一种三轴激光陀螺仪的制作方法

1.本实用新型涉及惯性导航器件，更具体地，涉及一种三轴激光陀螺仪。


背景技术：

2.激光陀螺是典型的基于sagnac原理的角速度传感器，核心敏感单元是以微晶玻璃(谐振腔)为骨架的环形激光器。激光器的工作气(增益气体)是氦氖气体，储存于激光陀螺的增益管内，形成增益区间。氦氖气体参数是激光陀螺在设计、存储、使用过程中非常重要的参数，其稳定的气压比是保证激光陀螺在使用过程中满足高性能工作的激光输出的基本要求。然而在存储过程中，氦氖气体的压力、比例都会随着时间变化表现为表面对气体的吸附以及氦气向外渗漏，使得激光陀螺的精度和寿命受到影响，严重时无法输出激光。
3.传统的三轴激光陀螺仪构，三轴激光陀螺分别安装在立面体的三个面上，其增益区间彼此独立，造成三轴激光陀螺的气体储存量有限，尤其是在微惯性导航领域，使用的激光陀螺尺寸较小，相应的增益区间也较小，增益气体对激光陀螺性能和寿命的影响更大，在微惯性导航领域使用容易受限。
4.另外，传统的三轴激光陀螺仪构型中，三轴激光陀螺分别安装在立面体的三个面上，其抖动系统和增益区间彼此独立，使得三轴激光陀螺的质量和体积较大，集成度低，在微惯性导航领域使用容易受限。
5.在微惯性导航领域，使用的激光陀螺尺寸较小，相应的增益区间也较小，增益气体对激光陀螺性能和寿命的影响更大，因此，如何在微惯性导航器件中实现工作气体的高稳定性，如何在微惯性器件中实现结构的集成化和工作气体的高稳定性，成为提高空间三轴激光陀螺仪精度和延长其寿命亟需解决的难题。


