一种用于高精度光纤环温度测试的装置的制作方法

1.本实用新型涉及光纤陀螺光纤环温度测试技术领域，特别涉及一种用于高精度光纤环温度测试的装置。


背景技术：

2.高精度光纤环是高精度光纤陀螺的核心器件，其精度直接决定了高精度光纤陀螺的最终精度。在实际使用过程中，对高精度光纤环的任何干扰都会引起高精度光纤环内正向和反向传输光的非互易性，使高精度光纤陀螺产生偏置漂移而降低高精度光纤陀螺的精度。
3.对高精度光纤环的主要干扰包括：环境温度干扰，环境磁场干扰和振动干扰。其中，环境温度对高精度光纤陀螺测量精度的影响最为明显。为了确保高精度光纤陀螺的全温精度，提高高精度光纤陀螺的合格率，在高精度光纤陀螺装配前，对高精度光纤环进行温度试验评价并获得高精度光纤环的温度指标是高精度光纤环生产中的重要环节。
4.针对光纤陀螺光纤环温度试验，已公开专利cn 100538309c公开了一种光纤陀螺中光纤环在线模块化测试装置，已公开专利cn111964659a公开了一种光纤陀螺光纤环温度测试与评价系统；这些现有技术虽然给光纤陀螺光纤环温度试验提供了方案和标准，但是由于只局限于光纤陀螺光纤环温度试验的方案，而没有提及用于高精度光纤环温度试验的装置，导致无法实现具体的高精度光纤环温度试验，同时这些现有技术没有考虑屏蔽环境磁场和振动对高精度光纤环的影响，在直接应用于高精度光纤环的温度测试和评价中将带入磁场和振动对高精度光纤环的影响从而造成对高精度光纤环的温度测试和评价的偏差，因此有必要设计一种用于高精度光纤环温度试验的装置。
5.基于上述描述，作为高精度光纤环温度试验的核心部件，用于高精度光纤环温度试验的装置在设计上需要满足以下要求：1)装置不仅能够适用于各种温度环境测试，还能够体现光纤陀螺壳体本身的热设计对高精度光纤环温度性能的影响；2)装置在结构上便于高精度光纤环的安装和拆卸，以免在装卸过程中损伤高精度光纤环；3)装置需要考虑高精度光纤环的尾纤与光学仪器之间连接时采用平滑走线的方式，以避免尾纤断裂；4)装置还需要屏蔽磁场和振动对高精度光纤环的影响。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种满足上述对光纤陀螺光纤环温度试验中对装置的各项要求的用于高精度光纤环温度测试的装置。
7.为此，本实用新型技术方案如下：
8.一种用于高精度光纤环温度测试的装置，包括自下而上依次设置的下盖、下垫片、上垫片和上盖，以及设置在上盖上的y波导光学集成器和温度传感器；
9.下盖顶端设有开口的筒体，其中心处设有圆形上盖安装槽、周向上形成有一个环形的光纤环安装槽；
10.上盖由下柱形体、自下柱形体顶面边缘处沿轴向向上延伸形成的环形筒体、和内边缘固定在环形筒体顶端的上环形板构成，使上盖的下柱形体插装在下盖的上盖安装槽内时，其上环形板盖装在光纤环安装槽的顶端开口处，使光纤环安装槽形成一个封闭的环形空间；在上盖的上环形板顶面的外边缘处和内边缘处分别设有外环状凸条和内环状凸条，使二者之间形成环形尾纤凹槽，且在外环状凸条上开设有一个与光纤环安装槽连通的尾纤出纤豁口i，在与尾纤出纤豁口i间距最远的内环状凸条上开设有尾纤出纤豁口ii，且尾纤出纤豁口ii两侧分别开设有与上盖安装槽连通的第一狭长尾纤固定槽和第二狭长尾纤固定槽；
11.下垫片和上垫片为两块具有相同结构和尺寸的环形垫片，二者内置在光纤环安装槽内，且在位于尾纤出纤豁口下方的上垫片上开设有出纤豁口；
12.y波导光学集成器包括内嵌在上盖上的y波导光学集成器主体，其上设有用于与被测光纤环的第一尾纤相连接的第一尾纤输入端子、与被测光纤环的第二尾纤相连接的第二尾纤输入端子和一个光学信号输出端子；
