CN109357690A - 一种光纤陀螺环圈组件标度稳定性测试分析方法 - Google Patents

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赵亮
王玥泽
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Abstract

本发明涉及一种光纤陀螺环圈组件标度稳定性测试分析方法。本设计方法将测试系统分成两个组成部分：受试部分和非受试部分，其中受试部分接受外部所施加的应力(含温度老化，紫外照射，湿度老化等)，非受试部分维持常温条件。采用本方法可较大限度将光纤陀螺除环圈组件外的影响素加以排除，借助该测试分析方法通过对比两种不同工艺环圈的标度性能，对环圈工艺改进以及故障诊断有实用意义。

Description

一种光纤陀螺环圈组件标度稳定性测试分析方法
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组件标度稳定性测试分析方法。
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。
随着光纤陀螺的技术和工艺的日渐成熟，对其性能指标的要求也日渐提高和更为全面。作为光纤陀螺的核心技术指标，光纤陀螺标度因数不仅要求短时间稳定性和重复性好，而且要求变温等工作条件下长时间性能不超差。随着研究的深入，影响标度的主要因素是光源和光纤环圈，那么究竟环圈如何影响标度因数，特别是经过长时间老炼或者贮存后其影响分布是否劣化或者超差一直是困扰陀螺业内研究者的难题。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种光纤陀螺环圈组件标度稳定性测试分析方法。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的：
一种光纤陀螺环圈组件标度稳定性测试分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
⑴.将光纤陀螺分成环圈组件模块和光电模块，环圈组件模块包含环圈和Y波导，为受试部分；光电模块包含光源及线路，为非受试部分；环圈组件模块和光电模块通过连接纤缆连接；
⑵.打开多功能温箱的箱门，将连接轴插入多功能温箱下底孔，该下底孔应与连接轴间隙配合，使连接轴的上端面位于多功能温箱的内部，使连接轴的下端面位于多功能温箱的外部，并将连接轴的下端面固装在速率转台上；
⑶.将待测的环圈组件模块通过夹具固连在连接轴的上端面上，将光电模块固定在连接轴的下端面上，连接环圈组件模块和光电模块的光缆和线缆穿装在连接轴的轴孔中；
⑷.此时即可按GJB2426A-2015“光纤陀螺测试方法”标准进行检测试验。
而且，所述的连接纤缆为一根光纤光缆和两根导线线缆，光纤连接波导和耦合器，导线连接波导和线路板。
而且，所述的连接轴上端面的直径为Φ300mm，连接轴的高度不应超过350mm。
而且，每次测试时，连接轴的上端面安装三个待测环圈组件模块。
而且，所述的连接轴与速率转台同轴设置。
本发明的优点和积极效果是：
本发明结合光纤陀螺结构特点以及工程应用的实际情况，提出一种组件测试方法将光纤陀螺分成环圈组件模块(含环圈和Y波导)和光电模块(含光源及线路)，基于以上特点提出一种测试分离方法，将测试系统分成两个组成部分：受试部分和非受试部分，其中受试部分接受外部所施加的应力(含温度老化，紫外照射，湿度老化等)，非受试部分维持常温条件。为了将测试系统在长期测试过程中由测试条件变化引起的系统误差最小化，要求边施加应力边测量，为此要求测试系统随时能够对受试对象进行激励且能旋转测试标度。需要测试系统能够有效地将待测对象处于独立的激励状态，同时测试系统还要保证受试环圈能够可靠的自由旋转。受当前技术的限制，光纤并不能像导电滑环一样保持信号导通且同时实现两部分的相对旋转。为此，需要对表头和陀螺体通过一个连接过渡轴连接，确保光纤不会因为大角度扭转而断裂影响信号准确输出。考虑到需要对表头和陀螺体分别进行激励才能显著地暴露各自故障影响，所以要求连接轴一部分处于激励环境中，另一部分处于自然存储条件。基于以上分析，提出图1所示的系统结构。
图中，温箱单独对表头进行激励，表头内部主要是环圈在激励作用下长期稳定性会逐渐劣化，通过转台旋转可以定期监测环圈的标度的长期稳定性，上述分离结构的好处是可以单独测试环圈稳定性变化，包括静态零偏以及变温标度。通过对温箱进行功能添加还可以测试湿度、紫外照射等激励对环圈的影响。连接纤指为连接表头和陀螺体的光纤，该部分光纤为波导单端保偏光纤，主要起着光信号导通作用，并不参与信号敏感作用，确保该部分没有过度弯曲和过大应力情况，其对系统的标度和噪声影响可以忽略。
本发明提出的测试分析方法是一种适用于光纤陀螺环圈组件标度因数影响的测试分析方法，该设计方法可较大限度将光纤陀螺除环圈组件外的影响素加以排除，借助该测试分析方法通过对比两种不同工艺环圈的标度性能，对环圈工艺改进以及故障诊断有实用意义。
本发明所提出的测试分析方法是一种将光电模块分开的热电分离设计理念，具有方法新颖、应用范围广，实施方法简单的特点，为陀螺误差影响分析以及工艺改进提供支撑。
附图说明
图1是光纤陀螺的环圈组件及光电模块图；
图2是环圈标度测试分析系统结构简图；
图3是环圈影响因素分析测试系统结构细化图。
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。
为了引出本发明的主要思路，这里先简单介绍一下光纤陀螺在方案设计上的一个特点，如今工程上可用的陀螺主流仍然为采用保偏干涉式方案的光纤陀螺如图1，该设计结构为业内常识，但是有一点需要格外注意，作为干涉仪的关键部分，波导以及环圈直接影响陀螺输出，早期人们谈论环圈通常指的是裸环圈，随着研究的深入在实际生产和研究过程中对于陀螺整机而言环圈指的是环圈及其外围波导以及磁屏蔽材料总称，即环圈组件的概念。之所以如此，是因为，波导单端尾纤已经是干涉仪末端，抗环境干扰能力更强利于分离实验影响。此外，陀螺的线路板以及光源等相对独立，为了有效地研究环圈组件的影响因素，本发明将陀螺分为两个部分，将环圈组件作为一个模块部分，将其他光电模块作为另一部分。好处是环圈组件和光电模块通过一根光纤光缆和两根导线线缆连接，这样两个模块单独接受激励，利于影响因素分离。特别是在测试标度过程中，需要对陀螺长时间加速变温激励，然后立即用转台旋转进行标度测试，如果经常性的在转台上拆装陀螺会影标度测试准确性和重复性。另一个好处是可避免将光源及线路等长时间的温度老化，其性能衰减对环圈组件的单独评价。
为了便于理解本发明的方法，下面对本方法中使用到的测试系统进行介绍：
本测试系统主要包括多功能温箱1、速率转台3以及连接轴4三个部分，连接轴由上端面、轴体和下端面构成，上端面、轴体和下端面同轴安装，且轴体的轴心制出用于线缆和光缆穿过的轴孔，上端面制出与轴孔连通的穿入孔，轴体的侧壁制出与轴孔连通的穿出孔。连接轴穿装在多功能温箱内，其连接处安装密封圈10，多功能温箱为激励温箱，该多功能温箱的下底面均布安装多个支撑柱11。连接轴的上端面置放在多功能温箱的内部，连接轴的下端面位于多功能温箱的外部。连接轴的下端面安装在速率转台上，连接轴与速率转台同轴设置。
连接轴作为陀螺表头的支撑装置，起着传递转台转速作用。所以要求连接轴具有良好的尺寸稳定性和可靠的转速平稳性。同时连接轴作为过渡结构应该具有较好的气密性起到保温作用，此外由于环圈通常通过夹具固连在连接轴的上端面上，这要求上端面的热容不宜太大，否则会导致陀螺环圈在温箱内热平衡过慢，导致测试时间过长。由于转台具有一定的负载要求(通常不超过20kg)这也要求连接轴质量不宜过大。所以连接轴总的要求是质轻、小巧、稳定。因为测试能力要求每次至少测试三个样本以上，所以连接轴的台面应该具有一定的面积以便放置环圈，由于每个环圈的直径在100mm±20之间，考虑到中间留孔通电线和光纤，考虑到设计余量拟定上端面直径Φ300mm。需要对结构进行尺寸优化和局部承载加强，同时要兼顾连接轴的组装、拆卸方便性。借鉴以前设计经验要求连接轴不宜过长，考虑到操作空间因素，连接轴的高度不应超过350mm。上下端面平行度不超过1角分。
整个测试系统的安装过程如下：
安装连接轴与轴上端面，从上到下拧紧上端面与连接轴间定位螺钉，打开温箱门，插入连接轴通过温箱下底孔，该通孔应与连接轴间隙配合，在温箱底部装配连接轴下端面，由下向上拧紧下端面与连接轴的定位螺钉。搬动转台至温箱下端，同时向上尽量抬起连接轴下端面，插入连接轴下端面与转台定位螺钉使得下端面固定在转台台面上，调平转台底座，同时轻微调整转台位置和姿态使得连接轴尽量垂直穿过温箱底孔中心，旋转转台和连接轴没有明显的卡动，转轴可以自由旋转，连接轴安装完毕。
一种光纤陀螺环圈组件标度稳定性测试分析方法，包括以下步骤：
⑴.将光纤陀螺分成环圈组件模块和光电模块，环圈组件模块包含环圈和Y波导，为受试部分；光电模块包含光源及线路，为非受试部分；环圈组件模块和光电模块通过连接纤缆连接，该连接纤缆为一根光纤光缆和两根导线线缆，光纤连接波导和耦合器，导线连接波导和线路板；
⑵.打开多功能温箱的箱门，将连接轴插入多功能温箱下底孔，该下底孔应与连接轴间隙配合，使连接轴的上端面位于多功能温箱的内部，使连接轴的下端面位于多功能温箱的外部，并将连接轴的下端面固装在速率转台上；
连接轴上端面的直径为Φ300mm，连接轴的高度不应超过350mm，连接轴与速率转台同轴设置；
⑶.将待测的环圈组件模块6(包括环圈8和Y波导7)通过夹具9固连在连接轴的上端面上，将光电模块2固定在连接轴的下端面上，连接环圈组件模块和光电模块的光缆和线缆5穿装在连接轴的轴孔中；每次测试时，连接轴的上端面安装三个待测环圈组件模块；
⑷.此时即可按GJB2426A-2015“光纤陀螺测试方法”标准进行检测试验。