技术实现要素：

6.为了解决现有空间三轴激光陀螺仪增益气体不稳定、微惯性导航器件增益气体储存量少、集成度低、谐振腔精密加工、互相关调腔、交叉稳频难等问题，本实用新型提出一种三轴激光陀螺仪，包括：单元体，所述单元体内部具有三个连通的增益空间通道形成的增益空间；分别安装在所述单元体的三个彼此正交的面上；其中，每个单轴激光陀螺的谐振腔的安装面具有开孔，所述开孔密封连通到其中一个增益空间通道。
7.优选地，单轴激光陀螺的远离单元体的一面为玻璃，玻璃与单轴激光陀螺的谐振腔为一体，使单轴激光陀螺的中心腔体被密封。
8.优选地，所述的三轴激光陀螺仪还包括：吸气剂结构，吸气剂结构内放置有吸气剂，吸气剂结构与所述增益空间连通。
9.优选地，吸气剂结构与增益空间通道连通。
10.优选地，所述的三轴激光陀螺仪还包括：抖轮，抖轮设置在所述单元体内，抖轮与三个单轴激光陀螺一起抖动，抖动信号连接到中控。
11.优选地，三个增益空间通道在单元体的中心处交汇。
12.优选地，单轴激光陀螺采用光胶方式胶结在单元体上。
13.本实用新型解决了现有空间三轴激光陀螺仪增益气体不稳定、集成度低、谐振腔精密加工、互相关调腔、交叉稳频难等问题，具体如下：
14.1.增益气体不稳定的问题：增大了三轴激光陀螺仪的增益区间，使增益区间内可以储存大量增益气体，使激光陀螺谐振腔表面对气体的吸附以及氦气的缓慢向外渗漏对整体来说产生的影响很小，整个系统能够实现长时间的增益气体的稳定性，延长三轴激光陀螺仪的使用寿命，提高精度。
15.2.集成度低的问题：三轴激光陀螺仪安装在一个单元体上，共用吸气剂结构和抖动结构，提高了系统的集成度。
16.3.谐振腔精密加工难的问题：相比于现有技术的集成化的三轴激光陀螺仪的谐振腔，本实用新型提供的激光陀螺仪的谐振腔技术是基于单轴激光陀螺仪，该项技术已经成熟和批量化。
17.4.互相关调腔、交叉稳频难的问题：和谐振腔加工难的问题一样，本实用新型的3个激光陀螺仪彼此独立，调腔和稳频相关技术是基于单轴激光陀螺仪，目前已经成熟。
18.本实用新型提出的三轴激光陀螺仪，除具有单轴激光陀螺的所有优点外，还具有以下优点：体积小、重量轻，集成度高；储气空间大，使陀螺寿命延长；只需一个弹性抖动轮；只需一次充气过程；不需要复杂的调腔和稳频技术；对单元体的加工要求低；可批量化生产。
附图说明
19.为了更容易理解本实用新型，将通过参照附图中示出的具体实施方式更详细地描述本实用新型。这些附图只描绘了本实用新型的典型实施方式，不应认为对本实用新型保护范围的限制。
20.图1为三轴激光陀螺仪的第一实施方式的结构安装俯视图。
21.图2为三轴激光陀螺仪的第一实施方式的结构安装俯视的透视图。
22.图3为三轴激光陀螺仪的第一实施方式的结构安装仰视图。
23.图4为单轴激光陀螺的第一实施方式的一个角度的立体图。
24.图5为单轴激光陀螺的第一实施方式的另一个角度的立体图。
25.图6为三轴激光陀螺仪的第一实施方式的单元体的俯视透视图。
26.图7为三轴激光陀螺仪的第一实施方式的单元体的仰视图。
27.图8为打通增益区间的单轴激光陀螺仪的第二实施方式的立体图。
28.图9为图8所示的单轴激光陀螺横切剖面图。
29.图10为图8所示的单轴激光陀螺纵切剖面图。
30.图11为三轴激光陀螺仪的第三实施方式的立体图。
31.图12为三轴激光陀螺仪的第三实施方式的表面结构安装图。
32.图13为三轴激光陀螺仪的第三实施方式的抖轮结构安装图。
33.附图标记
34.1-单轴激光陀螺；2-单元体；3-谐振腔；4-吸气剂结构；5-抖轮；6-开孔；7-增益空间通道；8-光胶安装面；9-增益管；10-安装面；11-玻璃。
具体实施方式
35.下面参照附图描述本实用新型的实施方式，以便于本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所列举的实施例不作为本实用新型的限定，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，其中相同的部件用相同的附图标记表示。
36.在激光陀螺仪的第一实施方式中，如图1-3所示，本实用新型提出一种三轴激光陀螺仪，包含三个正交的单轴激光陀螺1，其调腔和稳频相互独立，不会彼此影响。三个单轴激光陀螺都安装在同一个单元体2上，每个单轴激光陀螺1安装在单元体2的一个面上，这三个面为彼此正交的。本实用新型的三轴激光陀螺仪通过对单轴激光陀螺进行改造，增加了气体储存空间。优选地，所述单元体为微晶玻璃材质，以保证单元体的热膨胀系数与激光陀螺仪谐振腔一致。