13.温度传感器包括内嵌在上盖上的温度传感器主体，其上设有电源地输入端子、电源输入端子和温度信号输出端子。
14.进一步地，在上盖的上盖安装槽槽底对称设有两个圆柱形凸台，且自每个圆柱形凸台顶面均沿轴向向下开设有螺纹盲孔，以拧装螺钉作为上盖的提手。
15.进一步地，上垫片和下垫片的尺寸与光纤环安装槽的尺寸相适应，且上垫片和下垫片的厚度满足：当下垫片、被测光纤环和上垫片自下而上依次叠加为整体的厚度略大于自光纤环安装槽槽底至上盖的上环形板底面的间距，使得被测光纤环能被压紧固定在光纤环安装槽内；被测光纤环的外径略小于上垫片和下垫片的外径；上垫片和下垫片的内径均略小于被测光纤环的内径。
16.进一步地，在下盖的底面上沿周向均布设有三个圆柱形凸台，且自每个圆柱形凸台底面沿轴向向上均开设有螺纹盲孔，用于将下盖固定在用于营造不同温度环境的温箱的底板上，同时，还能够使下盖与底板之间留有走线空间；自上盖开设有贯穿上盖和下盖的弧形通孔。
17.进一步地，上盖为磁屏蔽材料制上盖，下盖为磁屏蔽材料制下盖；上垫片和下垫片均为硅橡胶制环形垫片。
18.与现有技术相比，该用于高精度光纤环温度测试的装置及其使用方法的有益效果包括：
19.(1)该用于高精度光纤环温度测试的装置在上盖和下盖的结构设计上能够体现光纤陀螺壳体本身的热设计对被测光纤环温度性能的影响；同时采用具有磁屏蔽功能的上盖与下盖能够实现屏蔽外界磁场对被测光纤环的影响的目的；
20.(2)该用于高精度光纤环温度测试的装置通过在上盖与下盖之间设计上垫片和下垫片，以压紧将被测光纤环于光纤环测试装置内，不仅避免了环境振动对被测光纤环的影响，还极大低降低了被测光纤环的安装和拆卸难度；
21.(3)该用于高精度光纤环温度测试的装置在上盖和上垫片的结构上设计了用于光纤环尾纤出纤、走线和接线的豁口和凹槽，实现光纤环尾纤的平滑走线，避免尾纤断裂的情况发生。
附图说明
22.图1为本实用新型的用于高精度光纤环温度测试的装置的分体结构示意图；
23.图2为本实用新型的用于高精度光纤环温度测试的装置的剖面结构示意图；
24.图3为本实用新型的用于高精度光纤环温度测试的装置的y波导光学集成器的结构示意图；
25.图4为本实用新型的用于高精度光纤环温度测试的装置中被测光纤环第一尾纤的走线方式示意图；
26.图5为本实用新型的用于高精度光纤环温度测试的装置中被测光纤环第二尾纤的走线方式示意图；
27.图6为本实用新型的用于高精度光纤环温度测试的装置中温度传感器的结构示意图；
28.图7为本实用新型的用于高精度光纤环温度测试的装置中下盖的结构示意图；
29.图8为本实用新型的用于高精度光纤环温度测试的装置中上盖的结构示意图；
30.图9为本实用新型的用于高精度光纤环温度测试的装置的光纤环测试装置的机械组装过程的流程图。
31.其中，1、y波导光学集成器，101、y波导光学集成器主体，102、第一尾纤输入端子，103、第二尾纤输入端子，104、光学信号输出端子，2、温度传感器，201、温度传感器主体，202、电源地输入端子，203、电源输入端子，204、温度信号输出端子，3、上盖，4、上垫片，5、被测光纤环，6、下垫片，7、下盖，8、第一尾纤，9、第二尾纤。
具体实施方式
32.下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但下述实施例绝非对本实用新型有任何限制。
33.如图1所示，该用于高精度光纤环温度测试的装置包括自下而上依次设置的下盖、下垫片、上垫片和上盖，以及设置在上盖上的y波导光学集成器和温度传感器；其中，
