一種抑制光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光纖陀螺【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種抑制光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備方法。本發(fā)明的方法包括以下步驟：在環(huán)圈骨架的上、下子區(qū)采用四極對(duì)稱法各纏繞一根保偏光纖形成兩個(gè)光纖環(huán)；上子區(qū)光纖環(huán)的層數(shù)和每層光纖匝數(shù)與下子區(qū)光纖環(huán)一致；從環(huán)圈骨架軸向觀察，兩個(gè)光纖環(huán)敏感軸方向相反；固化光纖環(huán)；調(diào)整兩個(gè)光纖環(huán)各自構(gòu)成的陀螺溫度漂移，使其大小相等、方向相反。本發(fā)明抑制了現(xiàn)有技術(shù)中溫度對(duì)陀螺性能的不利影響，減小了溫變環(huán)境下陀螺的零位漂移，提高了陀螺精度和工程化應(yīng)用水平。
【專利說明】一種抑制光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖陀螺【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種抑制光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖傳感環(huán)圈是光纖陀螺中利用薩格奈克機(jī)制工作，敏感旋轉(zhuǎn)角增量的核心部件，由于光纖本身是一種非常靈敏的傳感器，它對(duì)溫度、磁場(chǎng)、應(yīng)力等作用因素都極為敏感，因此光纖傳感環(huán)圈不可避免受到這些因素的影響。一直以來，溫度性能是光纖陀螺研究和工程化應(yīng)用中的重要指標(biāo)，環(huán)境溫度會(huì)直接和間接誘導(dǎo)產(chǎn)生附加相位誤差，與旋轉(zhuǎn)引入的相位差疊加起來無法區(qū)分，從而造成光纖陀螺的零位誤差，而對(duì)溫度誤差貢獻(xiàn)最大的即為光纖傳感環(huán)圈。
[0003]目前，普遍采用四極對(duì)稱的方法纏繞光纖環(huán)圈，在《光纖陀螺敏感環(huán)圈的溫度漂移特性機(jī)繞圈技術(shù)研究》中(中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào)，1998年06期)詳盡論述了四極對(duì)稱繞法及其優(yōu)點(diǎn)，極大抑制了環(huán)圈中因溫度引起的非互易相位誤差，但是無法完全消除空間溫度梯度引發(fā)的shupe效應(yīng)誤差。為了進(jìn)一步抑制溫度效應(yīng)，交叉式四極對(duì)稱繞法被提出來(美國專利5465150)，環(huán)圈整體被劃分為若干個(gè)滿足四極對(duì)稱要求的纏繞子區(qū)，相鄰子區(qū)之間中點(diǎn)左右兩側(cè)光纖的纏繞順序相反，以此克服環(huán)圈內(nèi)部的空間溫度梯度影響，然而，由于纏繞水平的限制，這種繞法仍然不能有效抑制溫度shupe效應(yīng)誤差。
[0004]傳感環(huán)圈主要由骨架、保偏光纖和固化膠構(gòu)成，環(huán)圈骨架支撐纏繞光纖層并由固化膠固定成為整體，提高環(huán)圈機(jī)械強(qiáng)度。根據(jù)不同的機(jī)械強(qiáng)度、熱參數(shù)和重量要求，骨架通?？梢圆捎娩X合金或者鈦合金材料，但是這些材料都具有一定的熱膨脹系數(shù)，無法與光纖及固化膠完美匹配，并且由于光纖在一定的張力下纏繞于骨架表面，如果受到骨架熱膨脹應(yīng)力作用，光纖所受張力值增加，光學(xué)性能遭到損害，由此導(dǎo)致環(huán)圈性能下降，此外，光纖層間的纏繞差異、光纖環(huán)整體導(dǎo)熱的快慢影響和四極對(duì)稱本身帶來的光纖長度控制誤差，同樣是損害光纖陀螺溫度性能的主要因素，光纖陀螺在溫變環(huán)境下，特別是惡劣的溫變環(huán)境下，表現(xiàn)出明顯的零位漂移。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題為:提供一種抑制光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備方法，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)方法的不足，抑制溫度對(duì)陀螺性能的不利影響，減小溫變環(huán)境下陀螺的零位漂移，提高陀螺精度和工程化應(yīng)用水平。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述:
[0007]本發(fā)明的一種抑制光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備方法，包括以下步驟:在環(huán)圈骨架的上子區(qū)、下子區(qū)，采用四極對(duì)稱法，各纏繞一根保偏光纖，形成兩個(gè)光纖環(huán)；上子區(qū)光纖環(huán)的層數(shù)和每層內(nèi)光纖的匝數(shù)與下子區(qū)光纖環(huán)一致；從環(huán)圈骨架的軸向觀察，兩個(gè)光纖環(huán)的敏感軸方向相反；固化光纖環(huán)，拆除環(huán)形骨架；調(diào)整兩個(gè)光纖環(huán)各自構(gòu)成的陀螺溫度漂移，使其大小相等、方向相反。
[0008]作為優(yōu)選方案，本發(fā)明的方法包括以下步驟:
[0009]步驟I
[0010]清洗設(shè)有上下分區(qū)擋板的環(huán)圈骨架；
[0011]步驟2
[0012]對(duì)環(huán)圈骨架和兩根相同長度的保偏光纖加熱除潮處理；
[0013]步驟3
[0014]在環(huán)圈骨架的上子區(qū)、下子區(qū)，采用四極對(duì)稱法，各纏繞一根保偏光纖，形成兩個(gè)光纖環(huán)；上子區(qū)光纖環(huán)的層數(shù)和每層內(nèi)光纖的匝數(shù)與下子區(qū)光纖環(huán)一致；從環(huán)圈骨架的軸向觀察，兩個(gè)光纖環(huán)的敏感軸方向相反；
[0015]步驟4
[0016]對(duì)光纖環(huán)進(jìn)行灌封，填充固化膠粘劑于光纖環(huán)的空隙中，然后進(jìn)行溫度環(huán)境固化工藝操作；拆除環(huán)形骨架上下兩個(gè)子區(qū)的光纖環(huán)預(yù)留一定長度的光纖尾纖；
[0017]步驟5
[0018]通過調(diào)整兩個(gè)光纖環(huán)的尾纖長度以調(diào)整其構(gòu)成的陀螺溫度漂移，使兩個(gè)光纖環(huán)各自構(gòu)成的陀螺溫度漂移大小相等、方向相反。
[0019]步驟2中，加熱溫度為60?100°C，優(yōu)選為80°C，保溫時(shí)間為5?20小時(shí)，優(yōu)選為5小時(shí)；步驟4中，固化溫度為50?60°C，固化時(shí)間為20h，上、下兩個(gè)子區(qū)保偏光纖預(yù)留光纖尾纖長度大于2米。
[0020]步驟3具體包括以下步驟:
[0021]采用其中一根保偏光纖，進(jìn)行環(huán)圈骨架上子區(qū)的光纖纏繞:上子區(qū)光纖纏繞的起始點(diǎn)位于整個(gè)環(huán)圈骨架的上邊緣，按照四極對(duì)稱法纏繞保偏光纖:順時(shí)針方向纏繞中點(diǎn)一側(cè)的光纖，自上而下纏繞至環(huán)圈骨架中部擋板處停止，形成第一光纖層；然后中點(diǎn)另一側(cè)的光纖按照逆時(shí)針方向纏繞，自上而下纏繞至擋板處，形成第二光纖層；繼續(xù)自下而上逆時(shí)針纏繞逆時(shí)針方向的光纖至上邊緣工裝處停止，形成第三光纖層；啟動(dòng)順時(shí)針方向纏繞的光纖自下而上順時(shí)針纏繞至上邊緣工裝，完成上子區(qū)的第四層光纖纏繞，由此完成一個(gè)四極對(duì)稱周期的纏繞，之后依此方法完成整根光纖的四極對(duì)稱纏繞；
[0022]取剩余的一根光纖，進(jìn)行環(huán)圈骨架下子區(qū)的光纖纏繞:下子區(qū)光纖纏繞的起始點(diǎn)位于整個(gè)環(huán)圈骨架的下邊緣，按照四極對(duì)稱法纏繞保偏光纖:順時(shí)針方向纏繞中點(diǎn)一側(cè)的光纖，自下而上纏繞至環(huán)圈骨架中部擋板處停止，形成第一光纖層；然后中點(diǎn)另一側(cè)的光纖按照逆時(shí)針方向纏繞，自下而上纏繞至擋板處，形成第二光纖層；繼續(xù)自上而下逆時(shí)針纏繞逆時(shí)針方向的光纖至下邊緣工裝處停止，形成第三光纖層；啟動(dòng)順時(shí)針方向纏繞的光纖自上而下順時(shí)針纏繞至下邊緣工裝，完成下子區(qū)的第四層光纖纏繞，由此完成一個(gè)四極對(duì)稱周期的纏繞，之后依此方法完成整根光纖的四極對(duì)稱纏繞。
[0023]步驟5具體包括以下步驟:
[0024]采用兩套一致性相同的光學(xué)器件，按照相同裝配工藝，將上下兩個(gè)光纖環(huán)分別連接成為陀螺敏感光路；通過調(diào)整兩個(gè)光纖環(huán)尾纖的長度，使上下兩個(gè)光纖環(huán)構(gòu)成的陀螺溫度漂移大小相等，方向相反。
[0025]本發(fā)明的有益效果為:
[0026]本發(fā)明的一種抑制光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備方法，在一個(gè)骨架上完成兩個(gè)獨(dú)立光纖線圈的四極對(duì)稱纏繞，抑制溫度引起的shupe相位誤差，提高陀螺的溫度性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的抑制光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為環(huán)圈骨架俯視圖。
[0029]圖中，1-環(huán)圈骨架，2-擋板，3-保偏光纖，4-上環(huán)起繞點(diǎn)，5-下環(huán)起繞點(diǎn)，6_上環(huán)的順/逆時(shí)針出纖，7-下環(huán)的順/逆時(shí)針出纖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的抑制光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0031]本發(fā)明的抑制光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備方法，包括以下步驟:
[0032]步驟I
[0033]采用有機(jī)溶劑清洗設(shè)有上下分區(qū)擋板2的環(huán)圈骨架1，去除環(huán)圈骨架I纏繞面上的附著物和污染物。
[0034]步驟2
[0035]將環(huán)圈骨架I和兩根相同長度的保偏光纖3放入高溫實(shí)驗(yàn)箱中加熱至60?100°C，保溫5?20小時(shí)進(jìn)行除潮，去除材料表面的水汽，避免影響固化膠固化。本實(shí)施例中，加熱溫度為80°C，保溫時(shí)間為5小時(shí)。
[0036]步驟3
[0037]從高溫實(shí)驗(yàn)箱中取出除潮后的環(huán)圈骨架I和兩根保偏光纖3。
[0038]安裝繞線工裝，采用其中一根保偏光纖3，進(jìn)行環(huán)圈骨架I上子區(qū)的光纖纏繞:上子區(qū)光纖纏繞的起始點(diǎn)位于整個(gè)環(huán)圈骨架I的上邊緣，按照四極對(duì)稱法纏繞保偏光纖3:順時(shí)針方向纏繞中點(diǎn)一側(cè)的光纖，自上而下纏繞至環(huán)圈骨架I中部擋板2處停止，形成第一光纖層；然后中點(diǎn)另一側(cè)的光纖按照逆時(shí)針方向纏繞，自上而下纏繞至擋板2處，形成第二光纖層；繼續(xù)自下而上逆時(shí)針纏繞逆時(shí)針方向的光纖至上邊緣工裝處停止，形成第三光纖層；啟動(dòng)順時(shí)針方向纏繞的光纖自下而上順時(shí)針纏繞至上邊緣工裝，完成上子區(qū)的第四層光纖纏繞，由此完成一個(gè)四極對(duì)稱周期的纏繞，之后依此方法完成整根光纖的四極對(duì)稱纏繞。
[0039]取剩余的一根光纖，進(jìn)行環(huán)圈骨架I下子區(qū)的光纖纏繞:下子區(qū)光纖纏繞的起始點(diǎn)位于整個(gè)環(huán)圈骨架I的下邊緣，按照四極對(duì)稱法纏繞保偏光纖3:順時(shí)針方向纏繞中點(diǎn)一側(cè)的光纖，自下而上纏繞至環(huán)圈骨架I中部擋板2處停止，形成第一光纖層；然后中點(diǎn)另一側(cè)的光纖按照逆時(shí)針方向纏繞，自下而上纏繞至擋板2處，形成第二光纖層；繼續(xù)自上而下逆時(shí)針纏繞逆時(shí)針方向的光纖至下邊緣工裝處停止，形成第三光纖層；啟動(dòng)順時(shí)針方向纏繞的光纖自上而下順時(shí)針纏繞至下邊緣工裝，完成下子區(qū)的第四層光纖纏繞，由此完成一個(gè)四極對(duì)稱周期的纏繞，之后依此方法完成整根光纖的四極對(duì)稱纏繞。
[0040]環(huán)圈骨架I纏繞兩根保偏光纖3后，形成光纖環(huán)。
[0041]在纏繞上、下子區(qū)兩根獨(dú)立的保偏光纖3時(shí)，應(yīng)控制上下兩個(gè)子區(qū)內(nèi)光纖的層數(shù)和每層內(nèi)光纖的匝數(shù)一致，從而保證光纖的總長度盡量相同。兩根保偏光纖3不同之處在于:從環(huán)圈骨架I的軸向觀察，兩個(gè)光纖線圈的敏感軸方向是相反的。
[0042]步驟4
[0043]對(duì)光纖環(huán)進(jìn)行灌封，填充固化膠粘劑于光纖環(huán)的空隙中，然后進(jìn)行溫度環(huán)境固化工藝操作，固化溫度為50?60°C，固化時(shí)間為20h。
[0044]光纖環(huán)固化為一個(gè)整體，而后對(duì)環(huán)圈骨架I進(jìn)行工裝拆卸，完成上下兩個(gè)光纖環(huán)圈制作，上下兩個(gè)子區(qū)保偏光纖3預(yù)留長度不小于2米的光纖尾纖。
[0045]步驟5
[0046]采用兩套一致性相同的光學(xué)器件(包括探測(cè)器、耦合器、Y波導(dǎo))，按照相同裝配工藝，將上下兩個(gè)光纖線圈分別連接成為陀螺敏感光路。通過光學(xué)器件將光纖線圈連接成為陀螺敏感光路的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
[0047]由于上下兩個(gè)光纖線圈的長度和制作工藝基本一致，可通過調(diào)整兩個(gè)光纖線圈尾纖的長度，使上下兩個(gè)光纖線圈構(gòu)成的陀螺溫度漂移大小盡量相等，且規(guī)律性基本一致，但溫度漂移方向相反。
[0048]步驟6
[0049]兩個(gè)陀螺敏感光路敏感到的陀螺角速率，傳輸至陀螺處理電路；在陀螺處理電路中，將兩個(gè)敏感角速率進(jìn)行平均處理后，上下兩個(gè)光纖線圈產(chǎn)生的溫度漂移可以相互抵消，從而能夠最大限度抑制溫度shupe相位誤差。
[0050]一種用于抑制光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備方法的環(huán)圈骨架1，其整體呈上下端面開放的中空?qǐng)A柱形，環(huán)圈骨架I外側(cè)壁豎直方向的中部設(shè)有水平伸出的片狀擋板2，將環(huán)圈骨架I分為上、下兩個(gè)子區(qū)。
[0051]本實(shí)施例中，所述環(huán)圈骨架I采用招合金或鈦合金；環(huán)圈骨架I直徑為10mm ;片狀擋板2的數(shù)量?jī)?yōu)選為8個(gè)，其沿圓周方向均勻分布在環(huán)圈骨架I外側(cè)壁中部，擋板2的寬度與擋板2間距比例優(yōu)選為1:1，擋板2的高度應(yīng)大于環(huán)圈骨架I纏繞的保偏光纖3厚度，優(yōu)選高出2?5mm。
【權(quán)利要求】
1.一種抑制光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 在環(huán)圈骨架(I)的上子區(qū)、下子區(qū)，采用四極對(duì)稱法，各纏繞一根保偏光纖(3)，形成兩個(gè)光纖環(huán)；上子區(qū)光纖環(huán)的層數(shù)和每層內(nèi)光纖的匝數(shù)與下子區(qū)光纖環(huán)一致；從環(huán)圈骨架(I)的軸向觀察，兩個(gè)光纖環(huán)的敏感軸方向相反； 固化光纖環(huán)，拆除環(huán)形骨架； 調(diào)整兩個(gè)光纖環(huán)各自構(gòu)成的陀螺溫度漂移，使其大小相等、方向相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟I 清洗設(shè)有上下分區(qū)擋板(2)的環(huán)圈骨架(I)； 步驟2 對(duì)環(huán)圈骨架⑴和兩根相同長度的保偏光纖⑶加熱除潮處理； 步驟3在環(huán)圈骨架(I)的上子區(qū)、下子區(qū)，采用四極對(duì)稱法，各纏繞一根保偏光纖(3)，形成兩個(gè)光纖環(huán)；上子區(qū)光纖環(huán)的層數(shù)和每層內(nèi)光纖的匝數(shù)與下子區(qū)光纖環(huán)一致；從環(huán)圈骨架(I)的軸向觀察，兩個(gè)光纖環(huán)的敏感軸方向相反； 步驟4 對(duì)光纖環(huán)進(jìn)行灌封，填充固化膠粘劑于光纖環(huán)的空隙中，然后進(jìn)行溫度環(huán)境固化工藝操作；拆除環(huán)形骨架上下兩個(gè)子區(qū)的光纖環(huán)預(yù)留一定長度的光纖尾纖； 步驟5 通過調(diào)整兩個(gè)光纖環(huán)的尾纖長度以調(diào)整其構(gòu)成的陀螺溫度漂移，使兩個(gè)光纖環(huán)各自構(gòu)成的陀螺溫度漂移大小相等、方向相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抑制光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備方法，其特征在于:步驟2中，加熱溫度為60?100°C，保溫時(shí)間為5?20小時(shí)；步驟4中，固化溫度為50?60°C，固化時(shí)間為20h，上、下兩個(gè)子區(qū)保偏光纖(3)預(yù)留光纖尾纖長度大于2米。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抑制光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備方法，其特征在于:步驟2中，加熱溫度為80°C，保溫時(shí)間為5小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抑制光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備方法，其特征在于:步驟3具體包括以下步驟: 采用其中一根保偏光纖(3)，進(jìn)行環(huán)圈骨架(I)上子區(qū)的光纖纏繞:上子區(qū)光纖纏繞的起始點(diǎn)位于整個(gè)環(huán)圈骨架(I)的上邊緣，按照四極對(duì)稱法纏繞保偏光纖(3):順時(shí)針方向纏繞中點(diǎn)一側(cè)的光纖，自上而下纏繞至環(huán)圈骨架(I)中部擋板(2)處停止，形成第一光纖層；然后中點(diǎn)另一側(cè)的光纖按照逆時(shí)針方向纏繞，自上而下纏繞至擋板(2)處，形成第二光纖層；繼續(xù)自下而上逆時(shí)針纏繞逆時(shí)針方向的光纖至上邊緣工裝處停止，形成第三光纖層；啟動(dòng)順時(shí)針方向纏繞的光纖自下而上順時(shí)針纏繞至上邊緣工裝，完成上子區(qū)的第四層光纖纏繞，由此完成一個(gè)四極對(duì)稱周期的纏繞，之后依此方法完成整根光纖的四極對(duì)稱纏繞；取剩余的一根光纖，進(jìn)行環(huán)圈骨架(I)下子區(qū)的光纖纏繞:下子區(qū)光纖纏繞的起始點(diǎn)位于整個(gè)環(huán)圈骨架(I)的下邊緣，按照四極對(duì)稱法纏繞保偏光纖(3):順時(shí)針方向纏繞中點(diǎn)一側(cè)的光纖，自下而上纏繞至環(huán)圈骨架(I)中部擋板(2)處停止，形成第一光纖層；然后中點(diǎn)另一側(cè)的光纖按照逆時(shí)針方向纏繞，自下而上纏繞至擋板(2)處，形成第二光纖層；繼續(xù)自上而下逆時(shí)針纏繞逆時(shí)針方向的光纖至下邊緣工裝處停止，形成第三光纖層；啟動(dòng)順時(shí)針方向纏繞的光纖自上而下順時(shí)針纏繞至下邊緣工裝，完成下子區(qū)的第四層光纖纏繞，由此完成一個(gè)四極對(duì)稱周期的纏繞，之后依此方法完成整根光纖的四極對(duì)稱纏繞。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的抑制光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備方法，其特征在于:步驟5具體包括以下步驟: 采用兩套一致性相同的光學(xué)器件，按照相同裝配工藝，將上下兩個(gè)光纖環(huán)分別連接成為陀螺敏感光路；通過調(diào)整兩個(gè)光纖環(huán)尾纖的長度，使上下兩個(gè)光纖環(huán)構(gòu)成的陀螺溫度漂移大小相等，方向相反。
【文檔編號(hào)】G01C25/00GK104251710SQ201310267971
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月28日
【發(fā)明者】畢聰志, 吳衍記, 孫國飛, 張麗哲, 徐廣海, 于懷勇 申請(qǐng)人:北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所