CN106595629A - 一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪，包含：壳体，其后部设有的凸台与该壳体的前部连接呈T型；凸台的前端端面为安装面；光路结构，其设置在壳体的前部之内；光路结构的光纤环的敏感轴向与安装面平行；前放电路板，其与光路结构前端连接；光源驱动电路板与信号处理电路板，光源驱动电路板与信号处理电路板通过支柱与凸台后端连接；第一端盖与第二端盖，分别设置在壳体前后两端的端面，并与壳体连接形成封闭结构，使光路结构、前放电路板、光源驱动电路板与信号处理电路板均位于封闭结构内。本发明具有使用方便、体积减小、装调高效可靠以及受自身热源影响减小的优点。

Description

一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪

技术领域

本发明涉及光纤陀螺仪结构设计技术，属于光纤陀螺仪技术领域；具体涉及一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪。

背景技术

光纤陀螺仪是一种基于 Sagnac 效应的全固态角速度传感器，具有启动快、使用寿命长、抗振动与冲击能力好和成本低等优势，目前在国内外航天、航空、航海和交通运输等领域得到越来越广泛的应用。

光纤陀螺仪的敏感元件光纤环为环形结构，一种固定形式是直接绕制在光纤陀螺仪的骨架上，另一种固定形式是先独立绕制成环后转接安装到光纤陀螺仪骨架上。无论是第一种形式还是第二种形式由于受到结构设计和体积的制约，光纤陀螺仪的敏感轴向普遍垂直其安装面。敏感平面内两正交方向的角速度时，需要将两光纤陀螺仪整体正交放置，某些应用场合无法满足光纤陀螺仪整体正交放置的空间和结构要求时，给光纤陀螺仪的应用带来不便。

光路对光纤陀螺仪的性能有着直接的影响，为保证光纤陀螺仪的性能，需要给予光路适当的空间。许多小形化光纤陀螺仪的体积受到光路的制约，无法满足紧凑空间下的体积要求。

光纤陀螺仪在工作过程中，光源和电路会产生热量，是主要热源。这些热量通过传导、辐射和对流会传递到光纤环进而影响光纤陀螺仪的性能，特别是小型化光纤陀螺仪由于其传热路径短、热容量小和散热条件差容易受到热源的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪，实现将光纤陀螺仪的敏感轴向与安装面平行布置，对光路结构进行小型化和模块化设计，对光纤陀螺仪自身主要热源和敏感元件光纤环分别进行散热和隔热设计，使得光纤陀螺仪使用方便、体积减小、装调高效可靠以及受自身热源影响减小的目的。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪，包含：

壳体，其后部设有的凸台与该壳体的前部连接呈T型；所述凸台的前端端面为安装面；

光路结构，其设置在壳体的前部之内；所述光路结构的光纤环的敏感轴向与所述安装面平行；

前放电路板，其与所述光路结构前端连接；

光源驱动电路板与信号处理电路板，所述光源驱动电路板与信号处理电路板通过支柱与所述凸台后端连接；

第一端盖与第二端盖，分别设置在所述壳体前后两端的端面，并与所述壳体连接形成封闭结构，使所述光路结构、前放电路板、光源驱动电路板与信号处理电路板均位于所述封闭结构内。

优选地，所述光路结构前端设有第一电路安装凸台，用于固定连接所述前放电路板。

优选地，所述壳体后端设有第二电路安装凸台，其用于固定连接所述支柱。

优选地，所述光路结构包含：

支架；

光纤环组件结构，其设置在所述支架的支架内腔内部，

保偏分束器，其设置在所述支架的凹槽内部；

所述凹槽用作光路的盘纤面；

探测器，其设置在与所述支架的凹槽底面正交的支架的端平面上，并与所述前放电路板连接；

光源，其设置在所述支架处，且与所述壳体设有的光源安装面接触连接。

优选地，与所述光源连接的尾纤，经第一走纤座与第二走纤座进入所述凹槽内；

所述第一走纤座与所述光纤环组件结构连接；

所述第二走纤座与所述支架连接，且与所述第一走纤座和所述凹槽相连通。

优选地，所述光纤环组件结构包含：

光纤环骨架，所述光纤环绕置在该光纤环骨架上；

第一屏蔽，其套设在所述光纤环骨架的底端外部，

第二屏蔽，其设置在所述光纤环骨架的顶端，并与所述第一屏蔽连接构成磁屏蔽空间；

纤盘，其与所述第二屏蔽的顶端固定；

Y波导，其底端穿过第二屏蔽和纤盘来与所述光纤环骨架连接；所述Y波导还通过光纤与所述光纤环连接，连接所述Y波导和光纤环的光纤盘绕在所述纤盘上。

优选地，所述光纤环骨架位于所述磁屏蔽空间内，并在所述第一屏蔽的一端伸出安装凸台用于与壳体（2）底端连接。

优选地，所述壳体后端设有第一轴向安装基准面，其与所述支架后端设有的第二轴向安装基准面接触并固定；所述壳体侧面设有与所述第一轴向安装基准面正交的第一径向安装配合面，其与所述支架设有的第二径向安装配合面接触并固定。

