一种光纤陀螺环体结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光纤陀螺环体结构，包括外封装护罩和内环圈护罩，内环圈护罩内安装有光纤环线圈，内环圈护罩与光纤环线圈之间设置有硬质隔热层；所述外封装护罩包括支撑架及顶罩,所述内环圈护罩与外封装护罩之间设置有弹性隔热层，所述支撑架上设置有Y波导、用于将光纤环线圈的尾纤引出外封装护罩的尾纤导出孔及用于将Y波导上的导线引出外封装护罩的导线导出孔。本实用新型的外表面具有良好的散热功能，内部包括硬质隔热层和弹性隔热层共两层隔热层，能够极大地衰减外部环境中温度显著变化向光纤环线圈的传导和渗透，同时光纤环体内部无热源，保证光纤环线圈温度变化极为缓慢。
【专利说明】一种光纤陀螺环体结构
【技术领域】
[0001]本实用新型属于惯性器件领域，具体涉及一种光纤陀螺环体结构。
【背景技术】
[0002]光纤陀螺具有全固态、高可靠性等一系列优点，在惯性导航等领域得到广泛应用。光纤陀螺工作原理是利用其中的光纤环线圈敏感载体旋转来测得载体的转动信息，作为敏感元件的光纤环线圈的性能直接影响到光纤陀螺的性能。随着技术的发展，对光纤陀螺精度的需求也不断提高。由于光纤环线圈很容易受到温度、磁场和压力等因素变化的影响，导致光纤陀螺易产生非互易性相位误差，这成为了制约光纤陀螺工程应用化中精度提高的主要难题。
[0003]在影响光纤陀螺的诸多因素中，热问题由于在实际应用中几乎无法完全避免，成为光纤陀螺设计面对的最关键问题；在解决磁场屏蔽问题中，现有方式普遍采用的合金钢屏蔽材料会显著加大光纤陀螺的重量；此外，对于应用于高动态飞行环境的光纤陀螺要满足输出特性，必须做好对应的结构设计。
实用新型内容
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种通过对核心敏感元件光纤环线圈提供充分的热防护及整体结构设计，能显著减小热因素对光纤陀螺输出精度的影响，同时兼顾光纤陀螺的各种使用需求。
[0005]为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种光纤陀螺环体结构，包括外封装护罩和安装于外封装护罩内的内环圈护罩，所述内环圈护罩内安装有光纤环线圈，所述内环圈护罩包括屏蔽上罩和屏蔽下罩，所述屏蔽上罩和屏蔽下罩围合形成封闭的第一环形放置区，所述光纤环线圈位于第一环形放置区内，所述屏蔽下罩上设置有便于穿出光纤环线圈尾纤的穿纤通孔；所述内环圈护罩与光纤环线圈之间设置有硬质隔热层，所述硬质隔热层填满内环圈护罩与光纤环线圈之间的空间；所述外封装护罩包括支撑架及固定连接在支撑架上的顶罩，支撑架与顶罩之间围合形成封闭的第二环形放置区，所述内环圈护罩位于第二环形放置区内；所述内环圈护罩与外封装护罩之间设置有弹性隔热层，所述弹性隔热层填满内环圈护罩与外封装护罩之间的空间；所述支撑架上设置有Y波导、用于将光纤环线圈的尾纤引出外封装护罩的尾纤导出孔及用于将Y波导上的导线引出外封装护罩的导线导出孔。
[0006]本实用新型中，所述屏蔽上罩包括两端敞口的第一筒体，第一筒体的上端向其内部延伸有上环形凸缘，屏蔽下罩包括两端敞口的第二筒体，第二筒体的下端向其外部延伸有下环形凸缘，第一筒体的内径大于第二筒体的外径，第一筒体的下端抵在下环形凸缘上且第二筒体的上端抵在上环形凸缘上，从而使屏蔽上罩与屏蔽下罩之间围合成所述的第一环形放置区。
[0007]本实用新型中，所述第二筒体上安装有导纤管，所述穿纤通孔设置在导纤管上。
