CN103994761A - 一种具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件及其组装方法，整体是横截面为长方形的扁平圆柱体结构；包括上壳体，下壳体，上托盘，下托盘，光纤线圈，压环和基座托盘；具体安装过程为：1)绕制光纤线圈；2)将线圈粘接在下托盘上；3)压环将下托盘固定在基座托盘上；4)盘纤在基座托盘里，并灌封导纤槽和尾纤；5)将下壳体压靠在压环上固定；6)用压环将上托盘固定在基座托盘上；7)上下托盘对扣；8)将上壳体固定在压环顶部，引出尾纤；9)上下壳体对扣并固接成型。本发明能够实现对光纤线圈的双层磁屏蔽防护、并使光纤陀螺敏感环组件具有一定程度的气密性封装和良好的温度适应性。

Description

一种具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件及其组装方法

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，具体来说，是一种具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件及其组装方法，它实现了对光纤线圈的双层磁屏蔽防护和气密封装。

技术背景

光纤陀螺基于萨格奈克效应，是惯性测量领域检测角位移和角速度信号的主流敏感元件。光纤绕制的光纤线圈作为光纤陀螺中最关键的敏感单元，对磁屏蔽、热扰动等环境变化的要求随着陀螺精度的提高而越发苛刻，因此对敏感环组件的磁防护和封装设计必须适应陀螺精度的要求。

公开号为CN103033179的专利申请，虽然实现了对敏感环的独立封装和对光纤线圈的完全磁屏蔽防护，降低了外部温度波动对光纤线圈的影响，提高了敏感环的温度适应性，但是只是单层的磁屏蔽保护，不能实现双层磁屏蔽保护，气密性封装也不是很好。

发明内容

本发明的目的是为了实现对光纤线圈的双层磁屏蔽防护、并使光纤陀螺敏感环组件具有一定程度的气密性封装和良好的温度适应性。

本发明提出一种具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件，整体是横截面为长方形的扁平圆柱体结构。包括：上壳体，下壳体，上托盘，下托盘，光纤线圈，压环和基座托盘；

光纤线圈是由光纤绕制而成的圆柱环体结构，是整个光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件的感应单元；通过上托盘与下托盘实现光纤线圈的内层磁屏蔽防护。

上托盘和下托盘均为由磁屏蔽材料加工而成的具有环形C型槽的薄壁圆环面结构，下托盘上的C型槽用于承托光纤线圈。上托盘和下托盘端部为企口结构，对扣对接后实现对光纤线圈的内层磁屏蔽防护；保持上下托盘与光纤线圈的间距一致；上托盘与下托盘均具有内法兰，内法兰上加工有螺钉安装孔，作为安装基准，通过螺钉固定在基座托盘上。

基座托盘为圆环柱体结构，位于上下托盘的内法兰之间，基座托盘内壁下方周向均匀设计三个外伸的安装凸台，提供了整个光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件的安装基准面；内壁上方周向加工有环形盘纤凹面和导纤槽，提供了光纤线圈的尾纤盘纤面，光纤线圈的轴线和基座托盘的安装基准面为垂直关系。基座托盘的底部和顶部端面上加工有螺钉孔，通过螺钉实现固连上托盘，下托盘，上壳体和下壳体。

上壳体和下壳体均为由磁屏蔽材料加工而成的圆柱形薄壁盒体结构，分别位于整个光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件的顶部和底部，上壳体上加工有螺钉安装孔和出纤槽；下壳体上加工有螺钉安装孔和三个通孔，上壳体和下壳体端部为企口结构，外部对扣后实现对光纤线圈的外层磁屏蔽防护，保持上下壳体与上下托盘之间的间距一致。