优选地，所述壳体内部设有导线孔；所述前放电路板与所述信号处理电路板连接的导线，以及所述光源与所述光源驱动电路板连接的导线分别通过所述导线孔走线并固定。

本发明与现有技术相比具有以下优点:

1、 本发明的光纤陀螺仪敏感轴向与安装面平行，可实现在安装平面内将光纤陀螺仪绕T形圆柱轴线旋转90°即可敏感平面内正交方向的角速度，无需将光纤陀螺仪正交放置，方便了光纤陀螺仪的使用。

2、 本发明对光路结构进行了小型化设计，在满足功能和性能的情况下，减小了光纤陀螺仪一端的直径，更有利于在紧凑空间下的使用。

3、 本发明对光路结构进行了模块化设计，光路独立装调后进行光纤陀螺仪级装配，避免了在小型化光纤陀螺仪狭小空间内进行光学装配操作，提高了装配效率和装配可靠性。

4、本发明的光纤陀螺仪自身主要热源直接安装在壳体上，具有良好的散热能力；同时，由于本发明的光纤环位于光纤环组件结构内部并通过安装凸台与壳体固连，具有良好的隔离热传导、热辐射和热对流能力；因此，光纤环受热源的影响减小。

附图说明

图1为本发明一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪的整体结构外形图；

图2为本发明一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪的整体结构示意图；

图3为本发明一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪光路结构的结构示意图；

图4为本发明一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪的光纤环组件结构示意图；

图5为本发明一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪的支架结构示意图；

图6a为本发明一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪的壳体结构示意图；

图6b为本发明一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪的壳体正视图；

图7为本发明一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪的零件分解图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

本发明所述的前端、后端、顶端与底端皆为规定以图2为准，其中，图2的左侧、右侧、上方与下方分别对应本发明中的前端、后端、顶端与底端。

如图1所示，本发明一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪的整体结构呈T形圆柱状，壳体的T形圆柱台阶面为光纤陀螺仪的安装面2-9，第二端盖上箭头方向为敏感轴向，所述敏感轴向与所述安装面2-9平行。

结合图1~7所示，一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪， 包含：

壳体2，所述壳体2设有小端与大端，从壳体2前端端面到所述T形圆柱台阶面之间的部分为小端；从所述安装面2-9到所述壳体2后端端面之间的部分为大端；

光路结构1，其从壳体2的小端安装至壳体2内部后，沿壳体2的轴向及径向与所述壳体2紧固；

前放电路板4，其位于所述光路结构1前端且通过螺钉与在所述光路结构1前端设有的第一电路安装凸台17-6固定连接；

光源驱动电路板5与信号处理电路板6，所述光源驱动电路板5与信号处理电路板6位于所述壳体2后端且通过支柱3与在壳体2后端设有的第二电路安装凸台2-6固定连接；

第一端盖7与第二端盖8，所述第一端盖7与所述第二端盖8分别与设置在所述壳体2两端的第一端盖安装面2-7与第二端盖安装面2-8贴合并且通过螺钉紧固形成封闭结构。

所述前放电路板4和信号处理电路板6通过导线连接，所述导线经设置在所述壳体2内部的导线孔2-5走线与固定。

结合图3，图5与图6所示，所述光路结构1包含：光纤环组件结构11，其位于支架17设有的内腔17-5内部，并通过光纤环骨架111设有的4个安装凸台面与光纤环组件结构11的安装面2-4接触；

光源18，其位于所述支架17的底端并通过压板A 14和压板B 15与所述壳体2底端设有的光源安装面2-3固定；

保偏分束器19，其通过压板C 16固定在所述支架17顶部设有的凹槽17-1内；

所述支架顶部凹槽17-1还作为盘纤面，所述光源18的尾纤沿第一走纤座12和第二走纤座13进入所述盘纤面，进行光路连接并固定。

探测器20，其与支架顶部凹槽底面正交的端平面17-4接触并与所述前放电路板4焊接固连；

所述支架17后端设有带固定螺钉孔的支架轴向安装基准面17-2，所述支架17侧面设有径向安装配合面17-3，所述径向安装配合面与所述轴向安装基准面17-2垂直；所述支架轴向安装基准面17-2与壳体2设有的轴向安装基准面2-1平行且贴合并用螺钉固定，所述支架径向安装配合面17-3与壳体2设有的径向安装配合面2-2平行且面对面配合并通过螺钉固定。

