CN1198211A - 高效磁屏蔽体 - Google Patents

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丹尼尔·A·塔扎特斯
阿曼多·科多瓦
阿戈·H·谢尔贝齐安
埃里克·L·戈伦那
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Abstract

一种陀螺组件(10),包括一环形光纤线圈(14)和一形状与线圈相符、用高磁导率铁磁材料制成的盒(12、16)。该盒呈与该线圈的形状相符的环形,它有一部分(22)伸入该环形线圈的内部孔中。因此,该整个线圈紧紧封闭在高磁导率材料中。特别是,该盒包括一支撑线圈的线圈管(12)和一固定在该线圈管上的盖(16)。该线圈管包括一有中心孔(20)的底板(18)和一垂直伸展在该底板上的管状壁(22)。线圈(14)粘接在底板(18)上。该线圈管和该盖都用高磁导率材料制成,该盖套在该光纤线圈外而装到该线圈管上。该线圈管所使用材料的热膨胀系数与该线圈组件的材料的热膨胀系数相配,以便减小作用在光纤上的应力。另一大致呈圆柱形的外部屏蔽体(28)可套在该内部螺旋管形屏蔽体的外部,这两个屏蔽体用一层低磁导率材料、例如一层低磁导率不锈钢或铝隔开。

Description

高效磁屏蔽体
                     发明领域
本发明涉及对一形成可传导光的电磁能的闭合回路的主体(body)进行磁屏蔽。形成这类闭合回路的主体一般包括光陀螺，例如光纤陀螺和环形激光陀螺。光纤陀螺中的回路一般由光纤传感线圈形成。环形激光陀螺中的回路可由布置成多边形的多个直线形增益孔和设置在孔中关键位置上的反射器形成。因此，回路未必呈圆环，也可呈其他曲线形或多边形；但在光陀螺技术中，把所有这些回路统称为环形回路。因此，下述讨论中的“环”或“环形”的意义并不限于圆形。
                      现有技术
用于惯性传感的光纤陀螺之类的光陀螺的一个关键的性能参数是对磁场偏移灵敏度。磁通量的来源包括地球磁场、电器机械等等。对使用在惯性导航系统中的光纤陀螺来说，可容许的磁场偏移灵敏度为0.001-0.0001deg/hr/gauss。一未经屏蔽的陀螺的固有灵敏度约为1deg/hr/gauss。光纤的自然扭曲行为造出在线圈周围传播的光的极化状态相对于所加磁场的空间分布不佳，从而造成陀螺的这一固有灵敏度。减小磁场偏移灵敏度的最有效方法是用一磁屏蔽构件套住该线圈来减小该局部磁场的大小。
光纤陀螺传感线圈通常卷绕在该陀螺中的一线圈管上。线圈管的材料一般使用铝、硅玻璃和钛。一般用套住该线圈的一大致为圆柱形的高磁导率材料盒进行磁屏蔽。用这一方法磁场实际上只能减小约100-300倍，所减小的倍数视该盒的直径、高度、壁厚和磁导率以及所加的磁场的方向而定。
线圈管材料的选择在环境温度变化时也会影响光纤陀螺的偏移。如果线圈管的热膨胀系数与线圈组件不同，光纤就会受到应力，从而造成陀螺偏移的变动。线圈管使用包括铝在内的现有材料时就会发生这种情况。
                    本发明概述
本发明即是要成功地解决上述和其他问题。简单来说，把光纤线圈紧紧封闭在其形状与线圈相符的一铁磁材料盒中。为了紧紧封闭，该盒的一部分伸展在该形成回路的构件的中心孔中。例如，对一线圈来说，该盒包括一用来支撑线圈的线圈管本身和一固定在该线圈管上的盖。该线圈管和该盖都用高磁导率材料制成，该盖套在该光纤线圈外并装在该线圈管上。因此，该盒的形状与该线圈或回路的形状相同；对现有螺旋管形线圈来说，包括线圈管在内的该盒呈同样的空心螺旋管形。
此外，线圈管所使用的材料的热膨胀系数与线圈组件的热膨胀系数相配，以便减小作用在光纤上的应力。
