CN110553636A - 一种模块化的单轴光纤陀螺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模块化的单轴光纤陀螺，包括本体、内接插件、光路模块和电路模块。光路模块和电路模块二者通过本体分为上下两层，光路模块位于本体下层，电路模块位于本体上层。光路模块与电路模块通过内接插件实现电气连接，再通过机械螺钉固定形成模块化的单轴光纤陀螺整机。本发明提出的模块化单轴光纤陀螺便于产品批量生产、易于产品返工返修，降低产品的研制成本、提高产品的可靠性。

Description

一种模块化的单轴光纤陀螺
技术领域
本发明涉及惯性敏感器技术领域，具体涉及一种模块化的单轴光纤陀螺。
背景技术
光纤陀螺仪用于敏感星体姿态角速度，是卫星姿态控制关键的姿态敏感器之一。光纤陀螺的最大优点是无运动部件的固态陀螺，具有低功耗、低成本、高可靠，长寿命等优点。随着商业航天的发展，低成本、星座等卫星对光纤陀螺产品的需求与日剧增。
当前的光纤陀螺产品，存在如下缺陷：
1、探测器直接焊接在电路板上，导致电路板在安装及拆卸时造成探测器尾纤受损或断裂，从而导致光纤陀螺损坏甚至报废；
2、电路和光路之间通过焊线连接，不便于拆卸，维修不方便；同时电路和光路串行生产，研制周期长。
因此为了适应商业航天对卫星产品敏捷开发的需求，急需研制一种便于拆装维修，研制周期短、有利于批量生产的模块化光纤陀螺产品。
发明内容
本发明的目的在于针对现有光纤陀螺结构的缺陷和不足，提供一种便于装配、便于维修、可靠性高、适于批量生产的模块化单轴光纤陀螺。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种模块化的单轴光纤陀螺，包括本体、内接插件、光路模块和电路模块；
光路模块位于本体的下方，包括下罩、光纤环模块、探测器模块和光源；电路模块位于本体的上方，包括电路板、上罩和外接插件；
探测器模块、光源和光纤环模块固定在本体的下表面，且光纤环模块套在探测器模块和光源外侧，下罩罩在光纤环模块外侧；
内接插件和电路板固定在本体的上表面，上罩罩在电路板外侧，并固定在本体上，电路板与上罩固联，外接插件固定于上罩上表面；
探测器模块和光源的尾纤与光纤环模块的光纤熔接，探测器模块和光源的电引线穿过本体后，与内接插件一侧连接，内接插件另一侧通过电引线与电路板连接，电路板的电引线穿过上罩与外接插件连接。
光纤环模块与本体间安装有隔热垫。
本体上表面对称位置处布置有凸台，所述凸台与电路板上的散热器件位置对应。
本体上表面的凸台上粘贴绝缘导热垫。
凸台厚度为2.7mm±0.1mm。
外接插件的出线方向与上罩上表面平行。
探测器模块包括探测器电路板和光电探测器；光电探测器焊接在探测器电路板上，光电探测器的电信号由探测器板上的电引线引出，光电探测器的光信号通过探测器板上的尾纤引出。
电路板与本体间距为6mm。
电路板与上罩间距为8mm。
下罩、本体和上罩的材料为镁合金AZ40M。
本发明的有益效果为：
(1)本发明将光纤陀螺整合为电路模块和光路模块，两个模块位于本体上下两侧，通过内接插件连接，实现了光纤陀螺的模块化设计，具有安装方便，研制周期短、便于维修，模块互换，适于批产、节约卫星空间资源等优点。
(2)本发明将探测器相关电路模块与整个陀螺电路模块分离，直接与光路模块连接在一起，实现了光纤陀螺的光电解耦设计，改变了以往探测器直接焊接在电路板容易导致电路板在安装及拆卸时造成探测器尾纤受损或断裂，从而导致光纤陀螺损坏甚至报废的情况，提高了光纤陀螺的可装配性、可维修性及可靠性。
(3)本发明电路模块和光路模块通过内接插件连接，拆卸方便，当两个模块其中一个发生故障时，可以直接拆卸故障模块，便于维修；同时本发明的连接方式，使得电路模块和光路模块可以并行生产，极大地缩短了研制周期。
(4)本发明电路模块与本体间粘贴了绝缘导热垫，增加了电路模块高热耗器件的导热途径，满足电子器件的降额要求，提高光纤陀螺的寿命。
(5)本发明外接插件电缆的连接由比较占用空间的垂直出线改为节省空间的水平出线，方便整星的安装，减少光纤陀螺对整星空间资源的占用。
附图说明
图1为模块化单轴光纤陀螺整机结构爆炸图；
图2为探测器模块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行介绍。
如图1所示，本发明提出一种模块化的单轴光纤陀螺，包括本体6、内接插件7、光路模块和电路模块。光路模块和电路模块二者通过本体分为上下两层，光路模块位于本体下层，电路模块位于本体上层。光路模块与电路模块通过内接插件7实现电气连接，再通过机械螺钉固定形成模块化的单轴光纤陀螺整机。
具体地，光路模块位于本体6的下方，包括下罩1、光纤环模块2、探测器模块4和光源5；电路模块位于本体6的上方，包括电路板8、上罩9和外接插件10。电路板8与本体6间距设计为6mm，保证电路板8器件与本体6不干涉，电路板8与上罩9间距设计为8mm，保证电路板8器件与上罩9不干涉。
探测器模块4、光源5和光纤环模块2通过螺钉固定在本体6的下表面，且光纤环模块2套在探测器模块4和光源5外侧，下罩1罩在光纤环模块2外侧，并用螺钉固紧到光纤环模块2上。内接插件7和电路板8固定在本体6的上表面，本体6上表面对称位置处布置有凸台，凸台与电路板8的散热器件位置相对应，凸台厚度设计为2.7mm±0.1mm，保证散热器件的力学和热学特性，上罩9罩在电路板8外侧，并固定在本体6上。外接插件10固定于上罩9上表面，电路板8与上罩9通过外接插件10的安装螺钉固连在一起组成，外接插件10通过在上罩9上增加接插件出线结构，将接插件的出线方向旋转90度，从而将电缆的连接由比较占用空间的垂直出线改为节省空间的水平出线，方便整星的安装，减少光纤陀螺对整星空间资源的占用。
探测器模块4和光源5的尾纤与光纤环模块2的光纤熔接，探测器模块4和光源5的电引线穿过本体6后，与内接插件7一侧连接，内接插件7另一侧通过电引线与电路板8连接，电路板8的电引线穿过上罩9与外接插件10连接。
下罩1、本体6、上罩9零件选用镁合金AZ40M材料，与铝合金相比，在强度和刚度基本相同的情况下，重量可减少约三分之一，本体6作为主承力结构，设计尺寸98mm×98mm，法兰厚度5mm，在保证光纤陀螺力学性能的基础上，控制陀螺的体积和重量，满足小卫星对产品重量的严苛要求。
电路模块安装到光路模块前，本体6凸台上粘贴绝缘导热垫11，对电路板8上的大功率器件进行散热，为了兼顾大功率器件抗力学和散热效果，绝缘导热垫11选用具有弹性的材料且厚度设计为0.38mm，绝缘导热垫11增加电路模块高热耗器件的导热途径，满足电子器件的降额要求，提高光纤陀螺的寿命。
光纤环模块2与本体6间安装了隔热垫3，隔热垫3设计厚度3mm，既减少电路模块及外界环境温度对光纤环模块的影响，提高光纤陀螺的精度，又兼顾了陀螺的外形尺寸的大小。
如图2所示，探测器模块4由探测器电路板41、光电探测器42组成。光电探测器42焊接在探测器电路板41上，光电探测器42的电信号由探测器板41上的焊线引出到内接插件7上，光电探测器42的光信号通过探测器板41上的尾纤与光纤环模块2连接，实现光纤陀螺的光电解耦设计，提高光纤陀螺的可装配性、可维修性及可靠性。
本发明中，探测器模块4巧妙的通过将探测器相关电路与整个陀螺电路模块分离，直接与光路模块连接在一起，实现了光纤陀螺的光电解耦设计，改变了以往探测器直接焊接在电路板容易导致电路板在安装及拆卸时造成探测器尾纤受损或断裂，从而导致光纤陀螺损坏甚至报废的情况，提高了光纤陀螺的可装配性、可维修性及可靠性。
同时，电路模块和光路模块通过内接插件连接，拆卸方便，当两个模块其中一个发生故障时，可以直接拆卸故障模块，便于维修；另外，本发明的连接方式，使得电路模块和光路模块可以并行生产，极大地缩短了研制周期。
本发明给出的模块化单轴光纤陀螺设计便于产品批量生产、易于产品返工返修，降低产品的研制成本、提高产品的可靠性。
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种模块化的单轴光纤陀螺，其特征在于：包括本体(6)、内接插件(7)、光路模块和电路模块；
光路模块位于本体(6)的下方，包括下罩(1)、光纤环模块(2)、探测器模块(4)和光源(5)；电路模块位于本体(6)的上方，包括电路板(8)、上罩(9)和外接插件(10)；
探测器模块(4)、光源(5)和光纤环模块(2)固定在本体(6)的下表面，且光纤环模块(2)套在探测器模块(4)和光源(5)外侧，下罩(1)罩在光纤环模块(2)外侧；
内接插件(7)和电路板(8)固定在本体(6)的上表面，上罩(9)罩在电路板(8)外侧，并固定在本体(6)上，电路板(8)与上罩(9)固联，外接插件(10)固定于上罩(9)上表面；
探测器模块(4)和光源(5)的尾纤与光纤环模块(2)的光纤熔接，探测器模块(4)和光源(5)的电引线穿过本体(6)后，与内接插件(7)一侧连接，内接插件(7)另一侧通过电引线与电路板(8)连接，电路板(8)的电引线穿过上罩(9)与外接插件(10)连接。
2.根据权利要求1所述的一种模块化的单轴光纤陀螺，其特征在于：光纤环模块(2)与本体(6)间安装有隔热垫(3)。
3.根据权利要求1所述的一种模块化的单轴光纤陀螺，其特征在于：本体(6)上表面对称位置处布置有凸台，所述凸台与电路板(8)上的散热器件位置对应。
4.根据权利要求3所述的一种模块化的单轴光纤陀螺，其特征在于：本体(6)上表面的凸台上粘贴绝缘导热垫(11)。
5.根据权利要求3所述的一种模块化的单轴光纤陀螺，其特征在于：凸台厚度为2.7mm±0.1mm。
6.根据权利要求1所述的一种模块化的单轴光纤陀螺，其特征在于：外接插件(10)的出线方向与上罩(9)上表面平行。
7.根据权利要求1所述的一种模块化的单轴光纤陀螺，其特征在于：探测器模块(4)包括探测器电路板(41)和光电探测器(42)；光电探测器(42)焊接在探测器电路板(41)上，光电探测器(42)的电信号由探测器板(41)上的电引线引出，光电探测器(42)的光信号通过探测器板(41)上的尾纤引出。
8.根据权利要求1所述的一种模块化的单轴光纤陀螺，其特征在于：电路板(8)与本体(6)间距为6mm。
9.根据权利要求1所述的一种模块化的单轴光纤陀螺，其特征在于：电路板(8)与上罩(9)间距为8mm。
10.根据权利要求1所述的一种模块化的单轴光纤陀螺，其特征在于：下罩(1)、本体(6)和上罩(9)的材料为镁合金AZ40M。
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