CN208012614U - 一种轻量化三轴一体光纤陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光纤陀螺仪技术领域，公开一种轻量化三轴一体光纤陀螺仪。所述轻量化三轴一体光纤陀螺仪包括本体、第一敏感环组件、第二敏感环组件、第三敏感环组件、处理电路、光路器件和电连接器。通过对结构的设计和优化，本实用新型轻量化三轴一体光纤陀螺仪实现了整机结构的轻量化设计，具有整机重量轻、尺寸小的优势，在最大程度减少重量的同时具有最大的结构刚度，并且装配过程简单、电磁兼容性好，在强振动条件下具有优异的抗振性能，因而有利于在强振动条件下保持较高的测试精度。

Description

一种轻量化三轴一体光纤陀螺仪

技术领域

本实用新型涉及光纤陀螺仪技术领域，更具体地，涉及一种轻量化三轴一体光纤陀螺仪。

背景技术

航天器作为高新科技发展的标志，在我国的国防和经济建设中扮演着极为重要的角色，姿态及速度测量精度是航天器稳定可靠运行的前提，惯性器件及其组成的测量装置作为航天器的眼睛，它直接影响姿态控制系统的精度和性能。

光纤陀螺仪是以光导纤维线圈为基础的敏感元件，由激光二极管发射出的光线朝两个方向沿光导纤维传播。光传播路径的不同，决定了敏感元件的角位移。光纤陀螺仪与传统的机械陀螺仪相比，优点是全固态，没有旋转部件和摩擦部件，寿命长，动态范围大，瞬时启动，结构简单，尺寸小，重量轻。与激光陀螺仪相比，光纤陀螺仪没有闭锁问题，也不用在石英块精密加工出光路，成本相对较低。

现有技术中光纤陀螺惯性测量装置多采用三轴独立工作设计方案，纤陀螺的结构和封装设计仍受到重量、尺寸的约束，整机重量和尺寸较大，并且装配复杂，电磁兼容性不好，从而在强振工作条件下抗震性能较差，导致测试精度差。

中国专利201210180086.1公开了一种用于光纤陀螺的复合壳体，它是一个圆盒形结构，含可拆分对扣的上壳体和下壳体两部分，上壳体和下壳体都具有相同的三层复合结构，即外侧的磁屏蔽壳、中间的支撑壳和内侧的隔热层；上壳体和下壳体之间采用双层舌槽接合面结构，既保证复合壳体的电/磁/热屏蔽连续性，又增强了上壳体和下壳体的接合密封性。该专利通过将壳体拆分上下两部分，并且通过三层复合结构来实现电/磁/热屏蔽的效果，虽然保证了电/磁/热屏蔽的效果，然而三层复合结构还是增加了产品的重量，无法在结构上实现产品的轻量化，而且该结构复杂，在长时间强振条件的工作环境下，如何保证上下壳体以及复合结构之间不产生脱离还是一个问题，并且制造成本较高。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，通过对光纤陀螺仪结构设计，在最大程度减少重量的同时具有最大的结构刚度，提供一种结构简单、成本较低的轻量化三轴一体光纤陀螺仪。

本实用新型目的通过以下技术方案实现：

提供一种轻量化三轴一体光纤陀螺仪,包括本体、第一敏感环组件、第二敏感环组件、第三敏感环组件、处理电路、光路器件和电连接器，所述敏感环组件包括第一敏感环组件、第二敏感环组件、第三敏感环组件，所述第一敏感环组件、第二敏感环组件、第三敏感环组件位置正交固定连接于本体的三个面上，其轴向分别为直角坐标系中的x、z、y轴，所述处理电路、光路器件和电连接器分别设置在本体上，所述处理电路包括前放板、主板、光源板、电源板和解算板，所述光路器件包括SLD光源、1个一分三耦合器和3个二分二耦合器，所述前放板上还设有与一分三耦合器、二分二耦合器配合的光敏探测器；

所述本体为一体成型的六面体结构，所述六面体结构上提供了位于四个侧面和上下端面的六个互不干扰的独立腔室，并呈X型空间框架结构。

本实用新型通过设置1个一分三耦合器11和3个二分二耦合器12，并且在前放板6上设置与二分二耦合器12相互适配的三个光敏探测器61，从而实现三个敏感环组件共用一个处理电路和一个光路器件，因而最大程度减少了电路板的布线面积，进而有效控制了整个陀螺仪的体积和功耗。

本实用新型将本体设计成一体成型的六面体结构，并呈X型空间框架结构，该结构的设计使得各安装腔体之间在空间上隔离，装配组件后具有良好的电磁兼容性，而且能最大程度减少重量的同时具有最大的结构刚度。

进一步地，设有第一敏感环组件的本体安装面上还包括主板，光源板、SLD光源，引依次叠放固定连接于与第一敏感环组件相对的本体1安装面上；

设有第二敏感环组件的本体安装面上还包括前放板，前放板上还设有多个光敏探测器，电源板固定连接于与第二敏感环组件相对的本体安装面上，并且电源板还连接有电连接器，

所述解算板、1个一分三耦合器和3个二分二耦合器依次叠放固定连接于与第三敏感环组件相对的本体安装面上。

进一步地，所述独立腔室为内凹式腔室，所述X型空间框架结构的四个顶角中的任意两个顶角之间形成了四个侧面的内凹式腔室，所述本体的上下端面也设有相同的内凹式腔室。

进一步地，所述内凹式腔室通过上下两组螺钉将盖板固定在内凹式腔室。

进一步地，所述盖板为平板结构或圆弧形结构。

进一步地，所述X型空间框架结构的顶角的端面还设有加强筋。

进一步地，所述加强筋的中间部分为凹槽结构。

进一步地，所述本体内还设有多个凹槽结构。

进一步地，所述敏感环组件包括线圈、导线凹槽、波导和环托，线圈采用脱骨架方式粘接在环托上，所述环托为T型结构，内侧中部有用于承托波导的凸起以及支撑尾纤的导纤凸槽，外侧有用于安装的法兰结构及安装孔，中间为线圈粘接面。

进一步地，所述环托底部对应凸起部分为空心结构。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型轻量化三轴一体光纤陀螺仪实现了整机结构的轻量化设计，具有整机重量轻、尺寸小的优势，在最大程度减少重量的同时具有最大的结构刚度，并且装配过程简单、电磁兼容性好，在强振动条件下具有优异的抗振性能，因而有利于在强振动条件下保持较高的测试精度。

本实用新型三个敏感环组件共用一个处理电路和一个光路器件，因而最大程度减少了电路板的布线面积，进而有效控制了整个陀螺仪的体积和功耗。

本实用新型本体为一体成型的六面体结构，所述六面体结构上提供了位于四个侧面和上下端面的六个互不干扰的独立腔室，该结构的设计使得各安装腔体之间在空间上隔离，装配组件后具有良好的电磁兼容性。

本实用新型本体呈X型空间框架结构，并且在X型空间框架结构上设置上下前后左右六个内凹式腔室，并且通过盖板封闭，有利于改善线圈的工作环境，提高敏感环组件的热适应性。

本实用新型为了提高结构强度，在X型空间框架结构的顶角的端面还设有加强筋，同时为了实现轻量化，在加强筋的中间设置凹槽结构，并且在本体内同样设置多个凹槽结构。

本实用新型敏感环组件采用脱骨架方案，实现了组件化设计和安装，具有良好的结构互换性和热适应性，环托加工简单、便于装配，并且为了实现轻量化，环托底部对应凸起部分为空心结构。

本实用新型敏感环组件装配后，可以保证波导尾纤和线圈尾纤共面且无悬垂尾纤存在，有利于保证敏感环组件装配后的性能在振动条件下稳定可靠，所述敏感环组件利用所述环托外侧的法兰固定，与本体结构上的内凹式腔室配合，可形成一个相对封闭的线圈工作环境，有利提高敏感环组件对环境温度变化的适应性。

附图说明

图1轻量化三轴一体光纤陀螺仪构示意图；

图2轻量化三轴一体光纤陀螺仪爆炸图。

图3本体主视图。

图4本体右视图。

图5本体左视图。

图6本体后视图。

图7本体俯视图。

图8本体仰视图。

图9本体结构示意图。

图10本体第一剖视图。

图11本体第二剖视图。

图12敏感环组件结构示意图。

图13环托结构示意图。

图14环托底部示意图。

其中，1-本体，2-第一敏感环组件，3-第二敏感环组件，4-第三敏感环组件，5-电连接器，6-前放板，7-主板，8-光源板，9-电源板，10-解算板，11-SLD光源，101-一分三耦合器，12-二分二耦合器，13-盖板，14-顶角，15-内凹式腔室，16-螺钉，17-加强筋，18-凹槽结构，19-凹槽结构，20-线圈，21-导线凹槽，波导22，23-环托，24-凸起，25-线圈粘结面，26-空心结构，61-光敏探测器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1～14所示，本实施例提供一种轻量化三轴一体光纤陀螺仪，包括本体1、第一敏感环组件2、第二敏感环组件3、第三敏感环组件4、处理电路、光路器件和电连接器5，处理电路包括前放板6、主板7、光源板8、电源板9和解算板10，光路器件包括SLD光源11、1个一分三耦合器101和3个二分二耦合器12；

如图2所示，其中第一敏感环组件2、第二敏感环组件3、第三敏感环组件4位置正交固定连接于本体1的三个面上，其轴向分别为直角坐标系中的x、z、y轴，设有第一敏感环组件2的本体1安装面上还包括主板7，光源板8、SLD光源11，引依次叠放固定连接于与第一敏感环组件2相对的本体1安装面上，设有第二敏感环组件3的本体1安装面上还包括前放板6，前放板6上还设有多个光敏探测器61，电源板9固定连接于与第二敏感环组件3相对的本体1安装面上，并且电源板9还连接有电连接器5，解算板10、1个一分三耦合器101和3个二分二耦合器12依次叠放固定连接于与第三敏感环组件4相对的本体1安装面上。

本实施例中通过设置1个一分三耦合器101和3个二分二耦合器12，并且在前放板6上设置与二分二耦合器12相互适配的三个光敏探测器61，从而实现三个敏感环组件共用一个处理电路和一个光路器件，因而最大程度减少了电路板的布线面积，进而有效控制了整个陀螺仪的体积和功耗。

如图3～9所示，本实施例中本体1为一体成型的六面体结构，所述六面体结构上提供了位于四个侧面和上下端面的六个互不干扰的独立腔室，分别用于安装第一敏感环组件、第二敏感环组件、第三敏感环组件、处理电路、光路器件和电连接器，并且相互之间在空间上隔离，装配后具有良好的电磁兼容性。

如图10～11所示，本实施例中本体呈X型空间框架结构，独立腔室为内凹式腔体，具体为X型空间框架结构的四个顶角14中的任意两个顶角14之间形成了内凹式腔室15，从而形成四个侧面的内凹式腔室15，相应地在本体1的上下端面也设有相同的内凹式腔室15，从而形成六个互不干扰的独立腔室用于安装光纤陀螺仪的各个组件。

本实施例中内凹式腔室15通过上下两组螺钉16将盖板13固定在内凹式腔室15外，使得安装刚度大，抗震性能好，有利于在强振动条件下保持较高的测试精度，并且由于所有组件(尤其是敏感环组件)被盖板13完全封闭在内凹式腔室15内互不干扰，有利于改善线圈的工作环境，提高敏感环组件的热适应性。其中，用于封闭四个侧面和上下左右两个面的盖板13为平板结构或圆弧形结构，具体本实施例采用平板结构。

本实施例中为了提高结构强度，X型空间框架结构的顶角14的端面还设有加强筋17，在保证结构强度的同时最大程度减少重量，加强筋的中间为凹槽结构18，如图10所示，本实施例还在本体1内同样设置多个凹槽结构19，在保证不影响安装组件和结构强度的前提下，最大实现轻量化的设计。

如图12所示，本实施例中第一敏感环组件、第二敏感环组件、第三敏感环组件结构相同，均包括线圈20、导线凹槽21、波导22和环托23，线圈21采用脱骨架方式粘接在环托23上；

如图13所示，环托23为T型结构，内侧中部有用于承托波导的凸起24以及支撑尾纤的导纤凸槽21，外侧有用于安装的法兰结构及安装孔，中间为线圈粘接面25；如图14所示，为了实现轻量化，环托底部对应凸起部分为空心结构26，通过上述设计环托23加工简单、便于装配。

本实施例敏感环组件采用脱骨架方案，实现了组件化设计和安装，具有良好的结构互换性和热适应性。

本实施例中敏感环组件装配后，可以保证波导尾纤和线圈尾纤共面且无悬垂尾纤存在，有利于保证敏感环组件装配后的性能在振动条件下稳定可靠，所述敏感环组件利用所述环托外侧的法兰固定，与本体结构上的内凹式腔室配合，可形成一个相对封闭的线圈工作环境，有利提高敏感环组件对环境温度变化的适应性。

将实施例中所述的敏感环组件与所述的本体结构结合，易于实现轻量化、结构刚度强、温度适应性好的三轴一体光纤陀螺仪，有利于在强振动条件下保持较高的测试精度。

本实施例轻量化三轴一体光纤陀螺仪实现了整机结构的轻量化设计，具有整机重量轻、尺寸小的优势，并且装配过程简单、电磁兼容性好，在强振动条件下具有优异的抗振性能。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型的技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轻量化三轴一体光纤陀螺仪,其特征在于，包括本体、第一敏感环组件、第二敏感环组件、第三敏感环组件、处理电路、光路器件和电连接器，所述敏感环组件包括第一敏感环组件、第二敏感环组件、第三敏感环组件，所述第一敏感环组件、第二敏感环组件、第三敏感环组件位置正交固定连接于本体的三个面上，其轴向分别为直角坐标系中的x、z、y轴，所述处理电路、光路器件和电连接器分别设置在本体上，所述处理电路包括前放板、主板、光源板、电源板和解算板，所述光路器件包括SLD光源、1个一分三耦合器和3个二分二耦合器，所述前放板上还设有与一分三耦合器、二分二耦合器配合的光敏探测器；

所述本体为一体成型的六面体结构，所述六面体结构上提供了位于四个侧面和上下端面的六个互不干扰的独立腔室，并呈X型空间框架结构。

2.根据权利要求1所述轻量化三轴一体光纤陀螺仪,其特征在于，设有第一敏感环组件的本体安装面上还包括主板，光源板、SLD光源，引依次叠放固定连接于与第一敏感环组件相对的本体1安装面上；

设有第二敏感环组件的本体安装面上还包括前放板，前放板上还设有多个光敏探测器，电源板固定连接于与第二敏感环组件相对的本体安装面上，并且电源板还连接有电连接器，

所述解算板、1个一分三耦合器和3个二分二耦合器依次叠放固定连接于与第三敏感环组件相对的本体安装面上。

3.根据权利要求1所述轻量化三轴一体光纤陀螺仪,其特征在于，所述独立腔室为内凹式腔室，所述X型空间框架结构的四个顶角中的任意两个顶角之间形成了四个侧面的内凹式腔室，所述本体的上下端面也设有相同的内凹式腔室。

4.根据权利要求3所述轻量化三轴一体光纤陀螺仪,其特征在于，所述内凹式腔室通过上下两组螺钉将盖板固定在内凹式腔室。

5.根据权利要求4所述轻量化三轴一体光纤陀螺仪,其特征在于，所述盖板为平板结构或圆弧形结构。

6.根据权利要求3所述轻量化三轴一体光纤陀螺仪,其特征在于，所述X型空间框架结构的顶角的端面还设有加强筋。

7.根据权利要求6所述轻量化三轴一体光纤陀螺仪,其特征在于，所述加强筋的中间部分为凹槽结构。

8.根据权利要求3所述轻量化三轴一体光纤陀螺仪,其特征在于，所述本体内还设有多个凹槽结构。

9.根据权利要求1所述轻量化三轴一体光纤陀螺仪,其特征在于，所述敏感环组件包括线圈、导线凹槽、波导和环托，线圈采用脱骨架方式粘接在环托上，所述环托为T型结构，内侧中部有用于承托波导的凸起以及支撑尾纤的导纤凸槽，外侧有用于安装的法兰结构及安装孔，中间为线圈粘接面。

10.根据权利要求9所述轻量化三轴一体光纤陀螺仪,其特征在于，所述环托底部对应凸起部分为空心结构。