一大致呈圆柱形的外部屏蔽体可套在该内部螺旋管形屏蔽体的外部，这两个屏蔽体用一层低磁导率材料、例如一层低磁导率不锈钢或铝隔开。
上述结构有若干优点。比方说在一光纤线圈上生成一被紧紧包住、受屏蔽的光路，且便于制造。屏蔽效率提高，对线圈来说，该磁屏蔽线圈管既用来支撑线圈，又用作磁屏蔽体。
从下述结合附图对例示性实施例的说明中可清楚看出本发明的其他目的和优点并更充分理解本发明。
附图的简要说明
图1为本发明一优选实施例的立体图；
图2、2a、2b和2c为本发明各实施例的剖面图，示出一装在一线圈管上的光纤线圈、一固定在该线圈管上的盖和该线圈内部的一管状壁，该线圈管、该盖和该管状壁用高磁导率材料制成；
具体说，图2为沿图3中2-2线剖取的图1和3所示实施例的剖面图；
具体说，图2a与图2的不同之处在于，在图2a中，线圈与管状壁之间有非粘合材料；
具体说，图2b同图2a，只是线圈与管状壁之间有一间隙；
具体说，图2c与图2、2a和2b的不同之处在于，管状壁固定在该盖上，而在其他附图中，管状壁固定在线圈管上；
图3为沿图2中3-3线剖取的图3实施例的剖面图；
图4同图2，但还有一高磁导率材料外壳，进一步进行磁屏蔽。
                详细说明
从图1-3可见，一光纤陀螺组件10、10a、10b和10c构成一用来磁屏蔽一光纤陀螺线圈14的壳体或盒。每一组件10、10a、10b和10c包括一线圈管12或12’、一光纤线圈14和一盖16或16’。线圈14为公知结构的光纤绕组。线圈管12、12’和盖16、16’都用高相对磁导率(μ/μ0)的铁磁材料制成。优选的高磁导率材料包括Carpenter High Permeability“49”和Carpenter HyMu“49”(Carpenter Technology Corporation的商标)合金，其组成分别为48％镍-铁合金和非取向80％镍-铁-钼合金。此外，线圈管12、12’所使用材料的热膨胀系数与线圈组件的热膨胀系数相配，以便减小作用在光纤上的应力。
线圈管12、12’包括其上有一中心孔20、20’的底板18、18’。在图2、2a和2b中，一管状壁22从底板18垂直向上伸展。孔20供安装螺栓或其他支撑件穿过，以便把组件10、10a和10b安装到一支撑结构上。线圈14用普通成分的合适粘合剂粘接到底板18上。
在图2c中，管状壁22’从盖16’、而不是从底板伸出；图2、2a和2b与图2c的结构在其他方面均相同。
需要时，如图2a所示，所示管状壁22与线圈14之间可设置非粘合材料23。这类非粘合材料的特征是摩擦系数很低，其理由可见用作本专利参考材料的专利No.5,545,892。简单来说，线圈的线圈管包括一平面状安装凸缘和一中心轴。该线圈可直接卷绕在该轴上。由于该轴的表面与线圈的内层大致不粘合，因此线圈横装到安装凸缘的平面上而在该方向上不受限制。从而线圈随着温度上升可轴向膨胀，不生成陀螺偏移误差。
或者，如图2b所示，管状壁22与线圈14之间也可有间隙25。使用间隙25的理由可见用作本专利参考材料的专利申请SerialNo.08/526,725。
当屏蔽要求极高时，如图4所示，一也用高磁导率铁磁材料制成的外壳28套在组件10外。底板18与外壳28之间有一用任何合适方向粘接其上的低磁导率材料垫圈30把线圈管12与外壳28隔开，以便防止其间发生磁耦合。用来进一步屏蔽线圈的磁屏蔽外壳28(圆柱形对称于陀螺的输入轴线)可用Carpenter High Permeability“49”和Carpenter HyMu“49”之类材料制成。
尽管以上结合特殊实施例说明了本发明，但应指出，可在本发明的精神和范围内作出种种改动和修正。

Claims (25)

