CN110160556A - 一种光纤陀螺敏感线圈环的骨架与对称交叉子绕法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤陀螺敏感线圈环的骨架与对称交叉子绕法，特点是光纤环骨架中部的分隔环出设有贯通左右缠绕光纤环部的纵向开槽，左右侧壁分别开设纵向走线开槽；中部分隔环纵向开槽用于光纤交叉点定位和交叉接结点固定，左侧壁开槽用于光纤换层走纤和反交叉子光纤换向，右侧壁开槽用于光纤换层走纤；利用光纤环骨架翻转实现左右两段光纤换向，避免拆卸供纤轮；每一层光纤由距离光纤中点两侧对称的左右两段光纤绕制而成，使得左右两段光纤与光纤环骨架接触情况相同，由四层对称交叉绕法和第二个四层反对称交叉绕法构成。本发明保证了光纤环结构稳定性，克服了交叉绕法光纤交叉换向不易实现的技术难题，便于实现自动化生产。

Description

一种光纤陀螺敏感线圈环的骨架与对称交叉子绕法

技术领域

本发明属于光纤陀螺敏感线圈绕制技术领域,具体涉及一种光纤陀螺敏感线圈环的骨架与对称交叉子绕法。

背景技术

光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的一种新型传感器,利用光纤传感技术测量空间惯性转动率，具有可靠性高、寿命长、启动速度快、动态范围大等优点。随着科技的进步,航空航天技术的发展对光纤陀螺的精度和温度性提出越来越高的要求。光纤环是光纤陀螺的核心敏感部件，其性能的好坏直接影响光纤陀螺的精度。当沿着光纤存在随时间变化的温度梯度时，光纤陀螺会产生热致非互易性相移，即Shupe误差。Shupe效应会影响光纤陀螺带的稳定性和精度。当以光纤环中点位置对称的两段光纤经历相同的温度变化时，Shupe效应带来的误差可以被抵消，Nicholas等提出了四极对称绕法可以在很大程度上降低Shupe效应，成为目前应用最广的绕法，但是该绕法在绕制光纤的层数为4的整数倍时才具有完整的四极对称结构，否则将改变光纤环对温度变化影响的对称性。后来在四级对称基础上提出的八级绕法和十六极绕法，同样具有相似的弊端。Miroslav Chomát在分析四级对称绕法Shupe效应的基础上提出了双层对称绕法，可以进一步抑制光纤环的温度梯度效应，浙江大学对双层对称绕法进行改进提出交叉绕法，在一定程度上简化了双层对称绕法的工艺复杂度，但是由于交叉子绕法存在中点位置不易控制、交叉部位不稳定等问题，且交叉换向不易实现，导致交叉绕法难以实现自动化生产。

随着科技的进步,航空航天技术的发展对光纤陀螺的精度和温度性提出越来越高的要求，使得现有的各种对称绕法,均无法充分降低Shupe效应,限制了人类探测的步伐。因此需要进一步优化设计提高光纤陀螺敏感线圈的互易性对称结构，最大限度抑制Shupe误差。

发明内容

本发明的目的在于改进现有的光纤环骨架结构和光纤环绕制方法,提供一种针对交叉子绕法中点位置不易控制、交叉部位不稳定等问题，采用有限元光纤环圈温度进行改进的光纤陀螺敏感线圈环的骨架与对称交叉子绕法,以最大限度抑制Shupe效应的影响。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的

一种光纤陀螺敏感线圈环的骨架，光纤环骨架为桶形状，左右设有对称的缠绕光纤环部1，两边带有左右侧壁2，中部设有一个分隔环3，光纤环骨架整体以中部的分隔环为中心左右对称，并形成左侧供纤轮4与右侧供纤轮5；其特征在于：所述的光纤环骨架中部的分隔环出设有贯通左右缠绕光纤环部的纵向开槽6，左、右侧壁分别开设纵向走线开槽7；

所述的光纤环骨架中部分隔环3纵向开槽用于光纤交叉点定位和交叉接结点固定；所述的左侧壁开槽用于光纤换层走纤和反交叉子光纤换向；所述的右侧壁开槽用于光纤换层走纤。

所述的左、右侧壁分别开设纵向走线开槽，在开槽壁上设有弧度。

一种光纤陀螺敏感线圈环的对称交叉子绕法。采用光纤陀螺敏感线圈环的骨架，对称交叉绕法完成光纤环绕制；其特征在于：在骨架的光纤交叉部位和两侧换层部位设计相应的开槽，光纤环骨架中部开槽是用于交叉绕法左右两侧光纤交叉点定位和交叉节点固定的带槽挡壁；左侧壁开槽用于光纤换层走纤和反交叉子光纤换向，右侧壁开槽用于光纤换层走纤；利用光纤环骨架翻转实现左右两段光纤换向，避免拆卸供纤轮。

