RU2807020C1 - Fibre optic gyroscope sensing element - Google Patents
Fibre optic gyroscope sensing element Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807020C1 RU2807020C1 RU2023114034A RU2023114034A RU2807020C1 RU 2807020 C1 RU2807020 C1 RU 2807020C1 RU 2023114034 A RU2023114034 A RU 2023114034A RU 2023114034 A RU2023114034 A RU 2023114034A RU 2807020 C1 RU2807020 C1 RU 2807020C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fog
- coil
- frame
- optical
- layers
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано в волоконно-оптических гироскопах (далее - ВОГ) интерферометрического типа.The invention relates to the field of fiber optics and can be used in fiber-optic gyroscopes (hereinafter referred to as FOG) of the interferometric type.
Ближайшим аналогом, принятым за прототип, является волоконно-оптический гироскоп (патент РФ №2589450), конструкция которого содержит расположенный во внутреннем объеме защитного экрана волоконный контур, представляющий собой чувствительную катушку, состоящую из несущего каркаса с намотанным на него оптическом волокном, сохраняющим поляризацию, основание ВОГ с установленной в корпус многофункциональной интегральной оптической схемой (далее - МИОС), реализующей функцию «поляризатор-разветвитель-фазовый модулятор», уложенными на основание оптическими волокнами, входным поляризатором и разветвителем. The closest analogue, adopted as a prototype, is a fiber-optic gyroscope (RF patent No. 2589450), the design of which contains a fiber circuit located in the internal volume of the protective screen, which is a sensitive coil consisting of a supporting frame with an optical fiber wound on it that maintains polarization, FOG base with a multifunctional integrated optical circuit (hereinafter referred to as MIOC) installed in the housing, implementing the “polarizer-splitter-phase modulator” function, optical fibers laid on the base, an input polarizer and a splitter.
Недостатком указанной конструкции является то, что каркас катушки выполнен из кварцевой керамики, и базирование ВОГ осуществляется не непосредственно на каркас, в силу его хрупкости, а через промежуточные детали в основании ВОГ. Такое техническое решение не обеспечивает прочности конструкции при механических воздействиях и не гарантирует стабильности крепления и высокой повторяемости ориентации оси чувствительности ВОГ в пространстве при его последующих переустановках. Также в данной конструкции МИОС не изолирован от влияния атмосферных воздействий.The disadvantage of this design is that the coil frame is made of quartz ceramic, and the FOG is mounted not directly on the frame, due to its fragility, but through intermediate parts in the base of the FOG. This technical solution does not ensure the strength of the structure under mechanical stress and does not guarantee the stability of the fastening and high repeatability of the orientation of the FOG sensitivity axis in space during its subsequent reinstallation. Also, in this design, MIOS is not isolated from the influence of atmospheric influences.
Известна конструкция ВОГ интерферометрического типа (патент РФ №2283475), которая содержит расположенный во внутреннем объеме защитного экрана волоконный контур, представляющий собой катушку, состоящую из несущего каркаса с намотанным на него оптическом волокном, сохраняющим поляризацию, основание с установленной в корпус МИОС, реализующей функцию «поляризатор-разветвитель-фазовый модулятор». The design of an interferometric type FOG is known (RF patent No. 2283475), which contains a fiber circuit located in the internal volume of the protective screen, which is a coil consisting of a supporting frame with an optical fiber wound on it that maintains polarization, a base with a MIOS installed in the housing, implementing the function "polarizer-splitter-phase modulator".
Недостатком данной конструкции является то, что крепление катушки осуществляется без применения полусферических опор, обеспечивающих тепловую развязку узлов крепления от основания и высокую повторяемость ориентации оси чувствительности ВОГ в пространстве при его последующих переустановках. Кроме того, в этой конструкции магнитный экран имеет только один слой, что может быть недостаточно при работе в условиях значительных магнитных полей.The disadvantage of this design is that the coil is mounted without the use of hemispherical supports, which provide thermal decoupling of the mounting nodes from the base and high repeatability of the orientation of the FOG sensitivity axis in space during its subsequent reinstallations. In addition, in this design the magnetic shield has only one layer, which may not be enough when operating in conditions of significant magnetic fields.
Известно техническое решение (патент РФ №2298819) с герметичным корпусом для МИОС, заполняемым инертным газом, направленное на защиту МИОС от атмосферных воздействий. A technical solution is known (RF patent No. 2298819) with a sealed housing for MIOS, filled with inert gas, aimed at protecting MIOS from atmospheric influences.
Недостатком указанной конструкции является то, что в корпусе МИОС отсутствуют технологические отверстия, закрываемые резьбовыми пробками с резиновыми кольцами, для обеспечения заполнения корпуса осушенным инертным газом, наличие которых позволяет производить независимую герметизацию без разборки узла МИОС. Кроме того, крышку предлагается крепить лазерной сваркой, а не склеиванием или шовно-роликовой сваркой, а волоконные световоды выведены из корпуса через отверстия в дополнительных переходных втулках, что усложняет конструкцию.The disadvantage of this design is that in the MIOS housing there are no technological holes that are closed with screw plugs with rubber rings to ensure that the housing is filled with dried inert gas, the presence of which allows for independent sealing without disassembling the MIOS unit. In addition, it is proposed to fasten the cover by laser welding, and not by gluing or seam-roller welding, and the fiber light guides are removed from the housing through holes in additional adapter bushings, which complicates the design.
Решаемая техническая проблема – разработка конструкции чувствительного элемента ВОГ интерферометрического типа, имеющего пониженную чувствительность к внешним воздействующим факторам, а именно к механическим (вибрации и удары), климатическим (температура окружающей среды и влажность) и электромагнитным воздействиям.The technical problem being solved is the development of a design for an interferometric type FOG sensing element that has reduced sensitivity to external influencing factors, namely mechanical (vibrations and shocks), climatic (ambient temperature and humidity) and electromagnetic influences.
Достигаемый технический результат – снижение чувствительности выходного сигнала ВОГ к внешним возмущающим воздействиям. The achieved technical result is a decrease in the sensitivity of the FOG output signal to external disturbing influences.
Технический результат достигается использованием следующих конструктивных решений:The technical result is achieved using the following design solutions:
- Выбор определенного материала каркаса катушки с оптическим волокном, имеющего повышенную прочность к воздействию ударов и вибраций, и обладающего низким значением коэффициента температурного линейного расширения (далее - КТЛР), для снижения влияния тепловых воздействий.- Selection of a specific material for the frame of the optical fiber reel, which has increased resistance to shock and vibration, and has a low coefficient of linear thermal expansion (hereinafter referred to as CTE), to reduce the influence of thermal influences.
- Установка в каркасе трех полусферических опор, обеспечивающих точную ориентацию оси чувствительности ВОГ относительно базовых установочных поверхностей и повышенную стабильность пространственного положения при инерционных нагрузках. Благодаря предлагаемой сферической форме опор уменьшается площадь теплового контакта интерферометра с основанием в точках крепления, что снижает влияние температуры окружающей среды на интерферометр.- Installation of three hemispherical supports in the frame, ensuring precise orientation of the FOG sensitivity axis relative to the base mounting surfaces and increased stability of the spatial position under inertial loads. Thanks to the proposed spherical shape of the supports, the area of thermal contact between the interferometer and the base at the mounting points is reduced, which reduces the influence of ambient temperature on the interferometer.
- Использование многослойного магнитного экрана специальной конструкции, обеспечивающего пониженную чувствительность к внешнему магнитному полю и одновременно создающего тепловую изоляцию корпуса интерферометра от воздействий внешней среды за счет чередования теплоизоляционных прокладок и теплопроводящих слоёв металла.- The use of a multilayer magnetic screen of a special design, which provides reduced sensitivity to an external magnetic field and at the same time creates thermal insulation of the interferometer body from environmental influences by alternating heat-insulating gaskets and heat-conducting layers of metal.
- Установка распределенной системы термодатчиков в зоне катушки с оптическим волокном для обеспечения возможности алгоритмической компенсации влияния температурных градиентов на дрейф выходного сигнала.- Installation of a distributed system of temperature sensors in the area of the optical fiber coil to enable algorithmic compensation of the influence of temperature gradients on the drift of the output signal.
