專利名稱：高效磁屏蔽體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)一形成可傳導(dǎo)光的電磁能的閉合回路的主體(body)進(jìn)行磁屏蔽。形成這類閉合回路的主體一般包括光陀螺，例如光纖陀螺和環(huán)形激光陀螺。光纖陀螺中的回路一般由光纖傳感線圈形成。環(huán)形激光陀螺中的回路可由布置成多邊形的多個(gè)直線形增益孔和設(shè)置在孔中關(guān)鍵位置上的反射器形成。因此，回路未必呈圓環(huán)，也可呈其他曲線形或多邊形；但在光陀螺技術(shù)中，把所有這些回路統(tǒng)稱為環(huán)形回路。因此，下述討論中的“環(huán)”或“環(huán)形”的意義并不限于圓形。
現(xiàn)有技術(shù)用于慣性傳感的光纖陀螺之類的光陀螺的一個(gè)關(guān)鍵的性能參數(shù)是對(duì)磁場(chǎng)偏移靈敏度。磁通量的來源包括地球磁場(chǎng)、電器機(jī)械等等。對(duì)使用在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的光纖陀螺來說，可容許的磁場(chǎng)偏移靈敏度為0.001-0.0001deg/hr/gauss。一未經(jīng)屏蔽的陀螺的固有靈敏度約為1deg/hr/gauss。光纖的自然扭曲行為造出在線圈周圍傳播的光的極化狀態(tài)相對(duì)于所加磁場(chǎng)的空間分布不佳，從而造成陀螺的這一固有靈敏度。減小磁場(chǎng)偏移靈敏度的最有效方法是用一磁屏蔽構(gòu)件套住該線圈來減小該局部磁場(chǎng)的大小。
光纖陀螺傳感線圈通常卷繞在該陀螺中的一線圈管上。線圈管的材料一般使用鋁、硅玻璃和鈦。一般用套住該線圈的一大致為圓柱形的高磁導(dǎo)率材料盒進(jìn)行磁屏蔽。用這一方法磁場(chǎng)實(shí)際上只能減小約100-300倍，所減小的倍數(shù)視該盒的直徑、高度、壁厚和磁導(dǎo)率以及所加的磁場(chǎng)的方向而定。
線圈管材料的選擇在環(huán)境溫度變化時(shí)也會(huì)影響光纖陀螺的偏移。如果線圈管的熱膨脹系數(shù)與線圈組件不同，光纖就會(huì)受到應(yīng)力，從而造成陀螺偏移的變動(dòng)。線圈管使用包括鋁在內(nèi)的現(xiàn)有材料時(shí)就會(huì)發(fā)生這種情況。
本發(fā)明概述本發(fā)明即是要成功地解決上述和其他問題。簡(jiǎn)單來說，把光纖線圈緊緊封閉在其形狀與線圈相符的一鐵磁材料盒中。為了緊緊封閉，該盒的一部分伸展在該形成回路的構(gòu)件的中心孔中。例如，對(duì)一線圈來說，該盒包括一用來支撐線圈的線圈管本身和一固定在該線圈管上的蓋。該線圈管和該蓋都用高磁導(dǎo)率材料制成，該蓋套在該光纖線圈外并裝在該線圈管上。因此，該盒的形狀與該線圈或回路的形狀相同；對(duì)現(xiàn)有螺旋管形線圈來說，包括線圈管在內(nèi)的該盒呈同樣的空心螺旋管形。
此外，線圈管所使用的材料的熱膨脹系數(shù)與線圈組件的熱膨脹系數(shù)相配，以便減小作用在光纖上的應(yīng)力。
一大致呈圓柱形的外部屏蔽體可套在該內(nèi)部螺旋管形屏蔽體的外部，這兩個(gè)屏蔽體用一層低磁導(dǎo)率材料、例如一層低磁導(dǎo)率不銹鋼或鋁隔開。
上述結(jié)構(gòu)有若干優(yōu)點(diǎn)。比方說在一光纖線圈上生成一被緊緊包住、受屏蔽的光路，且便于制造。屏蔽效率提高，對(duì)線圈來說，該磁屏蔽線圈管既用來支撐線圈，又用作磁屏蔽體。
從下述結(jié)合附圖對(duì)例示性實(shí)施例的說明中可清楚看出本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)并更充分理解本發(fā)明。
附圖的簡(jiǎn)要說明

圖1為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的立體圖；圖2、2a、2b和2c為本發(fā)明各實(shí)施例的剖面圖，示出一裝在一線圈管上的光纖線圈、一固定在該線圈管上的蓋和該線圈內(nèi)部的一管狀壁，該線圈管、該蓋和該管狀壁用高磁導(dǎo)率材料制成；具體說，圖2為沿圖3中2-2線剖取的圖1和3所示實(shí)施例的剖面圖；具體說，圖2a與圖2的不同之處在于，在圖2a中，線圈與管狀壁之間有非粘合材料；具體說，圖2b同圖2a，只是線圈與管狀壁之間有一間隙；具體說，圖2c與圖2、2a和2b的不同之處在于，管狀壁固定在該蓋上，而在其他附圖中，管狀壁固定在線圈管上；圖3為沿圖2中3-3線剖取的圖3實(shí)施例的剖面圖；圖4同圖2，但還有一高磁導(dǎo)率材料外殼，進(jìn)一步進(jìn)行磁屏蔽。
詳細(xì)說明從圖1-3可見，一光纖陀螺組件10、10a、10b和10c構(gòu)成一用來磁屏蔽一光纖陀螺線圈14的殼體或盒。每一組件10、10a、10b和10c包括一線圈管12或12’、一光纖線圈14和一蓋16或16’。線圈14為公知結(jié)構(gòu)的光纖繞組。線圈管12、12’和蓋16、16’都用高相對(duì)磁導(dǎo)率(μ/μ0)的鐵磁材料制成。優(yōu)選的高磁導(dǎo)率材料包括Carpenter High Permeability“49”和Carpenter HyMu“49”(Carpenter Technology Corporation的商標(biāo))合金，其組成分別為48％鎳-鐵合金和非取向80％鎳-鐵-鉬合金。此外，線圈管12、12’所使用材料的熱膨脹系數(shù)與線圈組件的熱膨脹系數(shù)相配，以便減小作用在光纖上的應(yīng)力。
線圈管12、12’包括其上有一中心孔20、20’的底板18、18’。在圖2、2a和2b中，一管狀壁22從底板18垂直向上伸展?？?0供安裝螺栓或其他支撐件穿過，以便把組件10、10a和10b安裝到一支撐結(jié)構(gòu)上。線圈14用普通成分的合適粘合劑粘接到底板18上。
在圖2c中，管狀壁22’從蓋16’、而不是從底板伸出；圖2、2a和2b與圖2c的結(jié)構(gòu)在其他方面均相同。
需要時(shí)，如圖2a所示，所示管狀壁22與線圈14之間可設(shè)置非粘合材料23。這類非粘合材料的特征是摩擦系數(shù)很低，其理由可見用作本專利參考材料的專利No.5,545,892。簡(jiǎn)單來說，線圈的線圈管包括一平面狀安裝凸緣和一中心軸。該線圈可直接卷繞在該軸上。由于該軸的表面與線圈的內(nèi)層大致不粘合，因此線圈橫裝到安裝凸緣的平面上而在該方向上不受限制。從而線圈隨著溫度上升可軸向膨脹，不生成陀螺偏移誤差。
或者，如圖2b所示，管狀壁22與線圈14之間也可有間隙25。使用間隙25的理由可見用作本專利參考材料的專利申請(qǐng)SerialNo.08/526,725。
當(dāng)屏蔽要求極高時(shí)，如圖4所示，一也用高磁導(dǎo)率鐵磁材料制成的外殼28套在組件10外。底板18與外殼28之間有一用任何合適方向粘接其上的低磁導(dǎo)率材料墊圈30把線圈管12與外殼28隔開，以便防止其間發(fā)生磁耦合。用來進(jìn)一步屏蔽線圈的磁屏蔽外殼28(圓柱形對(duì)稱于陀螺的輸入軸線)可用Carpenter High Permeability“49”和Carpenter HyMu“49”之類材料制成。
盡管以上結(jié)合特殊實(shí)施例說明了本發(fā)明，但應(yīng)指出，可在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)作出種種改動(dòng)和修正。
權(quán)利要求
1.一光陀螺中的一種磁屏蔽體，包括一主體，該主體形成一可傳導(dǎo)光的電磁能的閉合回路，它包括一由該回路圍繞的內(nèi)部孔；以及一盒，該盒用高相對(duì)磁導(dǎo)率材料(μ/μ0)制成，它圍繞所述主體并伸入所述內(nèi)部孔中。
2.按權(quán)利要求1所述的屏蔽體，其特征在于，所述主體包括繞制成環(huán)形結(jié)構(gòu)的光纖。
3.按權(quán)利要求1所述的屏蔽體，其特征在于，所述主體包括一環(huán)形激光陀螺。
4.按權(quán)利要求1所述的屏蔽體，其特征在于所述盒包括一線圈管，該線圈管用高相對(duì)磁導(dǎo)率(μ/μ0)鐵磁材料制成，該線圈管包括一有一中心孔的底板，一蓋，該蓋用高相對(duì)磁導(dǎo)率(μ/μ0)鐵磁材料制成，用來蓋住該線圈管，以及一管狀壁，該管狀壁垂直伸展在所述底板與所述蓋之間而與所述線圈管和所述蓋一起構(gòu)成一環(huán)形盒；以及所述主體包括一位于所述盒中、套在所述管狀壁上、從而由所述高磁導(dǎo)率材料封閉的光纖線圈。
5.按權(quán)利要求4所述的屏蔽體，其特征在于，所述線圈由一線圈組件構(gòu)成，所述線圈管所使用材料的熱膨脹系數(shù)與所述線圈組件的材料的熱膨脹系數(shù)相配，以便減小作用在所述線圈的光纖上的應(yīng)力。
6.按權(quán)利要求4所述的屏蔽體，其特征在于，所述線圈粘接在所述底板上。
7.按權(quán)利要求4所述的屏蔽體，其特征在于，所述管狀壁與所述線圈相間距。
8.按權(quán)利要求4所述的屏蔽體，其特征在于，所述管狀壁與所述線圈之間有非粘合材料。
9.按權(quán)利要求4所述的屏蔽體，其特征在于，所述管狀壁固定在所述底板上。
10.按權(quán)利要求4所述的屏蔽體，其特征在于，所述管狀壁固定在所述蓋上。
11.一光纖陀螺中的一種磁屏蔽體組件，包括一線圈管，該線圈管用高相對(duì)磁導(dǎo)率(μ/μ0)鐵磁材料制成，該線圈管包括一有一中心孔的底板；一蓋，該蓋用高相對(duì)磁導(dǎo)率(μ/μ0)鐵磁材料制成，用來蓋住該線圈管；一伸展在所述底板與所述蓋之間的管狀壁；所述底板、所述蓋和所述管狀壁構(gòu)成一環(huán)形盒；以及一位于所述盒中、套在所述管狀壁上、從而由所述高磁導(dǎo)率材料封閉的光纖陀螺環(huán)形線圈。
12.按權(quán)利要求11所述的組件，其特征在于，所述線圈由一線圈組件構(gòu)成，所述線圈管所使用材料的熱膨脹系數(shù)與所述線圈組件的材料的熱膨脹系數(shù)相配，以便減小作用在所述線圈的光纖上的應(yīng)力。
13.按權(quán)利要求11所述的組件，其特征在于，所述管狀壁固定在所述線圈管上。
14.按權(quán)利要求11所述的組件，其特征在于，所述管狀壁固定在所述蓋上。
15.按權(quán)利要求11所述的組件，其特征在于，所述管狀壁與所述線圈相間距。
16.按權(quán)利要求11所述的組件，其特征在于，進(jìn)一步包括所述管狀壁與所述線圈之間的非粘合材料。
17.按權(quán)利要求11所述的組件，其特征在于，進(jìn)一步包括一套在所述環(huán)形盒外的高相對(duì)磁導(dǎo)率(μ/μ0)鐵磁材料外殼。
18.一光陀螺中的一種受磁屏蔽的組件，包括一光纖線圈，該線圈有一中心孔；以及一鐵磁材料盒，該盒的形狀與所述線圈相同而封閉所述線圈，它伸入該內(nèi)部孔中。
19.按權(quán)利要求18所述的組件，其特征在于，所述線圈由一線圈組件構(gòu)成，所述線圈管所使用材料的熱膨脹系數(shù)與所述線圈組件的材料的熱膨脹系數(shù)相配，以便減小作用在所述線圈的光纖上的應(yīng)力。
20.按權(quán)利要求18所述的組件，其特征在于，所述盒包括一支撐線圈的線圈管、一固定在該線圈管上的蓋和一伸展在該線圈管與該蓋之間的管狀壁，所述線圈管、所述蓋和所述管狀壁用高磁導(dǎo)率材料制成，所述蓋套在所述光纖線圈外而裝在所述線圈管上，所述管狀壁位于所述線圈的所述內(nèi)部孔中而與所述蓋和所述線圈管磁密封地接觸。
21.在一光陀螺中磁屏蔽一主體的方法，該主體形成一可傳導(dǎo)光的電磁能的閉合回路，它構(gòu)作成包括一由該回路圍成的內(nèi)部孔，該方法包括下列步驟用圍住該主體并伸入該內(nèi)部孔中的導(dǎo)磁材料封閉該主體。
22.按權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，形成該閉合回路的該主體包括一光纖線圈，進(jìn)一步包括下列步驟把該導(dǎo)磁材料做成一緊緊封閉整個(gè)線圈的環(huán)形盒。
23.按權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括下列步驟用一高相對(duì)磁導(dǎo)率(μ/μ0)鐵磁材料外殼套住該主體和該盒。
24.按權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，形成該閉合回路的該主體為一環(huán)形激光陀螺。
25.按權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括下列步驟用一高相對(duì)磁導(dǎo)率(μ/μ0)鐵磁材料外殼套住該主體和該盒。
全文摘要
一種陀螺組件(10),包括一環(huán)形光纖線圈(14)和一形狀與線圈相符、用高磁導(dǎo)率鐵磁材料制成的盒(12、16)。該盒呈與該線圈的形狀相符的環(huán)形,它有一部分(22)伸入該環(huán)形線圈的內(nèi)部孔中。因此,該整個(gè)線圈緊緊封閉在高磁導(dǎo)率材料中。特別是,該盒包括一支撐線圈的線圈管(12)和一固定在該線圈管上的蓋(16)。該線圈管包括一有中心孔(20)的底板(18)和一垂直伸展在該底板上的管狀壁(22)。線圈(14)粘接在底板(18)上。該線圈管和該蓋都用高磁導(dǎo)率材料制成,該蓋套在該光纖線圈外而裝到該線圈管上。該線圈管所使用材料的熱膨脹系數(shù)與該線圈組件的材料的熱膨脹系數(shù)相配,以便減小作用在光纖上的應(yīng)力。另一大致呈圓柱形的外部屏蔽體(28)可套在該內(nèi)部螺旋管形屏蔽體的外部,這兩個(gè)屏蔽體用一層低磁導(dǎo)率材料、例如一層低磁導(dǎo)率不銹鋼或鋁隔開。
文檔編號(hào)G01C19/72GK1198211SQ97190971
公開日1998年11月4日 申請(qǐng)日期1997年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月26日
發(fā)明者約翰·G·馬克, 丹尼爾·A·塔扎特斯, 阿曼多·科多瓦, 阿戈·H·謝爾貝齊安, 埃里克·L·戈倫那 申請(qǐng)人:利頓系統(tǒng)公司