一种微小型三轴一体化光纤陀螺仪制造技术

本实用新型专利技术公开一种微小型三轴一体化光纤陀螺仪，包括壳体、光路组件及电路组件，上述组件通过导热安装座固定在壳体内；光路组件包括光源、X轴光纤环组件、Y轴光纤环组件以及Z轴光纤环组件，电路组件包括调制解调SOC微电路和光源驱动SOC微电路；以功能模块化的设计思想，将光纤陀螺的调制解调电路与含FPGA软件的信息处理、通信接口电路、电源管理电路封装集成为调制解调SOC微电路，将光源驱动电路及温控电路封装成光源驱动SOC微电路，实现光源驱动、光纤陀螺调制解调、温度采集、误差补偿、对外数据通讯等全部功能，在不降低产品性能的前提下，拓宽了工作温度范围，很好满足“轻小型”武器系统的应用需求。武器系统的应用需求。武器系统的应用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种微小型三轴一体化光纤陀螺仪


[0001]本技术涉及一种光纤陀螺仪，尤其涉及一种微小型三轴一体化光纤陀螺仪。

技术介绍

[0002]随着全球化不断深入，大国博弈日趋白热化，国家面临的安全环境也更趋错综复杂。作为支撑国家体系作战力量重要组成的新一代“智能型”中远程防空反导导弹、新一代“灵巧型”精确制导弹药、长航时“察打一体”无人载具等新型武器系统，其内部载荷越来越多，留给惯性测量与导航系统的空间极其有限，因此在保证测量精度的前提下对惯性测量和导航系统提出了更加苛刻的体积重量要求，而陀螺仪的微小型化是实现惯性系统轻小型化的基础和前提。
[0003]目前常见的应用于各类战术武器系统的陀螺仪主要有液浮陀螺、挠性陀螺、激光陀螺、光纤陀螺和微机械陀螺等，液浮陀螺和挠性陀螺的制造工艺复杂、体积较大、精度不高，已经逐渐退出历史舞台；激光陀螺内部有分立光学器件，实现工艺复杂，小型化困难，且需高压启动，应用不便；微机械陀螺仪虽具有体积小的天然优势，但受制于国内技术水平，其测量精度、稳定性和可靠性距离当前要求还有很大差距。而光纤陀螺作为一种新型全固态陀螺仪，具有全固体、数字化、环境适应能力强、应用简单等突出优点，应用日趋广泛。但随着武器系统要求的不断提高，现有光纤陀螺已逐渐不能满足新一代武器系统“轻小型”的应用要求。
[0004]现有的光纤陀螺仪技术缺点主要表现在以下几方面：
[0005]1.现有三轴光纤陀螺仪部分光器件(光源、耦合器、探测器)是借用光纤通信产品，其输入输出尾纤为125um包层直径的单模光纤，与光纤环所用80um包层直径的保偏光纤不兼容，该问题原来是通过在Y波导输入输出端耦合不同包层直径光纤，即输入耦合125um保偏光纤，输出耦合80um保偏光纤，以分别匹配其前后端的不同光路，但存在模场失配问题；
[0006]2.电路部分所采用的多层印制板体积、重量较大，无法满足轻小型武器系统对内部组件体积重量提出的严格要求，且由于信息处理电路和接口电路均存在对应的软件，极大地增加了项目管理工作量；
[0007]3.现有三轴光纤陀螺仪的工作温度范围为
‑
40℃～+60℃，但未来战术武器增程是必然的趋势，该工作温度范围恐无法适应未来潜在的工作环境；
[0008]4.现有三轴光纤陀螺仪通过保证光路最小互易结构来抑制散粒噪声和各种偏振误差，对于光源相对强度噪声基本没有有效抑制措施，而随着光源功率的逐步提升，光源相对强度噪声已一定程度上限制光纤陀螺测量精度。

技术实现思路

[0009]本技术的目的在于提供一种设计合理的微小型三轴一体化光纤陀螺仪，解决了柔性外骨骼微小型三轴一体化光纤陀螺仪体积大、重量大、稳定性差、灵活度低等问题，实现了微小型三轴一体化光纤陀螺仪小型轻量化。
[0010]为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
[0011]本技术是一种微小型三轴一体化光纤陀螺仪，其特点是，包括壳体、光路组件及电路组件，壳体内设有固定光路组件和电路组件的导热安装座；
[0012]所述的光路组件包括光源、耦合器、X轴光纤环组件、Y轴光纤环组件以及Z轴光纤环组件，X轴光纤环组件、Y轴光纤环组件以及Z轴光纤环组件均由光纤环、波导及耦合模块依次相接而成，耦合模块通过耦合器与光源相连，不同光纤环组件上的光纤环分开安装在导热安装座的不同位置上；
[0013]所述的电路组件包括与陀螺内部各轴对应设置的调制解调SOC微电路和控制光源的光源驱动SOC微电路，调制解调SOC微电路设有内埋FPGA芯片的信息处理模块，不同调制解调SOC微电路之间的信息处理模块通讯连接且还与对应光纤环组件的波导连接，信息处理模块上还设有与光纤环组件的耦合模块实现光信号连接的光学传感模块；光源驱动SOC微电路由用于控制光源的光源驱动电路和用于监控光源及壳体内温度的温控电路封装而成，温控电路与光源驱动电路连接。
[0014]优选地，所述壳体内设有远离光纤环的热源放置区，光源和电路组件设在热源放置区。
[0015]优选地，所述光源直接安装在导热安装座上，与导热安装座相接的光源接触面上涂覆有导热硅脂层。
[0016]优选地，所述电路组件通过导热支柱装在导热安装座上。
[0017]优选地，上述光纤环组件与导热安装座之间设有导热系数较低的陶瓷纤维纸。
[0018]优选地，在所述光纤环和导热安装座的表面均设有黑色磁致阳极化处理层。
[0019]优选地，在导热安装座上固定有缠绕光纤的盘纤板。
[0020]优选地，所述光源采用SLD光源，光学传感模块采用光电探测器，所述的光源驱动电路采用恒流源驱动电路，温控电路采用智能温控电路。
[0021]优选地，所述光纤环的长度为220mm，光纤环的直径为32mm；所述光纤环采用基于80um保偏光纤的无骨架光纤环；所述的耦合器采用1
×
3耦合器，所述的耦合模块采用2
×
2耦合器。
[0022]与现有技术相比，本技术以功能模块化的设计思想，以高精度、小体积和低功耗为目标，将光纤陀螺的调制解调电路与含FPGA软件的信息处理模块、通信接口电路、电源管理电路等系统封装集成为调制解调SOC微电路，将光源驱动电路及温控电路封装成光源驱动SOC微电路、配合FPGA软件和光学传感模块，实现光源驱动、光纤陀螺调制解调、温度采集、误差补偿、对外数据通讯等全部功能，最终实现载体三轴角速度信息测量并对外输出。与现有技术相比，本技术在不降低产品性能的前提下，相对现有产品体积、重量减小了60％以上，并拓宽了工作温度范围，能很好的满足“轻小型”武器系统的应用需求。
附图说明
[0023]此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
[0024]图1为本技术所述微小型三轴一体化光纤陀螺仪的原理框图；
[0025]图2为本技术所述微小型三轴一体化光纤陀螺仪的三维结构图；
[0026]图3为本技术所述微小型三轴一体化光纤陀螺仪的光路图；
[0027]图4为调制解调SOC微电路的原理框图；
[0028]图5为恒流源驱动电路的原理框图；
[0029]图6为相对强度噪声相消原理示意图；
[0030]图7为调制解调电路的通用软件原理框图；
[0031]图8为软件接口的原理示意图；
[0032]图9为调制解调电路的连接关系；
[0033]图10为光源智能温控的原理框图；
[0034]附图标记：
[0035]1‑
导热安装座、2
‑
X轴光纤环组件、3
‑
Y轴光纤环组件、4
‑
Z轴光纤环组件、5
‑
盘纤板、6
‑
光源、7
‑
信息处理模块、8...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微小型三轴一体化光纤陀螺仪，其特征在于：包括壳体、光路组件及电路组件，壳体内设有固定光路组件和电路组件的导热安装座；所述的光路组件包括光源、耦合器、X轴光纤环组件、Y轴光纤环组件以及Z轴光纤环组件，X轴光纤环组件、Y轴光纤环组件以及Z轴光纤环组件均由光纤环、波导及耦合模块依次相接而成，耦合模块通过耦合器与光源相连，不同光纤环组件上的光纤环分开安装在导热安装座的不同位置上；所述的电路组件包括与陀螺内部各轴对应设置的调制解调SOC微电路和控制光源的光源驱动SOC微电路，调制解调SOC微电路设有内埋FPGA芯片的信息处理模块，不同调制解调SOC微电路之间的信息处理模块通讯连接且还与对应光纤环组件的波导连接，信息处理模块上还设有与光纤环组件的耦合模块实现光信号连接的光学传感模块；光源驱动SOC微电路由用于控制光源的光源驱动电路和用于监控光源及壳体内温度的温控电路封装而成，温控电路与光源驱动电路连接。2.根据权利要求1所述的微小型三轴一体化光纤陀螺仪，其特征在于：所述光源直接安装在导热安装座上，与导热安装座相接的光源接触面上涂覆有导热硅脂层。3.根据权利要求1所述的微小型三轴一体化光纤陀螺仪，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭俊超，陈楠，吴霞，鲁勇，杨银川，宋倩，
申请(专利权)人：贵州航天控制技术有限公司，
类型：新型
国别省市：