- Создание особой конструкции герметичного корпуса МИОС с технологическими отверстиями для заполнения осушенным инертным газом с целью снижения чувствительности прибора к изменению влажности окружающей среды. - Creation of a special design of a sealed MIOS housing with technological holes for filling with dried inert gas in order to reduce the sensitivity of the device to changes in environmental humidity.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в чувствительном элементе волоконно-оптического гироскопа, содержащем расположенный во внутреннем объеме защитного экрана волоконный контур, представляющий собой чувствительную катушку, состоящую из несущего каркаса с укладкой на его поверхности оптического волокна, сохраняющего поляризацию, основание с установленной в корпус интегрально-оптической схемой, реализующей функцию «поляризатор-разветвитель-фазовый модулятор», уложенными на основание оптическими волокнами, входным поляризатором и разветвителем и платой первичной обработки данных термодатчиков, в отличие о прототипа конструкция каркаса является несущей и через ориентированные особым образом полусферические опоры устанавливается на сферические пальцы в месте установки без промежуточных креплений, обеспечивающих уменьшение площади теплового контакта в месте установки интерферометра, а также высокоточную стабильную базировку интерферометра; при этом каркас выполнен из конструкционных материалов с низким значением коэффициента теплового линейного расширения, а защитный магнитный экран, создающий коэффициент магнитного экранирования не менее 300 и обеспечивающий тепловую изоляцию интерферометра, состоит из трех слоев цилиндрических экранов, каждый из которых состоит из двух половин с перекрытием по образующей цилиндра и выполненных из магнитомягкого сплава (пермаллоя), с теплоизоляционными прокладками между слоями; герметичный корпус интегрально-оптической схемы заполняется осушенным азотом и имеет технологические пробки для создания возможности повторной герметизации; на внешний слой оптического волокна приклеена гибкая печатная плата с расположенными на ней термодатчиками, образующими систему распределенного измерения температуры. The essence of the proposed invention lies in the fact that in the sensitive element of a fiber-optic gyroscope containing a fiber circuit located in the internal volume of the protective screen, which is a sensitive coil consisting of a supporting frame with an optical fiber laid on its surface that maintains polarization, a base installed in housing with an integrated optical circuit that implements the “polarizer-splitter-phase modulator” function, optical fibers laid on the base, an input polarizer and splitter, and a board for primary processing of thermal sensor data; unlike the prototype, the frame structure is load-bearing and is installed through specially oriented hemispherical supports on spherical fingers at the installation site without intermediate fastenings, which ensure a reduction in the thermal contact area at the interferometer installation site, as well as high-precision stable alignment of the interferometer; in this case, the frame is made of structural materials with a low coefficient of thermal linear expansion, and the protective magnetic screen, creating a magnetic shielding coefficient of at least 300 and providing thermal insulation of the interferometer, consists of three layers of cylindrical screens, each of which consists of two halves with an overlap of forming a cylinder and made of a soft magnetic alloy (permalloy), with heat-insulating gaskets between the layers; the sealed housing of the integrated optical circuit is filled with dried nitrogen and has technological plugs to create the possibility of re-sealing; A flexible printed circuit board with thermal sensors located on it is glued to the outer layer of the optical fiber, forming a distributed temperature measurement system.
Предлагаемое изобретение поясняется рисунками:The proposed invention is illustrated by drawings:
Фиг. 1 – чувствительный элемент ВОГ в разрезе. Fig. 1 – FOG sensitive element in section.
Фиг. 2 – оптические компоненты конструкции чувствительного элемента ВОГ. Fig. 2 – optical components of the design of the FOG sensitive element.
Фиг. 3 – каркас катушки с оптическим волокном (оптическое волокно не показано) c установленными полусферическими опорами для базирования в месте установки прибора:Fig. 3 – frame of a reel with optical fiber (optical fiber not shown) with installed hemispherical supports for basing at the installation site of the device:
а) Вид каркаса с опорами снизу,a) View of the frame with supports from below,
б) Вид каркаса с опорами в разрезеb) Sectional view of the frame with supports
Фиг.4 – магнитные экраны чувствительного элемента ВОГ.Figure 4 – magnetic screens of the FOG sensing element.
Фиг.5 – корпус многофункциональной интегральной оптической схемы (крышка не показана).Fig. 5 – housing of a multifunctional integrated optical circuit (cover not shown).
Фиг.6 – элементы корпуса МИОС, обеспечивающие его герметизацию:Fig.6 – elements of the MIOS housing that ensure its sealing:
а) Вид корпуса МИОС справа.a) View of the MIOS building on the right.
б) Вид корпуса МИОС сверху.b) Top view of the MIOS body.