34.如图2所示，下盖7为一顶端设有开口的筒体结构，在筒体内部还固定有一个环形隔板，环形隔板与筒体同轴设置，使筒体中心处形成有一个圆形上盖安装槽、周向上形成有一个环形的光纤环安装槽，且该环形的光纤环安装槽的尺寸略大于被测光纤环5的尺寸；
35.其中，在下盖7的底面上沿周向均布设有三个圆柱形凸台，且自每个圆柱形凸台底面上开设有螺纹盲孔，用于将该用于高精度光纤环温度测试的装置以螺钉反拧的方式固定在温箱内的安装板上，以便进行温度测试；同时，该三个圆柱形凸台使下盖7底面与安装板之间各信号线的走线空间。
36.上盖3由下柱形体、自下柱形体顶面边缘处沿轴向向上延伸形成的环形筒体、和内边缘固定在环形筒体顶端的上环形板构成，使上盖3的下柱形体插装在下盖 7的上盖安装槽内时，其上环形板盖装在光纤环安装槽的顶端开口处，使光纤环安装槽形成一个封闭的环形空间；其中，上盖3和下盖7之间通过自下柱形体顶面均布安装的三个沉头螺钉可拆卸固定为一体，同时使光纤环安装槽形成一个密闭空间；该密闭空间用于模拟被测光纤环5在实际光纤陀螺中的热环境，从而实现该装置不仅作为试验容器让被测光纤环5在温度试验设置的各种温度环境中工作，还能体现光纤陀螺壳体本身的热设计对被测光纤环5的温度
性能影响的目的。
37.为了保证测试过程之中被测光纤环5始终处于屏蔽外界磁场的测试环境中，上盖3为磁屏蔽材料制上盖，下盖7为磁屏蔽材料制下盖；具体地，上盖3和下盖7均采用由磁屏蔽材料1j79制成特定结构的壳体后再经高温真空退火处理而成的成品，以进一步提高壳体的磁导率，以屏蔽外界磁场对被测光纤环的影响。
38.在上盖3的上环形板顶面的外边缘处和内边缘处分别设有外环状凸条和内环状凸条，使二者之间形成环形尾纤凹槽，且在外环状凸条上开设有一个与光纤环安装槽连通的尾纤出纤豁口i，在与尾纤出纤豁口i间距最远的内环状凸条上开设有尾纤出纤豁口ii，且尾纤出纤豁口ii两侧分别开设有与上盖安装槽连通的第一狭长尾纤固定槽和第二狭长尾纤固定槽，用于被测光纤环5的两根尾纤与y波导光学集成器1连接时的走线和固定。
39.作为本技术的一个优选技术方案，如图8所示，在上盖3的上盖安装槽槽底对称设有两个圆柱形凸台，且自每个圆柱形凸台顶面均沿轴向向下开设有螺纹盲孔，可用于拧上螺钉作为上盖3的提手，以提高装置的安装、拆卸的便捷性、以及尾纤走线的方便性。
40.为便于被测光纤环5安装和拆卸，且保持测试过程中被测光纤5始终保持无振动的稳定状态，在光纤环安装槽内设置由上垫片4和下垫片6；具体地，下垫片6为一块硅橡胶制环形垫片，其内径与外径与光纤环安装槽的尺寸相适应；上垫片4为一块与下垫片6完全相同的硅橡胶制环形垫片，且在上垫片4一侧开设有用于第一尾纤8和第二尾纤9走线的出纤豁口，用于高精度光纤环5尾纤走线；上垫片4和下垫片6的厚度满足：当下垫片6、被测光纤环5和上垫片4自下而上依次叠加为整体的厚度略大于自光纤环安装槽槽底至上盖3的上环形板底面的间距，使上盖3盖装并固定在下盖6上时，被测光纤环5紧紧压设在上垫片4和下垫片6之间，作为本技术的一个优选技术方案，下垫片6、被测光纤环5和上垫片4自下而上依次叠加为整体的厚度大于自光纤环安装槽槽底至上盖3的上环形板底面的间距的大小为：1mm；
41.此外，上垫片4和下垫片6的外径略大于被测光纤环5的外径，上垫片4和下垫片6的内径略小于被测光纤环5的内径以保证被测光纤环5能被紧密压在密封槽内。
42.y波导光学集成器1采用武汉长盈通光电技术股份有限公司生产的型号为 ybd-14-2-m多功能集成光学器件，其内嵌在开设于在上盖3的下柱形体的顶面中心处的y波导光学集成器安装槽内；如图3所示，y波导光学集成器1包括y 波导光学集成器主体101，其上设置有第一尾纤输入端子102、第二尾纤输入端子103和光学信号输出端子104；具体地，
