CN117769114A - 一种光纤陀螺仪的波导集成结构以及一种三轴光纤陀螺仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光纤陀螺仪，具体涉及一种光纤陀螺仪的波导集成结构以及一种三轴光纤陀螺仪，包括多层电路板、垫板和波导；所述的多层电路板中的走线层层数不少于光纤陀螺仪的轴数，所述的波导的数量不少于光纤陀螺仪的轴数；所述的垫板设置于多层电路板下；所述的波导装配于多层电路板的凹槽内；所述的波导通过引线键合的方式与多层电路板电气连接，并且各波导连接至多层电路板中的不同走线层。与现有技术相比，本发明解决现有技术中波导调制信号线并线以及波导调制信号线与波导本体接触引起损伤进而影响光纤陀螺仪精度的问题；本方案的波导集成结构实现了屏蔽能力、抗干扰能力强，有效提高了光纤陀螺仪的精度和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤陀螺仪，具体涉及一种光纤陀螺仪的波导集成结构以及一种三轴光纤陀螺仪。
背景技术
光纤陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器。
三轴光纤陀螺仪作为惯性系统的核心部件，被广泛应用于航天、航海、航天等多个领域。随着国内三轴光纤陀螺的工程化和产业化快速发展，其各组件不断向集成化、模块化、高可靠性的发展。其中，波导作为三轴光纤陀螺中的关键器件，其集成化、模块化、高可靠性逐渐成为研究的重点。
现今，针对波导集成化、模块化、可靠性的主流方案是将三个波导平行排列安装在平面结构上见附图1所示。由图1可知：通常来说，波导调制信号线的出线方向位于垂直于光纤方向两侧中的一侧。当将三个波导平行排列安装时，波导的走线只能为垂直光纤的左右方向中的一种，但是无论如何走线，都会存在如下相同问题：
一、不同波导的波导调制信号线之间出现并线问题：导致信号在不同波导的波导调制信号线中传输过程中出现互相干扰的现象，影响三轴光纤陀螺精度；
二、波导调制信号线与波导本体触碰问题：波导是由输出光纤、输入光纤、波导本体组成，其工作原理为外加电压信号通过光波导两侧的推挽电路产生调制电场，改变光波导的有效折射率，实现对传输光信号的相位调制。当波导调制信号线与波导本体(又称相位调制器)触碰，波导调制信号线周围存在的电磁场影响调制电场，进而改变相位调制，影响三轴光纤陀螺精度。
因此，为进一步提升三轴光纤陀螺仪的精度和可靠性，并满足对集成化、模块化发展的需求，需要对其中的波导结构进行改进。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种光纤陀螺仪的波导集成结构以及一种三轴光纤陀螺仪，以解决现有技术中波导调制信号线并线以及波导调制信号线与波导本体接触引起损伤进而影响光纤陀螺仪精度的问题；本方案的波导集成结构实现了屏蔽能力、抗干扰能力强，有效提高了光纤陀螺仪的精度和可靠性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现：
本发明第一方面公开了一种光纤陀螺仪的波导集成结构，包括多层电路板、垫板和波导；
所述的多层电路板中的走线层层数不少于光纤陀螺仪的轴数，所述的波导的数量不少于光纤陀螺仪的轴数；
所述的垫板设置于多层电路板下；
所述的波导装配于多层电路板的凹槽处，且所述的波导装配于垫板上；
所述的波导通过引线键合的方式与多层电路板电气连接，并且各波导连接至多层电路板中的不同走线层。
优选地，所述的波导通过金丝键合的方式与多层电路板电气连接。
优选地，所述的多层电路板上设置有电路板焊盘，所述的波导上设置有波导PIN，所述的电路板焊盘与波导PIN之间通过金丝连接。
优选地，所述的多层电路板上开设有过孔。
优选地，所述的走线层内部埋设有波导调制信号线。
优选地，所述的波导调制信号线采取差分电路的方式设置。
