壓電抖動二頻雷射陀螺的製作方法

2023-06-04 08:24:51 2

專利名稱：壓電抖動二頻雷射陀螺的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於角速度或角度傳感器，尤其是一種雷射陀螺。
雷射陀螺與傳統陀螺，無論理論上還是結構上，都是完全不同的兩類陀螺，前者為光電陀螺，後者為機電陀螺。機電陀螺以高速轉子的定軸性和進動性獲得陀螺性能，其間摩擦和寄生力矩是提高陀螺精度的重要因素，為此，半個世紀以來，機電陀螺從滾珠軸承，經歷了氣浮、液浮、磁浮，直至(靜)電浮等各個興盛時期，但是隨著捷聯繫統的崛起，機電陀螺以不再適應這種控制系統的迅猛發展。
雷射陀螺是利用相迎兩束雷射沿閉合迴路傳播，敏感兩束雷射的光程差測得載體角運動，其結構簡單，啟動迅速，動態範圍大，壽命長，適應各種惡劣環境要求，是控制系統的理想慣性器件，因而雷射陀螺在航空、航天、艦船、飛船等尖端領域引起普遍關注和積極採用。目前雷射陀螺已經有系列產品投入批量生產，但其質量優劣仍取決於工程實現上，具體工藝細節中。
本實用新型的目的在於在保證雷射陀螺高性能的前提下，簡化生產工藝，從而增加陀螺可靠性，降低成本。
本實用新型的目的可以通過以下措施來實現本實用新型所述的壓電抖動二頻雷射陀螺，包括一個光學諧振腔，用微晶玻璃製成，其內鑽有不同直徑的通孔；三個反射鏡，均鍍有多層介質反射膜；一個陰極，兩個陽極，陽極為金屬無氧銅結構，其中一個陽極兼作諧振腔充排氣通道，與排氣臺相連，該陽極抽氣筒底部的壁厚為0.4-0.8mm，陽極夾斷裝置的刀口為圓角結構；一個壓電抖動偏頻機構，用與光學諧振腔材料溫度相匹配的金屬材料製成，在其輪葉上貼有壓電陶瓷片，在抖動機構外殼內側四個對稱位置開有0.1-0.5mm的夾縫。
本實用新型的優點在於在保證雷射陀螺高性能的前提下，簡化了生產工藝，降低了產品成本，增加了陀螺的可靠性，使雷射陀螺儘快向工程化邁進。


圖1為本實用新型的整體結構剖視圖；圖2為與排氣臺相連的陽極結構示意圖；圖3為陽極夾斷裝置示意圖；圖4為壓電抖動偏頻機構外殼示意圖。
以下結合附圖詳細介紹本實用新型的結構和工作原理。
光學諧振腔2是雷射陀螺的核心部件，直接影響陀螺的性能優劣。它是用膨脹係數接近於零的微晶玻璃製成的等邊三角塊，見圖1，當按一定比例混合的氦氖氣體充入腔內通孔4，且在陰陽極間加直流高壓時，則氦氖氣體被激活，只有沿通孔4中心線附近，通過三個反射鏡1、5、7反射形成閉合光路的諧振光波，才能產生雷射，即產生順、逆方向兩束雷射。根據薩納格(Sagnac)效應，當陀螺靜止不動時，順、逆兩光束光程相等，不產生頻差，陀螺輸出為零；當陀螺轉動時，兩光束所走的光程不等，其相應的頻差正比於陀螺旋轉的角速度，陀螺輸出的脈衝數正比於陀螺轉過的角度。
製作好的光學諧振腔2，如何與真空系統，通稱排氣臺相連接，以及如何脫離排氣臺，這是製作雷射陀螺過程中的關鍵工藝之一，常用的方法是在諧振腔上加一個玻璃碗，用火吹燒玻璃碗抽氣端使諧振腔與排氣臺相連、脫離，此方法不但使陀螺整體體積增大，抗環境性能差，封接成功率低，且往往帶入腔內很多雜氣，影響陀螺使用壽命及其相應性能。本實用新型採用無氧銅金屬結構既作為陀螺的陽極3，又兼作諧振腔充排氣通道，見圖1，不但使陀螺整體體積減小，抗環境性能提高，而且如果使用本實用新型所述的陽極夾斷裝置13，見圖3封接成功率可達到百分之百。其關鍵之處在於陽極夾斷裝置13的刀口12處為一圓角結構，與排氣臺相連的陽極抽氣筒底部11的壁厚為0.4-0.8mm，見圖2，兩者巧妙的配合，即能達到上述效果。
由於諧振腔2內不可避免地存在非均勻性，使陀螺低轉速時，諧振腔2內兩光束頻率產生同步效應，陀螺輸出為零，出現死區，通稱鎖區。為了避開鎖區以及鎖區附近的嚴重非線性區，必須人為地為雷射陀螺設置工作點，遠離鎖區，使陀螺工作在線性段。壓電抖動機構15就是雷射陀螺的偏置機構，它是用壓電陶瓷片驅動彈性幅條8帶動整個腔體來回擺動，見圖1，等效於給陀螺輸入既定的轉速，使陀螺工作時偏離鎖區。
本實用新型的另一發明點在於抖動機構9與諧振腔2的粘結。由於抖動機構9是用金屬材料做的，金屬的熱膨脹係數比微晶玻璃大，用通常的方法粘結，溫度稍有變化，就會脹裂腔體。本實用新型採用的方法是在抖動機構外殼15內側四個對稱位置開0.1-0.5mm的夾縫14，見圖4，當溫度變化時，抖動機構熱膨脹的作用被四個夾縫的寬度所抵削，從而使玻璃腔體不會被脹裂。採用上述結構，即使用普通的環氧樹脂粘結抖動機構15與諧振腔2，在環境溫度在-40℃-50℃範圍內，微晶玻璃腔體也不會被抖動機構脹裂。
權利要求一種壓電抖動二頻雷射陀螺，包括一個光學諧振腔(2)，用微晶玻璃製成，其內鑽有不同直徑的通孔(4)；三個反射鏡(1、5、7)，均鍍有多層介質反射膜；一個陰極(6)，兩個陽極(3、10)，其中一個陽極(3)兼作諧振腔(2)充排氣通道，與排氣臺相連；一個壓電抖動偏頻機構(9)，用與光學諧振腔(2)材料溫度相匹配的金屬材料製成，在其輪葉上貼有壓電陶瓷片；其特徵在於陽極(3、10)為金屬無氧銅結構，陽極夾斷裝置(13)的刀口(12)為圓角結構。與排氣臺相連的陽極抽氣筒底部(11)的壁厚為0.4-0.8mm在抖動機構外殼(15)內側四個對稱位置開有0.1-0.5mm的夾縫(14)。
專利摘要一種壓電抖動二頻雷射陀螺，屬於角速度或角度傳感器，包括一個光學諧振腔(2)、三個反射鏡(1、5、7)、一個陰極(6)、兩個陽極(3、10)和一個壓電抖動機構(9)，其中一個陽極(3)兼作諧振腔(2)充排氣通道，與排氣臺相連，其特徵在於陽極(3、10)為金屬無氧銅結構，陽極夾斷裝置(13)的刀口(12)為圓角結構，與排氣臺相連的陽極抽氣筒底部(11)的壁厚為0.4-0.8mm，在抖動機構外殼(15)內側四個對稱位置開有0.1-0.5mm的夾縫(14)。
文檔編號G01P3/36GK2217804SQ9424821
公開日1996年1月17日 申請日期1994年12月23日 優先權日1994年12月23日
發明者杜建邦, 餘顯昭, 袁茂成, 李祖祀, 孟桐鄉, 李秀媛, 賈久春 申請人:中國航天工業總公司第一研究院第十二研究所