CN112097756A - 一种卫星用小型化光纤陀螺组合系统 - Google Patents

一种卫星用小型化光纤陀螺组合系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种卫星用小型化光纤陀螺组合系统，包含：底座，固定安装在底座上的光路组件和电路组件；所述的底座正面形成一安装面，所述的底座底部形成一容纳腔；所述的光路组件包含：通过支架固定安装在底座的安装面上方中心的光纤环组件，以及固定安装在底座的安装面下方、且位于容纳腔内部的耦合器组件、光源组件、探测器组件；所述的电路组件包含：分别固定安装在底座的安装面上方四周的冗余二次电源组件、通讯电路板组件、第一陀螺控制板组件和第二陀螺控制板组件。本发明能够有效隔离光路组件和电路组件，有效降低光纤陀螺组合系统的体积、重量和功耗，且有效提升光纤陀螺组合系统的可靠性和抗辐照性能。

Description

一种卫星用小型化光纤陀螺组合系统
技术领域
本发明涉及一种光纤陀螺组合系统，具体是指一种卫星用的小型化光纤陀螺组合系统，属于卫星控制系统技术领域。
背景技术
现有技术中，在卫星上使用的光纤陀螺组合系统，主要包括有光纤陀螺仪、电源电路、通讯电路等组件。所有的光路组件和电路组件都是安装在单个光纤陀螺仪内部，单个陀螺仪具备敏感角速度的功能。
目前所使用的光纤陀螺组合系统具有设计简单、安装方便的特点；但是同样具有以下不足：一是由于光路组件和电路组件都安装在单个光纤陀螺仪内，因此造成光纤陀螺仪体积增大，从而导致整个光纤陀螺组合系统的体积增大、重量增大；二是所安装的光学器件和二次电源为全冗余配置，造成光纤陀螺组合系统的功耗增大，成本提高；三是单个光纤陀螺仪中采用的元器件等级较低，导致可靠性降低。
基于上述，本发明提出一种卫星用小型化光纤陀螺组合系统，能够有效隔离光路组件和电路组件，能够有效降低光纤陀螺组合系统的体积、重量和功耗，能够有效提升光纤陀螺组合系统的可靠性和抗辐照性能，从而解决现有技术中存在的缺点和限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种卫星用小型化光纤陀螺组合系统，能够有效隔离光路组件和电路组件，有效降低光纤陀螺组合系统的体积、重量和功耗，且有效提升光纤陀螺组合系统的可靠性和抗辐照性能。
为实现上述目的，本发明提供一种卫星用小型化光纤陀螺组合系统，包含：底座，固定安装在底座上的光路组件和电路组件；其中，所述的底座正面形成一安装面，所述的底座底部形成一容纳腔；所述的光路组件包含：通过支架固定安装在底座的安装面上方中心的光纤环组件，以及固定安装在底座的安装面下方、且位于容纳腔内部的耦合器组件、光源组件、探测器组件；所述的电路组件包含：分别固定安装在底座的安装面上方四周的冗余二次电源组件、通讯电路板组件、第一陀螺控制板组件和第二陀螺控制板组件。
其中，所述的光纤环组件包含：第一光纤环，沿水平方向固定安装在底座的安装面上；支架，固定安装在底座的安装面上，且位于第一光纤环的上方；第二光纤环，沿竖直方向固定安装在支架上；第三光纤环，沿竖直方向固定安装在支架上，且与第二光纤环之间相互垂直设置；第四光纤环，与竖直方向倾斜一定角度后固定安装在支架上；其中，所述的第一光纤环、第二光纤环和第三光纤环相互正交设置；所述的第四光纤环分别与第一光纤环、第二光纤环和第三光纤环之间倾斜一角度设置。
其中，所述的耦合器组件包含：多个2×2耦合器，对称安装在底座的容纳腔内部；多个1×3耦合器，对称安装在底座的容纳腔内部；所述的光源组件包含：2个光源，分别为主光源和备用光源，对称安装在底座的容纳腔内部；光源驱动板，固定安装在底座的容纳腔内部，与光源通过电缆连接；所述的探测器组件包含：探测器板，固定安装在底座的容纳腔内部；多个探测器，通过焊接固定安装在探测器板上。