2个压环采用低导热系数材料加工成扁平的圆环体结构，压环端面上加工沉头螺钉孔和通孔；2个压环分别位于上壳体和上托盘之间，下壳体和下托盘之间；

所述具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件的结构组装过程是：

1)、将光纤绕制成光纤线圈；

2)、将光纤线圈粘接在下托盘的C形槽上；

3)、用沉头螺钉穿过压环将下托盘的内法兰压接在基座托盘的底部并固定；

4)、将光纤线圈的尾纤盘纤在基座托盘的环形盘纤凹面里，对基座托盘的导纤槽和尾纤进行灌封；

5)、将下壳体从基座托盘的下方压靠在压环的底部，用螺钉依次穿过下壳体，压环和下托盘，固定在基座托盘上；

6)、将上托盘放置在基座托盘的顶部并用沉头螺钉穿过压环，将上托盘的内法兰压接在基座托盘的顶部并固定，将尾纤从上托盘企口结构的缺口穿过；

7)、使上托盘和下托盘的企口结构对扣并固接；

8)、将上壳体从基座托盘的上方压靠在压环的顶部，用螺钉依次穿过上壳体，压环和上托盘，固定在基座托盘上；同时将尾纤从上壳体的出纤槽引出；

9)、上壳体和下壳体的企口结构对扣并固接成型。

本发明的优点在于：

1)应用本发明所述具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件，上下壳体和上下托盘对光纤线圈构成了双层磁屏蔽，实现了对内部光纤线圈的完全双层磁屏蔽防护，并且具有一定程度的气密密封，同时最大程度减少了外部温度变化对内部线圈温度场的影响，具有结构简单、重量轻、装配方便的优势。

2)应用本发明所述具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件，壳体与托盘之间、托盘与光纤线圈之间具有间隙基本一致的双层空气间隙，上下壳体、压环、上下托盘的内法兰结构以及基座托盘的环形圆柱面共同构成了容纳光纤线圈的封闭环形气密腔，因而最大程度提高了光纤线圈的环境适应性。

3)应用本发明所述具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件，上下壳体和上下托盘对光纤线圈构成了双层磁屏蔽，上下壳体与上下托盘之间，以及上下托盘与光纤线圈之间“等间距的双层气隙”可以获得更均匀的温度场分布，有利于提高精度。

4)应用本发明所述具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件的组装方法,操作简单，装配方便。

附图说明

图1是本发明的敏感环组件的局部剖视图；

图2是本发明的敏感环组件的整体爆炸示意图；

图3是本发明的敏感环组件的上壳体的示意图；

图4是本发明的敏感环组件的下壳体的示意图；

图5是本发明的敏感环组件的上托盘的示意图；

图6是本发明的敏感环组件的下托盘的示意图；

图7a是本发明的敏感环组件的基座托盘的顶部示意图；

图7b是本发明的敏感环组件的基座托盘的底部示意图；

图8是本发明的敏感环组件的压环的示意图；

图9是本发明的敏感环组件的光纤线圈的示意图；

1-上壳体；2-下壳体；3-上托盘；4-下托盘；5-光纤线圈；6-压环；7-基座托盘；101-螺钉安装孔；102-出纤槽；201-通孔；301-内法兰；302-C型槽；601-沉头螺钉孔；701-导纤槽；702-环形盘纤凹面；703-安装凸台；704-螺钉孔；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

一种用于具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件，如图1和图2所示，整体为扁平圆柱体结构，横截面为长方形；包括上壳体1，下壳体2，上托盘3，下托盘4，光纤线圈5，压环6和基座托盘7。

如图9所示，所述的光纤线圈5是由光纤按照四极对称绕法绕制而成的圆柱环体结构，是整个光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件的感应单元；通过上托盘3与下托盘4实现光纤线圈5的内层磁屏蔽防护。

如图5和图6所示，所述上托盘3和下托盘4均为由磁屏蔽材料加工而成的具有环形的C型槽302的薄壁圆环面结构。下托盘4上的C型槽302用于承托光纤线圈5，光纤线圈5通过粘接的方式固定在下托盘4的C型槽302内侧底面上。同时设置光纤线圈5与下托盘4的侧壁间距为1mm；上托盘3和下托盘4端部为企口结构，用于实现对扣对接，达到对光纤线圈5的内层磁屏蔽防护。设置光纤线圈5与上托盘的间距为1mm；上述上托盘3与下托盘4均具有内法兰301，内法兰301上加工有螺钉安装孔101，作为安装基准，通过螺钉固定在基座托盘7上。

如图7a和图7b所示，所述基座托盘7整体为圆环柱体结构，位于上托盘3与下托盘4的内法兰之间，作为整个光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件的安装基准；基座托盘7内壁下方周向上均匀设计有三个外伸的安装凸台703，提供了整个光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件的安装基准面；基座托盘7内壁上方周向上加工有环形盘纤凹面702和2个导纤槽701，提供了光纤线圈5的尾纤盘纤面，光纤线圈5的轴线和基座托盘7的安装基准面为垂直关系。基座托盘7的底部和顶部端面上加工有螺钉孔704，通过螺钉实现基座托盘7与上托盘3、下托盘4间，以及上壳体1、下壳体2间的固连。

如图1和图2所示，上壳体1和下壳体2分别位于整个光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件的顶部和底部，均为由磁屏蔽材料加工而成的圆柱形薄壁盒体结构。