所述第一走纤座12和第二走纤座 13分别通过螺钉与所述光纤环组件结构11以及所述轴向安装基准面17-2固定。

如图4所示，所述光纤环组件结构11包含：

光纤环116，其直接绕置在光纤环骨架111上；所述光纤环骨架111设置在第一屏蔽112内部，

第二屏蔽113，其设置在所述光纤环骨架111的顶端，与所述第一屏蔽112构成磁屏蔽空间；

纤盘114，其与所述第二屏蔽113的顶端固定；

Y波导115，其通过光纤与所述光纤环116连接；所述Y波导115底端与所述光纤环骨架111连接，其顶端穿过第二屏蔽113和纤盘114；所述Y波导115和光纤环116的连接的光纤盘绕在纤盘114上。

综上所述，将上述光纤陀螺仪的敏感轴向与安装面平行布置使得在安装平面内将光纤陀螺仪绕T形圆柱轴线旋转90°即可敏感平面内正交方向的角速度，对光路结构进行了小形化和模块化设计使得光纤陀螺仪的体积减小以及装配效率和装配可靠性提高，通过对光纤陀螺仪自身主要热源直接安装在壳体上的散热设计和敏感元件光纤环的隔热设计降低了光纤陀螺仪受自身发热的影响。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪，其特征在于，包含：

壳体（2），其后部设有的凸台与该壳体（2）的前部连接呈T型；所述凸台的前端端面为安装面（2-9）；

光路结构（1），其设置在壳体（2）的前部之内；所述光路结构（1）的光纤环（116）的敏感轴向与所述安装面（2-9）平行；

前放电路板（4），其与所述光路结构（1）前端连接；

光源驱动电路板（5）与信号处理电路板（6），所述光源驱动电路板（5）与信号处理电路板（6）通过支柱（3）与所述凸台后端连接；

第一端盖（7）与第二端盖（8），分别设置在所述壳体（2）前后两端的端面，并与所述壳体（2）连接形成封闭结构，使所述光路结构（1）、前放电路板（4）、光源驱动电路板（5）与信号处理电路板（6）均位于所述封闭结构内。

2.如权利要求1所述一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪，其特征在于，所述光路结构（1）前端设有第一电路安装凸台（17-6），用于固定连接所述前放电路板（4）。

3.如权利要求1所述一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪，其特征在于，所述壳体（2）后端设有第二电路安装凸台（2-6），其用于固定连接所述支柱（3）。

4.如权利要求1所述一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪，其特征在于，所述光路结构（1）包含：

支架（17）；

光纤环组件结构（11），其设置在所述支架（17）的支架内腔（17-5）内部，

保偏分束器（19），其设置在所述支架（17）的凹槽（17-1）内部；所述凹槽（17-1）用作光路的盘纤面；

探测器（20），其设置在与所述支架（17）的凹槽（17-1）底面正交的支架（17）的端平面（17-4）上，并与所述前放电路板（4）连接；

光源（18），其设置在所述支架（17）处，且与所述壳体（2）设有的光源安装面（2-3）接触连接。

5.如权利要求4所述一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪，其特征在于，与所述光源（18）连接的尾纤，经第一走纤座（12）与第二走纤座（13）进入所述凹槽（17-1）内；

所述第一走纤座（12）与所述光纤环组件结构（11）连接；

所述第二走纤座 （13）与所述支架（17）连接，且与所述第一走纤座（12）和所述凹槽（17-1）相连通。

6.如权利要求4所述一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪，其特征在于，所述光纤环组件结构（11）包含：

光纤环骨架（111），所述光纤环（116）绕置在该光纤环骨架（111）上；

第一屏蔽（112），其套设在所述光纤环骨架（111）的底端外部，

第二屏蔽（113），其设置在所述光纤环骨架（111）的顶端，并与所述第一屏蔽（112）连接构成磁屏蔽空间；

纤盘（114），其与所述第二屏蔽（113）的顶端固定；

Y波导（115），其底端穿过第二屏蔽（113）和纤盘（114）来与所述光纤环骨架（111）连接；所述Y波导（115）还通过光纤与所述光纤环（116）连接，连接所述Y波导（115）和光纤环（116）的光纤盘绕在所述纤盘（114）上。

7.如权利要求6所述一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪，其特征在于，所述光纤环骨架（111）位于所述磁屏蔽空间内，并在所述第一屏蔽（112）的一端伸出安装凸台用于与壳体（2）底端连接。

8.如权利要求1或4所述一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪，其特征在于，所述壳体（2）后端设有第一轴向安装基准面（2-1），其与所述支架（17）后端设有的第二轴向安装基准面（17-2）接触并固定；

所述壳体（2）侧面设有与所述第一轴向安装基准面（2-1）正交的第一径向安装配合面（2-2），其与所述支架（17）设有的第二径向安装配合面（17-3）接触并固定。

9.如权利要求4所述一种敏感轴向与安装面平行的光纤陀螺仪，其特征在于，

所述壳体（2）内部设有导线孔（2-5）；

所述前放电路板（4）与所述信号处理电路板（6）连接的导线，以及所述光源（18）与所述光源驱动电路板（5）连接的导线分别通过所述导线孔（2-5）走线并固定。