CN102589574B - 一种适用于中高精度光纤惯组的光纤环封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于中高精度光纤惯组的光纤环封装结构，包括支撑体、封盖、光纤环与Y波导；支撑体为由环状底盘、套筒、Y波导安装横梁与安装面构成的一体结构。环状底盘内圆周与套筒底端周向相连，光纤环套在套筒上，底面粘结在环状圆盘上。Y波导安装横梁设置在套筒内侧壁上，Y波导安装横梁上设计有Y波导安装槽。支撑体中套筒内壁上开有出纤孔，光纤环两端的两根尾纤穿过出纤孔分别与Y波导一端上的两根尾纤熔接。通过环形的封盖与支撑体固连，使光纤环密封在封盖与支撑体间。本发明优点为：结构简单，整体结构模块化，易于加工装配，器件布局紧凑，具有良好的抗振动性、气密性、隔热性。

Description

一种适用于中高精度光纤惯组的光纤环封装结构

技术领域

本发明涉及一种适用于中高精度光纤惯组的光纤环封装结构，具体来说，是一种通过采用磁屏蔽材料及焊接方法，对光纤陀螺主要敏感器件光纤环进行承载和封装的结构。

背景技术

基于光纤陀螺的惯性导航系统是上世纪发展起来的一种自主式导航系统，其中光纤陀螺仪用来敏感载体相对于惯性系的转动信息，加速度计主要测量载体相对惯性空间的直线运动消息。光纤陀螺作为新一代重要惯性技术，具有全固态、高可靠性、大动态范围、小体积等优点，目前不断地从中低精度向中高精度的应用领域发展，成为惯性导航和战略应用领域的主要仪表。其中，光纤陀螺主要工作原理是光纤陀螺中的光纤环敏感到载体旋转，测得载体的转动信息，光纤环的性能直接影响到陀螺的性能。对光纤线环的任何干扰都可能引起光纤线环内正向和反向传输光的非互易性，使光纤陀螺产生偏置漂移。在精度要求越来越高的情况下，环境温度、磁场干扰和压力变化等对光纤陀螺测量精度的影响更加明显。首先，当沿着光纤环存在着一个随时间变化的温度分布梯度时，光纤陀螺就会产生热致非互易性相位误差，称之为Shupe效应。同时外部温度变化及陀螺本身的热设计也会使光纤环内部温度分布不均匀，进而产生“非互易性”相移，导致光纤陀螺输出误差；其次，作为敏感元件的光纤环，在不同压力条件下会产生内部各向异性应力，通过光弹效应引起应力双折射，进而引起偏置误差；此外，偏置磁场灵敏度是光纤陀螺的另外一个重要参数，外部环境的磁场对光纤陀螺的影响主要是磁致Farady效应，Farady效应改变光纤的折射率，影响正反双方向光的光程差，产生非互易效应，从而引起光纤陀螺的偏置误差。对承载光纤环的封装结构进行合理的设计，使光纤环处在一种不受或少受上述三大因素影响的保护氛围是近来研究和设计的方向，也是保证光纤陀螺具有高精度与高稳定性的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于中高精度光纤陀螺惯导的光纤环封装结构，设计中考虑将光纤陀螺中的光纤环与Y波导作为一个模块单元化，结构简单、易于加工装配、器件布局紧凑、精度与稳定性高的适用于中高精度光纤陀螺惯组的光纤环封装结构。

本发明光纤环封装结构包括支撑体、封盖、光纤环与Y波导；其中，支撑体为由环状底盘、套筒、Y波导安装横梁与安装面构成的一体结构。环状底盘内圆周与套筒底端周向相连，光纤环套在套筒上，且光纤环的底面粘结在环状圆盘上。Y波导安装横梁设置在套筒内侧壁上，Y波导安装横梁上表面中部内凹，形成Y波导安装槽，用来设置Y波导。安装面位于支撑体底部，安装面上开有安装孔。所述环状底盘外圆周边缘设计为台阶边缘；套筒上部周向上设计有环形凸沿。

套筒内壁上开有两个出纤孔，位于Y波导安装横梁上表面上方；光纤环两端的两根尾纤各自穿过一个出纤孔分别与Y波导一端上的两根尾纤熔接。

所述封盖为由环形顶盘与环状外壁构成的一体结构，环形顶盘的外圆周与环状外壁顶端周向相连。封盖与支撑体间具体连接方式为：封盖中环形外壁底端周向与支撑体中环状底盘外圆周处的台阶边缘配合定位后固连；封盖中环形顶盘的内圆周与支撑体中套筒顶端小上沿结构配合定位后固连。

