一種光纖陀螺儀氣密結(jié)構(gòu)件及其氣密性測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及光纖巧螺儀氣密性技術(shù)，特別設(shè)及一種光纖巧螺儀氣密結(jié)構(gòu)件，W及 該氣密結(jié)構(gòu)件的氣密性測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖巧螺是一種基于Sagnac效應(yīng)的全固態(tài)慣性儀表，它是由光學(xué)和電子器件組 成的閉環(huán)系統(tǒng)，光纖巧螺儀光路主要由光源、禪合器、Y波導(dǎo)、光纖環(huán)組成。從光源發(fā)出的光 經(jīng)2X2單模光纖禪合器進入Y波導(dǎo)，光在光纖環(huán)中沿相反方向傳播，然后回到Y(jié)波導(dǎo)的合 光點上發(fā)生干設(shè)，干設(shè)光波再次經(jīng)過2 X 2單模光纖禪合器，到達探測器。當(dāng)光纖巧螺繞光 纖環(huán)軸向旋轉(zhuǎn)時，由于Sagnac效應(yīng)，兩束相向傳播的光束之間將產(chǎn)生光程差，進而產(chǎn)生相 位差，形成干設(shè)。通過光電探測器檢測干設(shè)光強的變化就可W測量出轉(zhuǎn)速。
[0003] 國內(nèi)光纖巧螺儀正逐步應(yīng)用于各種飛行器，執(zhí)行某些任務(wù)的整個過程中存在環(huán)境 氣壓急劇變化的情況，在不采取任何措施的情況下，氣壓急劇變化會導(dǎo)致光纖巧螺儀的零 偏漂移。
[0004] 該是因為光纖巧螺儀敏感角速度的關(guān)鍵部件光纖環(huán)，是采用幾百米至幾千米的光 纖繞成多應(yīng)的光纖環(huán)，光纖環(huán)對熱流W及氣壓變化敏感。該是因為光纖環(huán)繞制完成W后其 內(nèi)部包夾著一定量的空氣。氣壓變化，會在光纖環(huán)上產(chǎn)生應(yīng)力。外部氣壓變小，光纖環(huán)內(nèi)部 的空氣會從光纖的縫隙中沖出環(huán)外，外部氣壓變大，環(huán)外的空氣會從沖進光纖的縫隙中，該 會在光纖環(huán)上產(chǎn)生應(yīng)力，光纖環(huán)內(nèi)部的應(yīng)力分布發(fā)生變化，應(yīng)力分布發(fā)生變化又會借助彈 光效應(yīng)引起光纖折射率的變化，光纖環(huán)每一點的折射率隨時間變化，而兩束光波經(jīng)過該點 的時間不同（除了光纖線圈中點），它們所經(jīng)歷的光程也不同，從而產(chǎn)生相位差，引起光纖 環(huán)的非互易相移，該個非互易相移與旋轉(zhuǎn)引起的薩格奈克相移無法區(qū)分。另外氣壓變化， 會導(dǎo)致光纖環(huán)的溫度場發(fā)生變化。氣壓變化，空氣和熱流進出光纖縫隙，導(dǎo)致光纖環(huán)的溫 度場發(fā)生變化，光纖環(huán)每一點的溫度隨時間變化，而兩束光波經(jīng)過該點的時間不同（除了 光纖線圈中點），它們所經(jīng)歷的光程也不同，從而產(chǎn)生相位差，該種現(xiàn)象也稱為shupe效應(yīng)， Shupe效應(yīng)產(chǎn)生的非互易相移與旋轉(zhuǎn)引起的薩格奈克相移無法區(qū)分。
[0005] 假設(shè)光纖長度為以到線圈分束器距離為Z的一小段光纖5 Z所經(jīng)受的應(yīng)力和溫度 變化率分別為dP/化、dT/化，光纖的折射率隨應(yīng)力和溫度的變化分別為化/dP、化/dT，在某 一時刻，順時針傳播的光波在光纖段5 Z上產(chǎn)生的相位變化為： .A /X 2用1
[0006] = ^化 乂 （1)
[0007] 式中n為光纖的有效折射率，經(jīng)過一段時間后，由于氣壓變化引起的溫度場和應(yīng) 力變化，該段光纖的折射率發(fā)生了變化，逆時針傳播的光波在光纖段5 Z上產(chǎn)生的相位變 化為：
【主權(quán)項】
1. 一種光纖陀螺儀氣密結(jié)構(gòu)件，其特征在于：包括法蘭（I)、陀螺上端蓋（2)、陀螺下端 蓋（3)、密封圈I (4)、密封圈II (5)、電連接器（6)和電連接器密封圈（7)，其中： 法蘭（1)的上表面開設(shè)有與密封圈I (4)相匹配的凹槽，密封圈I (4)放置在所述凹 槽內(nèi)，陀螺上端蓋（2)位于法蘭（1)的上方，并與法蘭（1)固定連接；法蘭（1)的下表面開 設(shè)有與密封圈II (5)相匹配的凹槽，密封圈II (5)放置在所述凹槽內(nèi)，陀螺下端蓋（3)位于 法蘭（1)的下方，并與法蘭（1)固定連接；法蘭（1)、陀螺上端蓋（2)和陀螺下端蓋（3)固 定連接后形成中空腔體，光纖陀螺儀的光纖環(huán)、光學(xué)元器件和陀螺電路板固定放置在所述 空心腔體內(nèi)；在法蘭（1)的內(nèi)側(cè)表面和外側(cè)表面之間開設(shè)有通孔，電連接器（6)的端口伸入 所述通孔內(nèi)，并通過電連接器密封圈（7)實現(xiàn)電連接器（6)的端口與所述通孔的密封，光纖 陀螺儀的對外接口電纜與所述電連接器（6)端口上的插針實現(xiàn)電連接，其中，法蘭（1)上在 所述通孔外側(cè)開設(shè)有與電連接器密封圈（7)相匹配的凹槽。