CN213147852U - 一种中高精度光纤陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种中高精度光纤陀螺，主要由光源组件、光纤环组件、波导组件、控制电路主板及陀螺外壳组成；其中光源组件主要由基座、隔离器、波分复用器、反射镜与掺铒光纤、光源底座、功率管、激光器及光源驱动电路板组成；光纤环组件主要由磁屏蔽材料坡莫合金光纤环底座、保偏光纤环及磁屏蔽罩组成；波导组件由波导板、Y波导及耦合器组成；控制电路主板上焊接有探测器；陀螺外壳包括外壳和顶盖。本发明结构紧凑，器件尾纤盘纤便捷，性能稳定，抗干扰强，为中高精度光纤陀螺的优化发展提供一定的促进作用。

Description

一种中高精度光纤陀螺仪

技术领域

本发明涉及一种中高精度光纤陀螺仪，属于光纤传感和惯性导航技术领域。

背景技术

光纤陀螺仪是基于光学Sagnac效应用于测量载体绕产品敏感轴的角速率运动，是二十世纪七十年代发展起来的新一代全固态惯性仪表，相比于传统的机电陀螺，光纤陀螺由于其全固态化、无转动部件、结构简单和可靠性高而受到世界各国的广泛关注。国内光纤陀螺的研制起步于上世纪八十年代，目前中低精度光纤陀螺已开始工程化应用，但应用于捷联系统以及在战略导航系统中的中高精度光纤陀螺，在进一步提中高精度和工程化研究方面存在许多亟待解决的技术瓶颈。由于中高精光纤陀螺的敏感元件光纤环受温度和磁场影响较大，其产生的非互易相移与旋转引起的Sagnac相移无法区分，将产生大的偏置误差影响陀螺精度；而宽带宽光源以长波长(通常为1550nm)工作，可使得输出波长对温度不敏感，使导航级中高精度光纤陀螺可以达到很好零偏温度稳定性，从而提升中高精度光纤陀螺敏感环境的稳定性能；因此突破光源相对强度噪声抑制、光纤环圈绕制及其固化、信号调制解调及其降噪等关键技术是推动中高精度光纤陀螺仪进一步发展的主要方向。

发明内容

为克服现有技术的缺点，本发明提供一种中高精度光纤陀螺，本发明结构紧凑，器件尾纤盘纤便捷，性能稳定，抗干扰强，为中高精度光纤陀螺的优化发展提供一定的促进作用。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种中高精度光纤陀螺，主要由光源组件、光纤环组件、波导组件、控制电路主板及陀螺外壳组成；其中光源组件主要由基座、隔离器、波分复用器、反射镜与掺铒光纤、光源底座、功率管、激光器及光源驱动电路板组成；光纤环组件主要由磁屏蔽材料坡莫合金光纤环底座、保偏光纤环及磁屏蔽罩组成；波导组件由波导板、Y波导及耦合器组成；控制电路主板上焊接有探测器；陀螺外壳包括外壳和顶盖；具体的安装关系为：

基座为底部挖空的外方内圆的凸盖型，功率管、激光器、光源板通过光源底座固定在基座底部；隔离器、波分复用器、反射镜通过硅橡胶固定在基座上端面对应的方形槽内；

光纤环底座固定于基座的上端面的外圆环上，所述保偏光纤环固定于光纤环底座上；磁屏蔽罩位于所述光纤环底座的上方，与光纤环底座共同形成一个密闭空间，使光纤环位于所述密闭空间内；所述波导板固定于基座的上端面的内圆中部上，Y波导和耦合器固定于所述波导板上；所述磁屏蔽罩与波导板的上端面圆周固连，磁屏蔽罩有一圆孔a用于光纤尾纤的穿出；

基座、波导板的圆面内均有对应的圆孔c、e和弧形孔b、d用于电路电线和光路光纤的穿出；控制电路主板固定在波导板内部均布的圆柱上；外壳固定在基座上，顶盖固定在外壳顶端，外壳还固定有一与主板相连的接插件，用于陀螺输出数据的对外传输。

有益效果

本发明采用光电一体式设计，将光纤环通过光纤环底座固定在陀螺基座的外圆环上，余下光学器件固定在基座的内圆中部，而光源板和主板分别位于基座内圆的底部和顶部，不仅节约空间体积，而且物理隔离光纤环和发热器件，以降低发热器件对光纤环的热辐射非互易效应干扰。

本发明对光纤环路采用磁屏蔽技术，以屏蔽地磁干扰和电路电子干扰。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明陀螺外观图

图2为本发明陀螺结构剖面视图

图3为本发明陀螺基座立体视图

图4为本发明陀螺波导板立体视图

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1-4所示，本实施例一种中高精度光纤陀螺，主要由1550nmASE光源组件、光纤环组件、波导组件、控制电路主板及陀螺外壳组成；其中1550nmASE光源组件主要由基座1、隔离器2、波分复用器3、反射镜4与掺铒光纤、光源底座5、功率管6、980nm激光器7及光源驱动电路板8组成；光纤环组件主要由磁屏蔽材料坡莫合金光纤环底座9、保偏光纤环10及磁屏蔽罩12组成；波导组件由波导板11、Y波导13及耦合器14组成；控制电路主板16上焊接有探测器15；陀螺外壳包括外壳17和顶盖18；具体的安装关系为：

