制造技术

本发明专利技术涉及一种光电分离的光纤陀螺仪，包括光路结构和电路结构，两种结构独立分离，其中光路结构包括上端盖、内罩、光纤环骨架、掺铒光源无源组件和隔热垫片，电路结构包括电路盒盒体、电路盒上盖、发热元器件激光器、发热元器件达林顿管和电路板；本发明专利技术对独立分离的光路结构和电路结构进行了优化设计，不仅对其结构进行了巧妙设计，使得其整体结构紧凑，布局合理，占用空间小，体积轻，而且对其选用的材料进行了优选，使得光纤陀螺仪结构刚度较好，具有足够高的结构固有频率，抗力学性能较好，同时本发明专利技术使得对温度较为敏感的核心部件远离热源，降低了环境温度对陀螺仪性能参数的影响，确保了光纤陀螺仪的精度和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤陀螺仪结构设计技术，具体涉及一种光电分离的光纤陀螺仪结构，属于光纤陀螺仪

技术介绍
光纤陀螺仪是一种基于Sagnac效应的新型全固态惯性仪表，用来测量载体的角速率，在飞行器整个生命周期中必须保持工作良好，是飞行载体不可或缺的组成单元。光纤陀螺仪光路主要由光源、耦合器、Y波导、光纤环、探测器组成。从光源发出的光经2X2单模光纤耦合器进入Y波导，光在光纤环中沿相反方向传播，然后回到Y波导的合光点上发生干涉，干涉光波再次经过2X2单模光纤耦合器，到达探测器。当光纤陀螺绕光纤环轴向旋转时，由于Sagnac效应，两束相向传播的光束之间将产生光程差，进而产生相位差，形成干涉。通过光电探测器检测干涉光强的变化就可以测量出转速。其中光纤环是光纤陀螺仪敏感角速度的关键部件，它采用几百米至几千米的光纤绕成多匝的光纤环。如果光纤环的温度场发生变化，光纤环每一点的温度随时间变化，而两束光波经过该点的时间不同(除了光纤线圈中点)，它们所经历的光程也不同，从而产生相位差，这种现象也称为shupe效应，Shupe效应产生的非互易相移与旋转引起的萨格奈克相移无法区分。为了提高光纤陀螺仪的温度性能，需要将陀螺仪的核心部件-光纤环远离热源。光电一体化的陀螺，陀螺的光电器件、电路板都紧靠光纤环，当传感器工作时，器件本身温度会有所上升，并通过辐射和传导的方式影响光纤环。温度已成为光纤陀螺迈向工程化所面临的难题之一。任何具有电阻的光电器件都是一个内部热源，当传感器工作时，器件本身温度会有所上升，从而影响到器件的性能与工作可靠性，同时这种温度变化还会影响到传感器其它部分的温度，因此，对光纤陀螺仪进行必要的热设计是保证光纤陀螺仪具有良好热稳定性的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种光电分离的的光纤陀螺仪，本专利技术将光纤陀螺仪结构进行光电分离设计，并对各部分结构进行优化，使得对温度较为敏感的核心部件远离热源，降低了环境温度对陀螺仪性能参数的影响，确保了光纤陀螺仪的精度和可靠性。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的:—种光电分离的光纤陀螺仪，包括光路结构和电路结构，两种结构独立分离，所述光路结构包括上端盖、内罩、光纤环骨架、掺铒光源无源组件和隔热垫片，所述电路结构包括电路盒盒体、电路盒上盖、发热元器件激光器、发热元器件达林顿管和电路板；所述光纤环骨架起承载作用，为台阶状圆筒结构，圆筒结构内部设有中间挡板，中间挡板上部设置光学元器件，下部设置掺铒光源无源组件，并通过底部法兰与隔热垫片固定连接，内罩套装在光纤环骨架外部并与光纤环骨架固定连接，上端盖从一端将光纤环骨架和内罩装入其中，并与光纤环骨架的底部法兰固定连接形成封闭结构；所述电路盒盒体起承载作用，电路盒盒体端面上分别安装电路板、发热元器件激光器和发热元器件达林顿管，电路盒上盖与电路盒盒体固定连接，将发热元器件激光器、发热元器件达林顿管和电路板装入其中形成封闭结构；所述光路结构和电路结构之间通过连接线连接。在上述光电分离的光纤陀螺仪中，光纤环骨架上靠近一端端面的内壁上对称设有若干个第一凸台，且所述第一凸台的上端面与光纤环骨架的端面齐平，用于与内罩连接。在上述光电分离的光纤陀螺仪中，光纤环骨架的上端面向外延伸形成外翻边，底部法兰上部设有台阶，所述内罩上端面向内延伸形成内翻边，内翻边上对称设有若干个第二凸台，内罩套装在光纤环骨架外部后，光纤环骨架的外翻边与内罩的内翻边相贴合，光纤环骨架的第一凸台与内罩的第二凸台位置对应并通过连接件连接固定，且台阶的外壁面与内罩下部的内壁面相贴合并通过连接件连接固定，光纤环骨架外壁与内罩内壁之间形成的环形空腔内用于放置光纤。在上述光电分离的光纤陀螺仪中，外翻边的外圆直径与台阶的外圆直径相等。在上述光电分离的光纤陀螺仪中，电路盒盒体端面上设有若干个凸台，用于与电路板进行连接。在上述光电分离的光纤陀螺仪中，电路盒盒体中部开设凹槽，所述若干个凸台设置在凹槽内，使得电路板安装在凸台后，电路板基板与电路盒盒体端面齐平，发热元器件激光器和发热元器件达林顿管则安装在电路盒盒体的端面上，发热元器件探测器安装在电路板上。在上述光电分离的光纤陀螺仪中，连接光路结构和电路结构之间的连接线包括光纤和导线。在上述光电分离的光纤陀螺仪中，光纤环骨架和内罩均采用高磁导率软磁合金，具体为铁镍合金，所述光纤环骨架为一体化结构。在上述光电分离的光纤陀螺仪中，隔热垫片和上端盖采用非金属材料，所述非金属材料为低密度环氧玻璃布层压板，密度为1.7?1.9g/cm3。在上述光电分离的光纤陀螺仪中，电路盒盒体和电路盒上盖采用热的良导体材料，具体为硬铝合金，表面进行黑色阳极氧化处理。在上述光电分离的光纤陀螺仪中，掺铒光源无源组件采用模块化设计，可作为光纤陀螺仪的一个单独部件进行生产测试，掺铒光源无源组件包括波分复用器、反射镜、铒纤和隔离器四个部分。在上述光电分离的光纤陀螺仪中，上端盖的壁厚为I?2mm、内罩的壁厚I?2mm、光纤环骨架的壁厚为1.5?2.5mm、隔热垫片的厚度为I?2mm。本专利技术与现有技术相比的优点在于:(I)、本专利技术的光纤陀螺仪采用光路和电路独立分离结构，光路结构中无热源，保证了内部的温度稳定而均匀；并合理布置电路结构中发热元器件，使温度敏感的元器件远离热源，降低了温度梯度对陀螺仪的影响，保证了陀螺仪的精度和可靠性；(2)、本专利技术对独立分离的光路结构和电路结构进行了优化设计，不仅对其结构进行了巧妙设计，使得其整体结构紧凑，布局合理，占用空间小，体积轻，而且对其选用的材料进行了优选，使得光纤陀螺仪结构刚度较好，具有足够高的结构固有频率，抗力学性能较好，提高了光纤陀螺仪发射阶段的可靠性；(3)、本专利技术光纤陀螺仪光路结构的光纤环骨架设计中充分实现了结构功能集成化和一体化，光纤环骨架设计成一体式形式，在实现光路安装的基础上，充分利用剩余空间，掺铒光源无源组件采用错位式安装在光纤环骨架腔体内部，减小了光纤陀螺仪的体积，此外光纤环骨架具有良好的抗振动和冲击特性，有利于陀螺振动性能的改进；(4)、本专利技术的光纤陀螺仪光路结构的光纤环骨架和内罩选用了高磁导率软磁合金材料，对光纤环骨架进行单独磁屏蔽设计，降低了光纤陀螺仪周边磁场强度，确保了光纤陀螺仪的精度和可靠性；(5)、本专利技术的光纤陀螺仪的电路结构件采用了黑色阳极氧化的表面处理方法，在基材表面制备具有高吸收高发射热辐射系数的涂层，增加了热辐射通道，加快了热量的对外福射；￠)、本专利技术的光纤陀螺仪的光路结构件上端盖和底座选用了非金属材料，此设计兼顾了隔热及保温要求，切断了热源与热敏感部件的热传递通道，使热敏感部件处于了一个温度相对稳定的环境，避免了光纤陀螺仪随外界环境而产生温度变化；(7)、本专利技术的光纤陀螺仪电路结构采取了热传导的散热设计，电路盒盒体结构选取了热导系数较大的金属材料，并且对电路结构进行了巧妙设计，将发热元器件安排在合理位置，不仅使得结构更加紧凑，减小体积，而且可以有效的将内部的热量快速传导出去；(8)、本专利技术光电连接部分通过光纤缓冲保护，铠装管绝缘保护来避免光纤及导线受外力，有效提高产品可靠性。结构件互换性和装配工艺性较好。【附图说明】图1为本专利技术光纤陀螺仪的构成示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电分离的光纤陀螺仪，其特征在于：包括光路结构(1)和电路结构(2)，两种结构独立分离，所述光路结构(1)包括上端盖(11)、内罩(12)、光纤环骨架(13)、掺铒光源无源组件(14)和隔热垫片(15)，所述电路结构(2)包括电路盒盒体(21)、电路盒上盖(22)、发热元器件激光器(23)、发热元器件达林顿管(24、25)和电路板(26)；所述光纤环骨架(13)起承载作用，为台阶状圆筒结构，圆筒结构内部设有中间挡板(13‑4)，中间挡板(13‑4)上部设置光学元器件，下部设置掺铒光源无源组件(14)，并通过底部法兰(13‑1)与隔热垫片(15)固定连接，内罩(12)套装在光纤环骨架(13)外部并与光纤环骨架(13)固定连接，上端盖(11)从一端将光纤环骨架(13)和内罩(12)装入其中，并与光纤环骨架(13)的底部法兰(13‑1)固定连接形成封闭结构；所述电路盒盒体(21)起承载作用，电路盒盒体(21)端面上分别安装电路板(26)、发热元器件激光器(23)和发热元器件达林顿管(24、25)，电路盒上盖(22)与电路盒盒体(21)固定连接，将发热元器件激光器(23)、发热元器件达林顿管(24、25)和电路板(26)装入其中形成封闭结构；所述光路结构(1)和电路结构(2)之间通过连接线连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何北，闾晓琴，高峰，王宁，贺广治，黄鑫岩，
申请(专利权)人：北京航天时代光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11