所述的底座安装面底面上还分别设置有第一凸台和第二凸台，所述的光源驱动板通过第一凸台固定安装在底座的安装面下方，所述的探测器板通过第二凸台固定安装在底座的安装面下方；且所述的光源驱动板和探测器板封闭底座的容纳腔开口。
所述的底座的安装面正面的四周还分别设置有侧板；所述的冗余二次电源组件、通讯电路板组件、第一陀螺控制板组件和第二陀螺控制板组件分别固定设置在对应的各块侧板内壁上。
其中，所述的冗余二次电源组件包含依次连接的熔断器保护电路、防浪涌电路、EMI滤波器和4个DC/DC转换器；一次电源输入后依次经过熔断器保护电路和防浪涌电路后，由EMI滤波器分成4路输出，且分别经过4个DC/DC转换器转换成二次电源进行供电。
所述的电路组件还包含：双光源切换电路组件，固定安装在底座安装面正面的其中一块侧板的内壁上，且位于通讯电路板组件的上方；该双光源切换电路组件包含：依次连接的控制器组、并联电路、继电器驱动电路、继电器组，以及分别与继电器组连接的主光源驱动电路、备用光源驱动电路；其中，主光源驱动电路与主光源连接，备用光源驱动电路与备用光源连接；由控制器组发出的控制信号经过并联电路后形成两个控制信号，并经过继电器驱动电路放大后分别控制继电器组，完成继电器切换，对主光源驱动电路以及备用光源驱动电路进行切换控制，实现对主光源和备用光源之间的切换使用。
所述的电路组件还包含：接插件组件，固定安装在底座安装面正面的其中一块侧板的外壁上，包含电源接口，通讯接口和地测接口。
综上所述，本发明所提供的卫星用小型化光纤陀螺组合系统，与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、采用分离式结构设计，将光纤环正交安装在支架上，其余光路组件安装在底座1的内部，将电路组件安装在底座1的正面四周，使得整体结构紧凑、体积小且重量轻；
2、采用冗余二次电源组件，既能保证各个元件的电源供电，又能有效降低功耗和成本；
3、采用相互冗余的双光源切换电路对光源供电进行切换，能有效提高可靠性和寿命。
附图说明
图1为本发明中的卫星用小型化光纤陀螺组合系统的结构示意图；
图2为本发明中的卫星用小型化光纤陀螺组合系统的底部示意图。
具体实施方式
以下结合图1～图2，通过优选实施例对本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
如图1所示，为本发明提供的卫星用小型化光纤陀螺组合系统，包含：底座1，固定安装在底座1上的光路组件和电路组件；其中，所述的底座1的截面呈“П”字形，该底座1的正面形成一安装面，该底座1的底部形成一容纳腔；所述的光路组件包含：通过支架9固定安装在底座1的安装面上方中心的光纤环组件，以及固定安装在底座1的安装面下方、且位于容纳腔内部的耦合器组件、光源组件、探测器组件；所述的电路组件包含：分别固定安装在底座1的安装面上方四周的冗余二次电源组件2、通讯电路板组件3、第一陀螺控制板组件6和第二陀螺控制板组件10。本发明的光纤陀螺组合系统中，光路组件与电路组件之间形成有效的光电隔离。
其中，如图1所示，所述的光纤环组件包含：Z轴光纤环8，沿水平方向固定安装在底座1的安装面上；支架9，固定安装在底座1的安装面上，且位于Z轴光纤环8的上方；X轴光纤环11，沿竖直方向固定安装在支架9上；Y轴光纤环7，沿竖直方向固定安装在支架9上，且与X轴光纤环11之间相互垂直设置；S轴光纤环5，与竖直方向倾斜一定角度后固定安装在支架9上。
进一步，所述的X轴光纤环11、Y轴光纤环7和Z轴光纤环8相互正交设置，即这3个光纤环的法线两两之间相互正交。
进一步，所述的S轴光纤环5分别与X轴光纤环11、Y轴光纤环7和Z轴光纤环8之间倾斜一定角度设置。优选的，该S轴光纤环5的法线与其他三个光纤环的法线之间均呈54.74°的角度。
在本发明的优选实施例中，所述的Z轴光纤环8通过螺钉固定安装在底座1的安装面上方；所述的支架9通过螺钉固定安装在底座1的安装面上方；所述的X轴光纤环11、Y轴光纤环7和S轴光纤环5均通过螺钉固定安装在支架9上。
