CN107782301A - 一种光纤传感线圈组件及具有该组件的光纤陀螺仪 - Google Patents

一种光纤传感线圈组件及具有该组件的光纤陀螺仪 Download PDF

Info

Publication number
CN107782301A
CN107782301A CN201710998561.9A CN201710998561A CN107782301A CN 107782301 A CN107782301 A CN 107782301A CN 201710998561 A CN201710998561 A CN 201710998561A CN 107782301 A CN107782301 A CN 107782301A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber optic
optic sensing
sensing coil
coil
component
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.)
Pending
Application number
CN201710998561.9A
Other languages
English (en)
Inventor
傅长松
胡宗福
姜辉
陈上碧
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.)
SHANGHAI XIN YUE LIAN HUI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Shanghai Aerospace Control Technology Institute
Original Assignee
SHANGHAI XIN YUE LIAN HUI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Shanghai Aerospace Control Technology Institute
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 SHANGHAI XIN YUE LIAN HUI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd, Shanghai Aerospace Control Technology Institute filed Critical SHANGHAI XIN YUE LIAN HUI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201710998561.9A priority Critical patent/CN107782301A/zh
Publication of CN107782301A publication Critical patent/CN107782301A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

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

Abstract

本发明公开了一种光纤传感线圈组件及具有该组件的光纤陀螺仪，该光纤传感线圈组件包括一侧开口的线圈骨架和设置在线圈骨架内的光纤传感线圈，以及设置在光纤传感线圈和线圈骨架之间的复合铠甲结构；所述复合铠甲结构为良导热层和隔热层相间的多层结构。本发明显著改善了光纤线圈内的温度分布均匀性和温度变化速率，有效降低了时变环境温度引起的Shupe效应非互易相移。