优选地，所述的波导集成结构还包括装配于多层电路板上的排插，所述的排插通过多层电路板与波导电气连接。
优选地，所述的波导包括输入光纤、波导本体和输出光纤；所述的波导本体与多层电路板电气连接，所述的输入光纤和所述的输出光纤分别连接波导本体。
优选地，所述的多层电路板上还设置有电阻，所述的电阻对应于走线层的层数设置有多个，且各电阻连接至不同走线层。
本发明第二方面公开了一种三轴光纤陀螺仪，采用如上任一所述的波导集成结构；所述的多层电路板设置有四层，所述的波导设置有三个。
本发明的工作原理为：
将多个单独的波导电路集成化、模块化在一个多层电路板中，并在电路板内部分层设计不同波导差分电路，解决了原先不同波导的波导调制信号线并线问题和波导调制信号线与波导本体触碰引起损伤的问题，使三个波导布局更紧凑、安装更便捷高效，同时起到隔离、屏蔽的作用；通过电路板将波导调制信号线汇总至单排排插上，使波导与驱动板之间的连接方式由原本的甩线焊接变为插拔，方便后期调试。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)屏蔽，抗干扰：将三个波导平行排列并集成在四层电路板上，并将每个波导调制信号线布置于四层电路板的不同层级中，该方法解决了不同波导的波导调制信号线并线问题和波导调制信号线与波导本体(相位调制器)触碰问题，同时起到隔离、屏蔽的作用，避免不同波导的波导调制信号线信号之间互相干扰。
(2)插拔方便，方便调试：通过多路电路板将波导调制信号线汇总至单排排插上，使波导与驱动板之间的连接方式由原本的甩线焊接变为插拔，方便后期调试。
(3)布局紧凑，安装方便：集成后的波导相比于现今主流方案，布局更加紧凑，安装方式由三次重复安装变为一次成型，安装便捷高效。
附图说明
图1为现有技术中波导集成结构的结构示意图；
图2为本发明的波导集成结构的结构示意图；
图中：1-排插；2-多层电路板；3-波导调制信号线；4-电路板焊盘；5-输入光纤；6-金丝；7-电阻；8-波导PIN；9-波导本体；10-垫板；11-输出光纤；21-波导基座；22-波导电路板；23-安装基座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，为现有技术中主流的波导集成结构，图中以三轴光纤陀螺仪的波导集成结构为例，平行设置有三个波导，如图1所示。具体包括输入光纤5、波导基座21、波导本体9、电阻7、波导电路板22、波导调制信号线3、安装基座23和输出光纤11；波导基座21安装于安装基座23上，波导本体9和波导电路板22分别安装于波导基座21上。波导调制信号线3与电阻7分别电气连接波导电路板22，波导电路板22进一步电气连接波导；波导两端分别连接输入光纤5和输出光纤11。
由图1可知：通常来说，波导调制信号线3的出线方向位于垂直于光纤方向两侧中的一侧。当将三个波导平行排列安装时，波导的走线只能为垂直光纤的左右方向中的一种，但是无论如何走线，都会存在如下相同问题：一、不同波导的波导调制信号线3之间出现并线问题，导致信号在不同波导的波导调制信号线3中传输过程中出现互相干扰的现象，影响三轴光纤陀螺精度；二、波导调制信号线3与波导本体9触碰问题，波导是由输出光纤11、输入光纤5、波导本体组成，其工作原理为外加电压信号通过光波导两侧的推挽电极产生调制电场，改变光波导的有效折射率，实现对传输光信号的相位调制。当波导调制信号线3与波导本体9(又称相位调制器)触碰，波导调制信号线3周围存在的电磁场影响调制电场，进而改变相位调制，影响三轴光纤陀螺精度。
实施例1
一种光纤陀螺仪的波导集成结构，如图2所示，包括多层电路板2、垫板10和波导；
所述的多层电路板2中的走线层层数不少于光纤陀螺仪的轴数，所述的波导的数量不少于光纤陀螺仪的轴数；
所述的垫板10设置于多层电路板2下；