Обозначения на фиг.1 - 6:Designations in Fig.1 - 6:
1- катушка с оптическим волокном на каркасе (далее - катушка), 1- reel with optical fiber on a frame (hereinafter referred to as the reel),
2 - полусферические опоры катушки, 2 - hemispherical coil supports,
3 - винты крепления ВОГ (далее - винты),3 - VOG fastening screws (hereinafter referred to as screws),
4 - многослойный магнитный экран,4 - multilayer magnetic screen,
5 – основание ВОГ,5 – FOG base,
6 - втулка с пазами для световода,6 - sleeve with grooves for the light guide,
7 - уплотнительная втулка,7 - sealing sleeve,
8 - дополнительный магнитный экран,8 - additional magnetic screen,
9 - оптический поляризатор, 9 - optical polarizer,
10 - оптический разветвитель, 10 - optical splitter,
11 - герметичный корпус МИОС (далее - корпус),11 - sealed MIOS housing (hereinafter referred to as the housing),
12 - каркас катушки (далее - каркас), 12 - coil frame (hereinafter referred to as the frame),
13 – фиксирующие штифты (далее - штифты),13 – fixing pins (hereinafter referred to as pins),
14 - первая половина слоя 1 магнитного экрана,14 - first half of layer 1 of the magnetic screen,
15 - вторая половина слоя 1 магнитного экрана,15 - second half of layer 1 of the magnetic screen,
16 - первая половина слоя 2 магнитного экрана,16 - first half of layer 2 of the magnetic screen,
17 - вторая половина слоя 2 магнитного экрана,17 - second half of layer 2 of the magnetic screen,
18 - первая половина слоя 3 магнитного экрана,18 - first half of layer 3 of the magnetic screen,
19 - вторая половина слоя 3 магнитного экрана,19 - second half of layer 3 of the magnetic screen,
20 - лента из фторопласта, 20 - fluoroplastic tape,
21 - прокладки из гетинакса в области каркаса,21 - getinax gaskets in the frame area,
22 - прокладки из гетинакса в области укладки оптических компонентов,22 - getinax gaskets in the area where optical components are placed,
23 - МИОС,23 - MIOS,
24 - плата МИОС, 24 - MIOS board,
25 - гермовыводы, 25 - sealed leads,
26 - плата с электроэлементами,26 - board with electrical elements,
27 - крышка корпуса (далее – крышка), 27 - housing cover (hereinafter referred to as the cover),
28 - пробки.28 - traffic jams.
Опишем предлагаемое изобретение.Let us describe the proposed invention.
Ключевым компонентом чувствительного элемента ВОГ (интерферометра) является катушка 1 с оптическим волокном на каркасе. С целью обеспечения однозначного положения оптического волокна в катушке и, как следствие, точного позиционирования оси чувствительности ВОГ, а также для минимизации изменения длины оптических путей и напряжений в катушке, возникающих при изменении температуры окружающей среды, каркас катушки изготавливается из конструкционных материалов, обладающих низким значением КТЛР. В предлагаемом чувствительном элементе ВОГ для изготовления каркаса катушки могут быть использованы материалы, обладающие сравнительно низкими значениями КТЛР и при этом хорошо поддающиеся обработке на прецизионном металлорежущем оборудовании, например, ковар, стеклопластик или пресс-материал. The key component of the FOG sensing element (interferometer) is coil 1 with an optical fiber on the frame. In order to ensure an unambiguous position of the optical fiber in the coil and, as a result, precise positioning of the FOG sensitivity axis, as well as to minimize changes in the length of optical paths and voltages in the coil that arise when the ambient temperature changes, the coil frame is made of structural materials with low KTLR. In the proposed FOG sensitive element, for the manufacture of the coil frame, materials can be used that have relatively low CTLR values and at the same time can be easily processed on precision metal-cutting equipment, for example, kovar, fiberglass or press material.
