一种嵌入式微小型单轴光纤陀螺制造技术

本发明专利技术公开了一种嵌入式微小型单轴光纤陀螺，包括圆柱体的外壳和骨架，外壳内部结构分为三层结构；三层结构包括上层的信号处理板装配层，中层的光学器件装配层，以及下层的光源部分；光学器件装配层包括集成Y波导、耦合器、探测器和光纤环圈；光源部分包括超辐射发光光源和光源驱动板；环形环圈以四极对称绕法紧密绕制于骨架上；超辐射发光光源的输出端光纤穿过骨架，与位于中层的耦合器相连；探测器的信号引脚穿过光学器件装配层与信号处理板装配层中的信号处理板相连；信号处理板上设置有陀螺数字闭环控制电路。本发明专利技术实现了陀螺光路部分和电路部分的分离，整体设备整体空间得到极大的利用，同时沉入的陀螺部分极大的有利于陀螺的散热。

An Embedded Miniature Single Axis Fiber Optic Gyroscope

The invention discloses an embedded micro uniaxial fiber optic gyroscope, which comprises a cylindrical shell and a skeleton, and the inner structure of the shell is divided into three layers; the three-layer structure includes an upper signal processing board assembly layer, an intermediate optical device assembly layer, and a lower light source part; and the optical device assembly layer includes an integrated Y waveguide, an integrated Y waveguide, and an optical device assembly layer. Coupler, detector and optical fiber ring; light source part includes superluminescent light source and light source driving plate; ring is tightly wound on the framework by quadrupole symmetrical winding method; output fiber of superluminescent light source passes through the framework and connects with coupler located in the middle layer; signal pin of detector passes through optical device assembly. The layer is connected with the signal processing board in the assembly layer of the signal processing board, and a gyro digital closed-loop control circuit is arranged on the signal processing board. The invention realizes the separation of the optical and circuit parts of the gyroscope, makes great use of the overall space of the whole equipment, and at the same time, the sinking part of the gyroscope is greatly beneficial to the heat dissipation of the gyroscope.

