專利名稱：壓電抖動(dòng)二頻激光陀螺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于角速度或角度傳感器，尤其是一種激光陀螺。
激光陀螺與傳統(tǒng)陀螺，無論理論上還是結(jié)構(gòu)上，都是完全不同的兩類陀螺，前者為光電陀螺，后者為機(jī)電陀螺。機(jī)電陀螺以高速轉(zhuǎn)子的定軸性和進(jìn)動(dòng)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(gè)世紀(jì)以來，機(jī)電陀螺從滾珠軸承，經(jīng)歷了氣浮、液浮、磁浮，直至(靜)電浮等各個(gè)興盛時(shí)期，但是隨著捷聯(lián)系統(tǒng)的崛起，機(jī)電陀螺以不再適應(yīng)這種控制系統(tǒng)的迅猛發(fā)展。
激光陀螺是利用相迎兩束激光沿閉合回路傳播，敏感兩束激光的光程差測得載體角運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)簡單，啟動(dòng)迅速，動(dòng)態(tài)范圍大，壽命長，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境要求，是控制系統(tǒng)的理想慣性器件，因而激光陀螺在航空、航天、艦船、飛船等尖端領(lǐng)域引起普遍關(guān)注和積極采用。目前激光陀螺已經(jīng)有系列產(chǎn)品投入批量生產(chǎn)，但其質(zhì)量優(yōu)劣仍取決于工程實(shí)現(xiàn)上，具體工藝細(xì)節(jié)中。
本實(shí)用新型的目的在于在保證激光陀螺高性能的前提下，簡化生產(chǎn)工藝，從而增加陀螺可靠性，降低成本。
本實(shí)用新型的目的可以通過以下措施來實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型所述的壓電抖動(dòng)二頻激光陀螺，包括一個(gè)光學(xué)諧振腔，用微晶玻璃制成，其內(nèi)鉆有不同直徑的通孔；三個(gè)反射鏡，均鍍有多層介質(zhì)反射膜；一個(gè)陰極，兩個(gè)陽極，陽極為金屬無氧銅結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)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(jié)構(gòu)；一個(gè)壓電抖動(dòng)偏頻機(jī)構(gòu)，用與光學(xué)諧振腔材料溫度相匹配的金屬材料制成，在其輪葉上貼有壓電陶瓷片，在抖動(dòng)機(jī)構(gòu)外殼內(nèi)側(cè)四個(gè)對稱位置開有0.1-0.5mm的夾縫。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于在保證激光陀螺高性能的前提下，簡化了生產(chǎn)工藝，降低了產(chǎn)品成本，增加了陀螺的可靠性，使激光陀螺盡快向工程化邁進(jìn)。


圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)剖視圖；圖2為與排氣臺相連的陽極結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為陽極夾斷裝置示意圖；圖4為壓電抖動(dòng)偏頻機(jī)構(gòu)外殼示意圖。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)和工作原理。
光學(xué)諧振腔2是激光陀螺的核心部件，直接影響陀螺的性能優(yōu)劣。它是用膨脹系數(shù)接近于零的微晶玻璃制成的等邊三角塊，見圖1，當(dāng)按一定比例混合的氦氖氣體充入腔內(nèi)通孔4，且在陰陽極間加直流高壓時(shí)，則氦氖氣體被激活，只有沿通孔4中心線附近，通過三個(gè)反射鏡1、5、7反射形成閉合光路的諧振光波，才能產(chǎn)生激光，即產(chǎn)生順、逆方向兩束激光。根據(jù)薩納格(Sagnac)效應(yīng)，當(dāng)陀螺靜止不動(dòng)時(shí)，順、逆兩光束光程相等，不產(chǎn)生頻差，陀螺輸出為零；當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩光束所走的光程不等，其相應(yīng)的頻差正比于陀螺旋轉(zhuǎn)的角速度，陀螺輸出的脈沖數(shù)正比于陀螺轉(zhuǎn)過的角度。