所述的波导装配于多层电路板凹槽处，且所述的波导装配于垫板10上；
所述的波导通过引线键合的方式与多层电路板2电气连接，并且各波导连接至多层电路板2中的不同走线层。
更具体地，本实施例中：
如图2所示，该波导集成结构中，波导为光波导；根据光纤陀螺仪的轴数确定设置的波导数量，并根据光纤陀螺仪的轴数确定多层电路板2的层数。更具体地，通常为保证正常的功能实现以及平衡成本等因素：波导数与光纤陀螺仪的轴数保持相同，使光纤陀螺仪的每一条轴分别对应一个独立的波导；多层电路板2的层数至少为光纤陀螺仪轴数加一，这是因为除设置有对应各波导的走线层外，还包括用于设置接地线的接地层。
波导具体由波导本体9、输入光纤5和输出光纤11构成，其中，波导本体9通过引线键合(金丝键合)的方式与波导调制信号线3相连，输入光纤5与输出光纤11分别连接至波导本体9的两端。进一步，波导集成结构中还包括电阻7，该电阻7集成在多层电路板2上，电阻7根据走线层数量设置有三个，每一个电阻7分别连接至各自的走线层中，并与波导调制信号线3相连、与波导本体9呈并联设置，起泄放电压，限制电流的作用。
多层电路板2上设置有凹槽，金属垫板10集成于多层电路板2底面，用于承载多层电路板2和波导，并可起到接地作用。金属垫板10上形成有突出部分，且该突出部分与多层电路板2的凹槽相嵌合，波导(波导本体9)则装配于多层电路板2的凹槽处、金属垫板10的突出部分上；这是由于波导本体9的厚度要小于多层电路板2的厚度，因而通过金属垫板10对波导本体9的高度进行调整使波导的输入光纤5、输出光纤11能够平行于多层电路板2的表面。此外，金属垫板10具有一定的导电能力，能起到接地的功能。各个波导呈平行设置，并各自通过引线键合(金丝键合)的方式与多层电路板2中的不同走线层电气连接。
多层电路板2上对应每一个波导设置有一组电路板焊盘4，每一个波导上相应设置有一组波导PIN8，电路板焊盘4与波导PIN8之间通过金丝6实现电气连接(形成金丝键合)；在电路板焊盘4位置开设有过孔，以连通内部的走线层与顶层；走线层内部预埋有用于连接波导的波导调制信号线3，波导调制信号线3的一端与相应的电路板焊盘4连接。如此，每一个波导的电路设计在不同层级中，能够避免波导调制信号线3的并线而引起相互干扰，具有强屏蔽能力和抗干扰能力；并且通过金丝键合的方式连接波导与波导调制信号线3，有效避免波导调制信号线3与波导触碰引起损伤的问题。
特别的，走线层内部预埋的波导调制信号线3，采取差分电路的形式设置，具有抗干扰能力强、时序定位精确的特点，并且还能够有效抑制电磁干扰EMI。
此外，在多层电路板2上，还集成设置有一排插1，该排插1与波导调制信号线3的另一端连接，使得波导可以通过排插1以插拔的形式与外部驱动板构成连接，大幅方便了后期的调试工作。排插1根据实际需要，可采用单排排插或多排排插。
实施例2
一种三轴光纤陀螺仪，如图2所示，其中采用如实施例1中的波导集成结构。
更具体地，本实施例中：
由于该光纤陀螺仪为三轴结构，因而本实施例的波导集成结构中，如图2中所示出，多层电路板2采用四层电路板，波导平行的设置有三个，排插1采用单排排插：
(1)去除原有波导电路板22，并将现有技术中采用的3个波导基座21改为金属垫板10，并按图2位置集成在电路板凹槽处。
(2)将现有技术中采用的3个波导电路板22集成为在一个四层电路板上，并在波导PIN8与电路板焊盘4通过金丝键合方式连接，电路板焊盘4还通过过孔将顶层和内层电路连通。
(3)在多层电路板2一侧安装单排排插1，通过预先在多层电路板2中铺设的差分电路将波导调制信号线3按顺序与排插1相连接。
将三个单独的波导电路集成化、模块化在一个四层电路板中，并在该电路板内部分层设计不同波导差分电路，解决了原先不同波导的波导调制信号线3并线问题和波导调制信号线3与波导本体9触碰引起损伤的问题，使三个波导布局更紧凑、安装更便捷高效，同时起到隔离、屏蔽的作用；通过多层电路板2将波导调制信号线3汇总至单排排插1上，使波导与外部驱动板之间的连接方式由原本的甩线焊接变为插拔，方便后期调试。
