CN106525077B - 一种高效抑制光纤陀螺环圈温度误差的绕制方法 - Google Patents

一种高效抑制光纤陀螺环圈温度误差的绕制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106525077B
CN106525077B CN201610959050.1A CN201610959050A CN106525077B CN 106525077 B CN106525077 B CN 106525077B CN 201610959050 A CN201610959050 A CN 201610959050A CN 106525077 B CN106525077 B CN 106525077B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
winding
symmetrical
outside
core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610959050.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106525077A (zh
Inventor
李茂春
于浩
马林
惠菲
王夙歆
赵晶睛
王玥泽
张晓明
邓东黎
张宇
李凡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
707th Research Institute of CSIC
Original Assignee
707th Research Institute of CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 707th Research Institute of CSIC filed Critical 707th Research Institute of CSIC
Priority to CN201610959050.1A priority Critical patent/CN106525077B/zh
Publication of CN106525077A publication Critical patent/CN106525077A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106525077B publication Critical patent/CN106525077B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高效抑制光纤陀螺环圈温度误差的绕制方法，将一根光纤从中点处分成相等的A、B两段，预先分别绕在两个供纤轮上，将光纤中点固定在绕制骨架的轮轴与轮缘相交处，光纤A沿轮轴纵向绕制光纤环的第1层，光纤B沿轮轴纵向绕制光纤环的第2层，然后光纤B回绕完成第3层，接着光纤A回绕完成第4层，按照自外向内的方式以4层为周期交替绕完所有光纤，完成四极对称绕制结构。本智力成果在对称绕制的基础上，首次引入自外向内对称绕制的概念，将其与传统对称绕法相结合，形成自外向内对称绕制方法，该方法可应用于任何传统对称绕法，并大幅提高光纤环圈温度特性，例如自外向内四极绕法、自外向内八极绕法和自外向内十六极绕法等。