如图3所示，上壳体1加工有螺钉安装孔101和出纤槽102；通过螺钉安装孔101用螺钉将上壳体1与基座托盘7固定连接；出纤槽102用于光纤线圈5的出纤；如图4所示，下壳体2加工有螺钉安装孔101和三个通孔201，通过螺钉安装孔101将下壳体2与基座托盘7固定连接；基座托盘7底部内侧三个外伸的安装凸台703穿过三个通孔201放置于地面，作为整个光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件的安装基准面，上壳体1和下壳体2端部为企口结构，外部对扣后可实现对光纤线圈5的外层磁屏蔽防护。

如图8所示，所述的压环6有2个，为扁平的圆环体结构，通常采用低导热系数材料加工，分别位于上壳体1和上托盘3之间、下壳体2和下托盘4之间，通过2个压环有效隔绝外界温度对内部光纤线圈5的影响；压环6端面上加工有沿圆周均匀分布的沉头螺钉孔601和通孔201，沉头螺钉孔601用于安装沉头螺钉，将上托盘3和下托盘4的内法兰301分别压接在基座托盘7的顶部和底部端面；通孔201穿过螺钉，使上壳体1和下壳体2分别连接到基座托盘7上；从而形成统一的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件。设置上壳体1与上托盘3的间距为1mm，下壳体2与下托盘4的间距为1mm。

所述具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件的结构组装的过程是：

1)、将光纤按照四极对称绕法绕制成光纤线圈5；

2)、将光纤线圈5的下端面粘接在下托盘4的C形槽302的内侧底面上；将光纤线圈5的尾纤通过基座托盘7顶部端面的导纤槽701引出并盘纤在基座托盘7顶部的环形盘纤凹面702里，光纤线圈5和下托盘的C型槽302侧壁、上托盘的C型槽302侧壁以及内侧顶面之间保持基本一致的空气气隙

3)、用密封胶对基座托盘7顶部端面的导纤槽701和尾纤进行灌封；

4)、用沉头螺钉通过压环6上的沉头螺钉孔601将下托盘4的内法兰302压接在基座托盘7的底部端面；

5)、将下壳体2从基座托盘7的下方压靠在压环6的底部端面上，用螺钉穿过下壳体2的螺钉安装孔101，压环6上的通孔201和下托盘4的螺钉安装孔101，固定在基座托盘7的底部端面；

6)、将上托盘3放置在基座托盘7的顶部端面，用沉头螺钉通过压环6上的沉头螺钉孔601将上托盘3的内法兰301压接在基座托盘7的顶部端面，注意使光纤线圈5的尾纤通过上托盘3内侧企口结构的缺口伸出；

7)、使上托盘3和下托盘4的企口结构对扣并用粘接或焊接的方法固接；

8)、将上壳体1从基座托盘7的上方压靠在压环6的顶部端面上，用螺钉穿过上壳体1的螺钉安装孔101，压环6上的通孔201和上托盘3上的螺钉安装孔101，固定在基座托盘7的底部端面；同时将尾纤从上壳体上的出纤槽102引出；

9)、上壳体1和下壳体2的企口结构对扣并用粘接或焊接的方法固接成型。

应用本发明所述的具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件，外部的上下壳体和内部的上下托盘均采用磁屏蔽材料加工并通过企口结构连接，形成完整的闭合磁回路，构成了对光纤线圈的双层磁屏蔽防护；

上下壳体和上下托盘之间具有间距基本一致的空气间隙，光纤线圈5与上下托盘的C型槽302的内侧侧壁之间具有间距基本一致的空气间隙，达到了“等间距的双层气隙”，可以获得更均匀的温度场分布，有利于提高精度。

上下壳体和上下托盘通过企口结构粘接或焊接固接，基座托盘7上的导纤槽701用密封胶灌封，因而实现了一定程度的气密封装；

外部热量仅通过基座托盘7的安装凸台703，并经低导热系数的压环6和厚度有限的上下托盘内法兰302传递到光纤线圈5上，因而最大程度的减小了外部温度变化对内部光纤线圈5的影响，提高了光纤线圈5对外部温度变化的环境适应性；

上壳体1和下壳体2的圆柱形薄壁盒体结构、2个压环6的圆环体结构、上托盘3和下托盘4的内法兰结构,以及基座托盘7的环形圆柱面共同构成了容纳光纤线圈的封闭环形气密腔，因而进一步提高了光纤线圈的环境适应性。

