激光陀螺抗輻照讀出系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于激光陀螺航天適用性技術，具體涉及一種新型激光陀螺抗輻照讀出系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]激光陀螺因其所獨有的啟動快、抗沖擊震動性能強、動態(tài)范圍大、輸出帶寬大以及可靠性高等優(yōu)點，是捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)的理想元件。相對于在航空、航海領域取得的廣泛應用，激光陀螺在航天環(huán)境中成功應用的實例并不多。相關研究結(jié)果表明，限制其航天應用的主要原因在于:航天環(huán)境中的輻照強度遠高于航空與航海環(huán)境。作為激光陀螺光信號的采集元件，光電管的性能受輻照環(huán)境影響顯著。當輻照達到一定劑量后，光電管的性能將發(fā)生急劇下降，直接導致激光陀螺發(fā)生計數(shù)故障，造成陀螺失效。正是由于上述缺點的存在，近年來，激光陀螺的抗輻照技術受到了國內(nèi)外的廣泛關注。激光陀螺采用讀出系統(tǒng)抗輻照改進方案后，可以降低激光陀螺計數(shù)故障的發(fā)生幾率，增強讀出系統(tǒng)的抗輻照能力，從而提高激光陀螺的航天環(huán)境適用性。
[0003]如圖1，現(xiàn)有技術的激光陀螺讀出裝置通常由一只雙光窗光電管與一個合光棱鏡構成。激光陀螺諧振腔內(nèi)運行的順、逆時針光經(jīng)輸出鏡透射，并由合光棱鏡接收。順、逆時針光在合光棱鏡中經(jīng)不同光路，在其內(nèi)表面發(fā)生多次折、反射后，在棱鏡的出射表面上某點處重合，并形成干涉光斑。將雙光窗光電管固定于該出射點處接收上述干涉光信號。為確保激光陀螺正確解調(diào)，其幾何中心與該光斑中心重合，其光窗方向與干涉條紋方向一致。為了保證完全接收陀螺輸出的光功率以及裝置體積最小化，使用的光電管光敏面面積需要與上述干涉光斑面積等大。根據(jù)Sagnac效應，當陀螺相對慣性空間發(fā)生轉(zhuǎn)動時，干涉條紋將發(fā)生定向移動。因此，光電管通過將單位時間內(nèi)掠過其光敏面的條紋數(shù)轉(zhuǎn)化為相應的電信號，通過后端的電路處理，便可獲得外界轉(zhuǎn)速信息。
[0004]通常情況下，輻照將引起激光陀螺信號異?；?qū)π盘栐斐刹焕绊懀瑢е洛e誤轉(zhuǎn)速信息的產(chǎn)生并令傳感器性能變差。根據(jù)空間輻照影響光電管性能的作用機理，光電管對輻照噪聲的敏感性大小取決于其光敏面尺寸:光敏面尺寸越大，其敏感性越大，反之亦然。因此，較大的光敏面尺寸決定了現(xiàn)有技術的激光陀螺讀出裝置特別容易受到輻射引起的噪聲影響。
[0005]此外，利用球面鏡反射的方式縮小陀螺輸出的干涉光斑尺寸，從而達到縮小光電管尺寸效果的方案實際效果并不好。因為光線經(jīng)球面鏡反射時引入的相差很大，會導致陀螺輸出光的干涉條紋信號光的對比度下降，導致發(fā)生計數(shù)誤差。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的解決的技術問題是:提供一種激光陀螺抗輻照讀出系統(tǒng)方案，在不額外引入相差的同時，降低讀出系統(tǒng)對空間輻照的敏感度，增強激光陀螺整體抗輻照性能，從而提高激光陀螺的航天環(huán)境適用性。
[0007]本實用新型的技術方案:一種激光陀螺抗輻照讀出系統(tǒng)，其包括光電管襯套、光電管、合光棱鏡、菲涅爾透鏡，其中，菲涅爾透鏡的光滑面貼合合光棱鏡的出射面，合光棱鏡設置在激光陀螺的拍頻輸出鏡上，光電管通過光電管襯套設置在菲涅爾透鏡上，使得光電管光敏面正對菲涅爾透鏡刻蝕面，且菲涅爾幾何中心與合光棱鏡出射面的激光陀螺出射干涉光斑中心重合。