基座1为底部挖空的外方内圆的凸盖型，功率管6、980nm激光器7、光源板8通过光源底座5固定在基座1底部；隔离器2、波分复用器3、反射镜4通过硅橡胶固定在基座1上端面对应的方形槽内。

光纤环底座9固定于基座1的上端面外圆环上，所述保偏光纤环10固定于光纤环底座9上；磁屏蔽罩12位于所述光纤环底座9的上方，与光纤环底座9共同形成一个密闭空间，使光纤环位于所述密闭空间内，磁屏蔽罩12与光纤环底座9共同将光纤环与地磁场和电磁场隔绝；所述波导板11固定于基座1的上端面内圆中部上，Y波导13和耦合器14固定于所述波导板11上；所述磁屏蔽罩12与波导板11的上端面圆周固连，磁屏蔽罩12有一圆孔a用于光纤尾纤的穿出。

基座1、波导板11的圆面内均有对应的圆孔c、e和弧形孔b、d用于电路电线和光路光纤的穿出；控制电路主板16固定在波导板11内部均布的圆柱上；外壳17固定在基座1上，顶盖18固定在外壳17顶端，外壳17还固定有一与主板16相连的接插件，用于陀螺输出数据的对外传输。

1550nmASE光源组件中980nm激光器7尾纤穿过基座1上端面的出纤孔b与反射镜4的尾纤共同连接至波分复用器3，波分复用器3通过掺饵光纤连接隔离器2，经上述连接后，将光纤盘绕然后紫外胶固定在基座1上端面内，构成一稳定宽带宽高功率的1550nm光源；波分复用器3另一端尾纤穿过波导板11的光纤出纤孔d与与光纤环10、Y波导13、耦合器14、探测器15尾纤相连盘绕，然后紫外胶固定在波导板11上表面内，构成陀螺敏感单元——双光束干涉环路；光源板8的电源引线依次穿过基座1、波导板11的电线出线孔c、e与控制电路主板16相连，波导板11内温度传感器、Y波导13的器件引脚引线与控制电路主板16相连，通过温控电路实时控制和反馈环路的温度大小，以减弱环路温度变化过大及分布不均匀对光纤环路的影响；控制电路主板16上陀螺输出数据通过固定在外壳17上的接插件与外部载体相连。通过光学器件紧凑合理布局和简化结构实现光纤环路磁屏蔽隔离并与发热器件分离，降低温度分布不均匀、地磁和电子电路干扰引起的非互易性相移对陀螺精度的影响，最终获得陀螺零偏稳定0.005°/h(1σ)，整体尺寸120×120×30(mm)，如图1所示。

本发明采用光电一体式设计，光纤环和光纤器件及电路板分别分布于基座的内外圆，合理布局光纤器件与电路板的空间位置，物理隔离光纤环和电路，以降低电路部分对光路部分的热辐射效应；对光纤环路采用磁屏蔽技术，以屏蔽地磁干扰和电路电子干扰；搭建的稳定宽带宽高功率1550nm光源使得输出波长对温度不敏感；采用实时温控电路检测和反馈环路的温度大小，以减弱环路温度变化过大及热分布不均匀对光纤环路的影响。采用光纤环，设计紧凑合理的陀螺内、外部空间布局结构，实现光纤环路磁屏蔽隔离并与发热器件分离，降低温度分布不均匀、地磁和电子电路干扰引起的非互易性相移对陀螺精度的影响，最终获得常温静态下的零偏稳定性不超过0.001(千分之一)°/h(1σ，100s)。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种中高精度光纤陀螺，其特征在于，主要由光源组件、光纤环组件、波导组件、控制电路主板及陀螺外壳组成；其中光源组件主要由基座、隔离器、波分复用器、反射镜与掺铒光纤、光源底座、功率管、激光器及光源驱动电路板组成；光纤环组件主要由磁屏蔽材料坡莫合金光纤环底座、保偏光纤环及磁屏蔽罩组成；波导组件由波导板、Y波导及耦合器组成；控制电路主板上焊接有探测器；陀螺外壳包括外壳和顶盖；具体的安装关系为：

基座为底部挖空的外方内圆的凸盖型，功率管、激光器、光源板通过光源底座固定在基座底部；隔离器、波分复用器、反射镜通过硅橡胶固定在基座上端面对应的方形槽内；

光纤环底座固定于基座的上端面的外圆环上，所述保偏光纤环固定于光纤环底座上；磁屏蔽罩位于所述光纤环底座的上方，与光纤环底座共同形成一个密闭空间，使光纤环位于所述密闭空间内；所述波导板固定于基座的上端面的内圆中部上，Y波导和耦合器固定于所述波导板上；所述磁屏蔽罩与波导板的上端面圆周固连，磁屏蔽罩有一圆孔a用于光纤尾纤的穿出；

基座、波导板的圆面内均有对应的圆孔c、e和弧形孔b、d用于电路电线和光路光纤的穿出；控制电路主板固定在波导板内部均布的圆柱上；外壳固定在基座上，顶盖固定在外壳顶端，外壳还固定有一与主板相连的接插件，用于陀螺输出数据的对外传输。

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