[0008]本实用新型中，所述顶罩的纵截面形状为倒U形，所述支撑架包括圆形底盘，圆形底盘向上延伸有第三筒体，第三筒体的外径小于圆形底盘的外径，顶罩的内径大于第三筒体的外径，所述顶罩的下端抵在圆形底盘上，第三筒体的上端抵在顶罩上，从而围合成所述的第二环形放置区，Y波导设置在圆盘底盘上且位于第三筒体的内腔。
[0009]本实用新型中，所述圆形底盘上设置有便于光纤环线圈的尾纤盘绕的锥形盘纤槽。
[0010]本实用新型中，所述圆形底盘上设置有下安装凸台，下安装凸台的数量为多个，所述顶罩在对应于下安装凸台的位置设置有上安装凸台，有压紧螺钉螺纹连接在上安装凸台和下安装凸台上，从而将顶罩和支撑架锁紧在一起。
[0011]本实用新型中，所述支撑架的底端面向下延伸有底脚凸台，所述底脚凸台的底端面作为光纤陀螺环体结构的安装基准面。
[0012]本实用新型中，所述尾纤导出孔的中心线相对于水平面倾斜。
[0013]本实用新型中，所述屏蔽上罩和屏蔽下罩均由坡莫合金材料制成。
[0014]本实用新型中，所述支撑架和顶罩均由镁铝合金材料制成。
[0015]总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于对核心敏感元件光纤环线圈提供充分的热防护及整体结构设计，能够取得以下有益效果:
[0016]一、本实用新型的外表面具有良好的散热功能，内部包括硬质隔热层和弹性隔热层共两层隔热层，能极大地衰减外部环境中温度显著变化向光纤环线圈的传导和渗透，同时光纤环体内部无热源，保证光纤环线圈温度变化极为缓慢；
[0017]二、本实用新型实现了围绕光纤环线圈各方向结构的高度对称性，使渗透进光纤环线圈的少量热量在各方向趋于等同，从而显著降低了温度因素对光纤陀螺环体结构输出精度的影响；
[0018]三、本实用新型的内环圈护罩具有良好的气密性和电磁场屏蔽性能，使光纤陀螺能够适应气压变化和存在电磁场干扰的环境；
[0019]四、本实用新型无需额外设计安装法兰，能够减小产品尺寸的同时很好地适应振动环境；
[0020]五、本实用新型体积和重量均比较小，有利于在提高精度的同时扩大光纤环线圈的直径与高度；
[0021]六、本实用新型的加工与装配简单，易于实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型的结构示意图；
[0023]图2为本实用新型的剖视图；
[0024]图3为本实用新型的分解示意图；
[0025]图4为本实用新型中内环圈护罩的剖视图；
[0026]图5为本实用新型中内环圈护罩的半剖示意图；
[0027]图6为本实用新型中外封装护罩的剖视图；
[0028]图7是本实用新型中支撑架的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]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。
[0030]参照图1?图3，一种光纤陀螺环体结构，包括外封装护罩I和安装于外封装护罩I内的内环圈护罩2,所述内环圈护罩2内安装有光纤环线圈3。
[0031]参照图4、图5，所述内环圈护罩2包括屏蔽上罩21和屏蔽下罩22，作为优选，所述屏蔽上罩21和屏蔽下罩22均由坡莫合金材料制成。所述屏蔽上罩21和屏蔽下罩22围合形成封闭的第一环形放置区26，所述光纤环线圈3位于第一环形放置区26内，所述屏蔽下罩22上设置有便于穿出光纤环线圈3尾纤的穿纤通孔25。
[0032]所述内环圈护罩2与光纤环线圈3之间设置有硬质隔热层24，所述硬质隔热层24填满内环圈护罩2与光纤环线圈3之间的空间。
