一种光纤陀螺用阶梯波电路与Y波导一体化结构
文献发布时间:2023-06-19 13:48:08
技术领域
本发明涉及一种光纤陀螺,特别是一种光纤陀螺用阶梯波电路与Y波导一体化结构。
背景技术
在光纤陀螺的设计中,Y波导的处理方式直接影响到光纤陀螺的死区、零偏稳定性等一系列的指标。在传统的设计中,由于Y波导器件属于光电器件,器件布局上一般与光纤环紧密结合在一起,而远离其电路驱动电路,电路主板与Y波导之间一般通过双绞线连接,有些光纤陀螺生产厂家为了进一步防止Y波导受到外界的干扰,而是采用屏蔽双绞线的方式进行Y波导的驱动。但是,无论采用何种方式,都不可避免会在主板驱动电路与Y波导之间采用导线进行连接。由于主板驱动电路与Y波导之间存在波导线,一般的波导线的约5cm,最长的长达30cm;在三轴一体的光纤惯组中,由于光纤环与电路主板的距离更大,因此波导线的长度更大,更容易受到外界的干扰。对光纤陀螺而言,目前的这种驱动电路与Y波导分开的方案的缺点为:由于Y波导驱动电路与Y波导器件的分开,驱动电路与Y波导之间采用的是双绞线、屏蔽线等方式连接,而光纤陀螺的实际工程实践中发现,Y波导线的好坏决定了光纤陀螺的精度,直接影响光纤陀螺,造成光纤陀螺的精度会出现下降的情况。因此,现有的技术存在着光纤陀螺精度易受影响的问题。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种光纤陀螺用阶梯波电路与Y波导一体化结构。本发明具有能够有效提高光纤陀螺精度的特点。
本发明的技术方案:一种光纤陀螺用阶梯波电路与Y波导一体化结构,包括陀螺本体,陀螺本体上设有安装槽,安装槽内设有Y波导器件,Y波导器件侧面设有安装柱,安装柱上方设有位于Y波导器件上方的Y波导驱动板,且Y波导器件的引脚经焊接方式与Y波导驱动板相连;所述Y波导驱动板上方设有信号板,Y波导驱动板经挠性电路板与信号板相连;信号板上方设有与陀螺本体相配合的陀螺上盖。
前述的一种光纤陀螺用阶梯波电路与Y波导一体化结构中,所述Y波导驱动板包括电路印制板,电路印制板上表面设有依次排布的DA芯片和差分运放芯片,DA芯片和差分运放芯片之间还设有两个对称分布的第一电阻,每个第一电阻和DA芯片之间设有第二电阻,且两个第二电阻之间相互对称分布;所述差分运放芯片上还设有两个对称分布的第三电阻。
前述的一种光纤陀螺用阶梯波电路与Y波导一体化结构中,DA芯片上还设有用于与挠性电路板相连的接插件。
前述的一种光纤陀螺用阶梯波电路与Y波导一体化结构中,Y波导器件和Y波导驱动板外还设有金属密封层。
与现有技术相比,本发明将Y波导驱动电路集成在Y波导器件上方,并将电路进行小型化,与Y波导紧密联合在一起,取消了原光纤陀螺中的Y波导线,这样能够最大程度减少Y波导的导线的距离,可以做到驱动电路与Y波导电极之间的距离只有0mm,能够减少干扰,提高光纤陀螺的精度,改善光纤陀螺的输出特征,提高产品的合格率。同时,由于Y波导电极为模拟差分信号,为了最大限度的保证Y波导的性能,从DA芯片出来的电流信号经过后面的器件时,布局上均采用了完全的对称技术(第一电阻、第二电阻、第三电阻均采用对称分布),布线上完全采用对称技术,所有的器件完全对称。通过采用本发明的技术方案,可以明显降低光纤陀螺由于Y波导线设计不合理造成的精度问题,提高光纤陀螺的精度,提升光纤陀螺的合格率,降低生产成本;对解决光纤陀螺中的输出扭曲、震荡、死区大等问题有很好的抑制措施。综上所述,本发明具有能够有效提高光纤陀螺精度的特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是Y波导驱动板的电路原理图;
图3是Y波导驱动板的结构图;
图4是具有干扰情况的光纤陀螺的测试曲线图;
图5是采用本发明技术方案的光纤陀螺的测试曲线图。
附图中的标记为:1-陀螺本体,2-安装槽,3-Y波导器件,4-安装柱,5-Y波导驱动板,6-信号板,7-挠性电路板,8-陀螺上盖,501-电路印制板,502-DA芯片,503-差分运放芯片,504-第一电阻,505-第二电阻,506-第三电阻,507-接插件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明,但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。一种光纤陀螺用阶梯波电路与Y波导一体化结构,构成如图1至图3所示,包括陀螺本体1,陀螺本体1上设有安装槽2,安装槽2内设有Y波导器件3,Y波导器件3侧面设有安装柱4,安装柱4上方设有位于Y波导器件3上方的Y波导驱动板5,且Y波导器件3的引脚经焊接方式与Y波导驱动板5相连;所述Y波导驱动板5上方设有信号板6,Y波导驱动板5经挠性电路板7与信号板6相连;信号板6上方设有与陀螺本体1相配合的陀螺上盖8。
所述Y波导驱动板5包括电路印制板501,电路印制板501上表面设有依次排布的DA芯片502和差分运放芯片503,DA芯片502和差分运放芯片503之间还设有两个对称分布的第一电阻504,每个第一电阻504和DA芯片502之间设有第二电阻505,且两个第二电阻505之间相互对称分布;所述差分运放芯片503上还设有两个对称分布的第三电阻506。
DA芯片502上还设有用于与挠性电路板7相连的接插件507。
Y波导器件3和Y波导驱动板5外还设有金属密封层。
由于Y波导器件的尺寸为30mm×8mm×5mm,因此需要将阶梯波驱动电路(Y波导驱动电路)在30mm×8mm进行设计。如图2所示,为光纤陀螺中使用的阶梯波驱动电路,图2中省略了滤波电容以及去耦电容。对图2的电路路进行微系统化,将Y波导驱动电路与Y波导进行集成设计。首先将该电路在30mm×8mm的印制板上进行布板,在遵循一般的印制板布板规则的基础上,需要采用裸芯片进行布局,最终的布局效果如图3所示:
其中的Y波导的驱动电极通过JB1、JB2两个孔直接相连;图2的电路与信号板之间采用挠性电路板进行连接。同时为了起到最佳的效果,作了以下改进:
1、对电路板上的器件进行完全对称分布:
由于Y波导电极为模拟差分信号,为了最大限度的保证Y波导的性能,因此从DA出来的电流信号经过后面的器件(各个电阻)时,布局上采用了完全的对称技术,布线上完全采用对称技术,如图3所示,所有的器件完全关于板子上下对称。
2、采用了埋阻埋容技术:由于印制板的尺寸有限,且由于印制板下方为Y波导器件,因此印制板的背面无法布局器件,同时对于图中给的DA芯片以及差分运放芯片,都需要滤波去耦电容,而DA外部还需要有外围的配置电路,因此采用了埋阻埋容技术,将无需调整的电阻电容埋置在印制板中间层,节约印制板的体积。
3、电磁屏蔽:为了进一步防止Y波导器件和Y波导驱动电路板受到外界的干扰,最终还需要将图1中的组件进行金属密封,形成Y波导电路组件,防止外界的电磁、湿度等对组件的影响。
将Y波导组件封装完毕后,将Y波导组件安装在光纤陀螺内部,Y波导电路组件通过接插件与电路主板采用挠性电路板进行连接,其具体的实施步骤如下所示
1)、将Y波导器件安装在陀螺本体上,将Y波导器件的引脚上弯;
2)使用安装柱固定住Y波导器件;
3)在安装柱的上方安装Y波导驱动板,并将Y波导器件的引脚焊接在Y波导驱动板上;
4)信号板与Y波导驱动板之间通过挠性电路板连接,保证可靠性。
5)通过将Y波导器件的引脚直接焊接在Y波导驱动板上,缩短调制信号至Y波导之间的距离,从而直接作用在Y波导上,使得驱动板发出的模拟调制信号不容易受到外部干扰,保证了光纤陀螺的调制稳定性,另外Y波导驱动板与信号板之间传输的信号为数字信号,不易受到环境干扰,不会因板间分离而造成不良影响。同时,通过使用挠性电路板连接两者可以保证电路板的稳定性。
本发明巧妙地将上述图中的Y波导驱动电路集成在Y波导器件上,采用微工艺的方法,将电路进行小型化,与Y波导紧密联合在一起设计,最终的目的是取消原光纤陀螺中的Y波导线。从而提高光纤陀螺的精度,改善光纤陀螺的输出特征,提高产品的合格率。
申请人选取了一只存在干扰情况的陀螺进行比对试验,在使用传统方案时,该陀螺在测试过程中产生了明显的干扰现象,经过分析,认定其为波导线受到干扰造成的,其测试曲线图4所示;在不改变其他状态情况下,使用本方案一体化设计的电路后,信号干扰造成的突变点明显消失,对陀螺的性能指标明显起到提升作用,其测试曲线如图5所示。在使用本发明的技术方案后,陀螺的零偏稳定性由原本的0.21°/h提升为0.15°/h,产品性能及稳定性得到了提升,另外干扰引起得突变,会使得产品在使用过程中带来后端导航产品的可靠性故障,本方案在有效消除信号干扰后,能给产品提供更高的稳定性及可靠性。
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