1、一光陀螺中的一种磁屏蔽体，包括：
一主体，该主体形成一可传导光的电磁能的闭合回路，它包括一由该回路围绕的内部孔；以及
一盒，该盒用高相对磁导率材料(μ/μ0)制成，它围绕所述主体并伸入所述内部孔中。
2、按权利要求1所述的屏蔽体，其特征在于，所述主体包括绕制成环形结构的光纤。
3、按权利要求1所述的屏蔽体，其特征在于，所述主体包括一环形激光陀螺。
4、按权利要求1所述的屏蔽体，其特征在于：
所述盒包括：
一线圈管，该线圈管用高相对磁导率(μ/μ0)铁磁材料制成，该线圈管包括一有一中心孔的底板，
一盖，该盖用高相对磁导率(μ/μ0)铁磁材料制成，用来盖住该线圈管，以及
一管状壁，该管状壁垂直伸展在所述底板与所述盖之间而与所述线圈管和所述盖一起构成一环形盒；以及
所述主体包括一位于所述盒中、套在所述管状壁上、从而由所述高磁导率材料封闭的光纤线圈。
5、按权利要求4所述的屏蔽体，其特征在于，所述线圈由一线圈组件构成，所述线圈管所使用材料的热膨胀系数与所述线圈组件的材料的热膨胀系数相配，以便减小作用在所述线圈的光纤上的应力。
6、按权利要求4所述的屏蔽体，其特征在于，所述线圈粘接在所述底板上。
7、按权利要求4所述的屏蔽体，其特征在于，所述管状壁与所述线圈相间距。
8、按权利要求4所述的屏蔽体，其特征在于，所述管状壁与所述线圈之间有非粘合材料。
9、按权利要求4所述的屏蔽体，其特征在于，所述管状壁固定在所述底板上。
10、按权利要求4所述的屏蔽体，其特征在于，所述管状壁固定在所述盖上。
11、一光纤陀螺中的一种磁屏蔽体组件，包括：
一线圈管，该线圈管用高相对磁导率(μ/μ0)铁磁材料制成，该线圈管包括一有一中心孔的底板；
一盖，该盖用高相对磁导率(μ/μ0)铁磁材料制成，用来盖住该线圈管；
一伸展在所述底板与所述盖之间的管状壁；
所述底板、所述盖和所述管状壁构成一环形盒；以及
一位于所述盒中、套在所述管状壁上、从而由所述高磁导率材料封闭的光纤陀螺环形线圈。
12、按权利要求11所述的组件，其特征在于，所述线圈由一线圈组件构成，所述线圈管所使用材料的热膨胀系数与所述线圈组件的材料的热膨胀系数相配，以便减小作用在所述线圈的光纤上的应力。
13、按权利要求11所述的组件，其特征在于，所述管状壁固定在所述线圈管上。
14、按权利要求11所述的组件，其特征在于，所述管状壁固定在所述盖上。
15、按权利要求11所述的组件，其特征在于，所述管状壁与所述线圈相间距。
16、按权利要求11所述的组件，其特征在于，进一步包括所述管状壁与所述线圈之间的非粘合材料。
17、按权利要求11所述的组件，其特征在于，进一步包括一套在所述环形盒外的高相对磁导率(μ/μ0)铁磁材料外壳。
18、一光陀螺中的一种受磁屏蔽的组件，包括：
一光纤线圈，该线圈有一中心孔；以及
一铁磁材料盒，该盒的形状与所述线圈相同而封闭所述线圈，它伸入该内部孔中。
19、按权利要求18所述的组件，其特征在于，所述线圈由一线圈组件构成，所述线圈管所使用材料的热膨胀系数与所述线圈组件的材料的热膨胀系数相配，以便减小作用在所述线圈的光纤上的应力。
20、按权利要求18所述的组件，其特征在于，所述盒包括一支撑线圈的线圈管、一固定在该线圈管上的盖和一伸展在该线圈管与该盖之间的管状壁，所述线圈管、所述盖和所述管状壁用高磁导率材料制成，所述盖套在所述光纤线圈外而装在所述线圈管上，所述管状壁位于所述线圈的所述内部孔中而与所述盖和所述线圈管磁密封地接触。
21、在一光陀螺中磁屏蔽一主体的方法，该主体形成一可传导光的电磁能的闭合回路，它构作成包括一由该回路围成的内部孔，该方法包括下列步骤：用围住该主体并伸入该内部孔中的导磁材料封闭该主体。
22、按权利要求21所述的方法，其特征在于，形成该闭合回路的该主体包括一光纤线圈，进一步包括下列步骤：把该导磁材料做成一紧紧封闭整个线圈的环形盒。
23、按权利要求22所述的方法，其特征在于，进一步包括下列步骤：用一高相对磁导率(μ/μ0)铁磁材料外壳套住该主体和该盒。
24、按权利要求21所述的方法，其特征在于，形成该闭合回路的该主体为一环形激光陀螺。
25、按权利要求24所述的方法，其特征在于，进一步包括下列步骤：用一高相对磁导率(μ/μ0)铁磁材料外壳套住该主体和该盒。
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C06 Publication
PB01 Publication
C01 Deemed withdrawal of patent application (patent law 1993)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication