CN109443339B - 一种光电一体式小型闭环光纤陀螺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光电一体式小型闭环光纤陀螺，属于光纤传感和导航技术领域。所述光纤陀螺的电路板、环路组件和光源组件位于同一外壳中，为光电一体式结构；外壳内部有隔离光路和电路的隔离层，光路部分和电路部分分别从外壳两端装入，可以降低光路部分和电路部分相互干扰；对光纤环路组件采用磁屏蔽外壳，可以屏蔽地磁干扰和电路电子干扰；通过物理隔离发热器件和敏感保偏光纤环，可减小温度分布的不均匀对陀螺精度的影响；通过光学器件紧凑合理布局和简化结构，可实现所述光纤陀螺整体尺寸的小型化；选择成熟的数字控制电路技术，对陀螺信号进行检测、采集、滤波、放大和反馈。

Description

一种光电一体式小型闭环光纤陀螺
技术领域
本发明涉及一种光电一体式小型闭环光纤陀螺，属于光纤传感和导航技术领域。
背景技术
光纤陀螺通过检测由Sagnac(萨格纳克)效应引起的双光束干涉信号的相位差获得角速度信息，与传统机电陀螺相比具有动态范围大、抗干扰能力强、寿命长、体积小以及成本低等特点，在国防建设和国家经济等领域起重要作用。在某些特殊应用领域，如航空导弹和火箭弹等的导航控制中，陀螺的精度、体积和重量受到严重局限，需选用具有特定精度和体积的光纤陀螺测量载体角速度。此外，光纤陀螺敏感光纤环受温度、地磁干扰影响较大，产生的非互易相移将引起大的偏置误差从而影响陀螺精度，因此，对光纤环施加磁屏蔽技术并与发热器件进行物理隔离的基础上缩小光纤陀螺占用的空间体积，已成为光纤陀螺技术发展的一个重要方向。
发明内容
为克服现有技术的缺点，拓展光纤陀螺的应用领域，本发明的目的在于提供一种光电一体式小型闭环光纤陀螺，所述光纤陀螺不仅体积小、结构紧凑而且实现了光纤环路磁屏蔽隔离以及与发热器件分离。
为实现本发明的目的，提供以下技术方案。
一种光电一体式小型闭环光纤陀螺，所述光纤陀螺主要由电路板、环路组件、光源组件和外壳四部分组成。
其中，电路板包括光源驱动电路所在的光源板和主板控制电路所在的主板，二者之间用不导电的垫圈，如电木垫圈隔开。
环路组件包括磁屏蔽外壳、保偏光纤环、Y波导和耦合器；保偏光纤环胶粘在磁屏蔽外壳顶面的凹槽内，Y波导固定在磁屏蔽外壳内的安装槽中，耦合器通过固定在磁屏蔽外壳内的耦合器压板压紧安装在磁屏蔽外壳内。保偏光纤环可通过环氧胶胶粘在磁屏蔽外壳顶面的凹槽内；优选保偏光纤环为260m保偏光纤环。
光源组件包括光源底座、SLD(超辐射发光二极管)光源和探测器及其附带电路；SLD光源和探测器及其附带电路固定安装在光源底座上，光源底座作为所述光纤陀螺的底部，同时也作为散热片使用。可采用铜柱将探测器及其附带电路固定安装在光源底座上。
外壳的顶部设有顶盖，底部设有光源底座，电路板、环路组件和光源组件由上向下依次位于外壳中，外壳中部内侧有一隔层用于固定环路组组件中的磁屏蔽外壳，并将电路板与环路组件隔离；环路组件与光源组件之间设有磁屏蔽隔板将二者隔开；光源底座、顶盖和外壳中部均可设有安装孔用于固定安装。
进一步地，光源组件中SLD光源与探测器的光纤尾纤通过磁屏蔽隔板一侧的出纤口，与环路组件中保偏光纤环、Y波导和耦合器的光纤尾纤相连盘绕后，并用胶固定在保偏光纤环的上表面；光源组件中SLD光源与探测器的器件引脚引线穿过磁屏蔽隔板的出线孔，环路组件中Y波导的引脚引线依次穿过磁屏蔽外壳和外壳上的穿线孔与电路板相连；电路板上光纤陀螺信号输出引线穿过顶盖的出线口通过接插件与外部载体相连。
所述光纤尾纤相连盘绕后，可采用紫外胶固定在保偏光纤环的上表面。
优选磁屏蔽隔板的出线孔设置在离出纤口最远处。
有益效果
本发明提供了一种光电一体式小型闭环光纤陀螺，所述光纤陀螺的电路板、环路组件和光源组件位于同一外壳中，为光电一体式结构；外壳内部有隔离光路和电路的隔离层，光路部分和电路部分分别从外壳两端装入，可以降低光路部分和电路部分相互干扰；对光纤环路组件采用磁屏蔽外壳，可以屏蔽地磁干扰和电路电子干扰；通过物理隔离发热器件和敏感保偏光纤环，可减小温度分布的不均匀对陀螺精度的影响；最终可获得不大于0.4°/h(1σ)的零偏稳定；通过光学器件紧凑合理布局和简化结构，可实现所述光纤陀螺整体尺寸的小型化；选择成熟的数字控制电路技术，对陀螺信号进行检测、采集、滤波、放大和反馈。
附图说明
图1为实施例1中一种光电一体式小型闭环光纤陀螺的外观图。
图2为实施例1中一种光电一体式小型闭环光纤陀螺的剖面结构视意图
其中，1—外壳，2—磁屏蔽外壳，3—保偏光纤环，4—Y波导，5—耦合器，6—耦合器压板，7—磁屏蔽隔板，8—光源底座，9—SLD光源，10—探测器，11—铜柱，12—光源板，13—垫圈，14—主板，15—顶盖
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不作为对本发明专利的限定。
实施例1
一种光电一体式小型闭环光纤陀螺，如图2所示，所述光纤陀螺主要由电路板、环路组件、光源组件和外壳1四部分组成。
其中，电路板包括光源驱动电路所在的光源板和主板控制电路所在的主板14，二者之间用电木垫圈13隔开。
环路组件包括磁屏蔽外壳2、260m保偏光纤环3、Y波导4和耦合器5；保偏光纤环3用环氧胶粘在磁屏蔽外壳2顶面的凹槽内，Y波导4固定在磁屏蔽外壳2内的安装槽中，耦合器5通过固定在磁屏蔽外壳2内的耦合器压板6压紧安装在磁屏蔽外壳2内。
光源组件包括光源底座、SLD光源9和探测器10及其附带电路；SLD光源9和探测器10及其附带电路固定安装在光源底座上，光源底座作为所述光纤陀螺的底部，同时也作为散热片使用。采用铜柱11将探测器10及其附带电路固定安装在光源底座上。
外壳1的顶部设有顶盖15，底部设有光源底座，电路板、环路组件和光源组件由上向下依次位于外壳1中，外壳1中部内侧有一隔层用于固定环路组组件中的磁屏蔽外壳2，并将电路板与环路组件隔离；环路组件与光源组件之间设有磁屏蔽隔板7将二者隔开；光源底座、顶盖15和外壳1中部均设有安装孔用于固定安装。
光源组件中SLD光源9与探测器10的光纤尾纤通过磁屏蔽隔板7一侧的出纤口，与环路组件中保偏光纤环3、Y波导4和耦合器5的光纤尾纤相连盘绕后，并用紫外固定在保偏光纤环3的上表面；光源组件中SLD光源9与探测器10的器件引脚引线穿过磁屏蔽隔板7的出线孔，出线孔设置在离出纤口最远处，环路组件中Y波导4的引脚引线依次穿过磁屏蔽外壳2和外壳1上的穿线孔与电路板相连；电路板上光纤陀螺信号输出引线穿过顶盖15的出线口通过接插件与外部载体相连。
本实施例中，部分的采用部件具体如下：
SLD光源9为1310nm保偏尾纤SLD宽谱光源，厂家中电44所，型号GR1349Q-13；
耦合器5为2×2单模光纤耦合器5，厂家光扬光电，型号RC1017-F；
Y波导4为工作波长为1310nm保偏尾纤的Y波导4，厂家中电44所，型号GC13YB2010；
保偏光纤环3为260米长的保偏光纤环3，内径29.5mm，外径43.5mm，高12mm；厂家武汉长盈通；
