CN103674056B - 一种减小光纤陀螺启动零偏的光纤环绕制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光纤陀螺技术，涉及一种减小光纤陀螺启动零偏的光纤环绕制方法。本发明首先分析光纤陀螺启动过程中电路主板上的热场分布，定位出主板上温度最高点的位置，相应地在该位置附近的光纤环在陀螺启动过程中受到最大的温度梯度影响。陀螺光纤环绕制开始时预先在光纤环骨架上标记出最高温度点对应的位置，绕环开始时的位置与该标记位置错开0°或180°角度，进而实现最大温度梯度点在光纤环上的作用位置沿光纤环中点对称分布，降低陀螺启动零偏，缩短陀螺启动时间。而且对于已经定型的陀螺设计，本发明只需改变光纤环绕制起始点位置，不需要改动原有的陀螺设计，就能够对陀螺的性能进行提升，其操作简单、方便，具有较大的实际应用价值。

Description

一种减小光纤陀螺启动零偏的光纤环绕制方法
技术领域
本发明属于光纤陀螺技术，涉及一种减小光纤陀螺启动零偏的光纤环绕制方法。
背景技术
光纤陀螺中的主要器件光纤环易受外界热场影响，并造成零偏的漂移，称为Shupe效应，也称为陀螺的热致零偏。通常的陀螺结构中，光纤环内部通常都包含光源、探测器、主板等器件，因此在陀螺启动过程中，由于上述内部元件发热，在光纤环中形成变化的温度梯度分布，引起陀螺在启动过程中零偏的变化，称为陀螺的启动零偏。目前解决这一问题的主要技术手段是采用四级对称绕法绕制光纤环，通过使热场在整个敏感光纤上沿光纤中点对称分布，来抑制热致零偏。
通过实验分析发现，在陀螺的启动过程中，最主要的发热器件是陀螺的主板，尤其是主板上的功率元件。在主板设计时，各元件的排布首先是考虑电磁兼容性的问题，即模拟电路元件和数字电路元件之间、数字芯片之间的电磁串扰，因此功率元件通常都会被排布在主板的边缘。这就造成陀螺启动时，主板上局部位置的热量迅速上升，并且这一热场并不是在整个光纤环层上均匀分布，因此该情况使得光纤环在局部位置的温度梯度迅速变化，造成陀螺的启动零偏过大，同时也延长了陀螺的启动时间。
发明内容
本发明的目的是：提出一种能够操作简单方便，可有效减小光纤陀螺启动零偏的光纤环绕制方法。
本发明的技术方案是：一种减小光纤陀螺启动零偏的光纤环绕制方法，其首先通过测量光纤陀螺内部主板在启动过程中的热量分布，然后确定光纤环内径上温度最高点的位置，再将光纤环绕制起始位置与该温度最高点位置之间错开0°或180°。
确定光纤环内径上温度最高点位置时，首先读取高温点m的坐标(xm，ym)及温度值Tm，随后拟合出的主板的圆形轮廓，视为光纤环的内径；确定高温度点到光纤环内径上各点的距离Lm，则该高温点作用到光纤环内径上各点的热量影响为Rm＝Tm/Lm 2，相应的所有高温点作用到光纤环内径上的热量影响为∑Rm，然后通过比较光纤环内径上各点热量∑Rm，确定光纤环内径上温度最高点的位置。
光纤环内径上温度最高点位置通过热象仪或热敏电阻阵列测量获取。
陀螺主板上的温度场测量采用热象仪或者热敏电阻阵列测量获取。
本发明的技术效果是：本发明从分析陀螺内部主板启动阶段热场的分布出发，找出温度变化最剧烈的位置，相应的调整光纤环四极对称绕制的起点位置(即光纤环敏感光纤的中点)，从而有效减小光纤环的启动零偏，大幅缩短陀螺的启动时间。而且对于已经定型的陀螺设计，本发明只需改变光纤环绕制起始点位置，不需要改动原有的陀螺设计，就能够对陀螺的性能进行提升，其操作简单、方便，具有较大的实际应用价值。
附图说明
图1是本发明涉及的光纤陀螺主板启动过程中的热场分布三维图；
图2是本发明减小光纤陀螺启动零偏的光纤环绕制方法确定光纤环内径受温度影响最大点的原理示意图；
图3是本发明减小光纤陀螺启动零偏的光纤环绕制方法中光纤环绕制起始点与光纤环内径受温度影响最大点之间的关系示意图；
图4是光纤环在任意位置起始绕制时得到的陀螺的启动零偏曲线与光纤环起始绕制位置与内径最高温度点之间夹角为0°时的启动零偏曲线的比较。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明减小光纤陀螺启动零偏的光纤环绕制方法从分析陀螺内部主板启动阶段热场的分布出发，找出温度变化最剧烈的位置，确定主板上主要的发热源及其位置，随后通过相应算法，计算得到光纤环上受该热源影响最大的位置。然后在光纤环开始绕制时，调整光纤环四极对称绕制的起点位置(即光纤环敏感光纤的中点)，来减小光纤环的启动零偏，缩短陀螺启动时间。
下面给出本发明减小光纤陀螺启动零偏的光纤环绕制方法的具体实施步骤：
步骤1：确定光纤陀螺主板热场
本实施方式中，采用热像仪或热敏电阻等装置测量陀螺主板在启动过程中的热场变化，请参阅图1，其是本发明所涉及的陀螺主板通过热像仪拍摄到的热场的三维图，图中的圆形轮廓代表陀螺的主板，高峰代表了主板上热量的峰值位置；
步骤2：确定光纤环内径上温度最高点位置
请参阅图2，其给出了该热场的俯视图，图2中有M个高温点，首先读取温度某一高温点m的坐标(xm，ym)及温度值Tm，随后选取电路板轮廓上六点的坐标(这六个点之间的位置关系、夹角)，采用工具软件(如Original等)进行圆周拟合，拟合出的圆形轮廓即为光纤环的内径；计算高温度点到光纤环内径上各点的距离Lm，则该高温点作用到光纤环内径上各点的热量影响为Rm＝Tm/Lm 2，相应的所有高温点作用到光纤环内径上的热量影响为∑Rm，然后通过比较光纤环内径上各点热量∑Rm，确定光纤环内径上温度最高点的位置；
参见图3，绕制光纤环
在确定光纤环内径温度最高点位置之后，以光纤环圆心为中心，光纤环绕制的起始位置与温度最高点之间的夹角β为0°或180°，使得该高温点在敏感光纤上，沿环路中点对称，从而有效降低对启动零偏的影响。
参见图4，其是光纤环在任意位置起始绕制时得到的陀螺的启动零偏曲线与光纤环起始绕制位置与内径最高温度点之间夹角为0°时的启动零偏曲线比较示意图。图中，相对于现有技术光纤环的任意起始点绕制，可以看出采用本发明所提出光纤环绕制方法的陀螺的启动零偏有很大改善，特别是零漂减少20％，极大地改善陀螺的性能。
另外，本发明减小光纤陀螺启动零偏的光纤环绕制方法确定陀螺主板热场分布以及光纤环内径最高温度点位置时，均可采用热象仪或热敏电阻阵列直接测量获取。