[0008]所述菲涅爾透鏡的刻蝕面尺寸應大于激光陀螺出射的干涉光斑。
[0009]所述菲涅爾透鏡的刻蝕面小于光電管襯套孔徑，其外圍輪廓尺寸大于光電管襯套的尺寸。
[0010]激光陀螺輸出光斑的干涉條紋的方向與光電管光窗方向平行。
[0011]本實用新型的有益效果:在現(xiàn)有激光陀螺讀出技術基礎上，針對光電管輻照敏感性特征受其光敏面尺寸大小影響的特點，本實用新型激光陀螺抗輻照讀出系統(tǒng)利用菲涅爾透鏡對透射光束會聚能力強、附加相差小的特點，在避免了附加相差引起干涉條紋扭曲，造成陀螺計數(shù)故障的同時，還縮小了激光陀螺輸出光的干涉光斑尺寸，減小了光電管的光敏面尺寸，從而降低了激光陀螺讀出系統(tǒng)的空間輻照敏感性，提高了激光陀螺的整體航天環(huán)境適用性。
【附圖說明】
[0012]圖1是現(xiàn)有技術的激光陀螺讀出系統(tǒng)結(jié)構示意圖；
[0013]圖2是本實用新型抗輻照讀出系統(tǒng)結(jié)構示意圖；
[0014]圖3是圖2的局部示意圖；
[0015]圖4是陀螺出射光斑在透鏡后方的成像示意圖，
[0016]其中，1-光電管，2-合光棱鏡，3-拍頻輸出鏡，4-全反射膜，5-菲涅爾棱鏡，6-光電管襯套。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細說明。
[0018]請參閱圖2，本實用新型激光陀螺抗輻照讀出系統(tǒng)包括光電管襯套、光電管、合光棱鏡、菲涅爾透鏡。其中，菲涅爾透鏡的光滑面貼合合光棱鏡的出射面，合光棱鏡設置在激光陀螺的拍頻輸出鏡上，光電管通過光電管襯套設置在菲涅爾透鏡上，使得光電管光敏面正對菲涅爾透鏡刻蝕面，且菲涅爾幾何中心與合光棱鏡出射面的激光陀螺出射干涉光斑中心重合。
[0019]所述菲涅爾透鏡的刻蝕面尺寸應大于激光陀螺出射的干涉光斑，以縮小干涉光斑的整體尺寸。
[0020]所述菲涅爾透鏡的刻蝕面小于光電管襯套孔徑，其外圍輪廓尺寸大于光電管襯套的尺寸，以保證光電管襯套能夠安裝在菲涅爾透鏡刻蝕面的光滑平面部分。
[0021 ]激光陀螺輸出光斑的干涉條紋的方向與光電管光窗方向平行，以保證當激光陀螺相對慣性空間發(fā)生轉(zhuǎn)動時，干涉條紋的移動方向與光電管光窗方向垂直，從而確保陀螺對外界轉(zhuǎn)速信息解調(diào)的正確性。
[0022]下面給出本實用新型激光陀螺抗輻照讀出系統(tǒng)的裝配過程，其步驟如下:
[0023]步驟1、將合光棱鏡安裝在激光陀螺拍頻輸出鏡的出射面上，并確保激光陀螺輸出的順、逆時針光于同一點出射，并形成干涉光斑。
[0024]進一步的，步驟I包括:
[0025]將合光棱鏡安裝在激光陀螺拍頻輸出鏡的出射面上。通過調(diào)節(jié)合光棱鏡空間位置，并觀察順、逆時針光斑相對位置變化的方式，確保激光陀螺出射的順、逆時針光斑最終重合并形成干涉。待出現(xiàn)干涉條紋后，點膠固定合光棱鏡。
[0026]步驟2、將菲涅爾透鏡裝置安裝在合光棱鏡出射面的光斑出射點處，并確保激光陀螺出射的干涉光斑、菲涅爾透鏡兩者的幾何中心重合。
[0027]將菲涅爾透鏡的光滑底面朝下，并貼合合光棱鏡出射面。調(diào)節(jié)菲涅爾透鏡在合光棱鏡出射面上的位置，并確保激光陀螺出射的干涉光斑、菲涅爾透鏡兩者的幾何中心重合，以減少像差，然后將其固定。此處，為了便于安裝，菲涅爾透鏡的刻蝕面尺寸應大于激光陀螺出射的干涉光斑而略小于光電管襯套孔徑，其外圍輪廓尺寸應大于光電管襯套的尺寸，以確保安裝光電管時，其襯套能夠固定在光滑平面上，從而使得菲涅爾透鏡的透射光能夠垂直入射光電管。
[0028]步驟3、選擇光敏面尺寸較小的光電管裝置，并將其安裝在菲涅爾透鏡的刻蝕面上。確保其襯套的幾何中心與菲涅爾透鏡的幾何中心重合，并且干涉條紋的方向與光電管光窗方向平行后，點膠固定光電管。
