一种高精度光纤陀螺的制作方法

本发明涉及一种高精度光纤陀螺，属于光纤传感和惯性导航技术领域。

背景技术：

光纤陀螺是基于光学sagnac(萨格纳克)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高精度光纤陀螺，在进一步提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。

技术实现要素：

为克服现有技术的缺点，解决高精度光纤陀螺的技术瓶颈，本发明的目的在于提供一种高精度光纤陀螺，所述陀螺结构简单、性能稳定、抗干扰强。

为实现本发明的目的，提供以下技术方案。

一种高精度光纤陀螺，所述陀螺主要由外壳、基座、电路板和环路组件组成。

其中，外壳由上壳和下壳组成。

电路板包括主板控制电路所在的主板和光源驱动电路所在的光源板这两块电路板。

环路组件包括光纤环底座、保偏光纤环、饵纤压板、波分复用器、隔离器、反射镜、波导板、耦合器、温度传感器和y波导；光纤环底座为凹槽结构，其外侧壁上设有环形安装槽，用于放置保偏光纤环；波导板为凹槽结构；优选保偏光纤环为3000m的保偏光纤环。

基座位于上壳和下壳之间，将所述陀螺主体分为上部和下部，电路板位于所述陀螺主体上部，环路组件位于所述陀螺主体下部。

掺饵激光器和功率管固定安装在上壳内侧，位于电路板上方，主板和光源板共同固定在上壳中，探测器固定连接在主板上，优选远离掺饵激光器和功率管，以减少干扰；电路板与基座之间设有隔热板，上壳底部边缘与基座上表面固定连接。

基座下表面与光纤环底座之间设有磁屏蔽隔板，并通过连接件固定连接，光纤环通过环氧胶固定在光纤环底座外周壁上的环形安装槽内，饵纤压板将平行放置的波分复用器、隔离器和反射镜压紧固定在光纤环底座凹槽顶部内壁上的安装槽内；波导板位于光纤环底座凹槽内饵纤压板下方，并通过连接件固定在光纤环底座内，耦合器、温度传感器和y波导固定在波导板内，靠近磁屏蔽外壳一侧的安装槽内；光纤环底座与波导板之间设有外径小于保偏光纤环内径的环形凸台，用于器件尾纤的盘纤；波导板下方设有磁屏蔽外壳，磁屏蔽外壳固定在基座的下表面，并将环路组件罩在其中，下壳罩在磁屏蔽外壳外侧，并与基座的下表面固定连接。

进一步地，波分复用器、隔离器和反射镜的一端尾纤与上壳中的掺饵激光器以及功率管的尾纤相连盘绕用紫外胶固定在光纤环底座内，共同组成一个稳定宽带宽高功率的1550nm光源，实现高精度。波分复用器另一端尾纤穿过波导板的光纤出纤孔与耦合器、y波导、保偏光纤环的一端尾纤相连盘绕并用紫外胶固定在波导板内，构成所述陀螺的敏感单元——双光束干涉环路。耦合器另一端尾纤依次穿过波导板、光纤环底座、磁屏蔽隔板、基座、隔热板和主板的光纤出纤孔，与探测器的光纤尾纤相连盘绕并用紫外胶固定在上壳内，构成光路信号回路；波导板内温度传感器和y波导的器件引脚引线依次穿过波导板、光纤环底座、磁屏蔽隔板、基座和隔热板的穿线孔与电路板相连，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；电路板上所述陀螺通过固定在上壳的接插件与外部载体相连输出数据。

有益效果

1.本发明提供了一种高精度光纤陀螺，所述陀螺的光路部分和电路部分分别从基座两侧固定，通过基座物理隔离发热器件和敏感光纤环，以降低发射器件对光路部分的热辐射干扰；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，突破光源相对强度噪声抑制；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；

2.本发明提供了一种高精度光纤陀螺，所述陀螺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，使导航级高精光纤陀螺可以达到很好零偏温度稳定性，最终获得陀螺零偏稳定可达0.001°/h(1σ)，大大提高了光纤陀螺敏感环境的稳定性能；

3.本发明提供了一种高精度光纤陀螺，所述陀螺采用光电一体式结构，通过光学器件紧凑合理布局和简化结构实现整体尺寸的小型化，可达180×180×40mm。

附图说明

图1为实施例1中一种高精度光纤陀螺的外观结构示意图。

图2为实施例1中一种高精度光纤陀螺的结构爆炸视图。

其中，1—基座，2—上壳，3—下壳，4—掺饵激光器，5—主板，6—光源板，7—隔热板，8—磁屏蔽隔板，9—光纤环底座，10—保偏光纤环，11—饵纤压板，12—波分复用器，13—隔离器，14—反射镜，15—波导板，16—耦合器，17—温度传感器，18—y波导，19—磁屏蔽外壳，20—功率管