Description

一种高效抑制光纤陀螺环圈温度误差的绕制方法
技术领域
本发明涉及光纤陀螺技术领域，尤其是一种可以大幅提高光纤陀螺温度特性，包括抗温度冲击性能的高效抑制光纤陀螺环圈温度误差的绕制方法。
背景技术
光纤陀螺作为新型的光学陀螺仪表，具有全固态结构、可靠性高、寿命长、精度覆盖广、启动速度快、响应时间短、测量范围大、动态范围宽、抗冲击和振动、体积小、重量轻、成本低、全光电子器件、适合大批量生产等优点，已被广泛的应用于军、民用领域中。光纤环圈是光纤陀螺的传感核心，其绕制质量直接决定光纤陀螺的温度特性。当沿着光纤存在着一个随时间变化的温度分布梯度时，光纤陀螺就会产生热导致的非互易性相位误差，称之为Shupe效应。当距离光纤环中点相同的两段光纤经历同样的温度变化，Shupe效应将被抵消，因此光纤环缠绕方式广泛采用对称绕法，例如四极绕法(United States Patent,US5841932)、八级绕法和十六极绕法(United States Patent,US005475774)。Shupe误差与光纤陀螺感知地球转速的Sagnac效应无法区分，将严重降低光纤陀螺的实际探测精度。特别当应用环境存在温度大冲击时，即便采用现有最为优化的十六极对称绕制方案，光纤环圈中残余的温度误差仍然很大，严重劣化高精度光纤陀螺的温度性能。因此需要进一步优化设计提高光纤环圈温度特性，特别是抗温度冲击特性。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，采用三维光纤环圈温度模型，提供一种高效抑制光纤陀螺环圈温度误差的绕制方法，大幅降低温度冲击对光纤陀螺的影响。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的：
一种高效抑制光纤陀螺环圈温度误差的绕制方法，其特征在于：将一根光纤从中点处分成相等的A、B两段，预先分别绕在两个供纤轮上，将光纤中点固定在绕制骨架的轮轴与轮缘相交处，光纤A沿轮轴纵向绕制光纤环的第1层，光纤B沿轮轴纵向绕制光纤环的第2层，然后光纤B回绕完成第3层，接着光纤A回绕完成第4层，按照自外向内的方式以4层为周期交替绕完所有光纤，完成四极对称绕制结构。
而且，所述的自外向内对称绕制的概念是将温度权重因子大的光纤部分放置在环圈最内侧，将温度权重因子小的光纤部分放置在环圈最外侧。
而且，利用自外向内对称绕制的方法绕制出由一个正向四极结构和一个反向四极结构绕制成的一个八极对称绕制结构。
而且，利用自外向内对称绕制的方法绕制出由一个正向八极结构和一个反向八极结构绕制成的一个十六极对称绕制结构。
本发明的优点和积极效果是：
本智力成果在对称绕制的基础上，首次引入自外向内对称绕制的概念，将其与传统对称绕法相结合，形成自外向内对称绕制方法，该方法可应用于任何传统对称绕法，并大幅提高光纤环圈温度特性，例如自外向内四极绕法、自外向内八极绕法和自外向内十六极绕法等。
附图说明
图1是光纤环圈由光纤中点开始绕制示意图；
图2是传统四极对称绕制示意图；
图3是自外向内四极对称绕制示意图；
图4是传统与自外向内十六极对称绕法温度特性对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细叙述本发明的实施例；需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
为了更好的理解本发明的技术方案，首先对现有的常见绕法进行说明：
光纤环圈的起绕时是将一根光纤从中点处分成相等的A、B两段，预先分别绕在两个供纤轮上(如图1所示)，将光纤中点固定在绕制骨架的轮轴与轮缘相交处。如图2所示，对于传统的四极对称绕法，光纤A沿轮轴纵向绕制光纤环的第1层，光纤B沿轮轴纵向绕制光纤环的第2层，然后光纤B回绕完成第3层，接着光纤A回绕完成第4层，自内向外以4层为周期交替绕完所有光纤。由绕法可知，每4层之间光纤A与B交替地互为补偿，径向温度梯度造成的干扰抵消程度更大，对轴向温度梯度造成的干扰有很小的改善，此绕法很大程度上消除由径向温度梯度造成的相位漂移。图2中传统四极绕法的光纤环总长度为L，设总层数为8层，A代表逆时针绕制的4层，其中包括光纤环的第1、4、5和8层，B代表顺时针绕制的4层，其中包括光纤环的第2、3、6和7层。d为光纤环径向尺寸。v代表光纤环总长度以总层数等分的标识，xv代表第v段光纤在光纤环径向上位置分布。例如v＝1对应0～L/8的长度部分，这一长度部分在光纤环径向上的位置x1为6d/7；v＝8对应7L/8～L的长度部分，这一长度部分在光纤环径向上的位置x8为7d/7。
八极绕法由四极绕法和反四极绕法组成。四极绕法如上文所述，反四极绕法采用四极绕法相反的绕制顺序。根据绕法可知，八极绕法中每8层之间光纤A与B交替地互为补偿，径向温度梯度造成的干扰抵消更为彻底，但对轴向温度梯度造成的干扰抑制改善仍不大，八极绕法充分地消除了径向温度梯度引起的相关误差。
十六极绕法由八极绕法和反八极绕法组成。八极绕法如上文所述，反八极绕法采用八极绕法相反的绕制顺序。由绕法可知，十六极绕法中每16层之间光纤A与B交替地互为补偿，径向温度梯度造成的干扰可基本上消除，对轴向温度梯度造成的干扰有些改善。十六极绕法不仅在很大程度上消除径向温度梯度引起的误差，还能较有效地抑制轴向温度梯度引起的误差。
随着光纤陀螺应用精度和环境适应性需求的不断提高，例如大温度冲击等，现有光纤环圈的温度性能不足以法满足市场对高精度光纤陀螺的要求，因此需要进一步提升光纤环圈的温度性能。
本智力成果，在前人研究的基础上，基于三维光纤环圈温度模型，深入分析了光纤环圈热致误差速率产生机理。
热致误差速率Ωe三维表达式如公式1所示，式中n为石英材料的折射率，D为光纤环直径，L为光纤总长度，β0＝2π/λ0为光在真空中的传播常数，为石英材料的折射率温度系数，为沿光纤温度分布的变化率，i和j分别代表从光纤中点开始绕环逆时针绕制的第i圈和顺时针绕制的第j圈，NCCW和NCW分别为逆时针总圈数和顺时针总圈数，ri和rj分别为逆时针第i圈缠绕半径和顺时针第j圈缠绕半径，zi和zj分别为逆时针第i圈轴向尺寸和顺时针第j圈轴向尺寸，si0和sj0分别为逆时针第i圈绕制起点到光纤中点的距离和顺时针第j圈绕制起点到光纤中点的距离，θ为每圈光纤与此圈绕制起点之间的张角(逆时针时θ变化范围为0～2π，顺时针时θ变化范围为-2π～0)。
由三维模型可见式中的si0和sj0，在传统对称绕法中随着光纤环由内层向外层的绕制过程不断增大，这两个参数相当于权值，表明传统绕法光纤环的外环对温度变化的响应更为敏感，而在实际应用场合温度冲击突变恰恰也来自外在。机理决定了即便采用温度误差抑制最优的传统十六极绕法，仍旧无法较好的抑制温度冲击。
本发明研制出了一种高效抑制光纤陀螺环圈温度误差的绕制方法，将一根光纤从中点处分成相等的A、B两段，预先分别绕在两个供纤轮上，将光纤中点固定在绕制骨架的轮轴与轮缘相交处，光纤A沿轮轴纵向绕制光纤环的第1层，光纤B沿轮轴纵向绕制光纤环的第2层，然后光纤B回绕完成第3层，接着光纤A回绕完成第4层，按照自外向内的方式以4层为周期交替绕完所有光纤，完成四极对称绕制结构。上述的自外向内对称绕制的概念是将温度权重因子大的光纤部分放置在环圈最内侧，将温度权重因子小的光纤部分放置在环圈最外侧。
本发明不但适用于四极绕制，还适用于八极以及十六极绕制：
利用自外向内对称绕制的方法绕制出由一个正向四极结构和一个反向四极结构绕制成的一个八极对称绕制结构。
利用自外向内对称绕制的方法绕制出由一个正向八极结构和一个反向八极结构绕制成的一个十六极对称绕制结构。
本专利首次提出自外向内对称绕制的概念，将温度权重因子大的光纤部分放置在环圈最内侧，将温度权重因子小的光纤部分放置在环圈最外侧，从本质上大幅提升环圈温度特性，特别是抗温度冲击性能。自外向内绕制可与现有任何传统对称绕法结合，形成自外向内对称绕制方法，例如图3中的自内向外四极对称绕法，有图可见温度权重因子小的光纤部分放置在环圈最外侧。
图4为传统十六绕法与自外向内十六极绕法抗温度冲击特性对比，模拟光纤陀螺从室温25℃直接放置到温度为50℃的环境，有图可见，自外向内对称绕法相比传统对称绕法在抗温度冲击性能上提高一个数量级以上。

