CN115290062B - 一体化小型光纤陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤陀螺技术领域，公开一种一体化小型光纤陀螺仪，包括壳体、设置在壳体内的光源、耦合器、Y波导、磁屏蔽套筒、光源板和主板、设置在磁屏蔽套筒内侧的保偏光纤环、及设置在主板上的光电二极管探测器；所述壳体包括分别形成有安装凸台的底座，并平行设置光源板和主板；所述耦合器和Y波导两者并列设置在底座上；光源设置在所述耦合器的一侧，并和磁屏蔽套筒位于壳体内相对的两端；耦合器分别连接光源、光电二极管探测器和Y波导，Y波导连接保偏光纤环。本发明将主板与光路系统集成为一体化结构，减小了Shupe效应对光纤陀螺性能的影响，也有效减小了Farady效应对光纤陀螺性能的影响，整体结构紧凑、体积小，并提高了光纤陀螺的稳定性和精度。

Description

一体化小型光纤陀螺仪

技术领域

本发明涉及光纤陀螺技术领域，更具体的说，特别涉及一体化小型光纤陀螺仪。

背景技术

光纤陀螺是依据Sagnac(萨格纳克)原理工作，用于敏感角速度的高精度惯性器件。由于光纤陀螺具有全固态、质量小、寿命长、精度高等优点，使其在自动导航、卫星通信、导弹制导等很多领域发挥重要作用。随着光纤陀螺的不断发展，提高其测量精度并减小陀螺整体体积是行业内一直努力的方向。但外界温度与磁场引起的Shupe效应与Farady效应，会极大影响光纤陀螺的稳定性。因此，在增大陀螺内部空间利用率、把陀螺整体尺寸做小的同时，还要兼顾光纤陀螺的散热问题以及屏蔽外界磁场。原有的小型化光纤陀螺要么体积稍大，要么是把主板放在陀螺外面的分体式结构，但这样会导致陀螺精度下降。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种一体化小型光纤陀螺仪，整体结构紧凑、体积小，并提高了光纤陀螺的稳定性和精度。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种一体化小型光纤陀螺仪，包括壳体、设置在所述壳体内的光源、耦合器、Y波导、磁屏蔽套筒、光源板和主板、设置在所述磁屏蔽套筒内侧的保偏光纤环、及设置在所述主板上的光电二极管探测器；所述壳体包括底座，所述底座上分别形成有安装凸台，所述光源板和所述主板平行设置在所述安装凸台上，所述光电二极管探测器与所述光源板的位置相对应；

所述耦合器和Y波导两者并列设置在所述底座上，并与所述光源板位置相对应；所述光源设置在所述耦合器的一侧，并和磁屏蔽套筒位于所述壳体内相对的两端，所述光源的探针设置在所述光源板上；所述耦合器分别连接所述光源、光电二极管探测器和Y波导，所述Y波导连接所述保偏光纤环。

进一步的，所述壳体还包括外壳和上盖，所述外壳设置在所述底座上，并设置有上盖；所述上盖与所述主板连接。

进一步的，所述底座上设置有安装凹槽，所述磁屏蔽套筒通过环氧树脂胶设置在所述底座的安装凹槽内，所述保偏光纤环也通过环氧树脂胶同轴粘接于磁屏蔽套筒内侧。

进一步的，所述光源采用1310nm保偏SLD光源，并和所述Y波导两者与所述底座的安装面上分别均匀涂覆导热硅脂层。

进一步的，所述耦合器采用2×2耦合器，并与所述底座的连接面上设置硅橡胶。

进一步的，所述光源和光电二极管探测器两者的尾纤分别与所述耦合器的输入端尾纤进行熔接，所述耦合器的输出端尾纤与Y波导输入端尾纤进行熔接，所述Y波导的输出端尾纤与保偏光纤环的尾纤进行熔接；所述所有熔接处分别设置熔点保护套管，并设置紫外胶进行固化。

