CN102608703B - 一种适用于直接耦合的光纤环组件封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于直接耦合的光纤环组件封装结构，包括环支撑体、顶盖、隔热层、光纤环、Y波导与绝缘端子。其中，环支撑体为由环状底盘、套筒与隔板构成的一体结构，环状底盘内圆周与套筒低端周向相连，套筒顶端通过隔板封闭，隔板中部具有Y波导安装槽，隔板上安装有绝缘端子。环状底盘上表面粘结有隔热层，光纤环穿过套筒粘结在隔热层上。隔板边缘位置具有走纤槽A与走纤槽B。套筒侧壁上开有出纤孔，Y波导单根尾纤由出纤孔穿出后，盘绕在隔板下方的套筒内部。顶盖与环支撑体问固连，将光纤环与Y波导密封。本发明的优点为：实现高精度的性能要求，在设计中考虑了光纤环与Y波导的一体单元化、抗振动、气密性、电磁屏蔽、隔热的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于高精度光纤陀螺惯导的光纤环组件(光纤环与Y波导)封装结构，具体来说，是一种适用于光纤环与Y波导直接耦合的一体化光纤环组件的封装结构。
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，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，敏感环是光纤陀螺敏感载体转动的主要传感器件，是由光纤环与Y波导形成的一个闭合回路。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都会对光纤环造成影响，从而导致光纤陀螺产生测量误差，其中，偏振误差是其主要误差。在保偏光纤陀螺中，传统做法是将Y波导两根尾纤与光纤环熔接，熔接不理想成为主要的偏振交叉耦合点，进而导致大的偏振误差。此外，熔接点易受外界温度及应力的影响，会影响陀螺的振动性能以及可靠性。因此，抛开尾纤熔接法，将保偏光纤环与Y波导直接耦合形成敏感环是高精度光纤陀螺关键技术之一，目前国外各型号的高精度光纤陀螺中均采用此项技术。直接耦合可以减少两个熔接点，避免了因熔接点引入的偏振交叉耦合和背向散射等噪声影响，有利于减小偏振噪声和提高光纤陀螺的零偏稳定性和重复性，减小死区，从总体上提高系统可靠性。同时，还有利于实现四级对称绕法，提高系统的振动、温度性能。故应用于敏感环部件的直接耦合技术对光纤陀螺性能提高及生产具有重要意义。
将光纤环与Y波导进行一体化制作形成敏感环，是直接耦合技术的第一步；将耦合的敏感环整体封装是实现耦合技术的关键保障。国外对此进行了严密封锁，急需开发敏感环封装结构，将耦合技术充分应用于高精度光纤陀螺及其惯导。
发明内容
本发明的目的是提供适用于高精度光纤陀螺惯导的光纤环组件封装结构，适用于要求将陀螺主要器件光纤环与Y波导直接耦合的情况(所谓的直接耦合就是光纤环两端的两根尾纤直接接入Y波导)，且为了实现高精度的性能要求，在设计中考虑了模块单元化、抗振动、气密性、电磁屏蔽、隔热的功能。
本发明适用于直接耦合的光纤环组件封装结构，包括环支撑体、顶盖、隔热层、光纤环、Y波导与绝缘端子，光纤环与Y波导直接耦合。
其中，环支撑体为由环状底盘、套筒与隔板构成的一体结构，环状底盘内圆周与套筒底端周向相连，环支撑体中环状底盘外圆周为台阶边缘。套筒顶端通过隔板封闭，隔板上表面具有Y波导安装槽，用来安装Y波导。隔板上安装有至少2个绝缘端子；环状底盘上表面粘结有隔热层，光纤环套过套筒粘结在隔热层上。隔板边缘位置对称具有凹进结构的走纤槽A与走纤槽B，走纤槽A与走纤槽B均贯通Y波导安装槽以及套筒外壁；套筒侧壁上开有出纤孔，Y波导单根尾纤由出纤孔穿出后，盘绕在隔板下方的套筒内部，Y波导信号线由绝缘端子引出。
所述顶盖为顶部封闭的筒状结构，顶盖的底端周向与环支撑体中环状底盘外圆周的台阶边缘配合定位后，通过激光封焊或金属胶固连，将光纤环与Y波导密封。
本发明的优点在于：
1、本发明封装结构实现Y波导与光纤环的整体封装，使得光纤环腔体具有良好的气密性；
2、本发明封装结构具有较轻的重量和高的抗振动性能，同时具有将光纤环高度磁屏蔽的功能；
3、本发明封装结构为光纤环与Y波导的一体化直接耦合后尾纤的盘绕和固定提供位置保障；
4、本发明封装结构在环支撑体隔板上设有绝缘端子，便于将光纤环内部的信号通过绝缘端子引出，有利于提高敏感环的气密性及磁屏蔽性；
5、本发明封装结构在陀螺组件使用过程可降低外场温变对光纤环的影响。
附图说明
图1为光纤环组件封装结构整体示意图；
图2为光纤环组件封装结构整体爆炸图；
图3为光纤环组件封装结构中环支撑体结构图；
图4为光纤环组件封装结构中顶盖结构图。
图中：
1-环支撑体 2-顶盖 3-隔热层 4-光纤环
5-Y波导 6-绝缘端子 101-环状底盘 102-套筒
103-隔板 104-Y波导安装槽 105-安装台 1011-台阶边缘
1021-出纤孔 1031-走纤槽A 1032-走纤槽B
具体实施方式
下面结合附图来对本发明做进一步说明。
本发明光纤环组件封装结构包括环支撑体1、顶盖2、隔热层3、光纤环组件与绝缘端子，如图1、图2所示。
其中，环支撑体1为由环状底盘101、套筒102与隔板103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。套筒102顶端通过隔板103封闭，隔板103上表面中部具有Y波导安装槽104，用来安装Y波导5，使Y波导5嵌入Y波导安装槽104中，通过螺钉固定。
所述环状底盘101上表面粘结有1mm～2.5mm石英薄片隔热层3，脱骨架的光纤环4可套过套筒102粘结在隔热层3上，可抵制支撑体1与顶盖2激光封焊过程对光纤环4的瞬态热影响，有效提高热阻，在本发明封装结构中的光纤环组件使用过程中，可降低外场温变对光纤环4的影响。环状底盘101外环圆周上均布有n个安装台105，n≥1，n为正整数，用来将整个封装结构固定在其它结构本体上，同时，安装台的安装面(安装台的底面)距离环状底盘101下底面1.5mm，便于整个封装结构固定在其它结构本体上后电线及光纤的穿出。
所述隔板103边缘位置对称具有凹进结构的走纤槽A1031与走纤槽B1032，走纤槽A1031与走纤槽B1032均贯通Y波导安装槽104以及套筒102外壁，走纤槽A1031与走纤槽B1032由Y波导安装槽104向套筒102外壁方向为圆弧过渡的扩张口，圆弧半径大于5mm。走纤槽A1031作为Y波导5单根尾纤的出纤通道；走纤槽B1032作为光纤环4与Y波导5直接耦合的光纤环组件中的光纤行走通道。
环支撑体1中套筒102侧壁上开有一个出纤孔1021，Y波导5单根尾纤由出纤孔1021穿出后盘绕在隔板103下方的套筒102内部。所述出纤孔1021与套筒102内壁切线重和，且出纤孔1021的截面顶部与隔板103下表面相切，使出纤孔1021在套筒102侧壁中具有一定的深度，便于穿出后的尾纤盘绕。Y波导5单根尾纤由出纤孔1021穿出后可通过航空用密封胶将出纤孔封堵，利于气密性的实现。所述出纤孔1021的孔径为0.9mm，方便封堵。
