CN108088433A - 一种光纤陀螺环圈尾纤应力匝数补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光纤陀螺环圈尾纤应力匝数补偿方法，本方法采用了三个技术措施，对多极绕制光纤环圈的尾纤进行应力补偿，该三个措施分别为：⑴.改变特定匝数尾纤弯曲半径实现环圈应力分布补偿；⑵.改变特定匝数尾纤缠绕张力实现环圈应力分布补偿；⑶.改变特定匝数尾纤胶体模量，实现特定匝数应力分布补偿。本发明除了具有良好的热对称性外，具有更好的应力分布对称性，有效减小环圈非互易性误差，更好的保证光纤陀螺工作的稳定性。本补偿方法对光纤陀螺温度、振动性能改善有较重要的应用价值。

Description

一种光纤陀螺环圈尾纤应力匝数补偿方法
技术领域
本发明涉及光纤陀螺技术领域，尤其是一种光纤陀螺环圈尾纤应力匝数补偿方法。
背景技术
光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的光纤角速率传感器，具有体积小、精度高、全固态、使用寿命长、动态范围大等优点。基于光纤陀螺的捷联式惯性导航系统已被广泛应用于航天航空、舰艇导航等领域。
光纤环圈作为光纤陀螺中的敏感核心，其性能直接影响陀螺的精度。当光纤环圈所处的环境因素发生变化时，在光纤环圈中反向传播的两束光波将产生非互易性相位差，这种非互易性相移与角速度引起的Sagnac相移在解调过程中不可分离，直接影响环圈的敏感角速度的准确性。造成上述非互易性误差的根本原因是光纤敏感环圈存在应力分布不对称，从而引起环圈相移发生变化。
环圈应力产生的原因包括材料的热膨胀变形应力以及环圈绕制应力。在温度急剧变化时，包括环圈骨架、环圈、固化胶体与光纤会出现不同程度的热胀冷缩而产生微小形变，从而产生环圈内部应力。此外在绕环过程中环圈曲率半径变化，绕环张力变化、扭曲变化，以及环圈对边和跃层带来光纤挤压也会带来光纤应力变化。
上述应力一方面会改变环圈的几何参数，另一方面还会影响环圈光学特性，产生相位差进而产生环圈敏感误差。上述应力在变温条件下影响更为剧烈，造成光纤陀螺温度敏感性，成为制约光纤陀螺广泛应用的重要因素。
现有四极绕法虽然能够较好的改善环圈温度、振动特性，在一定程度上提高环圈热致对称性，但对环圈应力引起的误差抑制仍然有限。使用四极对称绕法绕制的光纤环圈已显示出比原有螺线形绕法有更优良的温度特性，但现有的四极对称绕法与理想四极对称还是有差距，无法保证每层匝数的一致性。即便保证环圈几何长度的理想对称，但由于环圈在对称部分应力分布依然存在差异，虽然对热梯度场具有很好的抑制作用，但仍然不能对应力差异引起的相位进行有效抵消。
总之，虽然目前已有大量改进型环圈的绕制方法，但大都从环圈热场分布抵消加以改进，不能够有效改善环圈自身应力不对称产生影响，尤其是在以匝数为单位加以对应力影响进行精确克服的有效方法显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供了一种针对多极绕制光纤环圈的尾纤进行应力补偿方法。本方法通过改变尾纤特定匝数的应力分布实现，提高环圈应力分布对称性，改善敏感环圈性能。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的：
一种光纤陀螺环圈尾纤应力匝数补偿方法，其特征在于：采用以下三种技术措施中的任意一种，或者任意几种的组合：
⑴.改变特定匝数尾纤弯曲半径实现环圈应力分布补偿；
⑵.改变特定匝数尾纤缠绕张力实现环圈应力分布补偿；
⑶.改变特定匝数尾纤胶体模量，实现特定匝数应力分布补偿。
而且，技术措施⑴所述的具体技术措施为：改变环圈尾纤应力盘绕：光纤环圈在环圈骨架边缘处置尾纤盘纤柱，尾纤盘纤柱直径小于光纤环圈内径，为环圈内径整数分之一；保持外层尾纤b端不动，改变外层光纤a端应力；调整盘纤柱的缠绕匝数改变a端应力，通过环圈测试系统检测环圈两端应力差，当两端应力差为零时，完成环圈整体应力分布补偿。
而且，技术措施⑵所述的具体技术措施为：改变一端尾纤特定匝数的缠绕张力：光纤环圈在成环后期，维持外层尾纤b端处于绕制骨架处绕制张力不变，对外层尾纤a端进行变应力施加，从改变张力起始匝开始维持后续每匝张力均匀，通过环圈测试系统检测环圈两端应力差，当两端应力差为零时，完成环圈整体应力分布补偿。
而且，技术措施⑶所述的具体技术措施为：保证环圈尾纤分布不变，通过改变一端尾纤特定匝数的胶体模量：光纤环圈在成环后期，维持外层尾纤b端处于绕制骨架处绕制胶体模量不变，对外层尾纤a端进行变胶体模量应力施加，从特定匝数的起始点开始进行变胶体模量应力施加，从改变张力起始匝开始维持后续每匝张力均匀，通过环圈测试系统检测环圈两端应力差，当两端应力差为零时，完成环圈整体应力分布补偿。
本发明的优点和积极效果是：
本发明采用了三个技术措施，对多极绕制光纤环圈的尾纤进行应力补偿，该三个措施分别为：⑴.改变特定匝数尾纤弯曲半径实现环圈应力分布补偿；⑵.改变特定匝数尾纤缠绕张力实现环圈应力分布补偿；⑶.改变特定匝数尾纤胶体模量，实现特定匝数应力分布补偿。
在实际应用中，可采取上述三种技术措施中的任意一种，或者采用其中任意两种，或者三种均采用。该方式使用灵活，可操作性强。
与现有技术相比，本发明除了具有良好的热对称性外，具有更好的应力分布对称性，有效减小环圈非互易性误差，更好的保证光纤陀螺工作的稳定性。
附图说明
图1是一端尾纤改变缠绕半径实现应力施加示意图；
图2是一端尾纤改变缠绕张力实现应力施加示意图。
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。
一种光纤陀螺环圈尾纤应力匝数补偿方法，可采用以下三种技术措施中的任意一种，或者任意几种的组合：
⑴.改变特定匝数尾纤弯曲半径实现环圈应力分布补偿；
改变环圈尾纤应力盘绕。如图1所示，光纤环圈1在环圈骨架2边缘处置尾纤盘纤柱4，尾纤盘纤柱4直径小于光纤环圈1内径，为环圈1内径整数分之一。保持外层尾纤b端5不动，改变外层光纤a端3应力；调整盘纤柱4的缠绕匝数，增加上述匝数的应力，通过环圈测试系统检测环圈两端应力差，当两端应力差为零时，完成环圈整体应力分布补偿。
⑵.改变特定匝数尾纤缠绕张力实现环圈应力分布补偿；
改变一端尾纤特定匝数的缠绕张力。如图2所示，光纤环圈1在成环后期，维持外层尾纤b端5处于绕制骨架2处绕制张力不变，对外层尾纤a端3进行变应力施加，从特定匝数的变张力起始点4开始进行变张力施加，从改变张力起始匝开始维持后续每匝张力均匀，通过环圈测试系统检测环圈两端应力差，当两端应力差为零时，完成环圈整体应力分布补偿。
⑶.改变特定匝数尾纤胶体模量，实现特定匝数应力分布补偿。
保证环圈尾纤分布不变，通过改变一端尾纤特定匝数的胶体模量：如图2所示，光纤环圈1在成环后期，维持外层尾纤b端5处于绕制骨架2处绕制胶体模量不变，对外层尾纤a端3进行变胶体模量应力施加，从特定匝数的起始点4开始进行变胶体模量应力施加，从改变张力起始匝开始维持后续每匝张力均匀，通过环圈测试系统检测环圈两端应力差，当两端应力差为零时，完成环圈整体应力分布补偿。
本发明提供一种尾纤补偿方法——改变特定匝尾纤应力分布方法。由于在环圈中点对称分布的应力具有完全抵消作用，如果存在非对阵称应力分布则在最外层影响因子最大。通过改变尾纤应力分布改善整体应力对称对分布，达到全局应力积分和最小，从而实现尾纤应力补偿。该方法的特别之处在于不破坏热对称的前提下，提高环圈的应力对称性。对环圈特定匝数的尾纤操作简单，实用性强，可有效改善环圈稳定性。

Claims (4)

1.一种光纤陀螺环圈尾纤应力匝数补偿方法，其特征在于：采用以下三种技术措施中的任意一种，或者任意几种的组合：
⑴.改变特定匝数尾纤弯曲半径实现环圈应力分布补偿；
⑵.改变特定匝数尾纤缠绕张力实现环圈应力分布补偿；
⑶.改变特定匝数尾纤胶体模量，实现特定匝数应力分布补偿。
2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺环圈尾纤应力匝数补偿方法，其特征在于：技术措施⑴所述的具体技术措施为：改变环圈尾纤应力盘绕：光纤环圈在环圈骨架边缘处置尾纤盘纤柱，尾纤盘纤柱直径小于光纤环圈内径，为环圈内径整数分之一；保持外层尾纤b端不动，改变外层光纤a端应力；调整盘纤柱的缠绕匝数改变a端应力，通过环圈测试系统检测环圈两端应力差，当两端应力差为零时，完成环圈整体应力分布补偿。
3.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺环圈尾纤应力匝数补偿方法，其特征在于：技术措施⑵所述的具体技术措施为：改变一端尾纤特定匝数的缠绕张力：光纤环圈在成环后期，维持外层尾纤b端处于绕制骨架处绕制张力不变，对外层尾纤a端进行变应力施加，从改变张力起始匝开始维持后续每匝张力均匀，通过环圈测试系统检测环圈两端应力差，当两端应力差为零时，完成环圈整体应力分布补偿。
4.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺环圈尾纤应力匝数补偿方法，其特征在于：技术措施⑶所述的具体技术措施为：保证环圈尾纤分布不变，通过改变一端尾纤特定匝数的胶体模量：光纤环圈在成环后期，维持外层尾纤b端处于绕制骨架处绕制胶体模量不变，对外层尾纤a端进行变胶体模量应力施加，从特定匝数的起始点开始进行变胶体模量应力施加，从改变张力起始匝开始维持后续每匝张力均匀，通过环圈测试系统检测环圈两端应力差，当两端应力差为零时，完成环圈整体应力分布补偿。
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