CN113532480A - 一种提高干涉式光纤陀螺装配合格率的装配调试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高干涉式光纤陀螺装配合格率的装配调试方法，在干涉式光纤陀螺（以下简称“陀螺”）进行电路置换、整机装配前，对结构件的磁屏蔽性能、光路组件的振动性能、光纤环的温度性能、光路组件与电路组件的匹配性进行充分的验证筛选，将筛选合格的结构件、光路组件、电路组件装配成整机。基于上述筛选，可避免整机装配完成后，由于某个部件指标超差导致的整机性能超差，有效规避陀螺的不合格风险，提高整机的合格率。同时，提前筛选剔除不合格的部组件，可降低陀螺的返修率，有效避免由于返修引入的导致陀螺性能异常的问题。
Description
技术领域
本发明涉及提高干涉式光纤陀螺装配合格率的装配调试方法，该方法可以有效地控制陀螺各部件的性能指标及合格率，有效提高陀螺的可靠性，减少返修返工，降低装配完成的陀螺性能超差的风险，提高装配合格率。
背景技术
陀螺具有良好的环境适应性，是惯性导航及姿态控制领域重要的角速度仪表。装配陀螺的过程中，光路、电路导线均需要用硅橡胶等加固，特别是光路，在各光学器件的尾纤点胶固定后，胶液会渗透到层层盘绕的光纤束中，甚至整根光纤都胶液包裹。如陀螺的某些部件性能不合格需要返修，将光纤从胶液中拆出来，容易造成器件尾纤的涂覆层脱落，对光纤的损坏程度大，返修难度大。对于完成正式电装的电路板，多次解焊、焊接会造成焊盘脱落的风险。因此，在正式装配前完成陀螺各个模块的基本性能筛选测试，可以有效地提高陀螺整机的合格率。
为避免陀螺受到地磁等环境中的磁场干扰，使用具有磁屏蔽性能的软磁材料（如铁镍合金）加工陀螺的光纤环安装骨架及上端盖，可有效抑制环境中的磁场对陀螺的影响。但软磁材料在加工过程中，局部的应力作用会破坏材料的磁屏蔽性能，必须经过特殊加工工序处理，才能有效恢复材料的磁屏蔽性能。在陀螺光路组件装配的过程中，无法对结构件的磁屏蔽性能进行考查。光路组件装配完成后，与电路组件连接才能对该项性能进行考查。若由于结构件的磁屏蔽性能不满足要求导致光路组件的磁屏蔽性能超差，由于光纤环等光学器件已与结构件粘接固化完成，该光路组件返修成功率极低。因此，对结构件的磁屏蔽能进行提前筛选是必要的。
发明内容
本发明针对上述缺陷，提供一种提高干涉式光纤陀螺装配合格率的装配调试方法，通过对装配陀螺过程中各个分部件的性能进行前期的筛选控制，保证用于装配陀螺的各个部件满足陀螺整机的使用要求，有效提高陀螺装配的合格率。
本发明提供如下技术方案：一种提高干涉式光纤陀螺装配合格率的装配调试方法，包括如下步骤：
（1）用于装配陀螺的结构件需要具有磁屏蔽性能的，在装配陀螺前，用磁屏蔽测试工装测试结构件的磁屏蔽性能，将与裸环测试相比，安装磁屏蔽结构件后对地磁的感应灵敏度降低20倍及以上的，确认为磁屏蔽性能合格的结构件，将测试合格的结构件用于陀螺装配；
（2）将光纤环与陀螺结构件粘接前，将所述光纤环与光纤环筛选工装连接，测试光纤环的温度性能，将全温极差小于0.5°/h的光纤环确认为温度性能合格的光纤环，将温度性能合格的光纤环用于陀螺装配；
（3）将光源、耦合器、Y波导与所述步骤（2）测试得到温度性能合格的光纤环装配完成后，使用光功率测试工装，测试与探测器相接的所述耦合器端的光功率，将光功率不小于50μW的光路组件用于陀螺装配；
（4）完成陀螺光路组件装配后，对所述步骤（2）测试得到温度性能合格的光纤环及器件尾纤进行点胶固化，将其安装在振动筛选工装上进行振动筛选，将振动过程中与振前后的陀螺输出零偏均值差小于1°/h的光路组件用于陀螺装配；
（5）将振动结果满足要求的陀螺光路组件，焊接光源、Y波导调制线的对接插座，与电路板上的插座对接，进行光电联调，探测器输出电压在0.8～1V、探测器的复位信号波形调平后，进行陀螺光路组件、陀螺电路组件的温度性能测试，其中所考查的温度范围为-40～60℃，所要求的的温度性能如步骤（6）所述；
（6）对陀螺光路组件、陀螺电路组件进行高低温循环测试，陀螺的全温峰峰值不大于2°/h，陀螺输出零偏值应与温度及温度的变化率呈正相关或负相关，不存在零位跳变、抖动等异常现象，将满足要求的陀螺光路组件、陀螺电路组件进行全温零偏重复性测试；