43.y波导光学集成器主体101上开设有两个螺钉光孔，使两个平头螺钉通过y 波导光学集成器1螺钉光孔与开设在上盖3的螺纹孔螺纹连接，将y波导光学集成器1固定于上盖3上；
44.第一尾纤输入端子102与被测光纤环5的第一尾纤8相连接，第二尾纤输入端子103与被测光纤环5的第二尾纤9相连接；使用时，如图4所示，将设置在下盖7的光纤环安装槽内的被测光纤环5的第一尾纤8依次通过上垫片4的出纤豁口、上盖3的尾纤出纤豁口i引出，并沿开设于上盖3的环形尾纤凹槽左侧走纤，直至自上盖3的尾纤出纤豁口ii进入并固定在第一狭长尾纤固定槽内，其端部与y波导光学集成器1的第一尾纤输入端子102连接；接着，如图5所示，将被测光纤环5的第二尾纤9依次通过上垫片4的出纤豁口、上盖3的尾纤出纤豁口i引出，并沿开设于上盖3的环形尾纤凹槽右侧走纤，直至自上盖3的尾纤出纤豁口ii进入并
固定在第二狭长尾纤固定槽内，其端部与y波导光学集成器1 的第二尾纤输入端子103连接；光学信号输出端子104上连接有光学信号传输光纤，一方面用于外界光源的光输入，另一方面用于光纤环内两束相向的光在y波导中产生的干涉光的输出。
45.温度传感器2采用型号为ds18b20的温度传感器，其内嵌在开设于上盖3 的下柱形体顶面上的温度传感器安装槽内，并通过胶水将温度传感器2的下平面与温度传感器安装槽槽底面胶粘，以连接为一体；
46.如图6所示，温度传感器2包括温度传感器主体201，其上设置有电源地输入端子202、电源 5v输入端子203和温度信号输出端子204。
47.如图9所示，该用于高精度光纤环温度测试的装置的机械组装过程如下：
48.将下垫片6、被测光纤环5和上垫片4依次置入下盖7的光纤环安装槽内，并盖装上盖3，用三个沉头螺钉通过上盖3的三个沉头光孔与下盖7的螺纹孔螺纹连接将上盖3固定于下盖7上，实现将上垫片4、被测光纤环5、下垫片6和下盖7连接固定为一体；
49.将温度传感器2放置在开设于上盖3的温度传感器安装槽内并通过胶水将温度传感器2下平面与开设于上盖3的温度传感器安装槽上平面胶粘；
50.将y波导光学集成器1放置在开设于上盖3的y波导光学集成器件安装槽上并用两个平头螺钉通过y波导光学集成器1螺钉光孔和上盖3的螺纹孔螺纹连接将y波导光学集成器1固定于上盖3上；
51.将被测光纤环5的第一尾纤8与y波导光学集成器1的第一尾纤输入端子 102熔接连接；将被测光纤环5的第二尾纤9与y波导光学集成器1的第二尾纤输入端子103熔接连接；将y波导光学集成器1的光学信号输出端子104与光学信号传输光纤的一端熔接连接，以将其与用于光信号输入与输出的装置连接；
52.将电源地输入电信号线焊接在温度传感器2的电源地输入端子202上，将电源 5v输入电信号线焊接在温度传感器2的电源 5v输入端子203上，将温度信号输出电信号线焊接在温度传感器2的温度信号输出端子204上；然后，如图7 所示，将三根电信号线穿过开设在上盖3和下盖7的弧形通孔经由下盖7下方的走线空间，与设置在外部的供电和信号采集的电路信号处理装置连接；
53.采用该用于高精度光纤环温度测试的装置对光纤环进行温度测试时，将采用上述方式完成被测光纤环固定的装置置于恒温箱中，以模拟光纤陀螺在实际使用环境温度下的工作状态，然后向被测光纤环输入光信号，实现实时地对当前环境温度信号和由被测光纤环反馈出的光信号，进而通过数据分析得到被测光纤环的温度特性。

技术特征：