进一步的，所述所有尾纤分别整齐盘绕在底座上，并位于所述磁屏蔽套筒的一侧，还设置紫外胶进行固化。

进一步的，所述光纤陀螺仪为长方体结构，整体尺寸为30mm×30mm×70mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明将光源、耦合器、Y波导、磁屏蔽套筒、保偏光纤环和光电二极管探测器、及主板都设置在壳体内，在不增大体积的同时将主板与光路系统集成为一体化结构，空间利用率高，并将发热元件(光源)与温度敏感元件(保偏光纤环)分别置于壳体内的两端，极大程度上减小了Shupe效应对光纤陀螺性能的影响；同时，将保偏光纤环设置在磁屏蔽套筒内，也有效减小了Farady效应对光纤陀螺性能的影响，因此，整体结构紧凑、体积小，并提高了光纤陀螺的稳定性和精度。

(2)本发明的壳体采用底座、外壳和上盖，方便安装和连接，底座上设置安装凸台并平行设置光源板和主板，即壳体内部采用分层安装，提高了壳体内的安装空间，使整体结构紧凑，减小体积。

(3)本发明的耦合器和Y波导并列位于光源板的下方，提高了壳体内的安装空间，使整体结构紧凑，减小体积。

(4)本发明中光源和Y波导的安装面分别涂覆导热硅脂层，方便进行散热，保证光纤陀螺仪工作的可靠性；光源采用1310nm保偏SLD光源，可靠性高，针对小陀螺内部光纤曲率半径小，具有优秀的抗宏弯特性，同时针对光纤陀螺应用环境恶劣，工作温度范围宽，温度变化率高，振动冲击大，所采用的光源抗干扰能力好，输出光较为稳定。

(5)本发明设置熔点保护套管对熔接处进行保护，并将尾纤盘绕在底座上，再设置紫外胶进行固化，保证整体结构安装的可靠性，从而保证证光纤陀螺仪工作的可靠性。

(6)本发明光纤陀螺仪为长方体结构，整体尺寸为30mm×30mm×

70mm，整体结构的体积小，空间利用率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为本发明中一体化小型光纤陀螺仪的内部示意图。

图2为本发明中一体化小型光纤陀螺仪的外观示意图。

图3为本发明中一体化小型光纤陀螺仪的内部主视图。

图4为本发明中一体化小型光纤陀螺仪的内部左视图。

图5为本发明中一体化小型光纤陀螺仪的局部俯视图。

附图标记说明如下：1-底座、2-外壳、3-上盖、4-光源板、5-光源、6-耦合器、7-Y波导、8-磁屏蔽套筒、9-保偏光纤环、10-光电二极管探测器、11-主板、12-上盖安装凸台。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。

此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1～5所示，本发明提供一种一体化小型光纤陀螺仪，包括壳体、设置在所述壳体内的光源5、耦合器6、Y波导7、磁屏蔽套筒8和主板11、设置在所述磁屏蔽套筒8内侧的保偏光纤环9、及设置在所述主板11上的光电二极管探测器10；

所述光源5和磁屏蔽套筒8位于所述壳体内相对的两端，所述耦合器6分别连接所述光源5、光电二极管探测器10和Y波导7，所述Y波导7连接所述保偏光纤环9。具体的，所述光源5和光电二极管探测器10两者的尾纤分别与所述耦合器6的输入端尾纤进行熔接，所述耦合器6的输出端尾纤与Y波导7输入端尾纤进行熔接，所述Y波导7的输出端尾纤与保偏光纤环9的尾纤进行熔接。

本实施例中，所述光源5发出的光经过耦合器6分成两束光，其中一束光进入Y波导7后，形成顺时针与逆时针两束传输方向相反的光进入保偏光纤环9内。由于保偏光纤环9的Sagnac效应可以得到光纤陀螺仪当前的角速度相移，再经过Y波导7、耦合器6传输至光电二极管探测器10，光电二极管探测器10将光信号转换为电信号后经过主板11运算，再通过导线传输至外部计算机进行处理，即可得到实际角速度值。