Claims (3)

1.一种高效抑制光纤陀螺环圈温度误差的绕制方法，其特征在于：将一根光纤从中点处分成相等的A、B两段，预先分别绕在两个供纤轮上，将光纤中点固定在绕制骨架的轮轴与轮缘相交处，光纤A沿轮轴纵向绕制光纤环的第1层，光纤B沿轮轴纵向绕制光纤环的第2层，然后光纤B回绕完成第3层，接着光纤A回绕完成第4层，按照自外向内的方式以4层为周期交替绕完所有光纤，完成四极对称绕制结构；
所述的自外向内对称绕制的概念是将温度权重因子大的光纤部分放置在环圈最内侧，将温度权重因子小的光纤部分放置在环圈最外侧。
2.根据权利要求1所述的一种高效抑制光纤陀螺环圈温度误差的绕制方法，其特征在于：利用自外向内对称绕制的方法绕制出由一个正向四极结构和一个反向四极结构绕制成的一个八极对称绕制结构。
3.根据权利要求1所述的一种高效抑制光纤陀螺环圈温度误差的绕制方法，其特征在于：利用自外向内对称绕制的方法绕制出由一个正向八极结构和一个反向八极结构绕制成的一个十六极对称绕制结构。
CN201610959050.1A 2016-10-28 2016-10-28 一种高效抑制光纤陀螺环圈温度误差的绕制方法 Active CN106525077B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610959050.1A CN106525077B (zh) 2016-10-28 2016-10-28 一种高效抑制光纤陀螺环圈温度误差的绕制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610959050.1A CN106525077B (zh) 2016-10-28 2016-10-28 一种高效抑制光纤陀螺环圈温度误差的绕制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106525077A CN106525077A (zh) 2017-03-22
CN106525077B true CN106525077B (zh) 2019-09-13