（7）对满足所述步骤（6）指标的光路、电路组件进行全温零偏重复性测试，若各温度点下零位重复性均满足考核指标，则拆除电路板上的插座、光源、Y波导上的插座，将导线长度、走线方式、线路固定等按照工艺文件要求操作，装配成陀螺整机。
进一步地，所述步骤（7）中的温度点为-40℃、-20℃、0℃、20℃、60℃。
进一步地，所述磁屏蔽测试工装、所述光纤环筛选工装、所述功率测试工装、所述振动测试工装所用的陀螺光路组件、电路组件技术状态与正式产品保持一致，以保证筛选测试结果的有效性。
本发明的有益效果为：
1、本发明提供的提高干涉式光纤陀螺装配合格率的装配调试方法对用于装配陀螺的各部件，包括结构件、光纤环、与结构件粘接后光纤环、光路组件、电路组件等在分部件一级进行了质量及可靠性控制，有效提高了装配完成后陀螺整体的合格率。因此，使本发明的装配调试方法可有效提高陀螺整机的合格率。
2、通过本发明提供的提高干涉式光纤陀螺装配合格率的装配调试方法的合理有效的筛选手段，避免了性能不合格部件用于陀螺整机装配，有效减小了陀螺整机返修返工的比例，避免了由于返修返工引入导致陀螺性能超差问题的发生，降低了生产成本。因此，本发明方法可以有效减少陀螺生产过程中因返修导致的陀螺性能超差问题的引入，降低生产成本。
3、本发明提供的提高干涉式光纤陀螺装配合格率的装配调试方法中用于筛选各部件的工装是根据不同测试项目设计的。使用本发明提供的方法中的工装筛选完成的各部组件，用于装配陀螺后，其性能指标是满足陀螺指标要求的。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明提供的装配调试方法装配得到的干涉式光纤陀螺的结构示意图；
图2为本发明提供的提高干涉式光纤陀螺装配合格率的装配调试方法流程示意图；
图3为本发明提供的装配调试方法所使用的光纤环筛选系统的组成原理图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
闭环干涉型陀螺仪是一种基于Sagnac效应的角速度传感器，其系统构成如图1所示。在陀螺光路中，光源发出的光经过耦合器后到达Y波导，经过Y波导后分成强度相同的两束光进入光纤环，在光纤环中传播一周后，两束光在Y波导处汇合并形成干涉光束，由于光纤环相对惯性空间存在着转速，两束光之间存在着与光纤环转速成正比的相位差。干涉光束经耦合器后进入探测器，探测器将干涉光束的强度信号转换为电信号。陀螺电路实时检测干涉光束的相位差，并将相位差补偿掉，由于补偿的相位差与转速成正比，所以补偿值即可表示光纤环的转速。光路相位差是通过探测器输出的电信号检测出来的，陀螺电路组件对光路组件施加的相位补偿是通过对Y波导施加电压调制信号实现的。
如图2所示，本发明提供的一种提高干涉式光纤陀螺装配合格率的装配调试方法，包括如下步骤：
（1）用于装配陀螺的结构件需要具有磁屏蔽性能的，在装配陀螺前，用磁屏蔽测试工装测试结构件的磁屏蔽性能，将与裸环测试相比，安装磁屏蔽结构件后对地磁的感应灵敏度降低20倍及以上的，确认为磁屏蔽性能合格的结构件，将测试合格的结构件用于陀螺装配；
（2）将光纤环与陀螺结构件粘接前，将所述光纤环与光纤环筛选工装连接，测试光纤环的温度性能，将全温极差小于0.5°/h的光纤环确认为温度性能合格的光纤环，将温度性能合格的光纤环用于陀螺装配；
（3）将光源、耦合器、Y波导与所述步骤（2）测试得到温度性能合格的光纤环装配完成后，使用光功率测试工装，测试与探测器相接的所述耦合器端的光功率，将光功率不小于50μW的光路组件用于陀螺装配；
（4）完成陀螺光路组件装配后，对所述步骤（2）测试得到温度性能合格的光纤环及器件尾纤进行点胶固化，将其安装在振动筛选工装上进行振动筛选，将振动过程中与振前后的陀螺输出零偏均值差小于1°/h的光路组件用于陀螺装配；
（5）将振动结果满足要求的陀螺光路组件，焊接光源、Y波导调制线的对接插座，与电路板上的插座对接，进行光电联调，探测器输出电压在0.8～1V、探测器的复位信号波形调平后，进行陀螺光路组件、陀螺电路组件的温度性能测试，其中所考查的温度范围为-40～60℃，所要求的的温度性能如步骤（6）所述；