进一步的，所述壳体包括底座1、外壳2和上盖3，所述底座1上设置外壳2，所述外壳2上设置上盖3，方便安装和连接。所述底座1分别形成有安装凸台，所述安装凸台上分别平行设置有与所述光源5连接的光源板4、及所述主板11，所述上盖3位于所述主板11上，所述光电二极管探测器10与所述光源板4的位置相对应。具体的，所述上盖3上设置与所述主板11连接配合的上盖安装凸台12，方便安装和连接。

进一步的，所述耦合器6和Y波导7两者并列设置在所述底座1上，并位于所述光源板4的下方，所述光源5位于所述耦合器6的一侧，所述光源5的探针设置在所述光源板4上，方便安装也保证结构紧凑。

进一步的，所述底座1上设置有安装凹槽，所述磁屏蔽套筒8通过环氧树脂胶设置在所述底座1的安装凹槽内，所述保偏光纤环9也通过环氧树脂胶同轴粘接于磁屏蔽套筒8内侧，方便安装也能保证连接可靠。

进一步的，所述光源5采用1310nm保偏SLD光源，并和所述Y波导7两者与所述底座1的安装面上分别均匀涂覆导热硅脂层，保证安装可靠，也便于散热。

本实施例中的光源5采用1310nm保偏SLD光源，由于光通信主要有850nm、1310nm、1550nm这三个波段，通常波长越长，相干长度越短即光谱越宽。针对不同波长光源采用的发射方式不同，850nm和1310nm为半导体超辐射发光二极管，1550nm为掺铒光纤放大自发辐射，本发明采用1310nm光源，满足低精度小型陀螺的要求。此外，SLD为具有单程光增益的半导体光源，辐射出的光为短相干长度光，可以降低瑞利后向散射、偏振交叉耦合和克尔效应等引起的相干误差，与led光源相比，SLD光源具有大输出功率，SLD光源具有良好的平均波长稳定性，以保证光纤陀螺标度因数稳定性，并采用保偏光源提高陀螺的可靠性。

进一步的，所述耦合器6采用2×2耦合器，并与所述底座1的连接面上设置硅橡胶，通过硅橡胶将耦合器6粘接于底座1，保证安装可靠，也便于进行信号传输。

进一步的，所述所有熔接处分别设置熔点保护套管进行保护，并设置紫外胶进行固化。

进一步的，所述所有尾纤分别整齐盘绕在底座1上，并位于所述磁屏蔽套筒8的一侧，还设置紫外胶进行固化。具体的，所述底座1的安装凸台与所述磁屏蔽套筒8之间设置尾纤盘绕区域13，用于放置所有尾纤，保证整体结构的紧凑性。

进一步的，所述光纤陀螺仪为长方体结构，整体尺寸为30mm×30mm×70mm，即光纤陀螺仪的体积小，空间利用率也高。

本发明提供的一体化小型光纤陀螺仪，具体安装过程如下：

1)采用环氧树脂胶将保偏光纤环9粘接于磁屏蔽套筒8内侧，再将磁屏蔽套筒8用环氧树脂胶粘接于底座1的安装凹槽处，并将底座1与磁屏蔽套筒8整体置于温箱中，以80℃烘烤120min。

2)在光源5的底面均匀地涂满薄薄的导热硅脂层，通过螺钉固定于底座1的光源安装面处；将耦合器6用硅橡胶粘接于底座1的耦合器安装面处；在Y波导7的底面均匀地涂满薄薄的导热硅脂层，然后通过螺钉固定于底座1的Y波导安装面处；其中，光源5、耦合器6和Y波导7三者并列设置，所述耦合器6位于光源5和Y波导7之间。