本发明的优点在于：

1、本发明封装结构具有良好的气密性，且利于磁导通形成磁回路，可以实现光纤环高度磁屏蔽；

2、本发明封装结构在陀螺组件使用过程中可降低外场温变对光纤环的影响，进而提高光纤陀螺的适温性能；

3、本发明封装结构在设计中考虑将光纤陀螺中的光纤环与Y波导作为一个模块单元化，封装结构除了实现对陀螺主要器件光纤环的封装和支撑外，还可实现对Y波导的固定；

4、本发明光纤环封装结构整体模块结构简单，易于加工装配，器件布局紧凑，具有良好的抗振动性、气密性、隔热性。

附图说明

图1为本发明光纤环封装结构整体结构图；

图2为本发明光纤环封装结构爆炸视图；

图3为本发明光纤环封装结构中支撑体结构示意图；

图4为本发明光纤环封装结构中四个安装台安装位置示意图；

图5为本发明光纤环封装结构中封盖结构示意图；

图6为本发明光纤环封装结构侧剖图。

图中：

1-支撑体        2-封盖          3-光纤环        4-Y波导

5-光纤环放置腔  101-环状底盘    102-套筒          103-Y波导安装横梁

104-安装面      105-Y波导安装槽 106-安装孔        107-出纤孔

108-台阶边缘    109-环形凸边    110-小上沿结构    111-盘纤槽

201-环形顶盘    202环形外壁

具体实施方式

下面结合附图来对本发明做进一步说明。

本发明的光纤环封装结构包括有支撑体1、封盖2，如图1、图2所示。其中，支撑体1为由环状底盘101、套筒102、Y波导安装横梁103与安装面104构成的一体结构，如图3所示，环状底盘101内圆周与套筒102底端周向相连，环状底盘101、套筒102分别用来放置与定位光纤环3。Y波导安装横梁103设置在套筒102内侧壁上，Y波导安装横梁103上表面中部内凹，形成Y波导安装槽105，通过螺钉将Y波导4固定在Y波导安装槽105内；同时通过Y波导安装横梁103还可强化加固本发明整个封装结构。上述Y波导安装横梁103的中心点与套筒102周向截面中心点重合。脱骨架的光纤环3套在套筒102上，且光纤环3的粘结面(光纤环3底面)粘结在环状圆盘101上，可有效减少支撑体1与封盖2间激光封焊时对光纤环3的瞬时热损伤。

所述安装面104具有n个，n≥2，n为正整数，安装面104均布在套筒102底端周向上，位于套筒102内部，且安装面104相对于两个出纤孔107中心点连线的中心垂直面对称，有利于提高整个封装结构的抗振动性能。如图4所示，每个安装面104上均开有一个安装孔106，用来将整个封装结构固定在其它结构本体上。为了便于加工，每个安装孔106的中心点与套筒102横截面中心点的连线，与两个出纤孔107中心点连线的中心垂直面间具有45°夹角。本实施例中设置有4个安装面，使整个封装结构的固定更加牢固。

上述结构中，所述安装面104的底面上以及光纤环3的粘结面上均喷塑0.3～0.5mm，由此在陀螺组件使用过程中降低外场温变对光纤环3的影响，有效提高热阻，进而提高光纤陀螺的适温性能，并且可降低支撑体1与封盖2间激光封焊过程对光纤环3的瞬态热影响。

如图3所示，支撑体1中套筒102内壁上开有两个供光纤环3的两根尾纤穿出的出纤孔107，两个出纤孔107为最小互易结构，所述出纤孔107直径为0.9mm，位于Y波导安装横梁103上表面上方，本实施例中两个出纤孔107周向与Y波导安装横梁103上表面相切，且两个出纤孔107间距与Y波导4一端上的两根尾纤中心距离相等；光纤环3两端的两根尾纤各自穿过一个出纤孔107分别与Y波导4一端上的两根尾纤熔接。在封盖2与支撑体1封焊前，先将光纤环3两端的尾纤分别从两个出纤孔107引出到Y波导安装横梁103上，并通过航空用密封胶将出纤孔107封堵，由此达到在固定光纤环3两端两根尾纤的同时提高气密性的目的，此后再进行支撑体1与封盖2的封焊，有利于提高光纤陀螺互易性。