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入式微小型单轴光纤陀螺
本专利技术涉及光纤陀螺惯性仪表领域，尤其涉及一种嵌入式微小型单轴光纤陀螺。
技术介绍
光纤陀螺作为惯性技术的核心器件之一，各种场合适用的光纤陀螺不断研制成功，且已广泛应用于战术导弹、伺服控制等系统。高精度和小型化是光纤陀螺的两个发展方向，前者是其战略意义上的需求，后者则主要体现在产业价值上。向体积小、高度集成、价格便宜、结构更牢固的嵌入式微型方向发展，为战术级应用提供坚固、廉价的惯性传感器对光纤陀螺的产业化发展。目前，世界上的光纤陀螺已在多个精度层次上得到发展，并广泛应用于海、陆、空、天等领域。在国内，光纤陀螺已成为0.01°/s到0.015°/h首选的角速度测量器件，大量应用于铁轨测量、石油钻井、伺服跟踪、姿态控制、制导武器等领域。相比于以俄罗斯VG系列为代表的开环光纤陀螺产品，数字闭环光纤陀螺在动态范围、线性度、寿命和工程化水平等方面具有绝对的优势。微小型化光纤陀螺面临设计和工程化上的双重困难，追求体积小、重量轻势必导致光纤陀螺敏感核心的光纤环圈规格变小，随之直接影响光纤陀螺的设计性能降低；同时，在极小体积下的光纤陀螺如何设计其光学部分、电路部分装配在结构上是决定陀螺的可靠性和工程化难易程度的关键。满足飞机吊舱、机器人平台、车载传感等应用场合的精度较高、体积小、重量轻的微小型光纤陀螺开发具有实际意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中光纤陀螺小型化设计难度大的缺陷，提供一种嵌入式微小型单轴光纤陀螺。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种嵌入式微小型单轴光纤陀螺，该光纤陀螺包括圆柱体的外壳和骨架，骨架设置在外壳内部，且外壳内部结构分为三层结构；三层结构包括上层的信号处理板装配层，中层的光学器件装配层，以及下层的光源部分；光学器件装配层包括集成Y波导、耦合器、探测器和光纤环圈；光源部分包括超辐射发光光源和光源驱动板；其中：环形环圈以四极对称绕法紧密绕制于骨架上；超辐射发光光源的输出端光纤穿过骨架，与位于中层的耦合器相连；超辐射发光光源的光波信号接入耦合器中，耦合器的输出端与集成Y波导的单端输入相连，集成Y波导的双端输出与光纤环圈的两条输入端对轴连接；光波信号通过光纤环圈后发生干涉，干涉返回的光波信号经过耦合器后进入探测器；探测器的信号引脚穿过光学器件装配层与信号处理板装配层中的信号处理板相连；信号处理板上设置有陀螺数字闭环控制电路，陀螺数字闭环控制电路用于对探测器的输出信号进行检测。进一步地，本专利技术的骨架上设置有U型槽，光纤环圈的尾纤穿过U型槽与集成Y波导相连。进一步地，本专利技术的骨架上设置有斜口槽，超辐射发光光源的输出端光纤穿过骨架上的斜口槽与耦合器相连。进一步地，本专利技术的光源驱动板通过精密恒流源提供超辐射发光光源的管芯的恒定注入电流，同时用致冷电路对超辐射发光光源的管芯进行温控，并通过精密参考源、场效应管、精密电阻实现超辐射发光光源的恒流驱动。进一步地，本专利技术的外壳底部预先挖出一个圆柱形凹槽，下层的光源部分沉入安装在该圆柱形凹槽内部。进一步地，本专利技术的信号处理板采用双层设计，包括第一PCB电路板和第二PCB电路板，两层电路板的电路通过软板连接，软板可折叠，实现第一PCB电路板和第二PCB电路板上下对齐安装在上层的空间中。进一步地，本专利技术的陀螺数字闭环控制电路包括A/D转换器、第一锁存器、第二锁存器、减法器和阶梯高累加器；由A/D转换器在偏置方波的正、负半周分别对输出信号进行采样，并将采样结果分别存入第一锁存器和第二锁存器中，利用减法器将采样结果进行相减，将相减的结果送入阶梯高累加器中进行累加；累加器不清零，其累加过程在一直进行，只有当减法器的输出为零时，累加器输出才不再变化，这时闭环控制达到平衡。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术的嵌入式微小型单轴光纤陀螺，采用方波调制、阶梯波反馈的数字闭环的方案，克服了模拟电路温漂严重及电子交叉耦合严重的缺点；陀螺整体布局采用清晰的三层结构设计，实现了陀螺光路部分和电路部分的分离。尤其整体有近三分之一的结构部分在安装是沉在安装设备的结构体中，使得整体设备整体空间得到极大的利用，同时沉入的陀螺部分极大的有利于陀螺的散热。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术的嵌入式微小型单轴光纤陀螺光学器件部分和光路连接示意图；图2为本专利技术的嵌入式微小型单轴光纤陀螺整体构成布置图；图3为本专利技术的嵌入式微小型单轴光纤陀螺整体构成下层光源器件及光源驱动板安装图；图4为本专利技术的嵌入式微小型单轴光纤陀螺整体外观图；图5为本专利技术的嵌入式微小型单轴光纤陀螺光纤环圈骨架结构图；图6为本专利技术的嵌入式微小型单轴光纤陀螺光学元件装配布置图；图7为本专利技术的嵌入式微小型单轴光纤陀螺光源驱动板恒流源驱动方案图；图8为本专利技术的嵌入式微小型单轴光纤陀螺信号处理板的数字闭环控制电路逻辑图；图9为本专利技术的嵌入式微小型单轴光纤陀螺信号处理板双层PCB设计示意图。图中：1-信号处理板，2-集成Y波导，3-耦合器，4-探测器，41-信号引脚，5-光纤环圈，6-光源驱动板，7-超辐射发光光源，8-骨架，9-外壳，10-U型槽，11-斜口槽，12-圆柱形凹槽。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术实施例的嵌入式微小型单轴光纤陀螺，该光纤陀螺包括圆柱体的外壳和骨架，骨架设置在外壳内部，且外壳内部结构分为三层结构；三层结构包括上层的信号处理板装配层，中层的光学器件装配层，以及下层的光源部分；光学器件装配层包括集成Y波导、耦合器、探测器和光纤环圈；光源部分包括超辐射发光光源和光源驱动板；其中：环形环圈以四极对称绕法紧密绕制于骨架上；超辐射发光光源的输出端光纤穿过骨架，与位于中层的耦合器相连；超辐射发光光源的光波信号接入耦合器中，耦合器的输出端与集成Y波导的单端输入相连，集成Y波导的双端输出与光纤环圈的两条输入端对轴连接；光波信号通过光纤环圈后发生干涉，干涉返回的光波信号经过耦合器后进入探测器；探测器的信号引脚穿过光学器件装配层与信号处理板装配层中的信号处理板相连；信号处理板上设置有陀螺数字闭环控制电路，陀螺数字闭环控制电路用于对探测器的输出信号进行检测。骨架上设置有U型槽，光纤环圈的尾纤穿过U型槽与集成Y波导相连。骨架上设置有斜口槽，超辐射发光光源的输出端光纤穿过骨架上的斜口槽与耦合器相连。光源驱动板通过精密恒流源提供超辐射发光光源的管芯的恒定注入电流，同时用致冷电路对超辐射发光光源的管芯进行温控，并通过精密参考源、场效应管、精密电阻实现超辐射发光光源的恒流驱动。外壳底部预先挖出一个圆柱形凹槽，下层的光源部分沉入安装在该圆柱形凹槽内部。信号处理板采用双层设计，包括第一PCB电路板和第二PCB电路板，两层电路板的电路通过软板连接，软板可折叠，实现第一PCB电路板和第二PCB电路板上下对齐安装在上层的空间中。陀螺数字闭环控制电路包括A/D转换器、第一锁存器、第二锁存器、减法器和阶梯高累加器；由A/D转换器在偏置方波的正、负半周分别对输出信号进行采样，并将采样结果分别存入第一锁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种嵌入式微小型单轴光纤陀螺，其特征在于，该光纤陀螺包括圆柱体的外壳和骨架，骨架设置在外壳内部，且外壳内部结构分为三层结构；三层结构包括上层的信号处理板装配层，中层的光学器件装配层，以及下层的光源部分；光学器件装配层包括集成Y波导、耦合器、探测器和光纤环圈；光源部分包括超辐射发光光源和光源驱动板；其中：环形环圈以四极对称绕法紧密绕制于骨架上；超辐射发光光源的输出端光纤穿过骨架，与位于中层的耦合器相连；超辐射发光光源的光波信号接入耦合器中，耦合器的输出端与集成Y波导的单端输入相连，集成Y波导的双端输出与光纤环圈的两条输入端对轴连接；光波信号通过光纤环圈后发生干涉，干涉返回的光波信号经过耦合器后进入探测器；探测器的信号引脚穿过光学器件装配层与信号处理板装配层中的信号处理板相连；信号处理板上设置有陀螺数字闭环控制电路，陀螺数字闭环控制电路用于对探测器的输出信号进行检测。

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式微小型单轴光纤陀螺，其特征在于，该光纤陀螺包括圆柱体的外壳和骨架，骨架设置在外壳内部，且外壳内部结构分为三层结构；三层结构包括上层的信号处理板装配层，中层的光学器件装配层，以及下层的光源部分；光学器件装配层包括集成Y波导、耦合器、探测器和光纤环圈；光源部分包括超辐射发光光源和光源驱动板；其中：环形环圈以四极对称绕法紧密绕制于骨架上；超辐射发光光源的输出端光纤穿过骨架，与位于中层的耦合器相连；超辐射发光光源的光波信号接入耦合器中，耦合器的输出端与集成Y波导的单端输入相连，集成Y波导的双端输出与光纤环圈的两条输入端对轴连接；光波信号通过光纤环圈后发生干涉，干涉返回的光波信号经过耦合器后进入探测器；探测器的信号引脚穿过光学器件装配层与信号处理板装配层中的信号处理板相连；信号处理板上设置有陀螺数字闭环控制电路，陀螺数字闭环控制电路用于对探测器的输出信号进行检测。2.根据权利要求1所述的嵌入式微小型单轴光纤陀螺，其特征在于，骨架上设置有U型槽，光纤环圈的尾纤穿过U型槽与集成Y波导相连。3.根据权利要求1所述的嵌入式微小型单轴光纤陀螺，其特征在于，骨架上设置有斜口槽，超辐射发光光源的输出端光纤穿过骨架上的斜口槽与耦合器相...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨聪，张琛，王盛，段威，
申请(专利权)人：华中光电技术研究所中国船舶重工集团有限公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42