3)将光源安装板4固定在底座1的安装凸台上，并位于壳体内的中部，即位于光源5、耦合器6和Y波导7三者上方。

4)进行光纤熔接，即将光源5的尾纤与耦合器6其中一个输入端的尾纤进行熔接，耦合器6其中一个输出端的尾纤与Y波导7输入端的尾纤进行熔接，Y波导7两根输出端发尾纤与保偏光纤环9的两根尾纤进行熔接，耦合器6另一个输入端的尾纤与光电二极管探测器10的尾纤进行熔接。

5)采用熔点保护套管与紫外胶对上述5处尾纤熔接点进行保护，将尾纤整齐盘绕在底座1的尾纤盘绕区域13上，并采用紫外胶对所有尾纤进行固化。

6)将主板11通过螺钉固定于底座1的安装凸台上，并位于光源安装板4上方，将光电二极管探测器10连接在主板11上。

7)将外壳2通过螺钉安装于底座1上，并将主板11、光源板4和Y波导7的导线从外壳2的走线孔穿出，再上盖3盖在外壳2上并位于主板1上方，即完成光纤陀螺仪的安装。

本发明提供的一体化小型光纤陀螺仪，在不增大体积的同时将主板与光路系统集成为一体化结构，空间利用率高，并将发热元件(光源)与温度敏感元件(保偏光纤环)分别置于壳体内的两端，保证了光纤陀螺的性能，也提高了光纤陀螺的稳定性和精度。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种一体化小型光纤陀螺仪，其特征在于：包括壳体、设置在所述壳体内的光源、耦合器、Y波导、磁屏蔽套筒、光源板和主板、设置在所述磁屏蔽套筒内侧的保偏光纤环、及设置在所述主板上的光电二极管探测器；所述壳体包括底座，所述底座上分别形成有安装凸台，所述光源板和所述主板平行设置在所述安装凸台上，所述光电二极管探测器与所述光源板的位置相对应；

所述耦合器和Y波导两者并列设置在所述底座上，并与所述光源板位置相对应；所述光源设置在所述耦合器的一侧，并和磁屏蔽套筒位于所述壳体内相对的两端，所述光源的探针设置在所述光源板上；所述耦合器分别连接所述光源、光电二极管探测器和Y波导，所述Y波导连接所述保偏光纤环；

所述壳体还包括外壳和上盖，所述外壳设置在所述底座上，并设置有上盖；所述上盖与所述主板连接；

所述底座上设置有安装凹槽，所述磁屏蔽套筒通过环氧树脂胶设置在所述底座的安装凹槽内，所述保偏光纤环也通过环氧树脂胶同轴粘接于磁屏蔽套筒内侧；

所述光纤陀螺仪为长方体结构，整体尺寸为30mm×30mm×70mm；

所述主板位于所述光源板上方，且所述主板位于所述上盖下方。

2.根据权利要求1所述的一体化小型光纤陀螺仪，其特征在于：所述光源采用1310nm保偏SLD光源，并和所述Y波导两者与所述底座的安装面上分别均匀涂覆导热硅脂层。

3.根据权利要求1或2所述的一体化小型光纤陀螺仪，其特征在于：所述耦合器采用2×2耦合器，并与所述底座的连接面上设置硅橡胶。

4.根据权利要求3所述的一体化小型光纤陀螺仪，其特征在于：所述光源和光电二极管探测器两者的尾纤分别与所述耦合器的输入端尾纤进行熔接，所述耦合器的输出端尾纤与Y波导输入端尾纤进行熔接，所述Y波导的输出端尾纤与保偏光纤环的尾纤进行熔接；所有熔接处分别设置熔点保护套管，并设置紫外胶进行固化。

5.根据权利要求4所述的一体化小型光纤陀螺仪，其特征在于：所有尾纤分别整齐盘绕在底座上，并位于所述磁屏蔽套筒的一侧，还设置紫外胶进行固化。