37.具体地，如图4-5所示，单轴激光陀螺1的谐振腔3的安装面(安装到单元体的那一面)具有开孔6，开孔6的周边通过光胶方式使单轴激光陀螺1与单元体2固连密封。在对单轴激光陀螺1的谐振腔3的安装面开孔时，方便起见，可以在安装面和外侧面(安装面的对立面)开通孔，外侧面密封或者安装玻璃体，玻璃体与单轴激光陀螺的谐振腔密封结合，使单轴激光陀螺的中心腔体被密封。单轴激光陀螺1胶装(优选采用光胶方式紧密胶结)在单元体2上。
38.如图6-7所示，单元体2具有三个光胶安装面，分别结合三个单轴激光陀螺1的谐振腔3的安装面。单元体2具有三个增益空间通道7(内部容纳增益气体)，三个增益空间通道7在单元体2中间处交汇。每个增益空间通道7密封连接到一个单轴激光陀螺1的开孔6。从而，单轴激光陀螺1的增益管道与谐振腔打通的增益空间通道7接通。增益空间通道7又与单元体2接通，如此可以适用同一个吸气剂吸气。如此，三个单轴激光陀螺1的增益区间互通，并且延伸至单元体2中，使得整个激光陀螺仪可以容纳大量增益气体。
39.通过这样的连接方式，三轴激光陀螺仪的储气空间包含三个单轴激光陀螺的中心腔体和增益空间通道7的内腔管道，相对现有技术方案的增益气体的储气量，本实用新型的三轴激光陀螺仪的储气量提高了至少50倍。
40.本实用新型提供的三轴激光陀螺仪，通过管道打通的方式，增加了大量的储气空间，使激光陀螺谐振腔表面对气体的吸附以及氦气的缓慢向外渗漏对整体来说产生的影响很小，整个系统能够实现长时间的增益气体的稳定性，延长三轴激光陀螺仪的使用寿命，提高精度。
41.在第二个实施方式中，如图8所示，本实用新型提出一种三轴激光陀螺仪，包含三个正交的单轴激光陀螺，其调腔和稳频相互独立，不会彼此影响。不同的是，三个单轴激光陀螺的增益区间互通，并且延伸至一个单元体中，使得整个系统可以容纳大量增益气体。三个单轴激光陀螺共用一个吸气剂，可以降低系统的体积与质量，并且三个单轴激光陀螺共用一个抖动轮，进一步优化了三轴激光陀螺仪的集成度。
42.具体地，所述三轴激光陀螺仪的每个单轴激光陀螺都安装在同一个单元体上，所述单元体为多面体结构，每个单轴激光陀螺安装在单元体的一面，这三个面为正交状态。每个单轴激光陀螺彼此独立地进行调腔和稳频。
43.优选地，所述单元体为微晶玻璃材质，以保证单元体的热膨胀系数与激光陀螺仪
谐振腔一致。
44.图8-10所示，显示了单轴激光陀螺的另一个实施方式。单轴激光陀螺的谐振腔在安装面10(胶装到单元体的一面)被打通，具有开孔6，开孔6与增益管道9相通。远离单元体的一面为实体玻璃11，玻璃11与单轴激光陀螺的谐振腔为一体，使单轴激光陀螺的中心腔体被密封(如图10所示)。安装面10胶装在单元体上，实现谐振腔的密封和其与单元体之间的互通。且扩大了与增益管9的连通空间。
45.如图11-12所示，在激光陀螺仪的第二实施方式中，单元体2上设置有吸气剂结构4，吸气剂结构4内放置有吸气剂，吸气剂结构4与增益空间连通。所述增益空间指的是：三个单轴激光陀螺的中心腔体和三个增益空间通道7连通的空间。如此，吸气剂结构4供三个单轴激光陀螺共用，因此三个单轴激光陀螺的谐振腔可以不设置吸气剂结构。优选地，吸气剂结构4设置的位置远离各个单轴激光陀螺的反射镜与光路，使得吸气剂的粉尘对激光陀螺性能的影响减小
46.如图13所示，在激光陀螺仪的第三实施方式中，单元体2内设置有抖轮5，抖轮5与三个单轴激光陀螺一起抖动，抖动信号连接到中控。因此，可以设置一个抖轮5供三个单轴激光陀螺共用，三个单轴激光陀螺可以不设置抖动结构。所述抖轮为内置式单抖轮，为三个单轴激光陀螺所共用，同时实现三路同幅度抖动偏频。
47.本实用新型的激光陀螺仪，通过管道打通的方式，增加了大量的储气空间，使激光陀螺谐振腔表面对气体的吸附以及氦气的缓慢向外渗漏对整体来说产生的影响很小，整个系统能够实现长时间的增益气体的稳定性，延长三轴激光陀螺仪的使用寿命，提高精度。
48.本实用新型的激光陀螺仪将三个激光陀螺正交安装于一块微晶玻璃块体上，但在结构上仅共用抖动系统和吸气剂结构以完成同幅度抖动偏频；而在影响光学参数的反射镜及电源电路系统上相互独立互不影响，避免了非增益区发生异常放电引入零偏误差的情况，对稳频和调腔控制要求与单轴腔体相近。在大幅减小捷联惯性导航系统的尺寸/重量的同时规避了大部分传统三轴谐振腔互相关调腔及交叉稳频控制等诸多技术难点。
49.以上所述的实施例，只是本实用新型较优选的具体实施方式，本说明书使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。