上述环支撑体1中，Y波导安装槽104的深度等于Y波导5的安装面与入纤孔1021的垂直距离。走纤槽A1031与走纤槽B1032的底面与光纤环4在环支撑体1上粘结后光纤环4顶面齐平，并且与入纤孔4齐平，由此为光纤环4与Y波导5直接耦合后尾纤的行走和固定提供位置保障。
本发明中在环支撑体1中隔板103设计有至少2个绝缘端子安装孔1033，分别用来安装2个绝缘端子6，便于将Y波导5的输出信号通过绝缘端子6引出，有利于提高光纤环组件的气密性及磁屏蔽性。本发明中在隔板103上开有3个绝缘端子6安装孔，安装3个绝缘端子6，可保留一个绝缘端子6作为备用。
所述顶盖2为顶部封闭的筒状结构，与环支撑体1相连，为了在顶盖2与环支撑体1封焊过程中不会产生位置上的偏移，本发明中将环状底盘101外圆周设计为台阶边缘1011，由此在环支撑体1与顶盖2激光封焊过程中对顶盖2有一定的径向限位作用。具体连接方式为：顶盖2的底端周向与环支撑体1中环状底盘101外圆周处的台阶边缘1011配合定位，并通过激光封焊或金属胶结接。本发明中还将顶盖2的顶面设计为凸起的阶梯形状，由此使顶盖2在容纳Y波导5突起的高度的同时还增强了顶盖2的抗振动能力。通过上述结构，形成具有环形光纤环设置腔与Y波导设置腔的整体结构，实现直接耦合的光纤环组件的整体封装，具有良好的气密性。
本发明中环支撑体1与顶盖2均采用磁屏蔽材料(1J50或1J79)，具有高的抗振动性能，同时具有将光纤环组件高度磁屏蔽的功能。
Claims (9)
1.一种适用于直接耦合的光纤环组件封装结构，其特征在于：包括环支撑体、顶盖、隔热层、光纤环、Y波导与绝缘端子；光纤环与Y波导直接耦合；
其中，环支撑体为由环状底盘、套筒与隔板构成的一体结构，环状底盘内圆周与套筒底端周向相连，环支撑体中环状底盘外圆周为台阶边缘；套筒顶端通过隔板封闭，隔板上表面具有Y波导安装槽，用来安装Y波导；隔板上安装有至少2个绝缘端子；环状底盘上表面粘结有隔热层，光纤环穿过套筒粘结在隔热层上；隔板边缘位置对称具有凹进结构的走纤槽A与走纤槽B，走纤槽A与走纤槽B均贯通Y波导安装槽以及套筒外壁；套筒侧壁上开有一个出纤孔，出纤孔中心线与套筒内壁切线重和，且出纤孔的截面顶部与隔板下表面相切；Y波导单根尾纤由出纤孔穿出后，盘绕在隔板下方的套筒内部；
所述顶盖为顶部封闭的筒状结构，顶盖的底端周向与环支撑体中环状底盘外圆周的台阶边缘配合定位后，通过激光封焊或金属胶固连，将光纤环与Y波导密封。
2.如权利要求1所述一种适用于直接耦合的光纤环组件封装结构，其特征在于：所述隔热层为厚1mm～2.5mm的石英薄片。
3.如权利要求1所述一种适用于直接耦合的光纤环组件封装结构，其特征在于：所述走纤槽A与走纤槽B由Y波导安装槽向套筒外壁方向为圆弧过渡的扩张口。
4.如权利要求1所述一种适用于直接耦合的光纤环组件封装结构，其特征在于：所属Y波导的单根尾纤由出纤孔穿出后，通过航空用密封胶将出纤孔封堵。
5.如权利要求1所述一种适用于直接耦合的光纤环组件封装结构，其特征在于：所述Y波导安装槽的深度等于Y波导的安装面与入纤孔的垂直距离。
6.如权利要求1所述一种适用于直接耦合的光纤环组件封装结构，其特征在于：所述走纤槽A与走纤槽B的底面与光纤环在环支撑体上粘结后光纤环顶面齐平，并且与入纤孔齐平。
7.如权利要求1所述一种适用于直接耦合的光纤环组件封装结构，其特征在于：所述绝缘端子为3个。
8.如权利要求1所述一种适用于直接耦合的光纤环组件封装结构，其特征在于：所述顶盖顶面为阶梯形状。
9.如权利要求1所述一种适用于直接耦合的光纤环组件封装结构，其特征在于：所述环支撑体与顶盖均采用磁屏蔽材料。
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