所述的一种光纤陀螺敏感线圈环的对称交叉子绕法,其特征在于：所述的对称交叉绕法完成光纤环绕制为每一层光纤由距离光纤中点两侧对称的左右两段光纤绕制而成，使得左右两段光纤与光纤环骨架接触情况相同，在当缠绕层数不是四的整数倍时以保证以光纤环中点位置对称的两段光纤经历相同的温度变化；

所述的对称交叉绕法，由四层对称交叉绕法和第二个四层反对称交叉绕法构成，中部交叉结点由骨架中部开槽固定，侧壁交叉节点由左侧壁走线开槽固定。

所述的一种光纤陀螺敏感线圈环的对称交叉子绕法,其特征在于：所述的对称交叉绕法完成光纤环绕制的过程如下：

(1)、首先，将长度为L待绕绕到左侧供纤轮4上，然后将L/2的光纤分到右侧供纤轮5，从而将光纤分为长度相等的两段F_左和F_右；

(2)、将光纤中点固定在光纤环骨架的左侧壁,光纤F_右按照从左到右顺时针方向沿光纤环骨架绕制第一层左段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(3)、光纤F_左从光纤环骨架左侧壁开始按照从左到右逆时针方向沿光纤环骨架绕制第二层左段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(4)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架中部开槽处通过光纤环骨架翻转完成交叉换位；

(5)、光纤F_左从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左逆时针方向沿光纤环骨架绕制第一层右段,绕至光纤环骨架右侧壁处停止；

(6)、光纤F_右从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左顺时针方向沿光纤环骨架绕制第二层右段,绕至光纤环骨架右侧壁处停止；

(7)、光纤F_右从光纤环骨架右侧壁开始按照从左到右顺时针方向绕制第三层右段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(8)、光纤F_左从光纤环骨架右侧壁开始按照从左到右逆时针方向沿光纤环骨架绕制第四层右段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(9)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架中部开槽处通过光纤环骨架翻转完成交叉换位；

(10)、光纤F_左从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左逆时针方向沿光纤环骨架绕制第三层左段,绕至光纤环骨架左侧壁处停止；

(11)、光纤F_右从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左逆时针方向沿光纤环骨架绕制第四层左段,绕至光纤环骨架左侧壁处停止；

(12)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架左侧壁处通过光纤环骨架翻转完成交叉换位；

(13)、光纤F_左从光纤环骨架左侧壁按照从左到右逆方向沿光纤环骨架绕制第五层左段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(14)、光纤F_右从光纤环骨架左侧壁开始按照从左到右顺时针方向沿光纤环骨架绕制第六层左段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(15)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架中部开槽处交叉换位；

(16)、光纤F_右从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左顺时针方向沿光纤环骨架绕制第五层右段,绕至光纤环骨架右侧壁处停止；

(17)、光纤F_左从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左逆时针方向沿光纤环骨架绕制第六层右段,绕至光纤环骨架右侧壁处停止；

(18)、光纤F_左从光纤环骨架右侧壁开始按照从左到右逆时针方向绕制第七层右段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(19)、光纤F_右从光纤环骨架右侧壁开始按照从左到右顺时针方向沿光纤环骨架绕制第八层右段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(20)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架中部开槽处交叉换位；

(21)、光纤F_右从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左顺时针方向沿光纤环骨架绕制第七层左段,绕至光纤环骨架左侧壁处停止；

(22)、光纤F_左从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左顺时针方向沿光纤环骨架绕制第八层左段,绕至光纤环骨架左侧壁处停止；

(23)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架左侧壁处交叉换位；

重复上述过程，直至完成光纤环。

本发明的突出的实质性特点和积极效果是：

首次，设计了便于对称交叉子结构绕制成环的光纤环骨架结构，可保证光纤环结构稳定性，克服了交叉绕法光纤交叉换向不易实现的技术难题，便于实现自动化生产。其次，提出的对称交叉绕法，简化了交叉换向技术，便于实现自动化绕环。