Claims (4)

1.一种减小光纤陀螺启动零偏的光纤环绕制方法，其特征在于：该方法首先通过测量光纤陀螺内部主板在启动过程中的热量分布，然后确定光纤环内径上温度最高点的位置，再将光纤环绕制起始位置与该温度最高点位置之间错开0°或180°。
2.根据权利要求1所述的减小光纤陀螺启动零偏的光纤环绕制方法，其特征在于：确定光纤环内径上温度最高点位置时，首先读取高温点m的坐标(xm，ym)及温度值Tm，随后拟合出的主板的圆形轮廓，视为光纤环的内径；确定高温度点到光纤环内径上各点的距离Lm，则该高温点作用到光纤环内径上各点的热量影响为Rm＝Tm/Lm 2，相应的所有高温点作用到光纤环内径上的热量影响为∑Rm，然后通过比较光纤环内径上各点热量∑Rm，确定光纤环内径上温度最高点的位置。
3.根据权利要求1所述的减小光纤陀螺启动零偏的光纤环绕制方法，其特征在于：光纤环内径上温度最高点位置通过热象仪或热敏电阻阵列测量获取。
4.根据权利要求1至3任一项所述的减小光纤陀螺启动零偏的光纤环绕制方法，其特征在于：陀螺主板上的温度场测量采用热象仪或者热敏电阻阵列测量获取。
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