其中，所述的耦合器组件包含：多个2×2耦合器，对称安装在底座1的容纳腔内部；多个1×3耦合器，对称安装在底座1的容纳腔内部。
进一步，所述的X轴光纤环11、Y轴光纤环7、Z轴光纤环8和S轴光纤环5的尾纤均通过安装面上的尾纤走纤孔穿入底座1的容纳腔内部，并分别与各个1×3耦合器对应连接。
其中，所述的光源组件包含：2个光源，分别为主光源和备用光源，形成主备份互为冗余的光源模式，且对称安装在底座1的容纳腔内部；光源驱动板13，如图2所示，固定安装在底座1的容纳腔内部，与光源通过电缆连接。
其中，所述的探测器组件包含：探测器板12，如图2所示，固定安装在底座1的容纳腔内部；多个探测器，通过焊接固定安装在探测器板12上。
进一步，所述的底座1的安装面底面上还分别设置有第一凸台和第二凸台，所述的光源驱动板13通过第一凸台固定安装在底座1的安装面下方，所述的探测器板12通过第二凸台固定安装在底座1的安装面下方。
在本发明的优选实施例中，所述的光源驱动板13和探测器板12封闭底座1的容纳腔开口，将2个光源、多个2×2耦合器以及多个1×3耦合器等光路元件封闭在底座1的内部，既能有效利用整个光纤陀螺组合系统的结构空间，同时也能对设置在底座1内部的各个光路元件起到抗辐照以及加固的作用。
如图1所示，所述的底座1的安装面正面的四周还分别设置有侧板；所述的冗余二次电源组件2、通讯电路板组件3、第一陀螺控制板组件6和第二陀螺控制板组件10分别固定设置在对应的各块侧板内壁上，不仅使得整个光纤陀螺组合系统的结构设置紧凑，同时使得所有电路组件与光路组件之间形成有效的光电隔离(光路组件中的大部分安装在底座1安装面下方的容纳腔内部，剩余的光纤环组件通过支架设置在底座1的安装面正面，因此所有光路组件与设置在底座1安装面正面四周侧板内壁上的电路组件之间完全没有接触和交集，因此能够有效形成隔离)。
其中，所述的冗余二次电源组件2包含依次连接的熔断器保护电路、防浪涌电路、EMI滤波器和4个DC/DC转换器；一次电源输入后依次经过熔断器保护电路和防浪涌电路的保护后，连接到EMI滤波器，并由EMI滤波器分成四路且分别经过4个DC/DC转换器转换成二次电源(±5V)，并为后续元件(包括主光源、陀螺X、陀螺Y、陀螺Z、陀螺S、主通讯板、备用通讯板)供电。本发明中采用该冗余二次电源组件2，既能保证各个元件的电源供电，又能有效降低功耗和成本。
其中，所述的通讯电路板组件3包含主通讯板和备用通讯板。
其中，所述的第一陀螺控制板组件6包含陀螺Y的控制电路和陀螺Z的控制电路，分别连接陀螺Y和陀螺Z并对其进行控制。
其中，所述的第二陀螺控制板组件10包含陀螺X的控制电路和陀螺S的控制电路，分别连接陀螺X和陀螺S并对其进行控制。
进一步，所述的电路组件还包含：双光源切换电路组件，固定安装在底座1安装面正面的其中一块侧板的内壁上，且位于通讯电路板组件3的上方；该双光源切换电路组件包含：依次连接的控制器组、并联电路、继电器驱动电路、继电器组，以及分别与继电器组连接的主光源驱动电路、备用光源驱动电路；其中，主光源驱动电路与主光源连接，备用光源驱动电路与备用光源连接；由控制器组发出的控制信号经过并联电路后形成两个控制信号，并经过继电器驱动电路放大后分别控制继电器组，完成继电器切换，从而对主光源驱动电路以及备用光源驱动电路进行切换控制，进而实现对主光源和备用光源之间的切换使用。本发明中，采用相互冗余的双光源切换电路组件对主光源和备用光源的供电进行切换，能有效提高系统的可靠性和寿命。
进一步，所述的电路组件还包含：接插件组件4，固定安装在底座1安装面正面的其中一块侧板的外壁上，包含电源接口，通讯接口和地测接口。如图1所示，本实施例中，该接插件组件4固定安装在设置有通讯电路板组件3的侧板外壁上。
