CN111964662A - 一种光电一体式小型双轴光纤陀螺 - Google Patents

一种光电一体式小型双轴光纤陀螺 Download PDF

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李晓霞
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Abstract

本发明提供一种光电一体化式小型双轴光纤陀螺，包括外壳、光源模块、环路模块及信号采集模块，外壳由基座、顶盖及侧壁组成，所述基座包括基座底板以及固定于基座底板上的、具有两互相垂直端面的侧板构成；信号采集模块通过四个铜质支撑杆固定在基座上，且靠近顶盖，信号采集模块由信号采集与处理电路板、Y向光电探测器和Z向光电探测器组成；光源模块固定在基座侧板上，光源模块由供电光源板、高功率保偏SLD光源及单模耦合器组成；所述环路模块由两个单模耦合器、两个保偏Y波导、两个空间上互相垂直于陀螺基座底面的长保偏光纤环、光纤环磁屏蔽罩以及光纤环磁屏蔽底座组成。本发明光纤陀螺具有结构紧凑、体积小的优点。

Description

一种光电一体式小型双轴光纤陀螺
技术领域
本发明涉及一种光电一体式小型双轴光纤陀螺，属于光纤陀螺设计技术领域。
背景技术
光纤陀螺是通过检测由Sagnac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，光纤陀螺具有动态范围大、抗环境干扰能力强、寿命长、体积小、成本低等特点，广泛应用于军事和民用等领域。在某些特殊应用领域，如航空导弹和火箭弹等的导航控制领域中，载体的空间运行方向和速率直接影响载体的空间运行状态，需选用具有一定体积和稳定性能的光纤陀螺测量载体俯仰和方位两个方向上的角速度。此外，光纤陀螺敏感器件光纤环受温度、磁场干扰影响较大，其shupe效应和Farady效应引起的非互易相移与旋转引起的Sagnac相移无法区分，将产生大的偏置误差影响陀螺精度。因此，隔离发热器件和敏感光纤环，降低陀螺探测器输出信号的电子干扰，实现陀螺角速度敏感多样化、稳定化，是小型化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，本发明提供一种光电一体式小体积双轴光纤陀螺，在其结构紧凑、体积小的基础上，集陀螺电路控制板与光纤环路为一体，物理隔离发热器件和敏感光纤环，采用磁屏蔽封闭技术隔离地磁、电磁干扰，获得空间两个相互垂直方向上的角速度检测。该陀螺在光电一体式小型化基础上能够实现载体在空间两个互相垂直方向上的旋转角速度检测。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种光电一体化式小型双轴光纤陀螺，包括外壳、光源模块、环路模块及信号采集模块，外壳由基座、顶盖及侧壁组成，所述基座包括基座底板以及固定于基座底板上的、具有两互相垂直端面的侧板构成；信号采集模块通过四个铜质支撑杆固定在基座上，且靠近顶盖，信号采集模块由信号采集与处理电路板、Y向光电探测器和Z向光电探测器组成；光源模块固定在基座侧板上，光源模块由供电光源板、高功率保偏SLD光源及单模耦合器组成；所述环路模块由两个单模耦合器、两个保偏Y波导、两个空间上互相垂直于陀螺基座底面的长保偏光纤环、光纤环磁屏蔽罩以及光纤环磁屏蔽底座组成，其中Y波导、耦合器、光纤环、光纤环磁屏蔽罩及光纤环磁屏蔽底座构成Y向光路环路模块，Y波导、耦合器、光纤环、光纤环磁屏蔽罩及光纤环磁屏蔽底座构成Z向光路环路模块，Y向光路环路模块和Z向光路环路模块分别固定在基座1侧板上。
有益效果
本发明在结构紧凑、体积小的基础上，集陀螺电路控制板与光纤环路为一体，物理隔离发热器件和敏感光纤环，采用全封闭磁屏蔽技术隔离地磁、电磁干扰，获得载体空间两个相互垂直方向上的角速度检测，具有一定的实用性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明双轴陀螺外观图；
图2为本发明双轴陀螺去掉外壳后的立体视图；
图3为本发明双轴陀螺去掉外壳后的左视图；
图4为本发明双轴陀螺去掉外壳、顶盖、信号采集模块、铜柱后的立体斜视图一；