Family

ID=58325900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610959050.1A Active CN106525077B (zh) 2016-10-28 2016-10-28 一种高效抑制光纤陀螺环圈温度误差的绕制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106525077B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107860380A (zh) * 2017-10-30 2018-03-30 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种高精度保偏光纤环圈绕制方法
CN108168576A (zh) * 2017-12-15 2018-06-15 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种用于光纤陀螺环圈尾纤对称盘绕方法
CN111089577B (zh) * 2019-12-20 2022-09-13 湖南航天机电设备与特种材料研究所 一种光纤环绕制方法、光纤环及光纤陀螺
CN111829500B (zh) * 2020-06-22 2022-10-28 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种高精度光纤环圈成环温度性能在线检测及补偿方法
CN112504259B (zh) * 2020-12-18 2022-07-01 重庆华渝电气集团有限公司 一种具有双向温度抑制作用的光纤环绕制方法
CN113432591B (zh) * 2021-06-23 2022-09-16 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种基于磁流体的无张紧力空芯微结构光纤环圈绕制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0699892B1 (en) * 1991-11-25 1997-07-16 Honeywell Inc. Multilayer fiber optic coil
CN101915576A (zh) * 2010-07-13 2010-12-15 皮亚斌 一种用于光纤陀螺的光纤环圈
CN104251698A (zh) * 2013-06-28 2014-12-31 北京自动化控制设备研究所 一种可减小光纤陀螺温度漂移传感环圈制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0699892B1 (en) * 1991-11-25 1997-07-16 Honeywell Inc. Multilayer fiber optic coil
CN101915576A (zh) * 2010-07-13 2010-12-15 皮亚斌 一种用于光纤陀螺的光纤环圈
CN104251698A (zh) * 2013-06-28 2014-12-31 北京自动化控制设备研究所 一种可减小光纤陀螺温度漂移传感环圈制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
4J32芯轴式环圈骨架对光纤陀螺性能的改善;杨盛林等;《中国惯性技术学报》;20160228;第24卷(第1期);第88-92页 *
光纤陀螺温度误差及其抑制方法研究;王玥泽;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20130515(第5期);正文第19，37页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106525077A (zh) 2017-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106525077B (zh) 一种高效抑制光纤陀螺环圈温度误差的绕制方法
CN102564413B (zh) 一种光纤环圈骨架及其绕法
CN106595704B (zh) 一种多极化光纤陀螺环圈绕制方式及结构
CN112505824B (zh) 两层空气孔结构近似单偏振细径实芯保偏光子晶体光纤
CN106441263A (zh) 一种减小光纤陀螺偏振误差的光纤环骨架及其绕制光纤环圈的方法
CN109099937A (zh) 一种光纤陀螺零偏温度误差补偿方法
US6707975B2 (en) Fiber optic coil for a fiber optic measuring system and method for producing the same
CN108775898A (zh) 一种抑制光纤陀螺磁场敏感度的光纤环及其制备方法
de Toldi et al. First steps for a giant FOG: Searching for the limits
CN109737947B (zh) 一种四环设计光纤陀螺用光纤环制备方法
CN104765100A (zh) 一种四层结构的细径实芯保偏光子晶体光纤
CN108088433B (zh) 一种光纤陀螺环圈尾纤应力匝数补偿方法
CN113900172B (zh) 一种基于谐振耦合效应增强的高双折射空芯反谐振光纤
JP3357061B2 (ja) 光ファイバーコイルとその巻回方法
CN106959107B (zh) 一种截面为梯形的高稳定性光纤环的绕法
CN112504259B (zh) 一种具有双向温度抑制作用的光纤环绕制方法
CN114993283A (zh) 一种可精确控制光纤环变匝区的光纤绕环方法
CN108169845A (zh) 类矩形熊猫型保偏光纤
Yang et al. Analysis of fiber-optic coil Shupe effect for different fiber coil winding structure and winding processes optimization
JP2009134268A (ja) 光ファイバーコイルのための八重極巻線パターン
WO1993011406A1 (en) Fiber optic winding
CN104252018A (zh) 一种可减小光纤陀螺温度漂移量的保偏光纤
CN116047655B (zh) 一种温度性能高的光纤环圈的制作方法及光纤陀螺
CN107621260A (zh) 一种光纤环圈骨架
CN106094102B (zh) 一种环境不敏感保偏光纤

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant