一种改善光纤陀螺光纤环性能的屏蔽结构

摘要

本发明公开了一种改善光纤陀螺光纤环性能的屏蔽结构。包括底座和固定装在底座上的屏蔽罩，底座包括基座、载物板和铺设于基座和载物板之间的多层隔板，基座与隔板之间、隔板与载物板之间以及相邻的两块隔板之间设有屏蔽板，屏蔽罩包括多层依次嵌套的壳层，相邻两层壳层之间设有屏蔽壳，底座和屏蔽罩通过螺钉固定。本发明可有效降低外界环境因素对光纤陀螺光纤环的影响，从而降低外界环境波动在光纤陀螺输出信号中引入的噪声，提高光纤陀螺测量精度和环境适应性，并拓展了光纤陀螺的应用范围。

权利要求

1.一种改善光纤陀螺光纤环性能的屏蔽结构，其特征在于：包括底座(13)和固定装在底座(13)上的屏蔽罩(11)，底座(13)包括基座(31)、载物板(37)和铺设于基座(31)和载物板(37)之间的多层隔板(33、35)，基座(31)与隔板(33、35)之间、隔板(33、35)与载物板(37)之间以及相邻的两块隔板(33、35)之间设有屏蔽板(32、34、36)，屏蔽罩(11)包括多层依次嵌套的壳层(41、43、45、47)，相邻两层壳层之间设有屏蔽壳(42、44、46)，底座(13)和屏蔽罩(11)通过螺钉(12)固定。

2.根据权利要求1所述的一种改善光纤陀螺光纤环性能的屏蔽结构，其特征在于：包括从基座(31)到载物板(37)之间分别位于下上位置的第一隔板(33)和第二隔板(35)，第一隔板(33)与基座(31)之间的接触面设有第一屏蔽板(32)，第一隔板(33)与第二隔板(35)之间的接触面设有第二屏蔽板(34)，第二隔板(35)与载物板(37)之间的接触面设有第三屏蔽板(36)，基座(31)内底面的四角均设有四个高度依次递增的基座凸台(311、312、313、314)，每个基座凸台(311、312、313、314)上均开有螺纹孔，每块隔板(33、35)和载物板(37)的四角均设有一螺纹孔(331、351、371)，隔板(33、35)和载物板(37)的四角均通过一螺钉(12)穿过自身的螺纹孔(331、351、371)后再依次穿过下方的隔板和屏蔽板后固定连接到基座(31)四角的基座凸台(311、312、313、314)螺纹孔。

3.根据权利要求1所述的一种改善光纤陀螺光纤环性能的屏蔽结构，其特征在于：所述的基座(31)一侧面开有用于通过光纤环两个尾纤贯穿的基座开口(315)。

4.根据权利要求1所述的一种改善光纤陀螺光纤环性能的屏蔽结构，其特征在于：所述的屏蔽罩(11)包括依次嵌套的第一壳层(41)、第二壳层(43)、第三壳层(45)和第四壳层(47)，第一壳层(41)和第二壳层(43)之间的接触面设有第一屏蔽壳(42)，第二壳层(43)和第三壳层(45)之间的接触面设有第二屏蔽壳(44)，第三壳层(45)和第四壳层(47)之间的接触面设有第三屏蔽壳(46)，相邻的壳层之间通过壳凸台和通孔结构相互嵌套后用螺钉螺纹孔进行固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种改善光纤陀螺光纤环性能的屏蔽结构，其特征在于：所述的第一壳层(41)、第二壳层(43)和第三壳层(45)的底端周面均设有凸缘(414、434、454)，第四壳层(47)的底端周面均设有用于与底座(13)内底面配合安装的平板(474)，第一壳层(41)、第二壳层(43)和第三壳层(45)的凸缘(414、434、454)以及第四壳层(47)的平板(474)同一侧面均设有用于通过光纤环两个尾纤贯穿的壳开口(411、431、451、471)，平板(474)设有螺纹孔(476)，螺钉(12)依次穿过平板(474)的螺纹孔(476)、载物板、各层隔板后固定连接到基座(31)上。