附图说明

图1是本发明光纤环骨架的结构图。

图2是光纤环骨架的侧壁走线开槽放大图。

图3是光纤环骨架的中部光纤交叉换向开槽放大图。

图4是开槽内走线示意图。

图5对称交叉子光纤环缠绕结构示意图。

图6是光纤骨架翻转实现左右两段光纤交叉换向示意图。

图7是本发明光纤陀螺敏感线圈环的对称交叉子绕法工作过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细叙述本发明的实施。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。

如图1、2和图3所示，本发明一种光纤陀螺敏感线圈环的骨架，光纤环骨架为桶形状，左右设有对称的缠绕光纤环部1，两边带有左右侧壁2，中部设有一个分隔环3，光纤环骨架整体以中部的分隔环为中心左右对称，并形成左、右侧供纤轮4、5；光纤环骨架中部的分隔环出设有贯通左右缠绕光纤环部的纵向开槽6，纵向开槽壁具有一定的弧度以避免磨损光纤，左右侧壁分别开设纵向走线开槽7。

如图4、5所示，纵向开槽内走线和对称交叉子光纤环环缠绕结构。光纤环骨架中部分隔环3纵向开槽用于光纤交叉点定位和交叉接结点固定，左侧壁开槽用于光纤换层走纤和反交叉子光纤换向，右侧壁开槽用于光纤换层走纤。

本发明一种光纤陀螺敏感线圈环的对称交叉子绕法，采用本发明的光纤环骨架，使用对称交叉绕法完成光纤环绕制；每一层光纤由距离光纤中点两侧对称的左右两段光纤绕制而成，使得左右两段光纤与光纤环骨架接触情况相同；所以在当缠绕层数不是四的整数倍时也可以保证以光纤环中点位置对称的两段光纤尽可能经历相同的温度变化。另外，反交叉子的设置可以进一步提高光纤环几何结构对称性，降低温漂。

所述的对称交叉绕法，由四层对称交叉绕法和第二个四层反对称交叉绕法构成，中部交叉结点由骨架中部开槽固定，侧壁交叉节点由左侧壁走线开槽固定。

如图6所示，光纤骨架翻转实现左右两段光纤交叉换向示意图。左右两段光纤在交叉结点处，通过光纤环骨架上下翻转实现换向，无需更换供纤轮。

如图7所示，本发明一种光纤陀螺敏感线圈环的对称交叉子绕法。的具体工作过程如下：

(1)、首先，将长度为L待绕绕到左侧供纤轮4上，然后将L/2的光纤分到右侧供纤轮5，从而将光纤分为长度相等的两段F_左和F_右；

(2)、将光纤中点固定在光纤环骨架的左侧壁,光纤F_右按照从左到右顺时针方向沿光纤环骨架绕制第一层左段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(3)、光纤F_左从光纤环骨架左侧壁开始按照从左到右逆时针方向沿光纤环骨架绕制第二层左段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(4)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架中部开槽处通过光纤环骨架翻转完成交叉换位；

(5)、光纤F_左从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左逆时针方向沿光纤环骨架绕制第一层右段,绕至光纤环骨架右侧壁处停止；

(6)、光纤F_右从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左顺时针方向沿光纤环骨架绕制第二层右段,绕至光纤环骨架右侧壁处停止；

(7)、光纤F_右从光纤环骨架右侧壁开始按照从左到右顺时针方向绕制第三层右段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(8)、光纤F_左从光纤环骨架右侧壁开始按照从左到右逆时针方向沿光纤环骨架绕制第四层右段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(9)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架中部开槽处通过光纤环骨架翻转完成交叉换位；

(10)、光纤F_左从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左逆时针方向沿光纤环骨架绕制第三层左段,绕至光纤环骨架左侧壁处停止；

(11)、光纤F_右从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左逆时针方向沿光纤环骨架绕制第四层左段,绕至光纤环骨架左侧壁处停止；

(12)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架左侧壁处通过光纤环骨架翻转完成交叉换位；

(13)、光纤F_左从光纤环骨架左侧壁按照从左到右逆方向沿光纤环骨架绕制第五层左段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(14)、光纤F_右从光纤环骨架左侧壁开始按照从左到右顺时针方向沿光纤环骨架绕制第六层左段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(15)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架中部开槽处交叉换位；

(16)、光纤F_右从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左顺时针方向沿光纤环骨架绕制第五层右段,绕至光纤环骨架右侧壁处停止；