Description

一种光纤传感线圈组件及具有该组件的光纤陀螺仪
技术领域
本发明涉及光纤传感线圈技术领域，具体涉及一种光纤传感线圈组件及具有该组件的光纤陀螺仪。
背景技术
干涉型光纤陀螺是基于萨格奈克效应来检测载体运动角速率的传感器，当载体在惯性坐标系中的角速率不等于0时，经过光纤传感线圈传输的顺时针(clockwise，CW)和逆时针(counter-clockwise，CCW)光之间有正比于角速率的相位差，通过CW与CCW光之间的干涉，即将角速率信号转换为输出光强度信号。干涉型光纤陀螺克服了机电陀螺与激光陀螺的一系列缺点，具有全固态、可靠性高、动态范围大、频带宽、体积小、振动性能好等优点，被广泛应用于航天，航空，航海，石油勘探等领域。
干涉型光纤陀螺的检测灵敏度与传感线圈光纤长度成正比，它的精度受限于零偏稳定性，零偏漂移主要来自于环境时变温度引起的非互易相移。根据干涉型光纤陀螺的原理，除光纤传感线圈中点外，CW与CCW光达到线圈中其它点的时间是不同的，由于时变温度分布引起光纤折射率随时间变化，因而产生的非互易相移即是陀螺输出的零偏漂移，所以抑制时变环境温度引起的零偏漂移是高精度干涉型光纤陀螺的关键技术。
理论上，在线圈光纤的对称中心和对称轴与线圈温度分布的对称中心和对称轴完全重合时，对称中心两边的时变环境温度引起的光程变化量相等，因而相互抵消。目前的光纤传感线圈绕制多采用四极对称绕法，理论上，四极对称绕法可以完全抑制时变环境温度引起的光纤时变折射率随层数线性变化的影响，但实际上，光纤时变折射率随层数分布一般不会是线性的，特别在环境温度变化率大的情况下。四极对称绕法保证的是CW与CCW方向的层对称，光纤对称中心和对称轴与骨架对称中心和对称轴不重合。一些类似八极对称绕线方法能改善对称性，如：光纤传感线圈上下对称交叉绕制光纤环结构及绕制方法能将光纤对称中心移到骨架对称中心上，改善光纤时变折射率随层数非线性分布的影响，但标准绕线机不能实现层之间的光纤交叉，需要人工进行交叉，同时交叉一定会使线圈应力分布均匀性变差，偏振串扰非互易误差增大。然而，由于环境热源位置，骨架传热时间和骨架与线圈直接热交换，使得光纤传感线圈的时变温度分布对称中心和对称轴与光纤对称中心和对称轴难以重合。尽管类似八极对称绕线方法能改善光纤长度与层的对称性，但无法改善光纤长度与层的对称中心和对称性与光纤传感线圈中时变温度分布对称中心和对称性之间一致性。
发明内容
本发明的目的是提供一种光纤传感线圈组件及具有该组件的光纤陀螺仪，以改善光纤线圈内的温度分布均匀性和温度变化速率，有效降低时变环境温度引起的Shupe效应非互易相移。所谓Shupe效应非互易相移是指光纤长度与层的对称中心和光纤传感线圈中时变温度分布对称中心的不一致导致的非互易相移。
为达到上述目的，本发明提供了一种光纤传感线圈组件，包括一侧开口的线圈骨架和设置在线圈骨架内的光纤传感线圈，以及设置在光纤传感线圈和线圈骨架之间的复合铠甲结构；所述复合铠甲结构为良导热层和隔热层相间的多层结构。
上述的光纤传感线圈组件，其中，所述线圈骨架开口处的光纤传感线圈表面也设置有复合铠甲结构。
上述的光纤传感线圈组件，其中，所述良导热层与线圈骨架贴合，所述隔热层与光纤传感线圈贴合。
上述的光纤传感线圈组件，其中，所述良导热层为导热系数大于线圈骨架导热系数的良导热材料层。
上述的光纤传感线圈组件，其中，所述良导热层为多种导热系数大于线圈骨架导热系数的良导热材料层堆叠而成的复合层。
上述的光纤传感线圈组件，其中，所述隔热层为导热系数小于光纤传感线圈导热系数的隔热材料层。
上述的光纤传感线圈组件，其中，所述隔热层为多种导热系数小于光纤传感线圈导热系数的隔热材料层堆叠而成的复合层。
本发明还提供了一种光纤陀螺仪，其包括上述的光纤传感线圈组件。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)良导热层能使光纤传感线圈的环境温度分布均匀化，降低光纤传感线圈内的空间温度梯度。
(2)隔热层能减小光纤传感线圈与环境之间的热交换速率，降低光纤传感线圈内的温度时间变化率。
(3)在光纤传感线圈内的空间温度梯度为0(温度不随空间位置变化)时，Shupe效应非互易相移为0；尽管光纤传感线圈内的温度随空间位置变化，但光纤传感线圈内各点的温度时间变化率接近于0，Shupe效应非互易相移也接近于0。复合铠甲结构能同时降低光纤传感线圈内的空间温度梯度和温度时间变化率，所以复合铠甲结构有效降低Shupe效应引起的非互易相移。