Каркас катушки является базовым элементом ВОГ в целом и одновременно основным несущим элементом конструкции. Опорные поверхности каркаса, определяющие положение волокна в катушке, связаны и обрабатываются относительно присоединительных мест под установку ВОГ, с целью минимизации количества инструментальных погрешностей в сопрягаемых деталях конструкции ВОГ, что в результате влияет на точность ориентации оси чувствительности ВОГ относительно базовых установочных поверхностей. В прототипе катушка не являлась несущим элементом конструкции, каркас был изготовлен из достаточно хрупкого материала – кварцевой керамики (керсила), хуже поддающегося обработке, чем ковар, стеклопластик или пресс-материал, приводя к определенному количеству дефектов при изготовлении.The coil frame is the basic element of the FOG as a whole and at the same time the main load-bearing element of the structure. The supporting surfaces of the frame, which determine the position of the fiber in the coil, are connected and processed relative to the connecting places for installing the FOG, in order to minimize the number of instrumental errors in the mating parts of the FOG structure, which as a result affects the accuracy of the orientation of the FOG sensitivity axis relative to the base installation surfaces. In the prototype, the coil was not a load-bearing element of the structure; the frame was made of a rather fragile material - quartz ceramics (kersil), which is less amenable to processing than kovar, fiberglass or press material, leading to a certain number of defects during manufacturing.
Базирование каркаса катушки 1 и ВОГ в целом в месте установки осуществляется с помощью трех полусферических опор 2 (фиг. 3а и 3б), установленных в каркас 12 катушки 1. Полусферы контактируют со сферическими пальцами (на фиг. не показаны) в месте установки ВОГ, что минимизирует площадь соприкосновения и, соответственно, тепловой контакт. Фиксация крепления ВОГ реализуется при помощи трех винтов 3, проходящих через отверстия в полусферах и устанавливаемых в резьбовые отверстия в сферических пальцах в месте установки ВОГ. Материал, применяемый для изготовления полусфер, должен обладать высокой твердостью, поэтому в предлагаемой конструкции используется специальная сталь с последующими циклами термической обработки. Ориентация направления пазов в полусферах катушки ВОГ имеет принципиальное значение. Пазы в двух нижних полусферах ориентированы вдоль одной линии, при этом паз в третьей верхней полусфере образует направление линии, перпендикулярное заданному. Фиксация направления пазов полусфер в катушке осуществляется с помощью штифтов 13. The base of the frame of the coil 1 and the FOG as a whole at the installation site is carried out using three hemispherical supports 2 (Figs. 3a and 3b) installed in the frame 12 of the coil 1. The hemispheres are in contact with the spherical pins (not shown in the figure) at the installation site of the FOG, which minimizes the contact area and, accordingly, thermal contact. The FOG fastening is secured using three screws 3, passing through the holes in the hemispheres and installed in the threaded holes in the spherical pins at the location where the FOG is installed. The material used to make the hemispheres must have high hardness, so the proposed design uses special steel with subsequent heat treatment cycles. The orientation of the direction of the grooves in the hemispheres of the FOG coil is of fundamental importance. The grooves in the two lower hemispheres are oriented along one line, while the groove in the third upper hemisphere forms a line direction perpendicular to the given one. The direction of the grooves of the hemispheres in the coil is fixed using pins 13.
Указанное крепление обеспечивает тепловую развязку в элементах крепления ВОГ от его места установки в приборах за счет точечного контакта в полусферических опорах, исключая влияние тепловых потоков внешней среды, поступающих через узел крепления интерферометра. Кроме того, данный способ закрепления катушки ВОГ обеспечивает ее однозначную фиксацию по шести координатам (трём угловым и трём линейным координатам), гарантирует высокую сохраняемость положения при механических воздействиях и повторяемость ориентации оси чувствительности ВОГ в пространстве при его последующих переустановках на уровне 10 угловых секунд. Базирование каркаса осуществляется с исключением промежуточных деталей (корпусных деталей в основании конструкции ВОГ, как в аналоге - патенте РФ №2589450) , что повышает стабильность крепления при изменении температуры окружающей среды. В прототипе крепление ВОГ организовано иным образом и не обеспечивает тепловую развязку интерферометра от основания и однозначную фиксацию катушки.The specified fastening provides thermal decoupling in the FOG fastening elements from its installation location in the devices due to point contact in the hemispherical supports, excluding the influence of heat flows of the external environment entering through the interferometer fastening unit. In addition, this method of fixing the FOG coil ensures its unambiguous fixation in six coordinates (three angular and three linear coordinates), guarantees high position retention under mechanical influences and repeatability of the orientation of the FOG sensitivity axis in space during its subsequent reinstallations at the level of 10 arc seconds. The frame is based with the exception of intermediate parts (body parts at the base of the FOG structure, as in the analogue - RF patent No. 2589450), which increases the stability of the fastening when the ambient temperature changes. In the prototype, the FOG mount is organized differently and does not provide thermal decoupling of the interferometer from the base and unambiguous fixation of the coil.
Магнитный экран в конструкции ВОГ необходим для снижения влияния магнитных полей на выходной сигнал ВОГ, в частности, для снижения влияния эффекта Фарадея. В предлагаемом варианте конструкции реализован многослойный магнитный экран с целью достижения коэффициента магнитного экранирования не менее 300 и обеспечения тепловой изоляции интерферометра от влияния внешних тепловых полей. Сборка магнитного экрана состоит из трех слоев цилиндрических экранов, повторяющих геометрию катушки ВОГ и имеющих дополнительные обнижения в центральной части для обеспечения жесткости экрана. Каждый из слоев экрана состоит из двух половин 14-19 (фиг.4), имеющих перекрытие по образующей цилиндра. A magnetic shield in the FOG design is necessary to reduce the influence of magnetic fields on the output signal of the FOG, in particular, to reduce the influence of the Faraday effect. In the proposed design variant, a multilayer magnetic shield is implemented in order to achieve a magnetic shielding coefficient of at least 300 and ensure thermal insulation of the interferometer from the influence of external thermal fields. The magnetic screen assembly consists of three layers of cylindrical screens that repeat the geometry of the FOG coil and have additional depressions in the central part to ensure screen rigidity. Each of the screen layers consists of two halves 14-19 (Fig. 4), having an overlap along the generatrix of the cylinder.
Для изготовления каждого из трех слоев экрана используются листы магнито-мягкого материала (пермаллоя), с термической обработкой для достижения определенных значений магнитной проницаемости. В радиальные и торцевые зазоры между соседними слоями устанавливаются теплоизоляционные прокладки 21, 22, а остальные полости заполняются клеем, например К-400 или аналогичным эпоксидно-кремнийорганическим клеем, для исключения контакта между слоями. За счет чередования теплоизолирующих и теплопроводящих слоев достигается эффективное распределение тепла и снижение тепловых градиентов. При этом достигается требуемый коэффициент магнитного экранирования в конструкции ВОГ при сравнительно небольших габаритах, что имеет принципиальное значение при проектировании малогабаритных ВОГ и приборов на их основе. При необходимости количество слоев магнитного экрана в данной конструкции может быть увеличено для достижения более высоких значений коэффициентов магнитного экранирования с соответствующим улучшением теплоизолирующих свойств. В прототипе применено два однослойных экрана (один закрывает катушку с волокном, второй - всю конструкцию ВОГ вместе с МИОС), а теплоизоляция между экранами отсутствует, что не обеспечивает достаточный коэффициент экранирования и не создает возможности увеличения числа слоёв для снижения чувствительности к изменению температуры.For the manufacture of each of the three layers of the screen, sheets of soft magnetic material (permalloy) are used, with heat treatment to achieve certain values of magnetic permeability. Heat-insulating gaskets 21, 22 are installed in the radial and end gaps between adjacent layers, and the remaining cavities are filled with glue, for example K-400 or a similar epoxy-silicon glue, to prevent contact between the layers. By alternating heat-insulating and heat-conducting layers, effective heat distribution and reduction of thermal gradients are achieved. In this case, the required magnetic shielding coefficient is achieved in the FOG design with relatively small dimensions, which is of fundamental importance in the design of small-sized FOGs and devices based on them. If necessary, the number of magnetic shield layers in this design can be increased to achieve higher values of magnetic shielding coefficients with a corresponding improvement in thermal insulation properties. The prototype uses two single-layer screens (one covers the fiber spool, the second covers the entire FOG structure together with the MIOS), and there is no thermal insulation between the screens, which does not provide a sufficient shielding coefficient and does not create the possibility of increasing the number of layers to reduce sensitivity to temperature changes.
