一種光纖陀螺環體結構的製作方法

2023-07-07 02:01:41 3

一種光纖陀螺環體結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光纖陀螺環體結構，包括外封裝護罩和內環圈護罩，內環圈護罩內安裝有光纖環線圈，內環圈護罩與光纖環線圈之間設置有硬質隔熱層；所述外封裝護罩包括支撐架及頂罩,所述內環圈護罩與外封裝護罩之間設置有彈性隔熱層，所述支撐架上設置有Y波導、用於將光纖環線圈的尾纖引出外封裝護罩的尾纖導出孔及用於將Y波導上的導線引出外封裝護罩的導線導出孔。本實用新型的外表面具有良好的散熱功能，內部包括硬質隔熱層和彈性隔熱層共兩層隔熱層，能夠極大地衰減外部環境中溫度顯著變化向光纖環線圈的傳導和滲透，同時光纖環體內部無熱源，保證光纖環線圈溫度變化極為緩慢。
【專利說明】一種光纖陀螺環體結構

【技術領域】
[0001]本實用新型屬於慣性器件領域，具體涉及一種光纖陀螺環體結構。

【背景技術】
[0002]光纖陀螺具有全固態、高可靠性等一系列優點，在慣性導航等領域得到廣泛應用。光纖陀螺工作原理是利用其中的光纖環線圈敏感載體旋轉來測得載體的轉動信息，作為敏感元件的光纖環線圈的性能直接影響到光纖陀螺的性能。隨著技術的發展，對光纖陀螺精度的需求也不斷提高。由於光纖環線圈很容易受到溫度、磁場和壓力等因素變化的影響，導致光纖陀螺易產生非互易性相位誤差，這成為了制約光纖陀螺工程應用化中精度提高的主要難題。
[0003]在影響光纖陀螺的諸多因素中，熱問題由於在實際應用中幾乎無法完全避免，成為光纖陀螺設計面對的最關鍵問題；在解決磁場屏蔽問題中，現有方式普遍採用的合金鋼屏蔽材料會顯著加大光纖陀螺的重量；此外，對於應用於高動態飛行環境的光纖陀螺要滿足輸出特性，必須做好對應的結構設計。
實用新型內容
[0004]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種通過對核心敏感元件光纖環線圈提供充分的熱防護及整體結構設計，能顯著減小熱因素對光纖陀螺輸出精度的影響，同時兼顧光纖陀螺的各種使用需求。
[0005]為實現上述目的，按照本實用新型的一個方面，提供了一種光纖陀螺環體結構，包括外封裝護罩和安裝於外封裝護罩內的內環圈護罩，所述內環圈護罩內安裝有光纖環線圈，所述內環圈護罩包括屏蔽上罩和屏蔽下罩，所述屏蔽上罩和屏蔽下罩圍合形成封閉的第一環形放置區，所述光纖環線圈位於第一環形放置區內，所述屏蔽下罩上設置有便於穿出光纖環線圈尾纖的穿纖通孔；所述內環圈護罩與光纖環線圈之間設置有硬質隔熱層，所述硬質隔熱層填滿內環圈護罩與光纖環線圈之間的空間；所述外封裝護罩包括支撐架及固定連接在支撐架上的頂罩，支撐架與頂罩之間圍合形成封閉的第二環形放置區，所述內環圈護罩位於第二環形放置區內；所述內環圈護罩與外封裝護罩之間設置有彈性隔熱層，所述彈性隔熱層填滿內環圈護罩與外封裝護罩之間的空間；所述支撐架上設置有Y波導、用於將光纖環線圈的尾纖引出外封裝護罩的尾纖導出孔及用於將Y波導上的導線引出外封裝護罩的導線導出孔。
[0006]本實用新型中，所述屏蔽上罩包括兩端敞口的第一筒體，第一筒體的上端向其內部延伸有上環形凸緣，屏蔽下罩包括兩端敞口的第二筒體，第二筒體的下端向其外部延伸有下環形凸緣，第一筒體的內徑大於第二筒體的外徑，第一筒體的下端抵在下環形凸緣上且第二筒體的上端抵在上環形凸緣上，從而使屏蔽上罩與屏蔽下罩之間圍合成所述的第一環形放置區。
[0007]本實用新型中，所述第二筒體上安裝有導纖管，所述穿纖通孔設置在導纖管上。
[0008]本實用新型中，所述頂罩的縱截面形狀為倒U形，所述支撐架包括圓形底盤，圓形底盤向上延伸有第三筒體，第三筒體的外徑小於圓形底盤的外徑，頂罩的內徑大於第三筒體的外徑，所述頂罩的下端抵在圓形底盤上，第三筒體的上端抵在頂罩上，從而圍合成所述的第二環形放置區，Y波導設置在圓盤底盤上且位於第三筒體的內腔。
[0009]本實用新型中，所述圓形底盤上設置有便於光纖環線圈的尾纖盤繞的錐形盤纖槽。
[0010]本實用新型中，所述圓形底盤上設置有下安裝凸臺，下安裝凸臺的數量為多個，所述頂罩在對應於下安裝凸臺的位置設置有上安裝凸臺，有壓緊螺釘螺紋連接在上安裝凸臺和下安裝凸臺上，從而將頂罩和支撐架鎖緊在一起。
[0011]本實用新型中，所述支撐架的底端面向下延伸有底腳凸臺，所述底腳凸臺的底端面作為光纖陀螺環體結構的安裝基準面。
[0012]本實用新型中，所述尾纖導出孔的中心線相對於水平面傾斜。
[0013]本實用新型中，所述屏蔽上罩和屏蔽下罩均由坡莫合金材料製成。
[0014]本實用新型中，所述支撐架和頂罩均由鎂鋁合金材料製成。
[0015]總體而言，通過本實用新型所構思的以上技術方案與現有技術相比，由於對核心敏感元件光纖環線圈提供充分的熱防護及整體結構設計，能夠取得以下有益效果:
[0016]一、本實用新型的外表面具有良好的散熱功能，內部包括硬質隔熱層和彈性隔熱層共兩層隔熱層，能極大地衰減外部環境中溫度顯著變化向光纖環線圈的傳導和滲透，同時光纖環體內部無熱源，保證光纖環線圈溫度變化極為緩慢；
[0017]二、本實用新型實現了圍繞光纖環線圈各方向結構的高度對稱性，使滲透進光纖環線圈的少量熱量在各方向趨於等同，從而顯著降低了溫度因素對光纖陀螺環體結構輸出精度的影響；
[0018]三、本實用新型的內環圈護罩具有良好的氣密性和電磁場屏蔽性能，使光纖陀螺能夠適應氣壓變化和存在電磁場幹擾的環境；
[0019]四、本實用新型無需額外設計安裝法蘭，能夠減小產品尺寸的同時很好地適應振動環境；
[0020]五、本實用新型體積和重量均比較小，有利於在提高精度的同時擴大光纖環線圈的直徑與高度；
[0021]六、本實用新型的加工與裝配簡單，易於實現。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0023]圖2為本實用新型的剖視圖；
[0024]圖3為本實用新型的分解示意圖；
[0025]圖4為本實用新型中內環圈護罩的剖視圖；
[0026]圖5為本實用新型中內環圈護罩的半剖示意圖；
[0027]圖6為本實用新型中外封裝護罩的剖視圖；
[0028]圖7是本實用新型中支撐架的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0029]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0030]參照圖1?圖3，一種光纖陀螺環體結構，包括外封裝護罩I和安裝於外封裝護罩I內的內環圈護罩2,所述內環圈護罩2內安裝有光纖環線圈3。
[0031]參照圖4、圖5，所述內環圈護罩2包括屏蔽上罩21和屏蔽下罩22，作為優選，所述屏蔽上罩21和屏蔽下罩22均由坡莫合金材料製成。所述屏蔽上罩21和屏蔽下罩22圍合形成封閉的第一環形放置區26，所述光纖環線圈3位於第一環形放置區26內，所述屏蔽下罩22上設置有便於穿出光纖環線圈3尾纖的穿纖通孔25。
[0032]所述內環圈護罩2與光纖環線圈3之間設置有硬質隔熱層24，所述硬質隔熱層24填滿內環圈護罩2與光纖環線圈3之間的空間。
[0033]所述屏蔽上罩21包括兩端敞口的第一筒體211，第一筒體211的上端向其內部延伸有上環形凸緣212，屏蔽下罩22包括兩端敞口的第二筒體221，所述第二筒體221上安裝有導纖管23，所述穿纖通孔25設置在導纖管23上。第二筒體221的下端向其外部延伸有下環形凸緣222，第一筒體211的內徑大於第二筒體221的外徑，第一筒體211的下端抵在下環形凸緣222上且第二筒體221的上端抵在上環形凸緣212上，從而使屏蔽上罩21與屏蔽下罩22之間圍合成所述的第一環形放置區26 ;所圍合的第一環形放置區26根據光纖環線圈3的尺寸設計。光纖環線圈3位於圍合的第一環形放置區26中間位置時，其與屏蔽上罩21和屏蔽下罩22各側壁的間隙相等，此間隙值一般取值1.5?5mm。
[0034]硬質隔熱層24的厚度處處相等。優選地，硬質隔熱層24包括第一硬質隔熱層241和第二硬質隔熱層242，這樣便於硬質隔熱層24的粘貼。第一硬質隔熱層241和第二硬質隔熱層242的形狀分別與屏蔽上罩21和屏蔽下罩22的形狀一致，第一硬質隔熱層241粘貼在屏蔽上罩21上，第二硬質隔熱層242粘貼在屏蔽下罩22上。硬質隔熱層24的材料使用隔熱性能與機械性能均良好的聚醯亞胺材料，其形狀和尺寸應恰好將屏蔽上罩21和屏蔽下罩22各側壁與光纖環線圈3之間的間隙填滿，硬質隔熱層24的成型可採用機械加工成型或模具成型等方法。硬質隔熱層24使用南大704膠粘貼在屏蔽上罩21和屏蔽下罩22的側壁上，光纖環線圈3使用南大704膠粘貼在硬質隔熱層24上。
[0035]在屏蔽下罩22上通過雷射焊接一段從屏蔽下罩22探出、指向第二筒體221中心線的導纖管23，導纖管23採用與屏蔽上罩21、屏蔽下罩22相同的磁屏蔽材料坡莫合金，優選地，導纖管23、屏蔽上罩21和屏蔽下罩22的壁厚取值均為I?2mm。導纖管23中心開有穿纖通孔25，用於將光纖環線圈3的尾纖穿出內環圈護罩2後進入外封裝護罩I內。穿纖通孔25的中心高度應與光纖環線圈3的頂端平齊，以便於光纖環線圈3的尾纖直接穿出。
[0036]屏蔽上罩21和屏蔽下罩22的兩段接合處均採用為雷射焊接。導纖管23探出處的縫隙使用南大704膠填封。完成焊接和膠封后，光纖環線圈3處於完全密封的內環圈護罩2中，從而保證產品能夠適應環境氣壓的變化，特別是低氣壓環境。
[0037]參照圖6、圖7，所述外封裝護罩I包括支撐架11及固定連接在支撐架11上的頂罩12，作為優選，所述支撐架11和頂罩12均由鎂鋁合金材料製成，可在保證本產品具有優良結構強度的基礎上顯著降低整體重量，同時本產品外表面具有很好的散熱性，進一步優化產品內光纖環線圈3的熱環境。
[0038]支撐架11與頂罩12之間圍合形成封閉的第二環形放置區10，所述內環圈護罩2位於第二環形放置區10內；所述內環圈護罩2與外封裝護罩I之間設置有彈性隔熱層13，所述彈性隔熱層13填滿內環圈護罩2與外封裝護罩I之間的空間；內環圈護罩2的熱防護方法可使經過彈性隔熱層13衰減後的殘餘熱量進一步衰減，同時各方向高度均勻地向內傳播，最終到達光纖環線圈3表面各處的溫度場變化速率和溫度場梯度絕對值都顯著降低。
[0039]所述支撐架11上設置有Y波導4、用於將光纖環線圈3的尾纖引出外封裝護罩I的尾纖導出孔17及用於將Y波導4上的導線引出外封裝護罩I的導線導出孔18。所述尾纖導出孔17的中心線相對於水平面傾斜。將尾纖導出孔17設計為斜孔，斜孔的中心線相對水平面傾斜，這樣可增大光纖的彎曲半徑以保護光纖。
[0040]所述頂罩12的縱截面形狀為倒U形，所述支撐架11包括圓形底盤111，圓形底盤111向上延伸有第三筒體112，第三筒體112的外徑小於圓形底盤111的外徑，頂罩12的內徑大於第三筒體112的外徑，所述頂罩12的下端抵在圓形底盤111上，第三筒體112的上端抵在頂罩12上，從而圍合成所述的第二環形放置區10，Y波導4設置在圓盤底盤上且位於第三筒體112的內腔。所述圓形底盤111上設置有便於光纖環線圈3的尾纖盤繞的錐形盤纖槽16。所述圓形底盤111上設置有下安裝凸臺14，下安裝凸臺14的數量為多個，所述頂罩12在對應於下安裝凸臺14的位置設置有上安裝凸臺15，有壓緊螺釘5螺紋連接在上安裝凸臺15和下安裝凸臺14上，從而將頂罩12和支撐架11鎖緊在一起。所述支撐架11的底端面190向下延伸有底腳凸臺19，所述底腳凸臺19的底端面190作為光纖陀螺環體結構的安裝基準面。底腳凸臺19的高度取值為0.2?1_，底腳凸臺19的底端面190為精加工面，以作為光纖陀螺環體結構的定位基準。
[0041]彈性隔熱層13包括粘貼在頂罩12上的第一彈性隔熱層131和粘貼在支撐架11上的第二彈性隔熱層132，在支撐架11和頂罩12的側壁分別粘貼第一彈性隔熱層131和第二彈性隔熱層132，以便於彈性隔熱層13的安裝。第一彈性隔熱層131和第二彈性隔熱層132的形狀分別與屏蔽上罩21和屏蔽下罩22的形狀相同。彈性隔熱層13材料優選兼具彈性、隔熱性和較廣溫度適用性的氯丁橡膠，設計壓縮量取值20%?30%，將支撐架11和頂罩12壓緊後,彈性隔熱層13的形狀和尺寸應恰好將支撐架11和頂罩12圍合內環圈護罩2部分的空間填滿，僅在內環圈護罩2的導纖管23探出處進行局部修整，修出一個缺口，以便於導纖管23的探出。
[0042]從導纖管23中穿出的尾纖貼著下安裝凸臺14的側面引到支撐架11底部的錐形盤纖槽16的底面中，周向盤好多餘尾纖後，將尾纖連接到Y波導4。將需要連接到探測器的尾纖從圓形底盤111上開設的尾纖導出孔17導出外封裝護罩1，將Y波導4的導線從導線導出孔18導出外封裝護罩I。導線導出孔18可以是中心線相對水平面傾斜的斜孔，也可以是中心線豎直設置的直孔。尾纖導出孔17和導線導出孔18與尾纖和導線的縫隙均用南大704膠填封，這樣可提高產品整體的氣密性。
[0043]支撐架11和頂罩12上下對接時，下安裝凸臺14和上安裝凸臺15可通過壓緊螺釘5壓緊，從而使支撐架11、頂罩12、彈性隔熱層13和內環圈護罩2緊緊連在一起；這種連接方式不僅裝配簡單，同時具有很好的可靠性和減震性。壓緊螺釘5共有m個，m3 3，優選地，m取值6。頂罩12外緣一周為雷射-TIG焊接的焊縫軌跡。
[0044]本產品安裝到其它零件上時，採用螺釘連接的安裝方式，有多個安裝螺釘6穿過頂罩12和支撐架11。安裝螺釘6共有η個，η > 3。下安裝凸臺14和上安裝凸臺15上均設有便於連接壓緊螺釘5和安裝螺釘6的沉槽和通孔。
[0045]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種光纖陀螺環體結構，包括外封裝護罩(I)和安裝於外封裝護罩(I)內的內環圈護罩(2)，所述內環圈護罩(2)內安裝有光纖環線圈(3)，其特徵在於: 所述內環圈護罩(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)圍合形成封閉的第一環形放置區(26)，所述光纖環線圈(3)位於第一環形放置區(26)內，所述屏蔽下罩(22)上設置有便於穿出光纖環線圈(3)尾纖的穿纖通孔(25)； 所述內環圈護罩(2)與光纖環線圈(3)之間設置有硬質隔熱層(24)，所述硬質隔熱層(24)填滿內環圈護罩(2)與光纖環線圈(3)之間的空間； 