所述封盖2为由环形顶盘201与环状外壁202构成的一体结构，如图5所示，环形顶盘201的外圆周与环状外壁202顶端周向相连。通过封盖2与支撑体1相连，形成用来封装光纤环3的光纤环3放置腔，达到封装光纤环的目的，如图6所示。为了使支撑体1与封盖2封焊时不会产生相对偏移，因此将支撑体1中的环状底盘101外圆周边缘设计为台阶边缘108，用来定位封盖2中环形外壁202的底面圆周，如图3所示；且还在套筒102上部周向上设计有环形凸沿109，由此在套筒102顶部形成小上沿结构110，用来定位封盖2的环形顶盘201内圆周；同时通过环形凸沿109的设计还可减小在支撑体1与封盖2封焊时，对由两个出纤孔107穿出的光纤环2两端两根尾纤的影响。

支撑体1与封盖2间具体连接方式为：封盖2中环形外壁202底端周向与支撑体1中环状底盘101外圆周处的台阶边缘108配合定位，并通过激光封焊或者金属胶固连；封盖2中环形顶盘201的内圆周与支撑体1中套筒102顶端小上沿结构配合定位，同样通过激光封焊或者金属胶固连，由此在套筒102、环形底盘101与封盖2间形成具有环形光纤环放置腔的整体结构。由于封盖2与支撑体1间只封装光纤陀螺的主要敏感器件光纤环3，由此减轻了整个封装结构重量，且封盖2与支撑体1间通过两道(上下各一道)激光封焊或者金属胶接，使得光纤环设置腔具有良好的气密性。本发明中在支撑体1与封盖2封焊后，对支撑体1中套筒102顶部与封盖2中环状顶盘201固连处进行轻微的打磨，使套筒102顶部形成圆滑过渡的外扩结构，用来作为光纤环组件中所有尾纤的盘纤槽111，如图6所示。

上述封盖2与支撑体1均采用磁屏蔽材料，如1J50或者1J79，由此通过采用上述结构，形成磁回路，可将光纤环放置腔中的光纤环高度磁屏蔽；同时磁屏蔽材料的弹性模量较高，接近200MPa，由此提高整体封装结构的抗振动特性。

通过上述结构，实现模块单元化、力学特性、气密性、电磁屏蔽、隔热的光纤环封装结构，可实现陀螺主要器件光纤环的封装，整体结构简单，易于加工装配，器件布局紧凑。

Claims (3)

1.一种适用于中高精度光纤惯组的光纤环封装结构，其特征在于：包括支撑体、封盖、光纤环与Y波导；其中，支撑体为由环状底盘、套筒、Y波导安装横梁与安装面构成的一体结构；环状底盘内圆周与套筒底端周向相连，光纤环套在套筒上，且光纤环的底面粘结在环状圆盘上；Y波导安装横梁设置在套筒内侧壁上，Y波导安装横梁上表面中部内凹，形成Y波导安装槽，用来设置Y波导；安装面位于支撑体底部，安装面上开有安装孔,所述的安装孔圆周均布；所述安装面的底面上以及环状圆盘的上表面上均喷塑0.3～0.5mm；所述环状底盘外圆周边缘设计为台阶边缘；套筒上部周向上设计有环形凸沿；

套筒内壁上开有两个出纤孔，位于Y波导安装横梁上表面上方,且安装面相对于两个出纤孔中心点连线的中心垂直面对称；两个出纤孔周向与Y波导安装横梁上表面相切，光纤环两端的两根尾纤各自穿过一个出纤孔分别与Y波导一端上的两根尾纤熔接；所述两个出纤孔间距与Y波导一端上的两根尾纤中心距离相等；在封盖与支撑体封焊前，先将光纤环两端的尾纤分别从两个出纤孔引出到Y波导安装横梁上，并通过航空用密封胶将出纤孔封堵；

每个安装孔的中心点与套筒横截面中心点的连线，与两个出纤孔中心点连线的中心垂直面间具有45°夹角；

所述封盖为由环形顶盘与环状外壁构成的一体结构，环形顶盘的外圆周与环状外壁顶端周向相连；封盖与支撑体间具体连接方式为：封盖中环形外壁底端周向与支撑体中环状底盘外圆周处的台阶边缘配合定位后通过激光封焊或者金属胶固连；封盖中环形顶盘的内圆周与支撑体中套筒顶端小上沿结构配合定位后通过激光封焊或者金属胶固连；所述支撑体与封盖固连后，对支撑体套筒顶部与封盖环状顶盘固连处进行打磨，使套筒顶部形成圆滑过渡的外扩结构；所述封盖与支撑体均采用磁屏蔽材料。

2.如权利要求1所述一种适用于中高精度光纤惯组的光纤环封装结构，其特征在于：所述安装面位于套筒低端周向上，安装面具有n个，n≥2，n为正整数，n个安装面均位于套筒内部。

3.如权利要求1所述一种适用于中高精度光纤惯组的光纤环封装结构，其特征在于：所述磁屏蔽材料为1J50或1J79。