附图说明
图1为本发明光纤传感线圈组件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。
如图1所述，本发明提供了一种光纤传感线圈组件，包括一侧开口的线圈骨架和设置在线圈骨架内的光纤传感线圈，以及设置在光纤传感线圈和线圈骨架之间的复合铠甲结构；所述复合铠甲结构为良导热层和隔热层相间的多层(2层或以上)结构。
所述线圈骨架开口处的光纤传感线圈表面也设置有复合铠甲结构。
所述良导热层与线圈骨架贴合，所述隔热层与光纤传感线圈贴合。
所述良导热层为导热系数大于线圈骨架导热系数的良导热材料层。
所述良导热层为多种导热系数大于线圈骨架导热系数的良导热材料层堆叠而成的复合层。
所述隔热层为导热系数小于光纤传感线圈导热系数的隔热材料层。
所述隔热层为多种导热系数小于光纤传感线圈导热系数的隔热材料层堆叠而成的复合层。
本发明还提供了一种光纤陀螺仪，其包括上述的光纤传感线圈组件。
在一具体实施例中，一侧开口的线圈骨架5材质为金属，其内绕制有光纤传感线圈4；线圈骨架5与光纤传感线圈4之间设置有复合铠甲结构1。具体制作方法为：首先在线圈骨架5与光纤传感线圈4接触的面上，可采用沉积或镀膜或其它方式制成良导热层2，再在良导热层2上用喷涂或其它方式制成隔热层3。接着在有复合铠甲结构1的线圈骨架5内绕制光纤传感线圈4，在线圈骨架5的开口处的光纤传感线圈4的表面上最后覆盖复合铠甲结构1，也可以不覆盖复合铠甲结构1。对脱骨架的光纤传感线圈4，可先采用模压或其它方式制成可包裹光纤传感线圈4的良导热层2，再在良导热层2上用喷涂或其它方式制成隔热层3。
综上所述，本发明中良导热层能使光纤传感线圈的环境温度分布均匀化，降低光纤传感线圈内的空间温度梯度。隔热层能减小光纤传感线圈与环境之间的热交换速率，降低光纤传感线圈内的温度时间变化率。在光纤传感线圈内的空间温度梯度为0(温度不随空间位置变化)时，Shupe效应非互易相移为0；尽管光纤传感线圈内的温度随空间位置变化，但光纤传感线圈内各点的温度时间变化率接近于0，Shupe效应非互易相移也接近于0。复合铠甲结构能同时降低光纤传感线圈内的空间温度梯度和温度时间变化率，所以复合铠甲结构有效降低Shupe效应引起的非互易相移。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。凡是根据本发明的台阶骨架结构与台阶上下层序交换对称绕法的等效变换或是修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种光纤传感线圈组件，包括一侧开口的线圈骨架和设置在线圈骨架内的光纤传感线圈，其特征在于，还包括设置在光纤传感线圈和线圈骨架之间的复合铠甲结构；所述复合铠甲结构为良导热层和隔热层相间的多层结构。
2.如权利要求1所述的光纤传感线圈组件，其特征在于，所述线圈骨架开口处的光纤传感线圈表面也设置有复合铠甲结构。
3.如权利要求1所述的光纤传感线圈组件，其特征在于，所述良导热层与线圈骨架贴合，所述隔热层与光纤传感线圈贴合。
4.如权利要求1所述的光纤传感线圈组件，其特征在于，所述良导热层为导热系数大于线圈骨架导热系数的良导热材料层。
5.如权利要求1所述的光纤传感线圈组件，其特征在于，所述良导热层为多种导热系数大于线圈骨架导热系数的良导热材料层堆叠而成的复合层。
6.如权利要求1所述的光纤传感线圈组件，其特征在于，所述隔热层为导热系数小于光纤传感线圈导热系数的隔热材料层。
7.如权利要求1所述的光纤传感线圈组件，其特征在于，所述隔热层为多种导热系数小于光纤传感线圈导热系数的隔热材料层堆叠而成的复合层。
8.一种光纤陀螺仪，其特征在于，包括如权利要求1-7中任意一项所述的光纤传感线圈组件。
CN201710998561.9A 2017-10-20 2017-10-20 一种光纤传感线圈组件及具有该组件的光纤陀螺仪 Pending CN107782301A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710998561.9A CN107782301A (zh) 2017-10-20 2017-10-20 一种光纤传感线圈组件及具有该组件的光纤陀螺仪

