CN208223502U - 一种具有热屏蔽功能的调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有热屏蔽功能的调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪。该陀螺仪使用低膨胀金属光纤环芯轴作为光纤环骨架缠绕光纤，采用抽真空双层保温套筒隔离外部环境温度影响，在空间上对包含光纤环在内的光学器件与电子元器件采用光电分离式结构设计，并在光纤环与发热电子元器件之间引入隔热层，屏蔽电子元器件发热对光纤环的影响。本实用新型有效降低了环境温度及发热电子元器件对调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪测量精度及长期稳定性的影响，可以用于实现低温度漂移的调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪。

Description

一种具有热屏蔽功能的调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪

技术领域：

本实用新型涉及光纤转动传感技术，具体涉及一种具有热屏蔽功能的调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪。

背景技术：

光纤陀螺仪是一种以光纤环为敏感元件，利用光学Sagnac效应对物体转动角速度进行精确测量的光学仪器，在航空、航天以及航海等领域有着非常重要的应用价值。其中，差动式调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪采用一个两端相对扭转90°的保偏光纤环，构成两个偏振方向正交的保偏光纤调频连续波干涉光纤陀螺，并利用在保偏光纤光纤环内偏振方向相互正交的两个光学调频连续波干涉拍频信号因Sagnac效应而引起的初相位之差来确定陀螺的旋转速度。因为这两个光学调频连续波干涉拍频信号有相同的互易性、相位漂移和相反的非互易性Sagnac相位移动，因此可以去除全部的互易相位误差，并且提供双倍的旋转角速度灵敏度，相比于传统光纤陀螺，在理论上具有更高的测量精度。

调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪一般由调频连续波激光器、保偏光纤环光路、解调电路组件和机械固定结构四部分构成。环境温度对调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪测量精度的影响很大。首先，当环境温度变化时，由于光纤环骨架的热胀冷缩，会使构成光纤环的光纤总长度发生变化，造成拍频信号频率不稳定，进而导致后续鉴相电路测量精度的降低。其次，如果环境温度产生波动，相当于对光纤环进行了一种相位调制，从而增大了调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪的噪声。另外，即便环境温度不变，调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪中使用的电子元器件也会主动发热，造成陀螺仪内部温度变动，进而对调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪的性能产生影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是要提供一种具有热屏蔽功能的调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪，降低调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪温度漂移，屏蔽环境温度以及自身电子元器件发热对光纤陀螺仪整体性能产生的不利影响。

为解决现有技术存在的问题，本实用新型的技术方案是：一种具有热屏蔽功能的调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪，其特征在于：包括热隔离罩，光纤环骨架，隔热层，中心板，下保护罩，激光器，保偏光纤环光路和解调电路组件，所述中心板上方和下方分别设置有热隔离罩和下保护罩，所述中心板的上表面上覆设有隔热层，中心板与热隔离罩形成的封闭空间内设置光纤环骨架；下保护罩与中心板形成的封闭空间内设置有解调电路组件和调频连续波激光器；保偏光纤环光路的保偏光纤缠绕于光纤环骨架周围。

所述光纤环骨架通过螺丝固定设置于中心板的中心位置。

所述隔热层为热导率低于0.05W·m^-1·k^-1绝热材料制得。

所述光纤环骨架的制作材料为线膨胀系数低于1×10^-5/K的低膨胀合金。

所述热隔离罩为双层抽真空保温结构，下保护罩5为单层金属结构。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

1）将光纤环骨架以中心固定的方式通过其底板与中心板固定，降低保偏光纤环光路因陀螺仪壳体及光纤环骨架本身热胀冷缩造成光纤环光纤长度的变化，进而降低了陀螺仪的热噪声以及对测量精度的影响；

2）在光纤环骨架与电子元器件安装位置之间使用了隔热层，可以有效地降低陀螺仪自身电子元器发热所引起的温度起伏对光纤陀螺精度的影响；

3）在陀螺仪外围的设计上，对中心板上部的光路部分采用了双层抽真空热屏蔽外壳，有效屏蔽了环境温度起伏对调频连续波保偏光纤陀螺仪内部温度的影响，从而提高了调频连续波保偏光纤陀螺仪的测量精度和长期稳定性；对下保护罩则采用了另一种结构方式，使用常规的单层金属结构，在保护电子元器件的同时，有利于电路板发热器件的散热；

4）配合结构的变化，本实用新型也对各部件的材料进行了优化选择，以达到更好的热屏蔽效果。实验显示，该结构有效提升了整个装置的性能，确保了其精确度。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

附图标记说明如下：1-热隔离罩，2-光纤环骨架，3-隔热层，4-中心板，5-下保护罩，6-调频连续波激光器，7-保偏光纤环光路，8-解调电路组件，9-螺丝。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1，本实施例提供一种具有热屏蔽功能的调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪，包括热隔离罩1，光纤环骨架2，隔热层3，中心板4，下保护罩5，激光器6，保偏光纤环光路7和解调电路组件8，所述中心板4上方和下方分别设置有热隔离罩1和下保护罩5，所述中心板4的上表面上覆设有隔热层3，中心板4与热隔离罩1形成的封闭空间内设置光纤环骨架2；所述光纤环骨架2通过螺丝9固定设置于中心板4的中心位置；下保护罩5与中心板4形成的封闭空间内设置有解调电路组件8和调频连续波激光器6；保偏光纤环光路7的保偏光纤缠绕于光纤环骨架2周围。

所述热隔离罩1为双层抽真空保温结构，下保护罩5为单层金属结构。

所说的光纤环骨架2用于缠绕保偏光纤，构成保偏光纤环光路7，其制作材料为线膨胀系数低于1×10^-5/K的低膨胀合金，如线膨胀系数为0.8×10^-6/K的合金4J36。

所说的光纤环骨架可以是一体化整体式结构，也可以采用由上环、下环和中轴合成的组合式骨架，只要将其固定于中心板4的中心位置即可。

所说的隔热层的制作材料为热导率低于0.05W/(m·k)的绝热材料，具体为玻璃纤维板。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种具有热屏蔽功能的调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪，其特征在于：包括热隔离罩（1），光纤环骨架（2），隔热层（3），中心板（4），下保护罩（5），激光器（6），保偏光纤环光路（7）和解调电路组件（8），所述中心板（4）上方和下方分别设置有热隔离罩（1）和下保护罩（5），所述中心板（4）的上表面上覆设有隔热层（3），中心板（4）与热隔离罩（1）形成的封闭空间内设置光纤环骨架（2）；下保护罩（5）与中心板（4）形成的封闭空间内设置有解调电路组件（8）和调频连续波激光器（6）；保偏光纤环光路（7）的保偏光纤缠绕于光纤环骨架（2）周围。

2.如权利要求1所述的一种具有热屏蔽功能的调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪，其特征在于：所述光纤环骨架（2）通过螺丝（9）固定设置于中心板（4）的中心位置。

3.如权利要求1或2所述的一种具有热屏蔽功能的调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪，其特征在于：所述隔热层（3）为热导率低于0.05W·m^-1·k^-1绝热材料制得。

4.如权利要求3所述的一种具有热屏蔽功能的调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪，其特征在于：所述光纤环骨架（2）的制作材料为线膨胀系数低于1×10^-5/K的低膨胀合金。

5.如权利要求4所述的一种具有热屏蔽功能的调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪，其特征在于：所述热隔离罩（1）为双层抽真空保温结构，下保护罩（5）为单层金属结构。