图5为本发明双轴陀螺去掉外壳、顶盖、信号采集模块、铜柱后的立体斜视图二。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图1-5所示，本实施例提供的一种光电一体化式小型双轴光纤陀螺，包括外壳、光源模块、环路模块及信号采集模块。其中，如图1-2所示，陀螺外壳由基座1、顶盖3及侧壁20组成，所述基座包括基座底板以及固定于基座底板上的、具有两互相垂直端面的侧板构成；如图3所示，信号采集模块通过四个铜质支撑杆2固定在基座1上，且靠近顶盖，信号采集模块由信号采集与处理电路板4、Y向1310nm光电探测器18和Z向1310nm光电探测器19组成；如图4所示，光源模块固定在基座侧板上，光源模块由供电光源板5、高功率1310nm 保偏SLD光源6及1:2 1310nm单模单模耦合器7组成；如图5所示，所述环路模块由两个2:2 1310nm单模耦合器9，14、两个1310nm保偏Y波导8,13、两个空间上互相垂直于陀螺基座底面的220m长保偏光纤环10,15、光纤环磁屏蔽罩11,16以及光纤环磁屏蔽底座12，17组成，其中Y波导8、耦合器9、光纤环10、光纤环磁屏蔽罩11及光纤环磁屏蔽底座12构成Y向光路环路模块，Y 波导13、耦合器14、光纤环15、光纤环磁屏蔽罩16及光纤环磁屏蔽底座17构成Z向光路环路模块，Y向光路环路模块和Z向光路环路模块分别固定在基座1 侧板上。
光源模块SLD光源6尾纤与1:2耦合器7尾纤相连，从1:2耦合器7输出端出来的两根尾纤，一根与与环路模块中Y向光路环路模块、信号采集模块Y 向光电探测器尾纤相连，构成Y向闭合互易干涉光路系统；另一根与与环路模块中Z向光路环路模块、信号采集模块Z向光电探测器尾纤相连，构成Z向闭合互易干涉光路系统。Y向、Z向光路系统的光纤环的中心轴在空间上互相垂直分布，从而获得空间两个相互垂直方向上的角速度检测。
此外，本发明通过光电一体方案，减短固定于基座侧板上的Y波导引脚引线与固定于基座上且靠近顶盖的信号采集与处理电路板的距离和长度，降低地磁和电子干扰对陀螺复位信号的干扰；光纤环外壳采用磁屏蔽材料和采用220m 长保偏光纤环，降低地磁场对光纤环路的Farady效应；通过陀螺内部合理空间设计将信号采集与处理电路板与光路环路模块光学器件进行物理隔离(即无接触)，降低器件热辐射和电子电路磁效应对光纤环的非互易影响；设计具有两互相垂直端面的侧板，用于固定两个轴向互相垂直的220m保偏光纤环，考虑光路模块器件尾纤的连接、固定和器件引脚引线的与信号采集与处理电路板的连接，合理配置光路模块各器件的空间布局，使得各器件空间布局合理，缩小陀螺整体尺寸。最终获得载体空间两个相互垂直方向上的零偏稳定性不超过0.8°/h 的角速度检测，陀螺整体尺寸为60×50×45(mm)。
本发明集陀螺电路控制板与光纤环路为一体，物理隔离发热器件和敏感光纤环，采用磁屏蔽封闭技术隔离地磁、电磁干扰，获得空间两个相互垂直方向上的角速度检测。该陀螺在光电一体式小型化基础上能够实现载体在空间两个互相垂直方向上的旋转角速度检测。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种光电一体化式小型双轴光纤陀螺，其特征在于，包括外壳、光源模块、环路模块及信号采集模块，外壳由基座、顶盖及侧壁组成，所述基座包括基座底板以及固定于基座底板上的、具有两互相垂直端面的侧板构成；信号采集模块通过四个铜质支撑杆固定在基座上，且靠近顶盖，信号采集模块由信号采集与处理电路板、Y向光电探测器和Z向光电探测器组成；光源模块固定在基座侧板上，光源模块由供电光源板、高功率保偏SLD光源及单模耦合器组成；所述环路模块由两个单模耦合器、两个保偏Y波导、两个空间上互相垂直于陀螺基座底面的长保偏光纤环、光纤环磁屏蔽罩以及光纤环磁屏蔽底座组成，其中Y波导、耦合器、光纤环、光纤环磁屏蔽罩及光纤环磁屏蔽底座构成Y向光路环路模块，Y波导、耦合器、光纤环、光纤环磁屏蔽罩及光纤环磁屏蔽底座构成Z向光路环路模块，Y向光路环路模块和Z向光路环路模块分别固定在基座1侧板上。
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