Claims (5)

1.一种光纤陀螺环圈组件标度稳定性测试分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
⑴.将光纤陀螺分成环圈组件模块和光电模块，环圈组件模块包含环圈和Y波导，为受试部分；光电模块包含光源及线路，为非受试部分；环圈组件模块和光电模块通过连接纤缆连接；
⑵.打开多功能温箱的箱门，将连接轴插入多功能温箱下底孔，该下底孔应与连接轴间隙配合，使连接轴的上端面位于多功能温箱的内部，使连接轴的下端面位于多功能温箱的外部，并将连接轴的下端面固装在速率转台上；
⑶.将待测的环圈组件模块通过夹具固连在连接轴的上端面上，将光电模块固定在连接轴的下端面上，连接环圈组件模块和光电模块的光缆和线缆穿装在连接轴的轴孔中；
⑷.此时即可按GJB2426A-2015“光纤陀螺测试方法”标准进行检测试验。
2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺环圈组件标度稳定性测试分析方法，其特征在于：所述的连接纤缆为一根光纤光缆和两根导线线缆，光纤连接波导和耦合器，导线连接波导和线路板。
3.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺环圈组件标度稳定性测试分析方法，其特征在于：所述的连接轴上端面的直径为Φ300mm，连接轴的高度不应超过350mm。
4.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺环圈组件标度稳定性测试分析方法，其特征在于：每次测试时，连接轴的上端面安装三个待测环圈组件模块。
5.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺环圈组件标度稳定性测试分析方法，其特征在于：所述的连接轴与速率转台同轴设置。
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