（6）对陀螺光路组件、陀螺电路组件进行高低温循环测试，陀螺的全温峰峰值不大于2°/h，陀螺输出零偏值应与温度及温度的变化率呈正相关或负相关，不存在零位跳变、抖动等异常现象，将满足要求的陀螺光路组件、陀螺电路组件进行全温零偏重复性测试；
（7）对满足所述步骤（6）指标的光路、电路组件进行全温零偏重复性测试，若各温度点下零位重复性不大于0.5°/h，则拆除电路板上的插座、光源、Y波导上的插座，将导线长度、走线方式、线路固定等按照工艺文件要求操作，装配成陀螺整机。
本发明提供的提高干涉式光纤陀螺装配合格率的装配调试方法所使用的各种调试工装：磁屏蔽测试工装、光纤环筛选工装、功率测试工装、振动测试工装所用的陀螺光路组件、电路组件技术状态与正式产品保持一致，以保证筛选测试结果的有效性。以光纤环筛选测试系统为例，测试系统由光纤环测试工装、被测试光纤环、上位机、温箱等组件组成，如图3所示。其中光纤环测试工装的作用是提供除光纤环以外组成陀螺的其他部组件，与被测试光纤环构成完整的陀螺；提供光纤环空气对流屏蔽装置、尾纤固定等设备，使得被测试光纤环的环境条件与装配在陀螺中的环境保持一致。由此，该系统可完成光纤环的温度筛选。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (3)
1.一种提高干涉式光纤陀螺装配合格率的装配调试方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）用于装配陀螺的结构件需要具有磁屏蔽性能的，在装配陀螺前，用磁屏蔽测试工装测试结构件的磁屏蔽性能，将与裸环测试相比，安装磁屏蔽结构件后对地磁的感应灵敏度降低20倍及以上的，确认为磁屏蔽性能合格的结构件，将测试合格的结构件用于陀螺装配；
（2）将光纤环与陀螺结构件粘接前，将所述光纤环与光纤环筛选工装连接，测试光纤环的温度性能，将全温极差小于0.5°/h的光纤环确认为温度性能合格的光纤环，将温度性能合格的光纤环用于陀螺装配；
（3）将光源、耦合器、Y波导与所述步骤（2）测试得到温度性能合格的光纤环装配完成后，使用光功率测试工装，测试与探测器相接的所述耦合器端的光功率，将光功率不小于50μW的光路组件用于陀螺装配；
（4）完成陀螺光路组件装配后，对所述步骤（2）测试得到温度性能合格的光纤环及器件尾纤进行点胶固化，将其安装在振动筛选工装上进行振动筛选，将振动过程中与振前后的陀螺输出零偏均值差小于1°/h的光路组件用于陀螺装配；
（5）将振动结果满足要求的陀螺光路组件，焊接光源、Y波导调制线的对接插座，与电路板上的插座对接，进行光电联调，探测器输出电压在0.8～1V、探测器的复位信号波形调平后，进行陀螺光路组件、陀螺电路组件的温度性能测试，其中所考查的温度范围为-40～60℃，所要求的的温度性能如步骤（6）所述；
（6）对陀螺光路组件、陀螺电路组件进行高低温循环测试，陀螺的全温峰峰值不大于2°/h，陀螺输出零偏值应与温度及温度的变化率呈正相关或负相关，不存在零位跳变、抖动等异常现象，将满足要求的陀螺光路组件、陀螺电路组件进行全温零偏重复性测试；
（7）对满足所述步骤（6）指标的光路、电路组件进行全温零偏重复性测试，若各温度点下零位重复性均满足考核指标，则拆除电路板上的插座、光源、Y波导上的插座，将导线长度、走线方式、线路固定等按照工艺文件要求操作，装配成陀螺整机。
2.根据权利要求1所述的一种提高干涉式光纤陀螺装配合格率的装配调试方法，其特征在于，所述步骤（7）中的温度点为-40℃、-20℃、0℃、20℃、60℃。
3.根据权利要求1所述的一种提高干涉式光纤陀螺装配合格率的装配调试方法，其特征在于，所述磁屏蔽测试工装、所述光纤环筛选工装、所述功率测试工装、所述振动测试工装所用的陀螺光路组件、电路组件技术状态与正式产品保持一致，以保证筛选测试结果的有效性。
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