CN103344232A - 一种多轴分体式光纤陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多轴分体式光纤陀螺仪，其采取光电分体式设计，包括电路模块、敏感环路模块和光电复合缆模块三部分，电路模块和敏感环路模块通过光电复合缆模块连接。其中，电路模块主要包括光源、光耦合子模块、多路光探测器和信号处理子模块；敏感环路模块由多个单轴敏感环路子模块构成，每个单轴敏感环路子模块由Y波导相位调制器、光纤环及其环骨架、机械结构组成；光电复合缆模块由套管、光缆、电缆、相应的光纤连接器和SMA射频接口组成。本发明模块化设计，结构紧凑，即插式连接，安装简便，各模块具有良好的可替换性，便于拆卸与维护。同时，采用分体式结构，物理隔离了发热器件和光纤环，减小了温度分布的不均匀对陀螺精度的影响。

Description

一种多轴分体式光纤陀螺仪

技术领域

本发明涉及多轴光纤陀螺仪的技术领域，特别涉及一种多轴分体式光纤陀螺仪。

背景技术

光纤陀螺一问世就以其明显的优点，结构的灵活性以及诱人的前景，引起了世界上许多国家大学和科研机构的普遍重视，二十多年来获得了很大的进展。通过科研工作者们的努力，许多关键技术问题已经得到解决，特别在许多对精度与体积重量要求严格、环境恶劣的环境有着不可替代的作用。

光纤陀螺与机电陀螺或激光陀螺相比，具有显著特点：零部件少、无运动部件、仪器牢固稳定、具有较强的耐冲击和抗加速运动的能力；光纤线圈增长了激光束的检测光路，使检测灵敏度和分辨率比激光陀螺提高了好几个数量级；易于采用集成光路技术，信号稳定可靠，且可直接用数字输出，并与计算机接口联接；结构简单、价格低、体积小、质量小。

多轴光纤陀螺的集成度高，对安装精度和设计要求较高，易于造成光电器件的发热或者电磁对陀螺敏感光纤环的干扰。国内大多数研究机构和单位的光纤陀螺仪采用一体式设计，即采用将陀螺敏感单元与光源和信号处理单元集成，例如ZL200510063052.4和ZL200810115131.9，但这种方式不利于实现高精度抗干扰的光纤陀螺。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决传统光纤陀螺仪结构复杂，消除发热器件对敏感光纤环的温度影响。本发明的目的在于提供一种多轴分体式光纤陀螺仪，将陀螺电路、光源等发热部分与敏感环路分开，并采用模块化结构，易于陀螺的集成和组装。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种多轴分体式光纤陀螺仪，由电路模块、光电复合缆模块和敏感环路模块三部分组成，其中电路模块和敏感环路模块通过光电复合缆模块连接在一起；

所述电路模块包括ASE光源、光耦合子模块、第1光探测器至第n光探测器以及信号处理子模块；ASE光源的输出尾纤与光耦合子模块输入端a端熔接，ASE光源的控制信号由信号处理模块输入；光耦合子模块的b输出端的n段尾纤分别与第1光探测器至第n光探测器熔接；第1光探测器至第n光探测器的输出接入信号处理子模块；光耦合子模块的c输出端的n段尾纤接有n个FC光纤连接器，信号处理子模块包括n个SMA射频接头，可以实现与光电复合缆模块即插式连接；

所述光电复合缆模块包层材料是PVC套管，在套管内n段光纤和n段信号线聚成一束，其中每段光纤还由聚合物软管作进一步保护，在套管两侧的出口端有n个FC光纤连接器，n段信号线在套管两侧的出口端有n个SMA射频接头；

所述敏感环路模块由第1单轴敏感环路子模块至第n单轴敏感环路子模块构成，n个FC光纤连接器和n个SMA射频接头可以实现与光电复合缆模块即插式连接，其中，每个单轴敏感环路子模块由Y波导相位调制器、光纤环、环骨架及其机械结构组成；FC光纤连接器与Y波导相位调制器的输入端相连，SMA射频接口与Y波导相位调制器控制信号端相连；光纤环所用光纤是保偏光纤、光子晶体光纤或单模光纤。

进一步的，电路模块、敏感环路模块和光电复合缆模块通过连接对应序号的FC光纤连接器和SMA射频接头可实现即插式连接。

进一步的，所述光耦合子模块包括一个波列分束器、第1光纤耦合器至第n光纤耦合器；其中，波列分束器输入端a与ASE光源熔接，波列分束器输出端的尾纤与第1光纤耦合器至第n光纤耦合器的A端熔接，第1光纤耦合器至第n光纤耦合器的c端接有n个FC光纤连接器，第1光纤耦合器至第n光纤耦合器的b端分别与第1光探测器至第n光探测器熔接。

进一步的，支撑光纤环的环骨架本体材料为胶木，该材料具有良好的机械特性和隔热性能，导热率小于0.1W/m·K。

进一步的，所述机械结构中上下盖部分分别由磁屏蔽层、隔热层、铝壳组成，其中：隔热层材料为聚四氟乙烯，采用喷涂的方式覆盖磁屏蔽层内壁，厚度大于0.5mm；铝壳外壁与隔热层内壁粘接为一体。