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖陀螺儀氣密結(jié)構(gòu)件，其特征在于：電連接器（6)為 玻璃封結(jié)電連接器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖陀螺儀氣密結(jié)構(gòu)件，其特征在于：法蘭（1)上開設(shè) 的安裝密封圈I (4)、密封圈II (5)和電連接器密封圈（7)的凹槽分別為第一凹槽、第二凹 槽和第三凹槽，其中，密封圈I (4)、密封圈II (5)、電連接器密封圈（7)、第一凹槽、第二凹 槽和第三凹槽的橫截面為矩形，并且所述橫截面尺寸滿足如下條件： 第一凹槽的橫截面寬度和深度分別為wl和dl，密封圈I (4)的橫截面寬度和高度分別 為zl和cl，其中，wl = zl，0〈cl-dl彡0. 2mm ;第二凹槽的橫截面寬度和深度分別為《2和 d2,密封圈II (5)的橫截面寬度和高度分別為z2和c2,其中，w2 = Z2,0〈c2-d2彡0. 2mm; 第三凹槽的橫截面寬度和深度分別為w3和d3,電連接器密封圈（7)的橫截面寬度和高度分 別為 z3 和 c3,其中，w3 = z3,0〈c3_d3 < 0· 2mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖陀螺儀氣密結(jié)構(gòu)件，其特征在于：法蘭（I)與陀螺 上端蓋（2)之間通過螺釘進行固定連接，所述螺釘?shù)陌惭b孔之見的間距小于或等于43mm; 法蘭（1)與陀螺下端蓋（3)之間通過螺釘進行固定連接，所述螺釘?shù)陌惭b孔之見的間距小 于或等于43mm〇
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖陀螺儀氣密結(jié)構(gòu)件，其特征在于：陀螺上端蓋（2) 和陀螺下端蓋（3)分別采用整塊的金屬通過銑加工得到。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種光纖陀螺儀氣密結(jié)構(gòu)件，其特征在于：陀螺上端蓋（2) 和陀螺下端蓋（3)的金屬材料為鐵鎳合金。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖陀螺儀氣密結(jié)構(gòu)件，其特征在于：陀螺上端蓋（2) 和陀螺下端蓋（3)的表面設(shè)有加強筋（21)。
8. 用于測試權(quán)利要求1所述的一種光纖陀螺儀氣密結(jié)構(gòu)件的氣密特性測試方法，其特 征在于包括以下步驟： (1) 、制備法蘭測試件（8)，所述法蘭測試件（8)與待測試的氣密結(jié)構(gòu)件中的法蘭（1)完 全相同，在所述法蘭測試件（8)的內(nèi)側(cè)表面和外側(cè)表面之間開設(shè)一個貫通的氣密性檢測口 (81)； (2) 、在法蘭測試件（8)的上表面和下表面開設(shè)的凹槽內(nèi)分別放置密封圈I (4)和密封 圈 II (5); (3) 、將陀螺上端蓋（2)、陀螺下端蓋（3)和電連接器￠)固定在法蘭測試件（8)上； (4) 、將充氣瓶的充氣嘴與法蘭測試件（8)上的氣密性檢測口（81)對接，其中，所述充 氣嘴上帶有氣壓檢測計； (5) 、打開充氣瓶的充氣閥門，向法蘭測試件（8)、陀螺上端蓋（2)和陀螺下端蓋（3)之 間形成的中空腔體內(nèi)沖入氣體，使得所述中空腔體內(nèi)的氣SP 1= 2XP ^，其中，Ptl為標(biāo)準(zhǔn)大 氣壓值； (6) 、關(guān)閉充氣閥門，記錄所述氣壓監(jiān)測計的氣壓讀數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種光纖陀螺儀氣密結(jié)構(gòu)件及其氣密性測試方法，該氣密結(jié)構(gòu)件包括法蘭、陀螺上端蓋、陀螺下端蓋、密封圈Ⅰ、密封圈Ⅱ、電連接器和電連接器密封圈；該氣密結(jié)構(gòu)件將法蘭作為承載部件，將陀螺上端蓋、陀螺下端蓋和電連接器安裝在該法蘭上，并在個裝配面直接安裝密封圈，確保結(jié)構(gòu)件的氣密性；發(fā)明的氣密結(jié)構(gòu)件對光纖陀螺儀的光纖環(huán)、光學(xué)元器件和陀螺電路板進行密封，抑制氣壓變化對光纖陀螺儀零偏穩(wěn)定性的影響，同時降低水汽、鹽霧等對光纖環(huán)、光學(xué)元器件和陀螺電路板上電子元器件的影響，提高光纖陀螺儀的長期可靠性，并采用開設(shè)有氣密檢測口的法蘭測試件對該氣密結(jié)構(gòu)件的氣密性進行檢測，該測試方法簡單、可靠性高。
【IPC分類】G01M3-26, G01C19-72
【公開號】CN104567852
【申請?zhí)枴緾N201510033755
【發(fā)明人】閭曉琴, 崔廣云, 高峰, 李超, 張紅, 李青
【申請人】北京航天時代光電科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月23日