将本发明应用于光纤陀螺敏感环组件，可实现对光纤线圈5的双层磁屏蔽和气密保护，同时最大程度减少了温度扰动的影响，具有结构简单、装配方便的优势。

Claims (10)

1.一种具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件，其特征在于：包括上壳体，下壳体，上托盘，下托盘，光纤线圈，压环和基座托盘；

基座托盘为圆环柱体结构，内壁下方周向均匀设计三个安装凸台，内壁上方周向加工有环形盘纤凹面和导纤槽，同时在基座托盘的底部和顶部端面上加工有螺钉孔，通过螺钉实现固连上壳体，下壳体，上托盘和下托盘；

上壳体和下壳体均为由磁屏蔽材料加工而成的圆柱形薄壁盒体结构，上壳体上加工有螺钉安装孔和出纤槽；下壳体上加工有螺钉安装孔和三个通孔，上壳体和下壳体端部为对扣对接的企口结构；

上托盘和下托盘均为由磁屏蔽材料加工而成的具有环形C型槽的端部开口的薄壁圆环面结构，均具有内法兰和C型槽，内法兰上加工有螺钉安装孔，C型槽用于承托光纤线圈；上托盘和下托盘端部为对扣对接的企口结构，光纤线圈与上下托盘之间，上下壳体与上下托盘之间均保持间距一致的空隙；

2个压环采用低导热系数材料加工成扁平的圆环体结构，端面上加工沉头螺钉孔和通孔。

2.如权利要求1所述一种具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件，其特征在于：所述的敏感环组件整体是横截面为长方形的扁平圆柱体结构。

3.如权利要求1所述一种具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件，其特征在于：光纤线圈是由光纤按照四极对称绕法绕制而成的圆柱环体结构；光纤线圈的轴线和基座托盘的安装基准面为垂直关系。

4.如权利要求1所述一种具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件，其特征在于：所述的安装凸台提供了整个光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件的安装基准面；环形盘纤凹面和导纤槽提供了光纤线圈的尾纤盘纤面。

5.如权利要求1所述一种具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件，其特征在于：所述的上壳体和下壳体分别位于整个光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件的顶部和底部。

6.如权利要求1所述一种具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件，其特征在于：2个压环分别位于上壳体和上托盘之间，下壳体和下托盘之间。

7.如权利要求1所述一种具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件，其特征在于：

所述的上下壳体和上下托盘的企口结构对扣并固接成型的方法优选粘接或焊接。

8.应用于权利要求1所述的具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件组装方法，其特征在于：所述具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件的结构组装过程是：

1)、将光纤绕制成光纤线圈；

2)将光纤线圈粘接在下托盘的C形槽上，

3)用沉头螺钉穿过压环将下托盘的内法兰压接在基座托盘的底部并固定；

4)将光纤线圈的尾纤盘纤在基座托盘的环形盘纤凹面里，对基座托盘的导纤槽和尾纤进行灌封；

5)将下壳体从基座托盘的下方压靠在压环的底部，用螺钉依次穿过下壳体，压环和下托盘，固定在基座托盘上；

6)、将上托盘放置在基座托盘的顶部并用沉头螺钉穿过压环，将上托盘的内法兰压接在基座托盘的顶部并固定，将尾纤从上托盘企口结构的缺口穿过；

7)使上托盘和下托盘的企口结构对扣并固接；

8)、将上壳体从基座托盘的上方压靠在压环的顶部，用螺钉依次穿过上壳体，压环和上托盘，固定在基座托盘上；同时将尾纤从上壳体的出纤槽引出；

9)、上壳体和下壳体的企口结构对扣并固接成型。

9.如权利要求1所述一种具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件，其特征在于：所述的上下壳体和上下托盘实现了对光纤线圈的内外层双层磁屏蔽防护；并且由上下壳体、压环、上下托盘的内法兰结构以及基座托盘的环形圆柱面共同构成了容纳光纤线圈的封闭环形气密腔，实现了对光纤线圈的气密保护。

10.如权利要求1所述一种具有气密腔的光纤陀螺双层磁屏蔽敏感环组件，其特征在于：所述的上下壳体和上下托盘之间、上下托盘内侧壁和基座托盘外环面之间、以及上下托盘与光纤线圈之间都具有间隙基本一致的双层空气间隙，并且外部热传导仅通过基座托盘的安装凸台并经低导热系数的压环和厚度有限的上下托盘内法兰传递到光纤线圈上，因而最大程度的减少了外部温度变化对内部光纤线圈的影响，提高了双层磁屏蔽敏感环组件的环境适应性。