激光陀螺仪的制作方法

1.本实用新型涉及惯性导航技术领域，特别涉及一种激光陀螺仪。


背景技术：

2.激光陀螺仪的原理是利用光程差来测量旋转角速度。在闭合光路中，由同一光源发出的沿顺时针方向和反时针方向传输的两束光和光干涉，利用检测相位差或干涉条纹的变化，便可以测出闭合光路旋转角速度。激光陀螺仪具有漂移率低、可靠性高、不受线加速度的影响等优点，已广泛应用于航空、航天、航海等领域的惯性导航中。
3.激光陀螺仪主要包括热膨胀系数极小的材料制成激光腔体、设置在腔体预设位置的反射镜从而形成闭合光路。激光腔体被抽成真空，并充以氦氖气等惰性气体。激光腔体上还装设电极，电极通电能够激发惰性气体产生激光。
4.在正电荷流向负电荷的过程中，在中间的储气孔会形成电弧。由于电弧的是不稳定的，会受放电、震动因素的影响。一旦运动突然的抖动或者受到冲击载荷，电弧便会发生很大的跳动，并可能漂移到光学镜片上并造成损伤。因此，会对激光陀螺仪的寿命及可靠性造成不利影响。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述问题，提供一种具有较高的可靠性的激光陀螺仪。
6.一种激光陀螺仪，包括激光腔体、反射镜片、光电管、设于所述激光腔体的阳极及阴极，所述激光腔体为轴对称结构，所述激光腔体内形成有储气孔及毛细管，所述储气孔与所述毛细管连通以形成激光谐振腔，所述毛细管与所述储气孔由过渡孔连通，所述过渡孔的内径大于所述毛细管的内径并小于所述储气孔的内径。
7.在其中一个实施例中，所述过渡孔呈圆柱形并与相连通的所述毛细管的延伸方向一致。
8.在其中一个实施例中，每个所述储气孔的两侧分别连接一个所述过渡孔，且两个所述过渡孔相对于所述储气孔的轴线呈轴对称分布。
9.在其中一个实施例中，所述激光腔体呈正方体型，所述储气孔分布于所述激光腔体的四个顶角处。
10.在其中一个实施例中，所述阴极为铝制构件。
11.在其中一个实施例中，所述毛细管上设有能够滤除杂光的光阑。
12.在其中一个实施例中，所述激光腔体的对称轴穿过所述光阑。
13.在其中一个实施例中，还包括设于所述激光腔体的微调装置，所述微调装置能够驱使所述反射镜沿轴向移动。
14.在其中一个实施例中，所述反射镜片可滑动地安装于外圆筒内，所述微调装置包括：
15.卡盘，设有压电陶瓷，所述压电陶瓷通电能够驱使所述卡盘沿轴向拱起或凹进；
16.环形安装板，与所述卡盘同轴设置并沿所述卡盘的轴向与所述卡盘间隔设置，所述环形安装板的表面与所述卡盘的轴向垂直；及
17.侧壁，连接所述环形安装板与所述卡盘；
18.其中，所述环形安装板的表面贴设于所述外圆筒的端面，所述卡盘的中心与所述反射镜片连接。
19.在其中一个实施例中，所述侧壁沿所述侧壁的延伸方向开设有多个间隔设置的腰形孔。
20.上述激光陀螺仪，在阳极和阴极通电后，所产生的正负电荷不仅会存储于储气孔内，也会扩散至过渡孔内。如此，即使产生剧烈的震动或冲击，产生的电弧也不会漂移到光学镜片上去，从而避免了对光学镜片造成损伤。因此，上述激光陀螺仪的可靠性得到显著提升。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本实用新型较佳实施例中激光陀螺仪的结构示意图；
23.图2为图1所示激光陀螺仪的剖视图；
24.图3为图1所示激光陀螺仪中微调装置的结构示意图；
25.图4为图3所示微调装置另一角度的结构示意图。
具体实施方式
26.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
29.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固
定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
32.请参阅图1及图2，本实用新型较佳实施例中的激光陀螺仪100包括激光腔体110、反射镜片120、光电管(图未示)、阳极140、阴极150及微调装置160。
33.激光腔体110一般是由玻璃、石英等材料成型。激光陀螺仪100要求具有较高的对称性及均匀性。因此，激光腔体110为轴对称结构，常见的有呈三角形及正方体形激光腔体110。激光腔体110内形成有储气孔101及毛细管102，储气孔101与毛细管102连通以形成激光谐振腔。激光谐振腔内充满氦气、氖气等惰性气体。毛细管102为长条形的圆管结构，可供电荷迁移；储气孔101一般也呈圆柱形，且孔径远大于毛细管102的管径，能够增加惰性气体的存储量。阳极140及阴极150设于激光腔体110，当阳极140及阴极150通电时，可使激光谐振腔的惰性气体激发而产生激光。发出的激光经过反射镜片120的反射，便可沿着激光谐振腔循环传导，从而形成闭合光路。
34.具体在本实施例中，激光腔体110呈正方体形。其中，储气孔101分别位于激光腔体110的四个顶角处，且圆柱形储气孔101一般沿着激光腔体110的对角线延伸；反射镜片120也设于激光腔体110的四个顶角处，毛细管102则沿激光腔体110的边缘延伸。因此，所构成的闭合光路也大致呈正方形。
35.此外，激光陀螺仪100还设有半透明镜(图未示)，该半透明镜能够将闭合光路的激光导出至光电管(图未示)。光电管(图未示)内设有传感器及处理器，利用检测相位差或干涉条纹的变化，便可以测出激光腔体110的旋转角速度。
36.具体在本实施例中，毛细管102上设有能够滤除杂光的光阑111。光阑111具有通孔(图未示)，闭合光路穿过光阑111的通孔。而且，通孔的开启程度可调，因此，通过调节通孔的大小，可将混入激光束中的杂光遮挡而仅允许激光光束通过，从而避免因杂光进入光电管(图未示)而对激光陀螺仪100的精度造成不利影响。
37.具体在本实施例中，激光腔体110的对称轴穿过光阑111。如此，激光陀螺仪100的对称性及均匀性可得到进一步的提升。
38.进一步的，在本实施例中，光阑111的通孔呈椭圆形。这是由于，发射出来的激光在经过多次折射之后，其光束呈椭圆状。传统的光阑的通孔均为圆形孔，由于与激光光束的形
状不匹配，因此，要么只能放任部分杂光射入，知道影响激光陀螺仪100的精度、可靠性以及寿命；要么就要进一步减小通孔的开启面积，从而尽可能多的拦截掉杂光，但与此同时，也将拦截掉一部分有用的激光光束，导致进入光电管(图未示)的光强不够。
39.通过将光阑111的通孔设置呈椭圆形，可与激光光束的形状较好的匹配。如此，光阑111能够在尽可能过滤掉杂光的基础上，保证激光光束能够全部通过光阑111。因此，既避免了杂光的射入，又最大限度的利用了激光的光强，使得激光陀螺仪100的精度及寿命均得到显著提升。
40.其中，阴极150为两个，两个阴极150分别位于激光腔体110的两侧，且相对于激光腔体110的对称轴呈轴对称分布。具体的，阴极150一般为铝制构件，能够良好的导电及导热。
41.在本实施例中，由于激光腔体110呈正方体形，故两个阴极150分别位于激光腔体110相对的两侧，从而实现对称分布。
42.采用两个阴极150与阳极140配合实现激光的激发时，正电荷可从两个方向分别流向两个阴极150。因此，在满足供电的前提下，每个阴极的发热量均可显著减少。更重要的是，由于两个阴极150分别位于激光腔体110的两侧，且相对于激光腔体110的对称轴呈轴对称分布。因此，阴极150发热时可使激光陀螺仪100整体受热更均匀，两侧的热对称性更好。如此，激光陀螺仪100内部的气体活跃度更接近，各元件的膨胀度也更接近，有助于提升上述激光陀螺仪100的精度。
43.此外，由于两侧均匀受热，故激光陀螺仪100性能稳定的速度快，无需较长时间的运行预热即可达到运行状态。而且，还消除了因不均匀受热对中心抖轮等其他零部件造成的局部膨胀而带来的精度受损、老化等问题。
44.阴极150呈球形。由于上述激光陀螺仪100中采用了两个阴极150，故在体积相同的前提下，两个阴极150相较于单阴极具有更大的表面积有两个球面的阴极。因此，在保证使用寿命及持久性的前提下，阴极150所占的体积相较于传统可显著减小。可见，本实施例中的双阴极结构还有利于实现激光陀螺仪100的产品小型化及轻量化。
45.在本实施例中，激光腔体110的对称轴穿过阳极140。如此，激光陀螺仪100的对称性及均匀性可得到进一步的提升。
46.在正电荷流向负电荷的过程中，会在中间的储气孔101会形成电弧。由于电弧的是不稳定的，会受放电、震动因素的影响。一旦运动突然的抖动或者受到冲击载荷，电弧便会发生很大的跳动，并可能漂移到光学镜片(反射镜片(图未示)及半透明镜片)上并造成损伤，进而影响激光陀螺仪100的寿命及可靠性。
47.为了解决这一问题，激光腔体110内还形成有过渡孔103。其中，毛细管102与储气孔101由过渡孔103连通，过渡孔103的内径大于毛细管102的内径并小于储气孔101的内径。
48.过渡孔103可以呈圆形、方形等形状。在通电后，所产生的正负电荷不仅会存储于储气孔101内，也会扩散至过渡孔103内。电弧产生后，电弧可以延伸至过渡孔103内。因此，电弧的长度会被拉长，而漂移的距离却显著缩短。如此，即使产生剧烈的震动或冲击，产生的电弧也不会漂移到光学镜片上去，从而避免了对光学镜片造成损伤，上述激光陀螺仪100的寿命及可靠性得到显著提升。
49.而且，在增加过渡孔103后，激光腔体110内化抛加工容易，更增加了腔内的储气
量，故有益于延长激光陀螺仪100的寿命。
50.在本实施例中，过渡孔103呈圆柱形并与相连通的毛细管102的延伸方向一致。当毛细管102与储气孔101直接相连时，结合处的位置是一个锐角，且由于激光腔体110一般为玻璃材质，比较脆，故特别容易产生崩边和隐性裂纹。而如此设置过渡孔103后，可使原锐角位置变成了一个钝角，从而避免降低了产生崩边和裂纹的风险，进而降低了生产加工难度，提高了产品合格率。
51.在本实施例中，每个储气孔101的两侧分别连接一个过渡孔103，且两个过渡孔103相对于储气孔101的轴线呈轴对称分布。
52.一方面，储气孔101两侧对称设置的储气孔101能够进一步提升激光陀螺仪100的对称性及均匀性；另一方面，储气孔101两侧对称设置的储气孔101，更有利于储气孔101内的电弧展开，从而能够进一步拉长电弧的长度，避免电弧漂移到光学镜片的位置。
53.由于激光腔体110的加工难以避免的存在误差，故激光腔体110并非严格的正方形或正三角形，从而使得所形成的闭合光路也并非严格的对称。因此，实际工作过程中需要对反射镜片120的位置进行微调，以保证闭合光路的对称性。
54.在本实施例中，激光陀螺仪100还包括设于激光腔体110的微调装置160，微调装置160能够驱使反射镜片120沿轴向移动。微调装置160通过驱使反射镜片120沿轴向移动，可改变闭合光路的路径，并最终使变闭合光路的对称性符合需求。
55.具体的，反射镜片120一般通过外圆筒170安装于激光腔体110上。其中，外圆筒170可固定于激光腔体110或与激光腔体110一体成型。反射镜片120可滑动地安装于外圆筒170内，并与外圆筒170同轴设置。而且，外圆筒170的端面平行于反射镜片120的表面。反射镜片120沿外圆筒170的轴向移动，便可对变闭合光路的路径进行调节。
56.请一并参阅图3及图4，在本实施例中，微调装置160包括卡盘161、环形安装板162及侧壁163。其中：
57.卡盘161、环形安装板162及侧壁163一般为一体成型的结构，其材质可以是塑料或金属。卡盘161呈平板状或具有一定弧度的碗状，卡盘161能够沿轴向拱起或凹进。也就是说，卡盘161能够发生可回复的形变。因此，若卡盘161由金属成型，则一般为金属薄壁件，以保证其具有发生形变的能力。
58.微调装置160通电可实现沿轴向拱起或凹进。具体的，卡盘161设有压电陶瓷(图未示)。压电陶瓷可实现电能与机械能的转化，给压电陶瓷通电时，压电陶瓷可发生翘曲。因此，压电陶瓷通电能够驱使卡盘161沿轴向拱起或凹进。显然，卡盘161也可通过设置线圈、磁铁等元件，从而实现通电后沿轴向拱起或凹进。
59.环形安装板162与卡盘161同轴设置并沿卡盘161的轴向与卡盘161间隔设置。而且，环形安装板162的表面与卡盘161的轴向垂直侧壁163连接环形安装板162与卡盘161。侧壁163整体呈圆筒状。其中，环形安装板162的表面贴设于外圆筒170的端面并与反射镜片120同轴设置，卡盘161的中心与反射镜片120连接。
60.环形安装板162的表面与外圆筒170的端面可通过胶水粘接。卡盘161的中心指的是卡盘161的轴线穿过的位置。因此，当卡盘161沿轴向拱起或凹进时，其中心便能推动或牵引反射镜片120，并使反射镜片120实现沿轴向移动。环形安装板162的延伸方向与外圆筒170端面一致。具体在本实施例中，卡盘161呈圆盘形，环形安装板162呈圆环形，以更好地与
外圆筒170匹配。
61.环形安装板162的表面与外圆筒170的端面贴合，实现微调装置160的安装。可见，微调装置160与外圆筒170的接触面积较大，故安装更稳定、激光陀螺仪100的稳定性更高。而且，环形安装板162及侧壁163沿轴向及径向均具有较高的支撑强度。因此，在冲击激烈的场景下，微调装置100也不易发生位移及变形，从而提升激光陀螺仪100的抗冲击性能。
62.而且，由于环形安装板162及侧壁163均不易变形，故不会因形变而吸收过多的能量。因此，在同等输出功率的前提下，卡盘161中心的形变量更大。也就是说，输出功率一定的情况下，微调装置160可以调节更大的范围，从而可用更小的力去进行微调。
63.进一步的，将环形安装板162的表面贴于外圆筒170的端面即可实现安装，故安装方便。而且，环形安装板162及侧壁163在使用过程中便不会频繁反生形变。因此，可有效地避免材料出现疲劳，从而延长使用寿命。
64.此外，环形安装板162与外圆筒170配合，可保证反射镜片120与卡盘161的轴线垂直。进一步的，由于环形安装板162与卡盘161同轴设置，故卡盘161也与反射镜片120同轴设置。由此可见，能够保证卡盘161与反射镜片120之间的平行度及同轴度。当卡盘161拱起或凹进时，其中心将会驱动反射镜片120沿轴向移动。由于两者之间的平行度及同轴度较高，故调节精度也更高。
65.进一步的，在本实施例中，卡盘161的中心设有沿卡盘161的轴向延伸的凸柱1611，凸柱1611与反射镜片120连接。
66.具体的，凸柱1611与卡盘161一体成型，并可通过胶水与反射镜片120粘接。凸柱1611由于突出于卡盘161的中心，故能使得卡盘161与反射镜片120连接更可靠。
67.进一步的，在本实施例中，侧壁163沿侧壁163的延伸方向开设有多个间隔设置的腰形孔1631。
68.腰形孔1631有利于减轻微调装置160的重量，进而有助于减轻整个激光陀螺仪100的重量。成型时，腰型孔1631只需要用铣刀铣削即可，加工成本低、成品率高。
69.上述激光陀螺仪100，在阳极140和阴极150通电后，所产生的正负电荷不仅会存储于储气孔101内，也会扩散至过渡孔103内。电弧产生后，电弧可以延伸至过渡孔103内。因此，电弧的长度会被拉长，而漂移的距离却显著缩短。如此，即使产生剧烈的震动或冲击，产生的电弧也不会漂移到光学镜片上去，从而避免了对光学镜片造成损伤。因此，上述激光陀螺仪100的可靠性得到显著提升。
70.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
71.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。