综上所述，本发明提供的卫星用小型化光纤陀螺组合系统，能够有效隔离光路组件和电路组件，能够有效降低光纤陀螺组合系统的体积、重量和功耗，并且能够有效提升光纤陀螺组合系统的可靠性和抗辐照性能。
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 (8)

1.一种卫星用小型化光纤陀螺组合系统，其特征在于，包含：底座，固定安装在底座上的光路组件和电路组件；
所述的底座正面形成一安装面，所述的底座底部形成一容纳腔；
所述的光路组件包含：通过支架固定安装在底座的安装面上方中心的光纤环组件，以及固定安装在底座的安装面下方、且位于容纳腔内部的耦合器组件、光源组件、探测器组件；
所述的电路组件包含：分别固定安装在底座的安装面上方四周的冗余二次电源组件、通讯电路板组件、第一陀螺控制板组件和第二陀螺控制板组件。
2.如权利要求1所述的卫星用小型化光纤陀螺组合系统，其特征在于，所述的光纤环组件包含：
第一光纤环，沿水平方向固定安装在底座的安装面上；
支架，固定安装在底座的安装面上，且位于第一光纤环的上方；
第二光纤环，沿竖直方向固定安装在支架上；
第三光纤环，沿竖直方向固定安装在支架上，且与第二光纤环之间相互垂直设置；
第四光纤环，与竖直方向倾斜一定角度后固定安装在支架上；
其中，所述的第一光纤环、第二光纤环和第三光纤环相互正交设置；所述的第四光纤环分别与第一光纤环、第二光纤环和第三光纤环之间倾斜一角度设置。
3.如权利要求1所述的卫星用小型化光纤陀螺组合系统，其特征在于，所述的耦合器组件包含：多个2×2耦合器，对称安装在底座的容纳腔内部；多个1×3耦合器，对称安装在底座的容纳腔内部；
所述的光源组件包含：2个光源，分别为主光源和备用光源，对称安装在底座的容纳腔内部；光源驱动板，固定安装在底座的容纳腔内部，与光源通过电缆连接；
所述的探测器组件包含：探测器板，固定安装在底座的容纳腔内部；多个探测器，通过焊接固定安装在探测器板上。
4.如权利要求3所述的卫星用小型化光纤陀螺组合系统，其特征在于，所述的底座安装面底面上还分别设置有第一凸台和第二凸台，所述的光源驱动板通过第一凸台固定安装在底座的安装面下方，所述的探测器板通过第二凸台固定安装在底座的安装面下方，所述的光源驱动板和探测器板封闭底座的容纳腔开口。
5.如权利要求1所述的卫星用小型化光纤陀螺组合系统，其特征在于，所述的底座的安装面正面的四周还分别设置有侧板；所述的冗余二次电源组件、通讯电路板组件、第一陀螺控制板组件和第二陀螺控制板组件分别固定设置在对应的各块侧板内壁上。
6.如权利要求5所述的卫星用小型化光纤陀螺组合系统，其特征在于，所述的冗余二次电源组件包含依次连接的熔断器保护电路、防浪涌电路、EMI滤波器和4个DC/DC转换器；
一次电源输入后依次经过熔断器保护电路和防浪涌电路后，由EMI滤波器分成4路输出，且分别经过4个DC/DC转换器转换成二次电源进行供电。
7.如权利要求5所述的卫星用小型化光纤陀螺组合系统，其特征在于，所述的电路组件还包含：双光源切换电路组件，固定安装在底座安装面正面的其中一块侧板的内壁上，且位于通讯电路板组件的上方；
所述的双光源切换电路组件包含：依次连接的控制器组、并联电路、继电器驱动电路、继电器组，以及分别与继电器组连接的主光源驱动电路、备用光源驱动电路；其中，主光源驱动电路与主光源连接，备用光源驱动电路与备用光源连接；
由控制器组发出的控制信号经过并联电路后形成两个控制信号，并经过继电器驱动电路放大后分别控制继电器组，完成继电器切换，对主光源驱动电路以及备用光源驱动电路进行切换控制，实现对主光源和备用光源之间的切换使用。
8.如权利要求5所述的卫星用小型化光纤陀螺组合系统，其特征在于，所述的电路组件还包含：接插件组件，固定安装在底座安装面正面的其中一块侧板的外壁上，包含电源接口，通讯接口和地测接口。
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