Для осуществления фазовой модуляции световой волны в ВОГ используется МИОС. Для корректного функционирования данного элемента необходимо отсутствие конденсата внутри объема, где расположен данный элемент. Учитывая широкий рабочий температурный диапазон ВОГ, необходимо исключить образование конденсата на поверхности элементов МИОС, негативно влияющего на работу системы управляющих электродов. Для герметизации МИОС предлагается использовать корпус 11 (фиг.5), представляющий собой параллелепипед с установленной крышкой 27 (фиг.6). Для герметизации внутреннего объема корпуса 11 предлагается использовать клеевые соединения с помощью клея К-400 или аналогичного эпоксидно-кремнийорганического клея, обеспечивающего герметичность внутреннего объема корпуса в диапазоне предельных температур ВОГ. Корпус 11 имеет шесть герметичных выводов 25 для пайки электрических проводников, расположенных с одной из боковых сторон корпуса. Герметичные выводы внутри корпуса распаиваются на плату МИОС 24 (фиг.5), для осуществления ее последующего соединения с системой управляющих электродов МИОС. To implement phase modulation of a light wave in a FOG, MIOS is used. For the correct functioning of this element, there must be no condensation inside the volume where this element is located. Taking into account the wide operating temperature range of FOG, it is necessary to exclude the formation of condensation on the surface of the MIOS elements, which negatively affects the operation of the control electrode system. To seal the MIOS, it is proposed to use housing 11 (Fig. 5), which is a parallelepiped with an installed lid 27 (Fig. 6). To seal the internal volume of the housing 11, it is proposed to use adhesive joints using K-400 glue or a similar epoxy-silicon glue, which ensures the tightness of the internal volume of the housing in the range of extreme temperatures of FOG. The housing 11 has six sealed terminals 25 for soldering electrical conductors located on one of the sides of the housing. The sealed leads inside the housing are soldered onto the MIOS board 24 (Fig. 5) for its subsequent connection to the MIOS control electrode system.
Снаружи корпуса герметичные выводы распаиваются на плату с электроэлементами. Установка МИОС 23 (фиг.5) в корпус 11, с заранее присоединенными волоконными световодами, осуществляется при снятой крышке 27 с помощью вакуумного держателя. Корпус имеет два отверстия для заполнения газообразным осушенным азотом, уплотнение реализовано с помощью технологических пробок 28 с резиновыми кольцами (фиг.6). Проверка корпуса на герметичность осуществляется с помощью гелиевого течеискателя. Подобная конструкция обеспечивает возможность повторного заполнения и герметизации. Данный вариант конструкции герметичного корпуса МИОС обеспечивает технологичность сборки данного узла с учетом особенностей работы с оптическими компонентами, а также обеспечивает надежное герметичное соединение в сопрягаемых деталях. В прототипе герметичность МИОС не обеспечивается.From the outside of the case, the sealed terminals are soldered onto a board with electrical elements. Installation of MIOS 23 (Fig. 5) into housing 11, with pre-attached optical fibers, is carried out with cover 27 removed using a vacuum holder. The housing has two holes for filling with dry nitrogen gas; the seal is realized using technological plugs 28 with rubber rings (Fig. 6). The housing is checked for leaks using a helium leak detector. This design allows for refilling and sealing. This variant of the design of the sealed MIOS housing ensures the manufacturability of the assembly of this unit, taking into account the peculiarities of working with optical components, and also ensures a reliable hermetic connection in the mating parts. In the prototype, the tightness of the MIOS is not ensured.
Для осуществления контроля температуры во всем объеме ВОГ используется распределенная система термодатчиков, установленных на катушке с оптическим волокном 1 и на МИОС 23. Несколько термодатчиков распределяются равномерно по катушке с оптическим волокном, еще один аналогичный датчик устанавливается вблизи МИОС внутри герметичного корпуса МИОС 11. Все термодатчики подключаются к электронной плате обработки выходного сигнала ВОГ, а их показания используются для алгоритмической компенсации дрейфа выходного сигнала ВОГ, вызванных изменениями температуры. Для повышения технологичности сборки ВОГ и обеспечения одинаковости расстояний между датчиками от прибора к прибору термодатчики катушки размещаются на специальной гибкой печатной плате, которая наклеивается на катушку. В прототипе вопрос термодатчиков не рассматривается.To monitor the temperature throughout the entire volume of the FOG, a distributed system of temperature sensors is used, installed on a reel with optical fiber 1 and on MIOS 23. Several temperature sensors are distributed evenly along the reel with optical fiber, another similar sensor is installed near the MIOS inside the sealed housing of MIOS 11. All temperature sensors are connected to the electronic board for processing the FOG output signal, and their readings are used to algorithmically compensate for the drift of the FOG output signal caused by temperature changes. To improve the manufacturability of the FOG assembly and ensure the same distances between sensors from device to device, the coil temperature sensors are placed on a special flexible printed circuit board, which is glued to the coil. The prototype does not address the issue of thermal sensors.
В настоящее время изготовлены и испытаны ЧЭ ВОГ данной конструкции. Результаты испытаний опытного образца ВОГ подтвердили нечувствительность к воздействию магнитного поля и влажности до уровня стабильности дрейфа данного ВОГ и обеспечили возможность применения ВОГ в наземной технике.Currently, FOG SEs of this design have been manufactured and tested. The test results of the prototype FOG confirmed the insensitivity to the effects of magnetic fields and humidity to the level of stability of the drift of this FOG and provided the possibility of using the FOG in ground-based equipment.
Таким образом, заявленный технический результат достигнут.Thus, the declared technical result has been achieved.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2807020C1 true RU2807020C1 (en) | 2023-11-08 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5416585A (en) * | 1994-05-19 | 1995-05-16 | Alliedsignal Inc. | Fiber optic gyro drift rate compenstion based on temperature |
US5486922A (en) * | 1994-12-20 | 1996-01-23 | Litton Systems, Inc. | Sensor coil with thermomechanically-matched spool for fiber optic gyroscope |
RU2283475C1 (en) * | 2005-05-11 | 2006-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственная компания "Оптолинк" | Fiber-optic gyroscope |
RU2589450C1 (en) * | 2015-06-05 | 2016-07-10 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Fibre-optic gyroscope |
RU2670245C1 (en) * | 2018-02-02 | 2018-10-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Method of reading and control oscillations of wave solid-state gyroscope |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5416585A (en) * | 1994-05-19 | 1995-05-16 | Alliedsignal Inc. | Fiber optic gyro drift rate compenstion based on temperature |
US5486922A (en) * | 1994-12-20 | 1996-01-23 | Litton Systems, Inc. | Sensor coil with thermomechanically-matched spool for fiber optic gyroscope |
RU2283475C1 (en) * | 2005-05-11 | 2006-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственная компания "Оптолинк" | Fiber-optic gyroscope |
RU2589450C1 (en) * | 2015-06-05 | 2016-07-10 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Fibre-optic gyroscope |
RU2670245C1 (en) * | 2018-02-02 | 2018-10-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Method of reading and control oscillations of wave solid-state gyroscope |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9279834B2 (en) | High-voltage sensor with axially overlapping electrodes and local field sensors | |
RU2464537C2 (en) | Fibre-optic temperature sensor | |
KR101489187B1 (en) | Gas-insulated switchgear device with optical current sensor | |
CN107305215B (en) | Reducing bias in accelerometers via pole pieces | |
US20050242893A1 (en) | Method for achieving highly reproducible acceleration insensitive quartz crystal oscillators | |
KR100334229B1 (en) | Compensation pendulous accelerometer | |
US8490570B2 (en) | Precision apparatus using low thermal expansion component | |
AU627820B2 (en) | Gravity gradiometer | |
CN108931238B (en) | Miniature biaxial optical fiber gyroscope | |
RU2807020C1 (en) | Fibre optic gyroscope sensing element | |
US5444534A (en) | Coil mounting arrangement for fiber optic gyroscope | |
CN208223502U (en) | A kind of CW with frequency modulation interference polarization maintaining optical fibre gyroscope with heat shielding function | |
US20220011180A1 (en) | Optical fiber sensing device having a symmetric optical fiber arrangement | |
RU2283475C1 (en) | Fiber-optic gyroscope | |
US6040908A (en) | Method for stress tuning fiber optic sensor coils | |
CN115077509A (en) | Multi-layer magnetic shielding gyroscope based on strip material and assembly method | |
JP2016017792A (en) | Sensor module and electronic apparatus | |
JP2655931B2 (en) | Optical fiber gyro, and navigation system and moving object having the optical fiber gyro | |
CN113375654A (en) | Light and small optical fiber gyroscope with good environmental adaptability | |
RU2298819C2 (en) | Integral-optical module for fiber-optic gyroscope | |
CN111964662A (en) | Photoelectric integrated small-sized double-shaft fiber-optic gyroscope | |
JPS6291810A (en) | Optical system embedded type optical sensor device | |
CN118274811A (en) | Optical fiber ring packaging device | |
JP2877507B2 (en) | Gravity gradiometer | |
RU2361176C1 (en) | Compact unit of fibre-optic angular velocity measuring device |