一种快速和长期稳定的三轴一体化光纤陀螺仪制造技术

本发明专利技术涉及一种快速和长期稳定的三轴一体化光纤陀螺仪，包括陀螺仪主体、光源模块、三轴光纤干涉仪组件和信号处理模块，陀螺仪主体的内部由上至下分别开设有电路模块腔室、三轴光纤干涉仪组件腔室和光源模块腔室，电路模块腔室、三轴光纤干涉仪组件腔室和光源模块腔室之间开设有用于光纤光路和电气线路传输的通孔。本发明专利技术通过分析光纤陀螺仪温度误差产生的原因，设计了通过热源分离和有效导热的方案，以使其核心光路和电路迅速达到热平衡，从而有效抑制了开机启动误差和长期漂移误差，大幅度提高光纤陀螺仪的精准度。提高光纤陀螺仪的精准度。提高光纤陀螺仪的精准度。

【技术实现步骤摘要】
一种快速和长期稳定的三轴一体化光纤陀螺仪


[0001]本专利技术涉及光纤陀螺仪
，具体的讲是一种快速和长期稳定的三轴一体化光纤陀螺仪。

技术介绍

[0002]光纤陀螺仪是一种全固态设计的光电惯性仪表，具有可靠性高、寿命长、成本低、动态范围大、精度覆盖范围广等优点。现今，光纤陀螺仪产品已在海、陆、空、天的各个领域广泛应用，而温度环境适应性能的提升仍是其技术发展的重点。
[0003]通过合适的设计，光纤陀螺仪可以达到极高的理论精度水平，阻碍其进入实际应用的是其对温度等环境因素敏感引起的各种误差。可以说，光纤陀螺仪技术发展的过程，就是不断克服环境因素影响，逐渐发挥出理论精度水平的过程。
[0004]在常见的惯性导航领域，应用系统要求陀螺仪表能够实现快速开机稳定并保持长期稳定。而常规的光纤陀螺仪产品，既有开机启动项误差，又有受环境温度影响的长期漂移误差。
[0005]对光纤陀螺仪受温度影响的研究，目前主要集中在光纤干涉仪的Shupe效应误差的研究，该误差可以简单概括为：
[0006]由于温度的变化将导致光纤干涉仪中光纤环不同区段上光纤的折射率变化，进而使其中光波的传播常数沿光纤发生不断改变，两束反向传输的光波就通过一个稍微不同的有效光程，从而使得光纤环产生一种非互易效应，见图4。这种非互易效应将最终导致光纤陀螺仪的零位随温度的变化而发生误差漂移。在光纤干涉仪中，两束干涉光分别以顺时针(CW)和逆时针(CCW)方向通过同一段长度为L的光纤时，由于温度影响而产生的非互易相移误差是：
[0007][0008]其中，n为光纤的有效折射率；λ0为光源信号的中心波长；c0为真空中的光速；ΔT(z)为在光纤环z点处的温度变化量。可以看出，某时刻的光波经过光纤环产生的热致非互易性相移与光纤环各点的在该时刻的温度变化率直接相关，各处温度变化率的权重与该处长度坐标以及光纤总长度有关。
[0009]根据上面的分析，解决光纤干涉仪Shupe效应误差的影响主要是大幅度降低温度变化率的问题。目前的解决方案包括：
[0010]一、通过绝热设计大幅度降低光纤环上的热传导，降低光纤环上的温度变化率；
[0011]二、通过导热设计，使光纤环快速热平衡。
[0012]在绝热方案中，因为光纤环需要硬固联，而绝热材料一般缺乏强度和硬度，布置起来也会占用很大体积，这是很多场合不能接受的。
[0013]除此以外，专利技术人也研究了光纤陀螺仪的信号采样与信号处理电路受温度影响的问题。由于光纤干涉仪输出为微弱信号，而电路本身就是发热源，功耗器件的分布不均导致
电路开机后电路处于热失衡到热平衡的过程，放大器、阻容等元器件的参数在变化，电路中的信号串扰也在变化，被检测信号中的梳状脉冲误差也在变化，都是引起光纤陀螺仪输出漂移重要原因。由于电子器件发热且散热不及时，容易导致电子器件老化，从而引起光纤陀螺仪产品出现长期漂移。