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不作为对本发明专利的限定。

实施例1

一种高精度光纤陀螺，如图1和图2所示，所述陀螺主要由外壳、基座1、电路板和环路组件组成。

其中，外壳由上壳2和下壳3组成。

电路板包括主板控制电路所在的主板5和光源驱动电路所在的光源板6这两块电路板。

环路组件包括光纤环底座9、3000m保偏光纤环10、饵纤压板11、波分复用器12、隔离器13、反射镜14、波导板15、耦合器16、温度传感器17和y波导18；光纤环底座9为凹槽结构，其外侧壁上设有环形安装槽，用于放置保偏光纤环10；波导板15为凹槽结构。

基座1位于上壳2和下壳3之间，将所述陀螺主体分为上部和下部，电路板位于所述陀螺主体上部，环路组件位于所述陀螺主体下部。

掺饵激光器4和功率管20固定安装在上壳2内侧，位于电路板上方，主板5和光源板6平行放置且共同固定在上壳2中，探测器焊接在主板5靠近隔热板7一侧上，远离掺饵激光器4和功率管20，以减少干扰；位于电路板与基座1之间设有隔热板7，上壳2底部边缘与基座1上表面固定连接。

基座1下表面与光纤环底座9之间设有磁屏蔽隔板8，光纤环底座9通过底面方柱穿过磁屏蔽隔板8方孔固定在基座1下表面，保偏光纤环10通过环氧胶固定在光纤环底座9外周壁上的环形安装槽内，饵纤压板11将平行放置的波分复用器12、隔离器13和反射镜14压紧固定在光纤环底座9凹槽顶部内壁上的方形安装槽内；波导板15位于光纤环底座9凹槽内饵纤压板11下方，并固定在光纤环底座9内部的方柱上，耦合器16、温度传感器17和y波导18固定在波导板15内，靠近磁屏蔽外壳19一侧的方形安装槽内；光纤环底座9与波导板15之间设有外径小于保偏光纤环10内径的环形凸台，用于器件尾纤的盘纤；波导板15下方设有磁屏蔽外壳19，磁屏蔽外壳19固定在基座1的下表面，并将环路组件罩在其中，下壳3罩在磁屏蔽外壳19外侧，并与基座1的下表面固定连接。

波分复用器12、隔离器13和反射镜14的一端尾纤与上壳2中的掺饵激光器4以及功率管20的尾纤相连盘绕用紫外胶固定在光纤环底座9内，共同组成一个稳定宽带宽高功率的1550nm光源，实现高精度。波分复用器12另一端尾纤穿过波导板15的光纤出纤孔与耦合器16、y波导18、保偏光纤环10的一端尾纤相连盘绕并用紫外胶固定在波导板15内，构成所述陀螺的敏感单元——双光束干涉环路。耦合器16另一端尾纤依次穿过波导板15、光纤环底座9、磁屏蔽隔板8、基座1、隔热板7和主板5的光纤出纤孔，与探测器的光纤尾纤相连盘绕并用紫外胶固定在上壳2内，构成光路信号回路；波导板15内温度传感器17和y波导18的器件引脚引线依次穿过波导板15、光纤环底座9、磁屏蔽隔板8、基座1和隔热板7的穿线孔与电路板相连，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；电路板上所述陀螺输出数据固定在上壳2的接插件与外部载体相连。

所述实施例中：

稳定宽带宽高功率1550nm光源：由功率管20及光源板6、980nm泵浦激光器(型号s26-7402-250,厂家lumentum)、980/1550nm波分复用器12(型号wdm980/1550，厂家光扬光电)、frm反射镜14(型号hi1060-flex，厂家光扬光电)、掺饵光纤、隔离器13(型号hi1060-flex,厂家光扬光电)组成；

采用2×2单模光纤耦合器16(型号155050：50，厂家光扬光电)、工作波长1550nm的y波导18(型号gc15ya3516b，厂家中电44所)、3000m保偏光纤环10，内径149mm，外径174mm，高15mm；

工作波长为1550nmpin-fet光电探测器：型号gd45216z-403bl-sb2,厂家中电44所)。

其中，搭建的稳定宽带宽高功率1550nm光源中，980nm泵浦激光器经光源板6和功率管20的激励放大作用后发射出高功率的980nm光波，980nm光经过波分复用器12后通过掺饵光纤产生1550nm的光波，再经过反射镜14的波长选择作用获得双程放大的1550nm光波，最后经隔离器13已抑制陀螺的光反馈，获得陀螺光路中的稳定宽带宽高功率的1550nm光源。

最终获得陀螺零偏稳定0.001°/h(1σ)，整体尺寸为180×180×40mm，如图1所示。