所述外封裝護罩(I)包括支撐架(11)及固定連接在支撐架(11)上的頂罩(12)，支撐架(11)與頂罩(12)之間圍合形成封閉的第二環形放置區(10)，所述內環圈護罩⑵位於第二環形放置區(10)內； 所述內環圈護罩⑵與外封裝護罩⑴之間設置有彈性隔熱層(13)，所述彈性隔熱層(13)填滿內環圈護罩(2)與外封裝護罩⑴之間的空間； 所述支撐架(11)上設置有Y波導(4)、用於將光纖環線圈(3)的尾纖引出外封裝護罩(I)的尾纖導出孔(17)及用於將Y波導(4)上的導線引出外封裝護罩(I)的導線導出孔(18)。
2.根據權利要求1所述的光纖陀螺環體結構，其特徵在於:所述屏蔽上罩(21)包括兩端敞口的第一筒體(211)，第一筒體(211)的上端向其內部延伸有上環形凸緣(212)，屏蔽下罩(22)包括兩端敞口的第二筒體(221)，第二筒體(221)的下端向其外部延伸有下環形凸緣(222),第一筒體(211)的內徑大於第二筒體(221)的外徑,第一筒體(211)的下端抵在下環形凸緣(222)上且第二筒體(221)的上端抵在上環形凸緣(212)上，從而使屏蔽上罩(21)與屏蔽下罩(22)之間圍合成所述的第一環形放置區(26)。
3.根據權利要求2所述的光纖陀螺環體結構，其特徵在於:所述第二筒體(221)上安裝有導纖管(23)，所述穿纖通孔(25)設置在導纖管(23)上。
4.根據權利要求1所述的光纖陀螺環體結構，其特徵在於:所述頂罩(12)的縱截面形狀為倒U形，所述支撐架(11)包括圓形底盤(111)，圓形底盤(111)向上延伸有第三筒體(112)，第三筒體(112)的外徑小於圓形底盤(111)的外徑，頂罩(12)的內徑大於第三筒體(112)的外徑，所述頂罩(12)的下端抵在圓形底盤(111)上，第三筒體(112)的上端抵在頂罩(12)上，從而圍合成所述的第二環形放置區(10)，Y波導(4)設置在圓盤底盤上且位於第三筒體(112)的內腔。
5.根據權利要求4所述的光纖陀螺環體結構，其特徵在於:所述圓形底盤(111)上設置有便於光纖環線圈(3)的尾纖盤繞的錐形盤纖槽(16)。
6.根據權利要求4所述的光纖陀螺環體結構，其特徵在於:所述圓形底盤(111)上設置有下安裝凸臺(14)，下安裝凸臺(14)的數量為多個，所述頂罩(12)在對應於下安裝凸臺(14)的位置設置有上安裝凸臺(15)，有壓緊螺釘(5)螺紋連接在上安裝凸臺(15)和下安裝凸臺(14)上，從而將頂罩(12)和支撐架(11)鎖緊在一起。
7.根據權利要求1所述的光纖陀螺環體結構，其特徵在於:所述支撐架(11)的底端面(190)向下延伸有底腳凸臺(19)，所述底腳凸臺(19)的底端面(190)作為光纖陀螺環體結構的安裝基準面。
8.根據權利要求1所述的光纖陀螺環體結構，其特徵在於:所述尾纖導出孔(17)的中心線相對於水平面傾斜。
9.根據權利要求1所述的光纖陀螺環體結構，其特徵在於:所述屏蔽上罩(21)和屏蔽下罩(22)均由坡莫合金材料製成。
10.根據權利要求1所述的光纖陀螺環體結構，其特徵在於:所述支撐架(11)和頂罩(12)均由鎂鋁合金材料製成。
【文檔編號】G01C19/72GK204007639SQ201420463159
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月15日 優先權日:2014年8月15日
【發明者】陸俊清, 鄭永強, 高博, 袁慧錚, 李星善, 葛仲浩, 楊元俠, 王安迪 申請人:湖北航天技術研究院總體設計所