将三个原本单独的波导电路集成在同一块多层电路板2上，相比于现今主流方案，优化后的波导布局更加紧凑，安装方式由原本的三次重复安装变为一次安装成型，安装方式更加便捷高效。
将三个原本单独的波导电路集成在同一块多层电路板2上，利用电路板的分层结构，使不同波导走线处于同向不同层的状态，起到隔离、屏蔽作用，避免了波导调制信号线3之间相互干扰，解决了不同波导的波导调制信号线3出现并线问题，以及解决了波导调制信号线3与波导本体9相互触碰引起损伤的问题，充分避免对三轴光纤陀螺仪的精度造成影响。
将波导与外部驱动板之间的连接方式由原本的甩线焊接变为通过排插1插拔，方便后期调试，通过金丝键合方式将波导PIN8与电路板焊盘4连接，形成完整的波导电路板22。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光纤陀螺仪的波导集成结构，其特征在于，包括多层电路板(2)、垫板(10)和波导；
所述的多层电路板(2)中的走线层层数不少于光纤陀螺仪的轴数，所述的波导的数量不少于光纤陀螺仪的轴数；
所述的垫板(10)设置于多层电路板(2)下；
所述的波导装配于多层电路板(2)的凹槽处，且所述的波导装配于垫板(10)上；
所述的波导通过引线键合的方式与多层电路板(2)电气连接，并且各波导连接至多层电路板(2)中的不同走线层。
2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺仪的波导集成结构，其特征在于，所述的波导通过金丝键合的方式与多层电路板(2)电气连接。
3.根据权利要求2所述的一种光纤陀螺仪的波导集成结构，其特征在于，所述的多层电路板(2)上设置有电路板焊盘(4)，所述的波导上设置有波导PIN(8)，所述的电路板焊盘(4)与波导PIN(8)之间通过金丝(6)连接。
4.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺仪的波导集成结构，其特征在于，所述的多层电路板(2)上开设有过孔。
5.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺仪的波导集成结构，其特征在于，所述的走线层内部埋设有波导调制信号线(3)。
6.根据权利要求5所述的一种光纤陀螺仪的波导集成结构，其特征在于，所述的波导调制信号线(3)采取差分电路的方式设置。
7.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺仪的波导集成结构，其特征在于，所述的波导集成结构还包括装配于多层电路板(2)上的排插(1)，所述的排插(1)通过多层电路板(2)与波导电气连接。
8.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺仪的波导集成结构，其特征在于，所述的波导包括输入光纤(5)、波导本体(9)和输出光纤(11)；所述的波导本体(9)与多层电路板(2)电气连接，所述的输入光纤(5)和所述的输出光纤(11)分别连接波导本体(9)。
9.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺仪的波导集成结构，其特征在于，所述的多层电路板(2)上还设置有电阻(7)，所述的电阻(7)对应于走线层的层数设置有多个，且各电阻(7)连接至不同走线层。
10.一种三轴光纤陀螺仪，其特征在于，采用如权利要求1-9任一所述的波导集成结构；所述的多层电路板(2)设置有四层，所述的波导设置有三个。
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