[0029]選擇光敏面尺寸較小的光電管裝置，以降低其輻照敏感性。并將其安裝在菲涅爾透鏡的刻蝕面上。調(diào)整光電管位置，并根據(jù)光電管響應信號的變化情況，確保光電管襯套與菲涅爾透鏡的幾何中心重合，并且干涉條紋的方向與光電管光窗方向平行后，點膠固定光電管。
[0030]參見圖4，一種激光陀螺抗輻照讀出機構。透鏡左側(cè)光線代表陀螺輸出光斑的邊緣光線，A‘、B’點表示陀螺輸出光斑的邊緣的兩點，2Θ為激光陀螺出射的順、逆時針光夾角。F’點為菲涅爾透鏡焦點，A、B點分別為A‘、B’點經(jīng)菲涅爾透鏡透射后方像空間所成的像。光電管光敏面幾何中心位于透鏡后方的C點處，并與主光軸垂直。根據(jù)光的可逆性原理，可以將該干涉現(xiàn)象看作是理想點光源A、B發(fā)出的發(fā)散球面波的干涉。
[0031]以A‘、B’點為代表的激光陀螺輸出光斑邊緣光線經(jīng)菲涅爾透鏡后發(fā)生折射，并在透鏡后方像空間再次發(fā)生干涉，并形成新的干涉光斑。該新干涉光斑的尺寸與其成像平面到透鏡焦平面的距離成正比。因此，將光電管置于圖中陰影區(qū)中，并保證光敏面平面與主光軸方向垂直，即可大大減小干涉光斑的尺寸，因此可選用光敏面尺寸較小的光電管裝置，從而可有效降低系統(tǒng)對輻照的敏感度。
[0032]綜上所述，本實用新型通過在激光陀螺讀出棱鏡與光電探測器之間插入一個菲涅爾透鏡，可使激光陀螺輸出光斑尺寸以及光電探測器的尺寸大幅縮小，從而有效減少空間輻射引起的激光陀螺讀出系統(tǒng)性能退化，降低激光陀螺計數(shù)故障的發(fā)生幾率，提高激光陀螺的航天環(huán)境適用性。
【主權項】
1.一種激光陀螺抗輻照讀出系統(tǒng)，其特征在于，包括光電管襯套、光電管、合光棱鏡、菲涅爾透鏡，其中，菲涅爾透鏡的光滑面貼合合光棱鏡的出射面，合光棱鏡設置在激光陀螺的拍頻輸出鏡上，光電管通過光電管襯套設置在菲涅爾透鏡上，使得光電管光敏面正對菲涅爾透鏡刻蝕面，且菲涅爾幾何中心與合光棱鏡出射面的激光陀螺出射干涉光斑中心重合。2.根據(jù)權利要求1所述的激光陀螺抗輻照讀出系統(tǒng)，其特征在于，所述菲涅爾透鏡的刻蝕面尺寸應大于激光陀螺出射的干涉光斑。3.根據(jù)權利要求2所述的激光陀螺抗輻照讀出系統(tǒng)，其特征在于，所述菲涅爾透鏡的刻蝕面小于光電管襯套孔徑，其外圍輪廓尺寸大于光電管襯套的尺寸。4.根據(jù)權利要求2所述的激光陀螺抗輻照讀出系統(tǒng)，其特征在于，激光陀螺輸出光斑的干涉條紋的方向與光電管光窗方向平行。
【專利摘要】本實用新型屬于激光陀螺航天適用性技術，具體涉及一種新型激光陀螺抗輻照讀出系統(tǒng)。所述激光陀螺抗輻照讀出系統(tǒng)包括光電管襯套、光電管、合光棱鏡、菲涅爾透鏡。其中，菲涅爾透鏡的光滑面貼合合光棱鏡的出射面，合光棱鏡設置在激光陀螺的拍頻輸出鏡上。光電管通過光電管襯套設置在菲涅爾透鏡上，使得光電管光敏面正對菲涅爾透鏡刻蝕面，且菲涅爾幾何中心與合光棱鏡出射面的激光陀螺出射干涉光斑中心重合。本實用新型激光陀螺抗輻照讀出系統(tǒng)有效縮小了激光陀螺輸出光的干涉光斑尺寸，減小了光電管的光敏面尺寸，從而降低了激光陀螺讀出系統(tǒng)的空間輻照敏感性，提高了激光陀螺的整體航天環(huán)境適用性。
【IPC分類】G01C19/58
【公開號】CN205280089
【申請?zhí)枴緾N201520955716
【發(fā)明人】李龍, 陳林峰, 韓宗虎, 嚴吉中, 王繼良, 丁小昆
【申請人】中國航空工業(yè)第六一八研究所
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年11月26日