探测器10为工作波长为1310nmPIN-FET光电探测器10，厂家中电44所，型号GD45215J-404BL-SB2。
此时，所述光纤陀螺具有不大于0.4°/h(1σ)的零偏稳定，整体尺寸为50×50×40mm，如图1所示。

Claims (10)

1.一种光电一体式小型闭环光纤陀螺，其特征在于：所述光纤陀螺主要由电路板、环路组件、光源组件和外壳(1)组成；
电路板包括光源板(12)和主板控制电路所在的主板(14)，二者之间用不导电的垫圈(13)隔开；
环路组件包括磁屏蔽外壳(2)、保偏光纤环(3)、Y波导(4)和耦合器(5)；保偏光纤环(3)胶粘在磁屏蔽外壳(2)顶面的凹槽内，Y波导(4)固定在磁屏蔽外壳(2)内的安装槽中，耦合器(5)通过固定在磁屏蔽外壳(2)内的耦合器压板(6)压紧安装在磁屏蔽外壳(2)内；
光源组件包括光源底座(8)、SLD光源(9)和探测器(10)及其附带电路；SLD光源(9)和探测器(10)及其附带电路固定安装在光源底座(8)上；
外壳(1)的顶部设有顶盖(15)，底部设有光源底座(8)，电路板、环路组件和光源组件由上向下依次位于外壳(1)中，外壳(1)中部内侧有一隔层用于固定环路组组件中的磁屏蔽外壳(2)，并将电路板与环路组件隔离；环路组件与光源组件之间设有磁屏蔽隔板(7)将二者隔开。
2.根据权利要求1所述的一种光电一体式小型闭环光纤陀螺，其特征在于：所述垫圈(13)的材质为电木。
3.根据权利要求1所述的一种光电一体式小型闭环光纤陀螺，其特征在于：保偏光纤环(3)为260m保偏光纤环(3)。
4.根据权利要求1所述的一种光电一体式小型闭环光纤陀螺，其特征在于：保偏光纤环(3)通过环氧胶胶粘在磁屏蔽外壳(2)顶面的凹槽内。
5.根据权利要求1所述的一种光电一体式小型闭环光纤陀螺，其特征在于：采用铜柱(11)将探测器(10)及其附带电路固定安装在光源底座(8)上。
6.根据权利要求1所述的一种光电一体式小型闭环光纤陀螺，其特征在于：光源底座(8)、顶盖(15)和外壳(1)中部均设有安装孔用于固定安装。
7.根据权利要求2所述的一种光电一体式小型闭环光纤陀螺，其特征在于：保偏光纤环(3)为260m保偏光纤环(3)；
保偏光纤环(3)通过环氧胶胶粘在磁屏蔽外壳(2)顶面的凹槽内；
采用铜柱(11)将探测器(10)及其附带电路固定安装在光源底座(8)上；
光源底座(8)、顶盖(15)和外壳(1)中部均设有安装孔用于固定安装。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的一种光电一体式小型闭环光纤陀螺，其特征在于：光源组件中SLD光源(9)与探测器(10)的光纤尾纤通过磁屏蔽隔板(7)一侧的出纤口，与环路组件中保偏光纤环(3)、Y波导(4)和耦合器(5)的光纤尾纤相连盘绕后，并用胶固定在保偏光纤环(3)的上表面；光源组件中SLD光源(9)与探测器(10)的器件引脚引线穿过磁屏蔽隔板(7)的出线孔，环路组件中Y波导(4)的引脚引线依次穿过磁屏蔽外壳(2)和外壳(1)上的穿线孔与电路板相连；电路板上光纤陀螺信号输出引线穿过顶盖(15)的出线口通过接插件与外部载体相连。
9.根据权利要求8所述的一种光电一体式小型闭环光纤陀螺，其特征在于：光纤尾纤相连盘绕后，用紫外胶固定在保偏光纤环(3)的上表面。
10.根据权利要求9所述的一种光电一体式小型闭环光纤陀螺，其特征在于：磁屏蔽隔板(7)的出线孔设置在离出纤口直线距离最远处。
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