6.根据权利要求1所述的一种改善光纤陀螺光纤环性能的屏蔽结构，其特征在于：当安装到位时，所述各壳层的壳开口和基座开口处于同一侧面位置且合并在一起。

7.根据权利要求1所述的一种改善光纤陀螺光纤环性能的屏蔽结构，其特征在于：所述基座、隔板、载物板和壳层材料为金属或者工程塑料。

8.根据权利要求1所述的一种改善光纤陀螺光纤环性能的屏蔽结构，其特征在于：所述每一屏蔽板和每一屏蔽壳选择隔热材料、隔磁材料或者隔声材料。

说明书

一种改善光纤陀螺光纤环性能的屏蔽结构

技术领域

[0001] 本发明涉及到光纤传感技术和屏蔽结构，特别涉及了一种改善光纤陀螺光纤环性能的屏蔽结构。

背景技术

[0002] 光纤陀螺凭借其全固态、无运动部件、成本低等特点，在航空航天、导弹制导等领域广泛应用。典型光纤陀螺系统包括光源、光源耦合器、集成Y波导、偏振控制器件、光纤环、光电探测器、模数转换器、数模转换器和数字处理器组成。光源发出的光经过光源耦合器分成两部分，一部分光进入集成Y波导，另一部分光被光源耦合器死端吸收。进入Y波导的光分成顺时针和逆时针两束光，从光纤环的两个尾纤进入光纤环。当陀螺相对惯性系绕其敏感轴以一定角速度转动时，由于赛格奈克效应，在光纤环中反向传输的两束光间产生一个与转动角速度成正比的相位差。两束反向传输的光束，经过光纤环后，由集成Y波导合并为一束光，并发生干涉。光电探测器检测干涉光强，并通过模数转换器将光强信号转换为数字信号被数字处理器接收。数字处理器将光强信号解算后得到光纤陀螺相对惯性系绕其敏感轴转动角速度，并通过数模转换器发出反馈信号控制集成Y波导，实现光纤陀螺的闭环控制。

[0003] 光纤环作为光纤陀螺的主要组成部分和敏感单元，其性能决定了光纤陀螺的测量精度和应用范围。光纤环中传输的光信号易受外界环境因素干扰，例如震动、温度和声波均会引起光纤中光信号相位的变化，最终经过解算体现为光纤陀螺输出信号中的噪声。在低精度光纤陀螺中，环境对光纤陀螺光纤环的影响可以忽略。但在高精度光纤陀螺中，环境因素对光纤陀螺光纤环的影响无法忽略。在传统的光纤陀螺光纤环封装结构未考虑对环境因素的屏蔽，使得传统的光纤环封装在高精度光纤陀螺中无法使用。

[0004] 在专利CN102901521中提出的光纤干涉仪隔震隔声封装结构中存在运动部件，无法在光纤陀螺中使用。

发明内容

[0005] 为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出一种改善光纤陀螺光纤环性能的屏蔽结构及其组装方式。

[0006] 本发明采用的技术方案如下：

[0007] 本发明包括底座和固定装在底座上的屏蔽罩，底座包括基座、载物板和铺设于基座和载物板之间的多层隔板，基座与隔板之间、隔板与载物板之间以及相邻的两块隔板之间设有屏蔽板，屏蔽罩包括多层依次嵌套的壳层，相邻两层壳层之间设有屏蔽壳，底座和屏蔽罩通过螺钉固定。

[0008] 本发明的底座采用多层堆叠结构，包括从基座到载物板之间分别位于下上位置的第一隔板和第二隔板，第一隔板与基座之间的接触面设有第一屏蔽板，第一隔板与第二隔板之间的接触面设有第二屏蔽板，第二隔板与载物板之间的接触面设有第三屏蔽板。