[0033]所述屏蔽上罩21包括两端敞口的第一筒体211，第一筒体211的上端向其内部延伸有上环形凸缘212，屏蔽下罩22包括两端敞口的第二筒体221，所述第二筒体221上安装有导纤管23，所述穿纤通孔25设置在导纤管23上。第二筒体221的下端向其外部延伸有下环形凸缘222，第一筒体211的内径大于第二筒体221的外径，第一筒体211的下端抵在下环形凸缘222上且第二筒体221的上端抵在上环形凸缘212上，从而使屏蔽上罩21与屏蔽下罩22之间围合成所述的第一环形放置区26 ;所围合的第一环形放置区26根据光纤环线圈3的尺寸设计。光纤环线圈3位于围合的第一环形放置区26中间位置时，其与屏蔽上罩21和屏蔽下罩22各侧壁的间隙相等，此间隙值一般取值1.5?5mm。
[0034]硬质隔热层24的厚度处处相等。优选地，硬质隔热层24包括第一硬质隔热层241和第二硬质隔热层242，这样便于硬质隔热层24的粘贴。第一硬质隔热层241和第二硬质隔热层242的形状分别与屏蔽上罩21和屏蔽下罩22的形状一致，第一硬质隔热层241粘贴在屏蔽上罩21上，第二硬质隔热层242粘贴在屏蔽下罩22上。硬质隔热层24的材料使用隔热性能与机械性能均良好的聚酰亚胺材料，其形状和尺寸应恰好将屏蔽上罩21和屏蔽下罩22各侧壁与光纤环线圈3之间的间隙填满，硬质隔热层24的成型可采用机械加工成型或模具成型等方法。硬质隔热层24使用南大704胶粘贴在屏蔽上罩21和屏蔽下罩22的侧壁上，光纤环线圈3使用南大704胶粘贴在硬质隔热层24上。
[0035]在屏蔽下罩22上通过激光焊接一段从屏蔽下罩22探出、指向第二筒体221中心线的导纤管23，导纤管23采用与屏蔽上罩21、屏蔽下罩22相同的磁屏蔽材料坡莫合金，优选地，导纤管23、屏蔽上罩21和屏蔽下罩22的壁厚取值均为I?2mm。导纤管23中心开有穿纤通孔25，用于将光纤环线圈3的尾纤穿出内环圈护罩2后进入外封装护罩I内。穿纤通孔25的中心高度应与光纤环线圈3的顶端平齐，以便于光纤环线圈3的尾纤直接穿出。
[0036]屏蔽上罩21和屏蔽下罩22的两段接合处均采用为激光焊接。导纤管23探出处的缝隙使用南大704胶填封。完成焊接和胶封后，光纤环线圈3处于完全密封的内环圈护罩2中，从而保证产品能够适应环境气压的变化，特别是低气压环境。
[0037]参照图6、图7，所述外封装护罩I包括支撑架11及固定连接在支撑架11上的顶罩12，作为优选，所述支撑架11和顶罩12均由镁铝合金材料制成，可在保证本产品具有优良结构强度的基础上显著降低整体重量，同时本产品外表面具有很好的散热性，进一步优化产品内光纤环线圈3的热环境。
[0038]支撑架11与顶罩12之间围合形成封闭的第二环形放置区10，所述内环圈护罩2位于第二环形放置区10内；所述内环圈护罩2与外封装护罩I之间设置有弹性隔热层13，所述弹性隔热层13填满内环圈护罩2与外封装护罩I之间的空间；内环圈护罩2的热防护方法可使经过弹性隔热层13衰减后的残余热量进一步衰减，同时各方向高度均匀地向内传播，最终到达光纤环线圈3表面各处的温度场变化速率和温度场梯度绝对值都显著降低。
[0039]所述支撑架11上设置有Y波导4、用于将光纤环线圈3的尾纤引出外封装护罩I的尾纤导出孔17及用于将Y波导4上的导线引出外封装护罩I的导线导出孔18。所述尾纤导出孔17的中心线相对于水平面倾斜。将尾纤导出孔17设计为斜孔，斜孔的中心线相对水平面倾斜，这样可增大光纤的弯曲半径以保护光纤。