技术实现思路

[0014]本专利技术要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种快速和长期稳定的三轴一体化光纤陀螺仪，本专利技术通过分析光纤陀螺仪温度误差产生的原因，设计了通过热源分离和有效导热的方案，以使其核心光路和电路迅速达到热平衡，从而有效抑制了开机启动误差和长期漂移误差，大幅度提高光纤陀螺仪的精准度。
[0015]为解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0016]一种快速和长期稳定的三轴一体化光纤陀螺仪，包括陀螺仪主体、光源模块、三轴光纤干涉仪组件和信号处理模块，所述陀螺仪主体的内部由上至下分别开设有电路模块腔室、三轴光纤干涉仪组件腔室和光源模块腔室，电路模块腔室、三轴光纤干涉仪组件腔室和光源模块腔室之间开设有用于光纤光路和电气线路传输的通孔；
[0017]所述光源模块设置于位于最底部的光源模块腔室内，所述三轴光纤干涉仪组件设置于位于中部的三轴光纤干涉仪组件腔室内，所述信号处理模块设置于位于顶部的电路模块腔室内。
[0018]采取上述方案所达到的有益效果：本专利技术通过设置三个独立腔室，避免光源模块、三轴光纤干涉仪组件和信号处理模块之间存在直接的热传导，仅通过结构件的热量扩散来传递热量，避免了过大的温度梯度。
[0019]进一步的，所述光源模块的底部设置于光源模块腔室的下表面上。
[0020]采取上述进一步的有益效果为：将光源模块直接与陀螺仪主体的底面进行连接，保证光源模块的散热效率。
[0021]进一步的，所述三轴光纤干涉仪组件包括干涉仪组件本体结构、X轴光纤干涉仪组件、Y轴光纤干涉仪组件和Z轴光纤干涉仪组件，所述干涉仪组件本体结构的底部设置于三轴光纤干涉仪组件腔室的下表面上，所述X轴光纤干涉仪组件设置于干涉仪组件本体结构的左侧且X轴光纤干涉仪组件的中轴线与X轴平行，所述Y轴光纤干涉仪组件设置于干涉仪组件本体结构的前侧且Y轴光纤干涉仪组件的中轴线与Y轴平行，所述Z轴光纤干涉仪组件设置于干涉仪组件本体结构的顶部且Z轴光纤干涉仪组件的中轴线与Z轴平行。
[0022]进一步的，所述X轴光纤干涉仪组件、Y轴光纤干涉仪组件和Z轴光纤干涉仪组件均包括金属法兰盘、光纤环和安装凸台，所述光纤环设置于金属法兰盘顶部的刚性骨架上，所述金属法兰盘的底部均匀设置有多个安装凸台。
[0023]采取上述进一步的有益效果为：骨架采用单端法兰结构，当温度变化或有外力作用时，光纤环可以不受约束的膨胀、收缩，进而避免了与骨架之间热应力作用；法兰盘结构具有一定热容量，能够再热量传递给光线环之前吸收一定的热量，有利于光纤环温度均衡；为了减少光纤环组件受其安装载体温度变化的影响，两者之间采用少数安装凸台的点式连接方案，这样，载体上的温度变化只能缓慢传导到法兰盘，热量被迅速均衡，到光纤环底面的温度变化量要小得多；光纤环与法兰盘的温度保持相对稳定，就实现了较好的温度平衡
效果，避免了温度变化导致的Shupe效应误差。
[0024]进一步的，所述光纤环包括光纤和固化胶体，所述光纤环绕设置于金属法兰盘顶部的以形成圆环状，所述固化胶体涂敷于光纤的外侧用于固定光纤的形状。
[0025]进一步的，所述固化胶体由树脂材料、碳粉和铝粉制成。
[0026]进一步的，所述碳粉和铝粉的目数大于300目。
[0027]采取上述进一步的有益效果为：在固化胶体中添加碳粉和铝粉，用于改善光纤环的导热性，降低膨胀系数和收缩率。
[0028]进一步的，所述光纤环采用正交十六级对称绕法制成。
[0029]采取上述进一步的有益效果为：消除径向与轴向残余Shupe误差的影响。
[0030]进一步的，所述信号处理模块包括PCB板、第一导热硅胶夹层和第二导热硅胶夹层，所述PCB板通过连接座固定于电路模块腔室的下表面上，所述PCB板的上表面和下表面分别设置有第一电子元器件层和第二电子元器件层，所述第一导热硅胶夹层设置于PCB板的顶部用于填充PCB板上表面与电路模块腔室之间的间隙，所述第二导热硅胶夹层设置于PCB板的底部用于填充PCB板下表面与电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速和长期稳定的三轴一体化光纤陀螺仪，其特征在于，包括陀螺仪主体(1)、光源模块(2)、三轴光纤干涉仪组件(3)和信号处理模块(4)，所述陀螺仪主体(1)的内部由上至下分别开设有电路模块腔室(11)、三轴光纤干涉仪组件腔室(12)和光源模块腔室(13)，电路模块腔室(11)、三轴光纤干涉仪组件腔室(12)和光源模块腔室(13)之间开设有用于光纤光路和电气线路传输的通孔；所述光源模块(2)设置于位于最底部的光源模块腔室(13)内，所述三轴光纤干涉仪组件(3)设置于位于中部的三轴光纤干涉仪组件腔室(12)内，所述信号处理模块(4)设置于位于顶部的电路模块腔室(11)内。2.根据权利要求1所述的快速和长期稳定的三轴一体化光纤陀螺仪，其特征在于，所述光源模块(2)的底部设置于光源模块腔室(13)的下表面上。3.根据权利要求1所述的快速和长期稳定的三轴一体化光纤陀螺仪，其特征在于，所述三轴光纤干涉仪组件(3)包括干涉仪组件本体结构(31)、X轴光纤干涉仪组件(32)、Y轴光纤干涉仪组件(33)和Z轴光纤干涉仪组件(34)，所述干涉仪组件本体结构(31)的底部设置于三轴光纤干涉仪组件腔室(12)的下表面上，所述X轴光纤干涉仪组件(32)设置于干涉仪组件本体结构(31)的左侧且X轴光纤干涉仪组件(32)的中轴线与X轴平行，所述Y轴光纤干涉仪组件(33)设置于干涉仪组件本体结构(31)的前侧且Y轴光纤干涉仪组件(33)的中轴线与Y轴平行，所述Z轴光纤干涉仪组件(34)设置于干涉仪组件本体结构(31)的顶部且Z轴光纤干涉仪组件(34)的中轴线与Z轴平行。4.根据权利要求3所述的快速和长期稳定的三轴一体化光纤陀螺仪，其特征在于，所述X轴光纤干涉仪组件(32)、Y轴光纤干涉仪组件(33)和Z轴光纤干涉仪组件(34)均包括金属法兰盘(311)、光纤环(312)和安装凸台(313)，所述光纤环(312)设置于金属法兰盘(311)顶部的刚...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琛，杜石鹏，凌卫伟，段威，陶添强，李欢，王盛，张发富，
申请(专利权)人：武汉华中天易星惯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：