[0009] 基座内底面的四角均设有四个高度依次递增的基座凸台，每个基座凸台上均开有螺纹孔，每块隔板和载物板的四角均设有一螺纹孔，隔板和载物板的四角均通过一螺钉穿过自身的螺纹孔后再依次穿过下方的隔板和屏蔽板后固定连接到基座四角的基座凸台螺纹孔。

[0010] 所述的基座一侧面开有用于通过光纤环两个尾纤贯穿的基座开口。

[0011] 所述的屏蔽罩采用多层嵌套结构，由多个尺寸逐渐减小的壳层构成。

[0012] 所述的屏蔽罩包括依次嵌套的第一壳层、第二壳层、第三壳层和第四壳层，第一壳层和第二壳层之间的接触面设有第一屏蔽壳，第二壳层和第三壳层之间的接触面设有第二屏蔽壳，第三壳层和第四壳层之间的接触面设有第三屏蔽壳，相邻的壳层之间通过壳凸台和通孔结构相互嵌套后用螺钉螺纹孔进行固定连接。

[0013] 所述的第一壳层、第二壳层和第三壳层的底端周面均设有凸缘，第四壳层的底端周面均设有用于与底座内底面配合安装的平板，第一壳层、第二壳层和第三壳层的凸缘以及第四壳层的平板同一侧面均设有用于通过光纤环两个尾纤贯穿的壳开口，平板设有螺纹孔，螺钉依次穿过平板的螺纹孔、载物板、各层隔板后固定连接到基座的基座凸台螺纹孔上。

[0014] 当安装到位时，所述各壳层的壳开口和基座开口处于同一侧面位置，可以合并在一起。

[0015] 所述基座、隔板、载物板和壳层材料为金属或者工程塑料。所述金属材料为铝、铜或性质相似材料。所述工程塑料为聚四氟乙烯或性质相似材料。

[0016] 所述每一屏蔽板和每一屏蔽壳选择隔热材料、隔磁材料或者隔声材料，各层的屏蔽材料以上述三种材料的任意层数和顺序组合。

[0017] 所述隔热材料为玻璃棉或性质相似材料。所述隔磁材料为坡莫合金或性质相似材料。所述隔声材料为隔音毡或性质相似材料。

[0018] 本发明的实现原理是：将光纤陀螺的光纤环放置于屏蔽结构中，光纤环的两个尾纤通过屏蔽罩和底座上的开口引出。屏蔽结构由底座和屏蔽罩构成。底座由基座、多层隔板、载物板与填充在其间的屏蔽材料构成。屏蔽罩由多层嵌套的壳层和每两层壳层间填充的屏蔽材料构成。屏蔽材料可以选择单一的隔热材料、隔磁材料、隔声材料或者按照需求将三种屏蔽材料以任意层数和顺序组合填充。例如，底座中的屏蔽板从下到上分别使用隔音毡、坡莫合金、玻璃棉，屏蔽罩中的屏蔽壳从外到内分别使用隔音毡、坡莫合金、玻璃棉，可以达到同时屏蔽热、磁和声的作用。

[0019] 当填充隔热材料时，可以阻断电路部分发出的热辐射对光纤环的影响；当填充隔磁材料时，可以减少环境磁场对光纤环的影响；当填充隔声材料时，可以降低光纤环处的声波强度，从而降低环境声波对光纤环的影响。以填充隔声材料为例，外界声波在壳层结构上发生反射与吸收，剩下的少量穿透壳层的声波又被隔声材料反射与吸收，多层堆叠结构与多层嵌套结构极大的增强了隔声效果。通过填充层的数量改变、屏蔽材料种类的组合、屏蔽材料填充顺序的不同，可以满足不同应用环境对光纤陀螺光纤环性能的要求。