制作好的光學(xué)諧振腔2，如何與真空系統(tǒng)，通稱排氣臺相連接，以及如何脫離排氣臺，這是制作激光陀螺過程中的關(guān)鍵工藝之一，常用的方法是在諧振腔上加一個(gè)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(huán)境性能差，封接成功率低，且往往帶入腔內(nèi)很多雜氣，影響陀螺使用壽命及其相應(yīng)性能。本實(shí)用新型采用無氧銅金屬結(jié)構(gòu)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(huán)境性能提高，而且如果使用本實(shí)用新型所述的陽極夾斷裝置13，見圖3封接成功率可達(dá)到百分之百。其關(guān)鍵之處在于陽極夾斷裝置13的刀口12處為一圓角結(jié)構(gòu)，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(dá)到上述效果。
由于諧振腔2內(nèi)不可避免地存在非均勻性，使陀螺低轉(zhuǎn)速時(shí)，諧振腔2內(nèi)兩光束頻率產(chǎn)生同步效應(yīng)，陀螺輸出為零，出現(xiàn)死區(qū)，通稱鎖區(qū)。為了避開鎖區(qū)以及鎖區(qū)附近的嚴(yán)重非線性區(qū)，必須人為地為激光陀螺設(shè)置工作點(diǎn)，遠(yuǎn)離鎖區(qū)，使陀螺工作在線性段。壓電抖動(dòng)機(jī)構(gòu)15就是激光陀螺的偏置機(jī)構(gòu)，它是用壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)彈性幅條8帶動(dòng)整個(gè)腔體來回?cái)[動(dòng)，見圖1，等效于給陀螺輸入既定的轉(zhuǎn)速，使陀螺工作時(shí)偏離鎖區(qū)。
本實(shí)用新型的另一發(fā)明點(diǎn)在于抖動(dòng)機(jī)構(gòu)9與諧振腔2的粘結(jié)。由于抖動(dòng)機(jī)構(gòu)9是用金屬材料做的，金屬的熱膨脹系數(shù)比微晶玻璃大，用通常的方法粘結(jié)，溫度稍有變化，就會脹裂腔體。本實(shí)用新型采用的方法是在抖動(dòng)機(jī)構(gòu)外殼15內(nèi)側(cè)四個(gè)對稱位置開0.1-0.5mm的夾縫14，見圖4，當(dāng)溫度變化時(shí)，抖動(dòng)機(jī)構(gòu)熱膨脹的作用被四個(gè)夾縫的寬度所抵削，從而使玻璃腔體不會被脹裂。采用上述結(jié)構(gòu)，即使用普通的環(huán)氧樹脂粘結(jié)抖動(dòng)機(jī)構(gòu)15與諧振腔2，在環(huán)境溫度在-40℃-50℃范圍內(nèi)，微晶玻璃腔體也不會被抖動(dòng)機(jī)構(gòu)脹裂。
權(quán)利要求一種壓電抖動(dòng)二頻激光陀螺，包括一個(gè)光學(xué)諧振腔(2)，用微晶玻璃制成，其內(nèi)鉆有不同直徑的通孔(4)；三個(gè)反射鏡(1、5、7)，均鍍有多層介質(zhì)反射膜；一個(gè)陰極(6)，兩個(gè)陽極(3、10)，其中一個(gè)陽極(3)兼作諧振腔(2)充排氣通道，與排氣臺相連；一個(gè)壓電抖動(dòng)偏頻機(jī)構(gòu)(9)，用與光學(xué)諧振腔(2)材料溫度相匹配的金屬材料制成，在其輪葉上貼有壓電陶瓷片；其特征在于陽極(3、10)為金屬無氧銅結(jié)構(gòu)，陽極夾斷裝置(13)的刀口(12)為圓角結(jié)構(gòu)。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(dòng)機(jī)構(gòu)外殼(15)內(nèi)側(cè)四個(gè)對稱位置開有0.1-0.5mm的夾縫(14)。
專利摘要一種壓電抖動(dòng)二頻激光陀螺，屬于角速度或角度傳感器，包括一個(gè)光學(xué)諧振腔(2)、三個(gè)反射鏡(1、5、7)、一個(gè)陰極(6)、兩個(gè)陽極(3、10)和一個(gè)壓電抖動(dòng)機(jī)構(gòu)(9)，其中一個(gè)陽極(3)兼作諧振腔(2)充排氣通道，與排氣臺相連，其特征在于陽極(3、10)為金屬無氧銅結(jié)構(gòu)，陽極夾斷裝置(13)的刀口(12)為圓角結(jié)構(gòu)，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(dòng)機(jī)構(gòu)外殼(15)內(nèi)側(cè)四個(gè)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(yōu)先權(quán)日1994年12月23日
發(fā)明者杜建邦, 余顯昭, 袁茂成, 李祖祀, 孟桐鄉(xiāng), 李秀媛, 賈久春 申請人:中國航天工業(yè)總公司第一研究院第十二研究所