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710998561.9A CN107782301A (zh) 2017-10-20 2017-10-20 一种光纤传感线圈组件及具有该组件的光纤陀螺仪

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107782301A true CN107782301A (zh) 2018-03-09

Family

ID=61435166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710998561.9A Pending CN107782301A (zh) 2017-10-20 2017-10-20 一种光纤传感线圈组件及具有该组件的光纤陀螺仪

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107782301A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110987036A (zh) * 2019-11-14 2020-04-10 北京遥测技术研究所 一种光电复合热线缆及应用其的光纤传感器

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH026712A (ja) * 1988-06-20 1990-01-10 Tokyo Keiki Co Ltd 光ファイバージャイロ装置
JPH04151512A (ja) * 1990-04-26 1992-05-25 Hitachi Ltd 光ファイバジャイロ，並びに，当該光ファイバジャイロを有するナビゲーションシステムおよび移動体
JPH0571973A (ja) * 1991-09-12 1993-03-23 Hitachi Cable Ltd 光フアイバ回転角速度センサ
JPH07144836A (ja) * 1993-11-22 1995-06-06 Japan Aviation Electron Ind Ltd 巻線用ボビン
CN201772882U (zh) * 2010-07-06 2011-03-23 北京自动化控制设备研究所 一种用于光纤陀螺仪的隔热装置
CN104380042A (zh) * 2012-06-12 2015-02-25 东京计器株式会社 光纤陀螺仪用传感线圈及其制造方法
CN105021180A (zh) * 2015-07-30 2015-11-04 哈尔滨工程大学 一种光纤环采用双环设计的光纤陀螺
CN106291847A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 南京理工大学 圆环形加热测温光缆

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH026712A (ja) * 1988-06-20 1990-01-10 Tokyo Keiki Co Ltd 光ファイバージャイロ装置
JPH04151512A (ja) * 1990-04-26 1992-05-25 Hitachi Ltd 光ファイバジャイロ，並びに，当該光ファイバジャイロを有するナビゲーションシステムおよび移動体
JPH0571973A (ja) * 1991-09-12 1993-03-23 Hitachi Cable Ltd 光フアイバ回転角速度センサ
JPH07144836A (ja) * 1993-11-22 1995-06-06 Japan Aviation Electron Ind Ltd 巻線用ボビン
CN201772882U (zh) * 2010-07-06 2011-03-23 北京自动化控制设备研究所 一种用于光纤陀螺仪的隔热装置
CN104380042A (zh) * 2012-06-12 2015-02-25 东京计器株式会社 光纤陀螺仪用传感线圈及其制造方法
CN105021180A (zh) * 2015-07-30 2015-11-04 哈尔滨工程大学 一种光纤环采用双环设计的光纤陀螺
CN106291847A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 南京理工大学 圆环形加热测温光缆

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110987036A (zh) * 2019-11-14 2020-04-10 北京遥测技术研究所 一种光电复合热线缆及应用其的光纤传感器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2177876B1 (en) Bifilar optical fibers arrangement method for a fiber-optic gyroscope
CN111829499B (zh) 一种基于光纤测温的高精度光纤陀螺系统及光纤环圈结构
CN109211218B (zh) 一种用于光纤陀螺的光纤环及光纤环加工方法
CN106525077B (zh) 一种高效抑制光纤陀螺环圈温度误差的绕制方法
US5037205A (en) Integrated optic interferometric fiber gyroscope module and method
CN108168576A (zh) 一种用于光纤陀螺环圈尾纤对称盘绕方法
CN107782301A (zh) 一种光纤传感线圈组件及具有该组件的光纤陀螺仪
JP2939412B2 (ja) 光ファイバコイルおよび光ファイバをセンサスプールに巻く方法
CN208223502U (zh) 一种具有热屏蔽功能的调频连续波干涉保偏光纤陀螺仪
CN103837931A (zh) 用于光纤陀螺的新型偏振环行y波导结构
Ruffin Fiber optic gyroscope sensors
CN107168348A (zh) 卫星非接触磁浮机构电流补偿控制方法
CN107328404A (zh) 有效光纤长度N倍增的超大Sagnac干涉型光纤陀螺
CN111024058A (zh) 一种基于电光效应开关的实现多次绕行的光纤陀螺仪及其方法
EP0874219B1 (en) Fiber optic gyroscope
CN105973222A (zh) 一种干涉型光纤陀螺的萨格奈克相移倍增结构
CN208026285U (zh) 一种光纤传感装置及光纤陀螺
CA2114032C (en) Fiber optic winding
CN214470905U (zh) 一种干涉型光纤陀螺仪嵌套式多层多匝光纤环
US7298491B2 (en) Magnetic compensators for fiber optic gyroscopes
US6040908A (en) Method for stress tuning fiber optic sensor coils
CN111829498B (zh) 叠加式无死区原子干涉陀螺仪
Baoxiang et al. Research on method of improving magnetic field adaptability of high-precision IFOG
CN110986909B (zh) 光纤陀螺温度控制结构及使用其的方法
US5528715A (en) Trimming of fiber optic winding and method of achieving same

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180309

RJ01 Rejection of invention patent application after publication