1.一种用于高精度光纤环温度测试的装置，其特征在于，包括自下而上依次设置的下盖(7)、下垫片(6)、上垫片(4)和上盖(3)，以及设置在上盖上的y波导光学集成器(1)和温度传感器(2)；其中，下盖(7)顶端设有开口的筒体，其中心处设有圆形上盖安装槽、周向上形成有一个环形的光纤环安装槽；上盖(3)由下柱形体、自下柱形体顶面边缘处沿轴向向上延伸形成的环形筒体、和内边缘固定在环形筒体顶端的上环形板构成，使上盖(3)的下柱形体插装在下盖(7)的上盖安装槽内时，其上环形板盖装在光纤环安装槽的顶端开口处，使光纤环安装槽形成一个封闭的环形空间；在上盖(3)的上环形板顶面的外边缘处和内边缘处分别设有外环状凸条和内环状凸条，使二者之间形成环形尾纤凹槽，且在外环状凸条上开设有一个与光纤环安装槽连通的尾纤出纤豁口i，在与尾纤出纤豁口i间距最远的内环状凸条上开设有尾纤出纤豁口ii，且自尾纤出纤豁口ii两侧分别开设有与上盖安装槽连通的第一狭长尾纤固定槽和第二狭长尾纤固定槽；下垫片(6)和上垫片(4)为两块具有相同结构和尺寸的环形垫片，二者内置在光纤环安装槽内，且在位于尾纤出纤豁口i下方的上垫片(4)上开设有出纤豁口；y波导光学集成器(1)包括内嵌在上盖(3)上的y波导光学集成器主体(101)，其上设有用于与被测光纤环(5)的第一尾纤(8)相连接的第一尾纤输入端子(102)、与被测光纤环(5)的第二尾纤(9)相连接的第二尾纤输入端子(103)和一个光学信号输出端子(104)；温度传感器(2)包括内嵌在上盖(3)上的温度传感器主体(201)，其上设有电源地输入端子(202)、电源输入端子(203)和温度信号输出端子(204)。2.根据权利要求1所述的用于高精度光纤环温度测试的装置，其特征在于，在上盖(3)的上盖安装槽槽底对称设有两个圆柱形凸台，且自每个圆柱形凸台顶面均沿轴向向下开设有螺纹盲孔，以拧装螺钉作为上盖(3)的提手。3.根据权利要求1所述的用于高精度光纤环温度测试的装置，其特征在于，上垫片(4)和下垫片(6)的尺寸与光纤环安装槽的尺寸相适应，且上垫片(4)和下垫片(6)的厚度满足：当下垫片(6)、被测光纤环(5)和上垫片(4)自下而上依次叠加为整体的厚度大于自光纤环安装槽槽底至上盖(3)的上环形板底面的间距，使得被测光纤环(5)能被压紧固定在光纤环安装槽内；被测光纤环(5)的外径小于上垫片(4)和下垫片(6)的外径；上垫片(4)和下垫片(6)的内径均小于被测光纤环(5)的内径。4.根据权利要求1所述的用于高精度光纤环温度测试的装置，其特征在于，在下盖(7)的底面上沿周向均布设有三个圆柱形凸台，且自每个圆柱形凸台底面沿轴向向上均开设有螺纹盲孔；自上盖(3)开设有贯穿上盖(3)和下盖(7)的弧形通孔。5.根据权利要求1所述的用于高精度光纤环温度测试的装置，其特征在于，上盖(3)为磁屏蔽材料制上盖，下盖(7)为磁屏蔽材料制下盖；上垫片(4)和下垫片(6)均为硅橡胶制环形垫片。

技术总结
本实用新型公开了一种用于高精度光纤环温度测试的装置，包括自下而上依次设置的下盖、下垫片、上垫片和上盖，以及设置在上盖顶部的Y波导光学集成器和温度传感器；其中，下盖与上盖形成模拟光纤陀螺壳体本身的热设计的结构，同时采用磁屏蔽材料实现屏蔽电磁干扰；通过在上盖与下盖之间设计上垫片和下垫片，以压紧将被测光纤环于光纤环测试装置内，不仅避免了环境振动对被测光纤环的影响，还极大低降低了被测光纤环的安装和拆卸难度；同时通过在上盖和上垫片的结构上设计了用于光纤环尾纤出纤、走线和接线的豁口和凹槽，实现光纤环尾纤的平滑走线，避免尾纤断裂的情况发生。避免尾纤断裂的情况发生。避免尾纤断裂的情况发生。


技术研发人员：张江源 涂勇强 杨功流
受保护的技术使用者：厦门天宇丰荣科技有限公司
技术研发日：2021.11.23
技术公布日：2022/5/25