[0040]所述顶罩12的纵截面形状为倒U形，所述支撑架11包括圆形底盘111，圆形底盘111向上延伸有第三筒体112，第三筒体112的外径小于圆形底盘111的外径，顶罩12的内径大于第三筒体112的外径，所述顶罩12的下端抵在圆形底盘111上，第三筒体112的上端抵在顶罩12上，从而围合成所述的第二环形放置区10，Y波导4设置在圆盘底盘上且位于第三筒体112的内腔。所述圆形底盘111上设置有便于光纤环线圈3的尾纤盘绕的锥形盘纤槽16。所述圆形底盘111上设置有下安装凸台14，下安装凸台14的数量为多个，所述顶罩12在对应于下安装凸台14的位置设置有上安装凸台15，有压紧螺钉5螺纹连接在上安装凸台15和下安装凸台14上，从而将顶罩12和支撑架11锁紧在一起。所述支撑架11的底端面190向下延伸有底脚凸台19，所述底脚凸台19的底端面190作为光纤陀螺环体结构的安装基准面。底脚凸台19的高度取值为0.2?1_，底脚凸台19的底端面190为精加工面，以作为光纤陀螺环体结构的定位基准。
[0041]弹性隔热层13包括粘贴在顶罩12上的第一弹性隔热层131和粘贴在支撑架11上的第二弹性隔热层132，在支撑架11和顶罩12的侧壁分别粘贴第一弹性隔热层131和第二弹性隔热层132，以便于弹性隔热层13的安装。第一弹性隔热层131和第二弹性隔热层132的形状分别与屏蔽上罩21和屏蔽下罩22的形状相同。弹性隔热层13材料优选兼具弹性、隔热性和较广温度适用性的氯丁橡胶，设计压缩量取值20%?30%，将支撑架11和顶罩12压紧后,弹性隔热层13的形状和尺寸应恰好将支撑架11和顶罩12围合内环圈护罩2部分的空间填满，仅在内环圈护罩2的导纤管23探出处进行局部修整，修出一个缺口，以便于导纤管23的探出。
[0042]从导纤管23中穿出的尾纤贴着下安装凸台14的侧面引到支撑架11底部的锥形盘纤槽16的底面中，周向盘好多余尾纤后，将尾纤连接到Y波导4。将需要连接到探测器的尾纤从圆形底盘111上开设的尾纤导出孔17导出外封装护罩1，将Y波导4的导线从导线导出孔18导出外封装护罩I。导线导出孔18可以是中心线相对水平面倾斜的斜孔，也可以是中心线竖直设置的直孔。尾纤导出孔17和导线导出孔18与尾纤和导线的缝隙均用南大704胶填封，这样可提高产品整体的气密性。
[0043]支撑架11和顶罩12上下对接时，下安装凸台14和上安装凸台15可通过压紧螺钉5压紧，从而使支撑架11、顶罩12、弹性隔热层13和内环圈护罩2紧紧连在一起；这种连接方式不仅装配简单，同时具有很好的可靠性和减震性。压紧螺钉5共有m个，m3 3，优选地，m取值6。顶罩12外缘一周为激光-TIG焊接的焊缝轨迹。
[0044]本产品安装到其它零件上时，采用螺钉连接的安装方式，有多个安装螺钉6穿过顶罩12和支撑架11。安装螺钉6共有η个，η > 3。下安装凸台14和上安装凸台15上均设有便于连接压紧螺钉5和安装螺钉6的沉槽和通孔。
[0045]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种光纤陀螺环体结构，包括外封装护罩(I)和安装于外封装护罩(I)内的内环圈护罩(2)，所述内环圈护罩(2)内安装有光纤环线圈(3)，其特征在于: 所述内环圈护罩(2)包括屏蔽上罩(21)和屏蔽下罩(22)，所述屏蔽上罩(21)和屏蔽下罩(22)围合形成封闭的第一环形放置区(26)，所述光纤环线圈(3)位于第一环形放置区(26)内，所述屏蔽下罩(22)上设置有便于穿出光纤环线圈(3)尾纤的穿纤通孔(25)； 所述内环圈护罩(2)与光纤环线圈(3)之间设置有硬质隔热层(24)，所述硬质隔热层(24)填满内环圈护罩(2)与光纤环线圈(3)之间的空间； 所述外封装护罩(I)包括支撑架(11)及固定连接在支撑架(11)上的顶罩(12)，支撑架(11)与顶罩(12)之间围合形成封闭的第二环形放置区(10)，所述内环圈护罩⑵位于第二环形放置区(10)内； 所述内环圈护罩⑵与外封装护罩⑴之间设置有弹性隔热层(13)，所述弹性隔热层(13)填满内环圈护罩(2)与外封装护罩⑴之间的空间； 所述支撑架(11)上设置有Y波导(4)、用于将光纤环线圈(3)的尾纤引出外封装护罩(I)的尾纤导出孔(17)及用于将Y波导(4)上的导线引出外封装护罩(I)的导线导出孔(18)。
2.根据权利要求1所述的光纤陀螺环体结构，其特征在于:所述屏蔽上罩(21)包括两端敞口的第一筒体(211)，第一筒体(211)的上端向其内部延伸有上环形凸缘(212)，屏蔽下罩(22)包括两端敞口的第二筒体(221)，第二筒体(221)的下端向其外部延伸有下环形凸缘(222),第一筒体(211)的内径大于第二筒体(221)的外径,第一筒体(211)的下端抵在下环形凸缘(222)上且第二筒体(221)的上端抵在上环形凸缘(212)上，从而使屏蔽上罩(21)与屏蔽下罩(22)之间围合成所述的第一环形放置区(26)。
3.根据权利要求2所述的光纤陀螺环体结构，其特征在于:所述第二筒体(221)上安装有导纤管(23)，所述穿纤通孔(25)设置在导纤管(23)上。
4.根据权利要求1所述的光纤陀螺环体结构，其特征在于:所述顶罩(12)的纵截面形状为倒U形，所述支撑架(11)包括圆形底盘(111)，圆形底盘(111)向上延伸有第三筒体(112)，第三筒体(112)的外径小于圆形底盘(111)的外径，顶罩(12)的内径大于第三筒体(112)的外径，所述顶罩(12)的下端抵在圆形底盘(111)上，第三筒体(112)的上端抵在顶罩(12)上，从而围合成所述的第二环形放置区(10)，Y波导(4)设置在圆盘底盘上且位于第三筒体(112)的内腔。
5.根据权利要求4所述的光纤陀螺环体结构，其特征在于:所述圆形底盘(111)上设置有便于光纤环线圈(3)的尾纤盘绕的锥形盘纤槽(16)。
6.根据权利要求4所述的光纤陀螺环体结构，其特征在于:所述圆形底盘(111)上设置有下安装凸台(14)，下安装凸台(14)的数量为多个，所述顶罩(12)在对应于下安装凸台(14)的位置设置有上安装凸台(15)，有压紧螺钉(5)螺纹连接在上安装凸台(15)和下安装凸台(14)上，从而将顶罩(12)和支撑架(11)锁紧在一起。
7.根据权利要求1所述的光纤陀螺环体结构，其特征在于:所述支撑架(11)的底端面(190)向下延伸有底脚凸台(19)，所述底脚凸台(19)的底端面(190)作为光纤陀螺环体结构的安装基准面。
8.根据权利要求1所述的光纤陀螺环体结构，其特征在于:所述尾纤导出孔(17)的中心线相对于水平面倾斜。
9.根据权利要求1所述的光纤陀螺环体结构，其特征在于:所述屏蔽上罩(21)和屏蔽下罩(22)均由坡莫合金材料制成。
10.根据权利要求1所述的光纤陀螺环体结构，其特征在于:所述支撑架(11)和顶罩(12)均由镁铝合金材料制成。
【文档编号】G01C19/72GK204007639SQ201420463159
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】陆俊清, 郑永强, 高博, 袁慧铮, 李星善, 葛仲浩, 杨元侠, 王安迪 申请人:湖北航天技术研究院总体设计所