本发明多轴分体式光纤陀螺仪与现有技术相比的优点在于：

（1）、本发明利用分体式结构，物理隔离了发热器件和敏感光纤环，减小了温度分布的不均匀对陀螺精度的影响。

（2）、本发明利用共光源的方式增加系统的集成性，降低成本；通过光耦合模块实现一路输入多路等功率输出，系统结构紧凑。

（3）、本发明实现了模块化设计，利用光电复合缆模块实现敏感环路模块与电路模块的即插式快速连接，系统安装操作简便，模块具有良好的可替换性，系统整体布局简洁、可靠性高。

（4）、本发明支撑光纤环的环骨架部分采用胶木材料，该材料具有良好的机械特性和隔热性能，提高了系统的抗温度干扰能力。

附图说明

图1是本发明多轴分体式光纤陀螺仪的结构示意图；

图2是本发明电路模块的结构示意图；

图3是本发明光电复合缆模块的结构示意图；

图4是本发明敏感环路模块的结构示意图；

图5是本发明单轴敏感环路模块的结构示意图；

图6是本发明光耦合子模块的结构示意图

图7是本发明单轴敏感环路子模块的机械结构图；

图8A是本发明的环骨架的结构图；

图8B是本发明的环骨架的底部结构图。

图中：1.电路模块2.光电复合缆模块3.敏感环路模块4.ASE光源5.光耦合子模块6.光探测器7.信号处理模块8.光纤耦合器9.波列分束器10.单轴敏感环路子模块11.Y波导相位调制器12.光纤环13.环骨架14.机械结构15.磁屏蔽层16.隔热层17.铝壳。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明的整体结构如图1所示，由图1可见，本发明多轴分体式光纤陀螺仪由电路模块1、光电复合缆模块2和敏感环路模块3三部分组成，其中电路模块1和敏感环路模块3通过光电复合缆模块2实现光信号、电信号的连接。

图2为电路模块1的结构示意图。由图2可见，电路模块1包括ASE光源4、光耦合子模块5、光探测器61至光探测器6n以及信号处理子模块7；具体的连接关系为：ASE光源4的输出尾纤与光耦合模块5输入端a端熔接，ASE光源4的控制信号由信号处理模块7输入；光耦合子模块5的b输出端的n段尾纤分别与光探测器61至光探测器6n熔接；光探测器61至光探测器6n的输出接入信号处理子模块7；光耦合子模块5的c输出端的n段尾纤接有n个FC光纤连接器FC₀1-FC₀n，信号处理子模块7包括n个SMA射频接头SMA₀1-SMA₀n，可以实现与光电复合缆模块2即插式连接。

光耦合子模块5（见图6）包括一个波列分束器9、光纤耦合器81至光纤耦合器8n；其中，波列分束器9输入端a与ASE光源4熔接，波列分束器9输出端的尾纤与光纤耦合器81至光纤耦合器8n的A端熔接，光纤耦合器81至光纤耦合器8n的c端接有n个FC光纤连接器FC₀1-FC₀n，光纤耦合器81至光纤耦合器8n的b端分别与光探测器61至光探测器6n熔接。

本发明中，光源采用的是功率可调的ASE光源，通过光耦合子模块进行分光，实现一路输入多路等功率输出。这种共光源的方式增加了系统的集成性，降低了成本。

图3为光电复合缆模块2的结构示意图。由图3可见，光电复合缆模块2包层材料是PVC套管，在套管内n段光纤和n段信号线聚成一束，其中每段光纤还由聚合物软管作进一步保护，通过包层材料和聚合物软管的双层保护，可保证光纤不因外力作用而损坏。在套管两侧的出口端有n个FC光纤连接器FC₁1-FC₁n和FC₂1-FC₂n，n段信号线在套管两侧的出口端有n个SMA射频接头SMA₁1-SMA₁n和SMA₂1-SMA₂n。

图4是敏感环路模块3的结构示意图。由图4可见，敏感环路模块3由单轴敏感环路子模块101至单轴敏感环路子模块10n构成，n个FC光纤连接器FC₃1-FC₃n和n个SMA射频接头SMA₃1-SMA₃n可以实现与光电复合缆模块2即插式连接。其中，每个单轴敏感环路子模块由Y波导相位调制器11、光纤环12、环骨架13及其机械结构14组成；FC光纤连接器与Y波导相位调制器11的输入端相连，SMA射频接口与Y波导相位调制器11控制信号端相连；光纤环所用光纤是保偏光纤、光子晶体光纤或单模光纤。

由图2、3、4可知，电路模块1、光电复合缆模块2和敏感环路模块3都有光纤和信号线的连接端子，因此通过连接对应序号的FC光纤连接器和SMA射频接头，即FC光纤连接器FC₀1-FC₀n、FC₁1-FC₁n、FC₂1-FC₂n、FC₃1-FC₃n中按序号对应，例如，FC₀1、FC₁1、FC₂1、FC₃1为对应连接，SMA射频接头SMA₀1-SMA₀n、SMA₀1-SMA₀n、SMA₀1-SMA₀n、SMA₀1-SMA₀n中按序号对应，例如，SMA₀1、SMA₁1、SMA₂1、SMA₃1为对应连接，很容易实现电路模块1、敏感环路模块3和光电复合缆模块2的即插式连接。

图7为单轴光纤陀螺敏感环路子模块的机械结构示意图。由图7可知，机械结构14中上下盖部分分别由磁屏蔽层15、隔热层16、铝壳17组成，其中：隔热层16材料为聚四氟乙烯，采用喷涂的方式覆盖磁屏蔽层15内壁，厚度大于0.5mm；铝壳17外壁与隔热层16内壁粘接为一体。支撑光纤环的环骨架部分13本体材料为胶木，见图8，该材料具有良好的机械特性和隔热性能，导热率小于0.1W/m·K。本发明的上下盖组件中磁屏蔽层15、隔热层16、铝壳17上下结合紧密，形成一个封闭环境隔离外界的温度变化，提高了光纤陀螺仪的抗温度干扰能力，系统性能稳定、可靠性高。

本发明未详细阐述的技术内容属于本领域技术人员的公知技术。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (5)

1.一种多轴分体式光纤陀螺仪，其特征在于：由电路模块（1）、光电复合缆模块（2）和敏感环路模块（3）三部分组成，其中电路模块（1）和敏感环路模块（3）通过光电复合缆模块（2）连接在一起；

所述电路模块（1）包括ASE光源（4）、光耦合子模块（5）、第1光探测器（61）至第n光探测器（6n）以及信号处理子模块（7）；ASE光源（4）的输出尾纤与光耦合子模块（5）输入端a端熔接，ASE光源（4）的控制信号由信号处理模块（7）输入；光耦合子模块（5）的b输出端的n段尾纤分别与第1光探测器（61）至第n光探测器（6n）熔接；第1光探测器（61）至第n光探测器（6n）的输出接入信号处理子模块（7）；光耦合子模块（5）的c输出端的n段尾纤接有n个FC光纤连接器（FC₀1-FC₀n），信号处理子模块（7）包括n个SMA射频接头（SMA₀1-SMA₀n），可以实现与光电复合缆模块（2）即插式连接；

所述光电复合缆模块（2）包层材料是PVC套管，在套管内n段光纤和n段信号线聚成一束，其中每段光纤还由聚合物软管作进一步保护，在套管两侧的出口端有n个FC光纤连接器（FC₁1-FC₁n和FC₂1-FC₂n），n段信号线在套管两侧的出口端有n个SMA射频接头（SMA₁1-SMA₁n和SMA₂1-SMA₂n）；

所述敏感环路模块（3）由第1单轴敏感环路子模块（101）至第n单轴敏感环路子模块（10n）构成，n个FC光纤连接器（FC₃1-FC₃n）和n个SMA射频接头（SMA₃1-SMA₃n）可以实现与光电复合缆模块（2）即插式连接，其中，每个单轴敏感环路子模块由Y波导相位调制器（11）、光纤环（12）、环骨架（13）及其机械结构（14）组成；FC光纤连接器与Y波导相位调制器（11）的输入端相连，SMA射频接口与Y波导相位调制器（11）控制信号端相连；光纤环所用光纤是保偏光纤、光子晶体光纤或单模光纤。

2.根据权利要求1所述一种多轴分体式光纤陀螺仪，其特征在于：电路模块（1）、敏感环路模块（3）和光电复合缆模块（2）通过连接对应序号的FC光纤连接器和SMA射频接头可实现即插式连接。

3.根据权利要求1所述一种多轴分体式光纤陀螺仪，其特征在于：所述光耦合子模块（5）包括一个波列分束器（9）、第1光纤耦合器（81）至第n光纤耦合器（8n）；其中，波列分束器（9）输入端a与ASE光源（4）熔接，波列分束器（9）输出端的尾纤与第1光纤耦合器（81）至第n光纤耦合器（8n）的A端熔接，第1光纤耦合器（81）至第n光纤耦合器（8n）的c端接有n个FC光纤连接器（FC₀1-FC₀n），第1光纤耦合器（81）至第n光纤耦合器（8n）的b端分别与第1光探测器（61）至第n光探测器（6n）熔接。

4.根据权利要求1所述一种多轴分体式光纤陀螺仪，其特征在于：支撑光纤环的环骨架（13）本体材料为胶木，该材料具有良好的机械特性和隔热性能，导热率小于0.1W/m·K。

5.根据权利要求1所述一种多轴分体式光纤陀螺仪，其特征在于：所述机械结构（14）中上下盖部分分别由磁屏蔽层（15）、隔热层（16）、铝壳（17）组成，其中：隔热层（16）材料为聚四氟乙烯，采用喷涂的方式覆盖磁屏蔽层（15）内壁，厚度大于0.5mm；铝壳（17）外壁与隔热层（16）内壁粘接为一体。

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