[0020] 本发明具有的有益效果是：

[0021] 本发明结构具有结构简单、加工方便、全固态、无运动部件和功能可按需求扩展的特点。

[0022] 本发明的屏蔽结构可以有效降低外界环境因素，包括温度、磁场和声波等对光纤陀螺光纤环的影响，克服了现有光纤陀螺光纤环封装无法有效屏蔽外界温度、磁场和声波对光纤陀螺光纤环影响的不足。

[0023] 本发明的底座采用多层堆叠结构，屏蔽罩采用多层嵌套结构，在光纤陀螺中使用所述结构，可以有效降低外界环境因素对光纤陀螺光纤环的影响，从而降低外界环境波动在光纤陀螺输出信号中引入的噪声，提高光纤陀螺测量精度和环境适应性，拓展光纤陀螺的应用范围。

[0024] 并且本发明在其他类型的光纤干涉仪中也具有广泛应用前景，例如在马赫曾德型干涉仪中，可以将参考臂光纤放入所述屏蔽结构中，将敏感环置入待测环境中，通过分析干涉仪的干涉信号，可以对环境因素，例如温度、磁场、声波等进行测量。

附图说明

[0025] 图1为本发明结构完全安装后的效果图。

[0026] 图2为本发明结构底座与屏蔽罩通过螺钉连接效果图。

[0027] 图3为实施例底座装配效果图。

[0028] 图4为实施例屏蔽罩装配效果图。

[0029] 图5为本发明底座堆叠结构和屏蔽罩嵌套结构的结构剖视图。

[0030] 图6为本发明底座和屏蔽罩用于通过光纤环两个尾纤的开口结构剖视图。

[0031] 图7是实施例使用Comsol软件对屏蔽结构仿真分析结果图。

[0032] 图中：屏蔽罩11，螺钉12，底座13，基座31，第一屏蔽板32，第一隔板33，第二屏蔽板34，第二隔板35，第三屏蔽板36，载物板37，第一壳层41，第二壳层43，第三壳层45，第四壳层
47，第一屏蔽壳42，第二屏蔽壳44，第三屏蔽壳46，基座开口315，基座凸台311、312、313、
314，螺纹孔331、351、371，壳开口411、431、451、471，壳凸台412、432、452，凸缘414、434、
454，螺纹孔413、433、453，螺纹孔435、455、475，平板474，螺纹孔476。屏蔽罩通光纤开口B，屏蔽结构通光纤开口C。

具体实施方式

[0033] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0034] 如图1和图2所示，本发明包括底座13和固定装在底座13上的屏蔽罩11，底座13包括基座31、载物板37和铺设于基座31和载物板37之间的多层隔板33、35，基座31与隔板33、35之间、隔板33、35与载物板37之间以及相邻的两块隔板33、35之间设有屏蔽板32、34、36，屏蔽罩11包括多层依次嵌套的壳层41、43、45、47，相邻两层壳层之间设有屏蔽壳42、44、46，底座13和屏蔽罩11通过螺钉12固定。

[0035] 如图3所示，本发明的底座采用多层堆叠结构，包括从基座31到载物板37之间分别位于下上位置的第一隔板33和第二隔板35，第一隔板33与基座31之间的接触面设有第一屏蔽板32，第一隔板33与第二隔板35之间的接触面设有第二屏蔽板34，第二隔板35与载物板37之间的接触面设有第三屏蔽板36，基座31内底面的四角均设有四个高度依次递增的基座凸台311、312、313、314，每个基座凸台311、312、313、314上均开有螺纹孔，具体地是采用以下结构连接方式：

[0036] 第一隔板33的四角设有三个通孔和一个螺纹孔331，第一隔板33的四角均通过一螺钉12依次穿过自身的螺纹孔331和第一屏蔽板32后固定连接到基座31四角的基座凸台311上。

[0037] 第二隔板35的四角设有两个通孔和一个螺纹孔351，第二隔板35的四角均通过一螺钉12依次穿过自身的螺纹孔351、第二屏蔽板34、第一隔板33和第一屏蔽板32后固定连接到基座31四角的基座凸台312上。

[0038] 载物板37的四角设有一个通孔和一个螺纹孔371，载物板37的四角均通过一螺钉12依次穿过自身的螺纹孔371、第三屏蔽板36、第二隔板35、第二屏蔽板34、第一隔板33和第一屏蔽板32后固定连接到基座31四角的基座凸台313上。

[0039] 第一隔板33、第二隔板35和载物板37的螺钉12所连接到的基座凸台312螺纹孔不相同。

[0040] 基座31一侧面开有用于通过光纤环两个尾纤贯穿的基座开口315。

[0041] 如图4所示，屏蔽罩11采用多层嵌套结构，由多个尺寸逐渐减小的壳层构成。屏蔽罩11包括依次嵌套的第一壳层41、第二壳层43、第三壳层45和第四壳层47，第一壳层41和第二壳层43之间的接触面设有第一屏蔽壳42，第二壳层43和第三壳层45之间的接触面设有第二屏蔽壳44，第三壳层45和第四壳层47之间的接触面设有第三屏蔽壳46，具体地是采用以下结构连接方式：

[0042] 第一壳层41外侧壁的四周设有第一壳凸台412，第一壳凸台412中心设有螺纹孔413，第一屏蔽壳42侧壁的四周设有用于第一壳凸台412嵌入配合的通孔，第二壳层43外侧壁的四周设有螺纹孔435，螺钉12依次穿过第二壳层43的螺纹孔435、第一屏蔽壳42的通孔后连接到第一壳层41的第一壳凸台412螺纹孔413中。

[0043] 第二壳层43外侧壁的四周设有第二壳凸台432，第二壳凸台432位于第一壳层41相邻两个第一壳凸台412之间处，第二壳凸台432中心设有螺纹孔433，第二屏蔽壳44侧壁的四周设有用于第二壳凸台432嵌入配合的通孔，第三壳层45外侧壁的四周设有螺纹孔455，螺钉12依次穿过第三壳层45的螺纹孔455、第二屏蔽壳44的通孔后连接到第二壳层43的第二壳凸台432螺纹孔433中。

[0044] 第三壳层45外侧壁的四周设有第三壳凸台452，第三壳凸台452位于第二壳层43相邻两个第二壳凸台432之间处，第三壳凸台452中心设有螺纹孔453，第三屏蔽壳46侧壁的四周设有用于第三壳凸台452嵌入配合的通孔，第四壳层47外侧壁的四周设有螺纹孔475，螺钉12依次穿过第四壳层47的螺纹孔475、第三屏蔽壳46的通孔后连接到第三壳层45的第三壳凸台452螺纹孔453中。

[0045] 第一壳层41、第二壳层43和第三壳层45的底端周面均设有凸缘414、434、454，用于与相邻的外层壳层配合将屏蔽材料密封在两壳层之间；第四壳层47的底端周面均设有用于与底座13内底面配合安装的平板474，用于将底座和屏蔽罩通过螺钉固定；第一壳层41、第二壳层43和第三壳层45的凸缘414、434、454以及第四壳层47的平板474同一侧面均设有用于通过光纤环两个尾纤贯穿的壳开口411、431、451、471，平板474设有螺纹孔476，螺钉12依次穿过平板474的螺纹孔476、载物板、各层隔板后固定连接到基座31的基座凸台螺纹孔上。

[0046] 如图6所示，当安装到位时，所述各壳层的壳开口和基座开口处于同一侧面位置，可以合并在一起。

[0047] 如图5所示为所述屏蔽结构的纵向剖面图。展示了结构的底座具有多层堆叠结构，屏蔽罩具有多层嵌套结构。

[0048] 如图6所示为所述屏蔽结构的横向剖视图。展示了基座上用于通过光纤环两个尾纤的开口，各壳层用于通过光纤环两个尾纤的开口。在安装到位时，基座上用于通过光纤环两个尾纤的基座开口315与壳层上用于通过光纤环两个尾纤的壳开口可以平滑连接，形成屏蔽结构用于通过光纤两个尾纤的通道。

[0049] 下面以图3和图4所示的底座具2层隔板，屏蔽罩具有4层壳层的屏蔽结构为例，说明屏蔽结构安装步骤：

[0050] 1)在最内层的第一壳层41圆柱形壳层外表面和顶部外表面涂覆屏蔽材料42，涂覆厚度以第一壳层圆柱形壳层外侧突台412高度为准。

[0051] 2)将涂覆好的第一壳层嵌入第二壳层43中，使得第一壳层圆柱形壳层外侧凸台上的螺纹孔413和第二壳层圆柱体壳层上的螺纹孔435对齐，并用螺钉固定。

[0052] 3)在第二壳层43圆柱形壳层外表面和顶部外表面涂覆屏蔽材料44，涂覆厚度以第二壳层圆柱形壳层外侧突台432高度为准。

[0053] 4)将涂覆好的第二壳层嵌入第三壳层45中，使得第二壳层圆柱形壳层外侧凸台上的螺纹孔433和第三壳层圆柱体壳层上的螺纹孔455对齐，并用螺钉固定。

[0054] 5)在第三壳层45圆柱形壳层外表面和顶部外表面涂覆屏蔽材料46，涂覆厚度以第三壳层圆柱形壳层外侧突台452高度为准。

[0055] 6)将涂覆好的第三壳层嵌入最外层的第四壳层47中，使得第三壳层圆柱形壳层外侧凸台上的螺纹孔453和第四壳层圆柱体壳层上的螺纹孔475对齐，并用螺钉固定。

[0056] 7)在基座31中涂覆屏蔽材料32，涂覆厚度以最短突台311高度为准。涂覆完毕后，涂覆材料表面与最短凸台311平齐。涂覆材料32可以选择隔热材料、隔磁材料或隔声材料。

[0057] 8)将第一隔33板用螺钉通过螺纹孔331固定在基座31上。

[0058] 9)在第一隔板33上涂覆屏蔽材料34，涂覆厚度以此时可见的最短突台312高度为准。涂覆完毕后，涂覆材料表面与此时可见的最短突台312平齐。涂覆材料34可以选择隔热材料、隔磁材料或隔声材料。

[0059] 10)将第二隔板35用螺钉通过螺纹孔351固定在基座31上。

[0060] 11)在第二隔板35上涂覆屏蔽材料36，涂覆厚度以此时可见的最短突台313高度为准。涂覆完毕后，涂覆材料表面与此时可见的最短突台313平齐。涂覆材料36可以选择隔热材料、隔磁材料或隔声材料。

[0061] 12)将载物板37用螺钉通过螺纹孔371固定在基座上。

[0062] 13)将已经安装完毕的屏蔽罩11用螺钉12固定在基座13上，使基座上用于通过光纤环两个尾纤的开口315与屏蔽罩上用于通过光纤环两个尾纤的开口61对齐。

[0063] 下面以两个实施例，说明所述屏蔽结构使用方法：

[0064] 1)在光纤陀螺中，可以将敏感光纤环放入屏蔽结构中，使得光纤环与电路部分隔离，也可以有效降低外界环境因素对光纤陀螺光纤环的影响，从而降低外界环境波动引入的噪声，提高光纤陀螺测量精度和环境适应性。

[0065] 2)在马赫曾德干涉仪结构中，可以将参考环放入屏蔽结构中，将敏感环置入待测环境中，通过分析干涉仪的干涉信号，可以对环境因素，例如温度、磁场、声波等进行测量。

[0066] 如图7所示，以屏蔽声音为例，本发明实施例使用Comsol软件对屏蔽结构仿真分析结果。仿真时所用屏蔽材料均为玻璃棉。横坐标为声音频率，单位为kHz，纵坐标为结构对声音衰减效果，单位为dB。可以看出，所设计的结构对声音具有极大的衰减作用，可见本发明结果技术效果显著突出。