(17)、光纤F_左从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左逆时针方向沿光纤环骨架绕制第六层右段,绕至光纤环骨架右侧壁处停止；

(18)、光纤F_左从光纤环骨架右侧壁开始按照从左到右逆时针方向绕制第七层右段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(19)、光纤F_右从光纤环骨架右侧壁开始按照从左到右顺时针方向沿光纤环骨架绕制第八层右段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(20)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架中部开槽处交叉换位；

(21)、光纤F_右从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左顺时针方向沿光纤环骨架绕制第七层左段,绕至光纤环骨架左侧壁处停止；

(22)、光纤F_左从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左顺时针方向沿光纤环骨架绕制第八层左段,绕至光纤环骨架左侧壁处停止；

(23)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架左侧壁处交叉换位；

重复上述过程，直至完成光纤环。

通过本发明一种光纤陀螺敏感线圈环的骨架与对称交叉子绕法，使绕制完成的光纤环在纵向上实现交叉子和反交叉子对称构成，横向上形成以光纤环骨架中部开槽为中心的8级对称和反8级对称结构，从而最大限度上保证了光纤环几何结构的互易性。

Claims (5)

1.一种光纤陀螺敏感线圈环的骨架，光纤环骨架为桶形状，左右设有对称的缠绕光纤环部(1)，两边带有左右侧壁(2)，中部设有一个分隔环(3)，光纤环骨架整体以中部的分隔环为中心左右对称，并形成左侧供纤轮(4)与右侧供纤轮(5)；其特征在于：所述的光纤环骨架中部的分隔环出设有贯通左右缠绕光纤环部的纵向开槽(6)，左、右侧壁分别开设纵向走线开槽(7)；

所述的光纤环骨架中部分隔环(3)纵向开槽用于光纤交叉点定位和交叉接结点固定；所述的左侧壁开槽用于光纤换层走纤和反交叉子光纤换向；所述的右侧壁开槽用于光纤换层走纤。

2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺敏感线圈环的骨架，其特征在于：所述的左、右侧壁分别开设纵向走线开槽，在开槽壁上设有弧度。

3.一种光纤陀螺敏感线圈环的对称交叉子绕法。采用光纤陀螺敏感线圈环的骨架，对称交叉绕法完成光纤环绕制；其特征在于：在骨架的光纤交叉部位和两侧换层部位设计相应的开槽，光纤环骨架中部开槽是用于交叉绕法左右两侧光纤交叉点定位和交叉节点固定的带槽挡壁；左侧壁开槽用于光纤换层走纤和反交叉子光纤换向，右侧壁开槽用于光纤换层走纤；利用光纤环骨架翻转实现左右两段光纤换向，避免拆卸供纤轮。

4.根据权利要求3所述的一种光纤陀螺敏感线圈环的对称交叉子绕法,其特征在于：所述的对称交叉绕法完成光纤环绕制为每一层光纤由距离光纤中点两侧对称的左右两段光纤绕制而成，使得左右两段光纤与光纤环骨架接触情况相同，在当缠绕层数不是四的整数倍时以保证以光纤环中点位置对称的两段光纤经历相同的温度变化；

所述的对称交叉绕法，由四层对称交叉绕法和第二个四层反对称交叉绕法构成，中部交叉结点由骨架中部开槽固定，侧壁交叉节点由左侧壁走线开槽固定。

5.根据权利要求3所述的一种光纤陀螺敏感线圈环的对称交叉子绕法,其特征在于：所述的对称交叉绕法完成光纤环绕制的过程如下：

(1)、首先，将长度为L待绕绕到左侧供纤轮(4)上，然后将L/2的光纤分到右侧供纤轮(5)，从而将光纤分为长度相等的两段F_左和F_右；

(2)、将光纤中点固定在光纤环骨架的左侧壁,光纤F_右按照从左到右顺时针方向沿光纤环骨架绕制第一层左段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(3)、光纤F_左从光纤环骨架左侧壁开始按照从左到右逆时针方向沿光纤环骨架绕制第二层左段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(4)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架中部开槽处通过光纤环骨架翻转完成交叉换位；

(5)、光纤F_左从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左逆时针方向沿光纤环骨架绕制第一层右段,绕至光纤环骨架右侧壁处停止；

(6)、光纤F_右从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左顺时针方向沿光纤环骨架绕制第二层右段,绕至光纤环骨架右侧壁处停止；

(7)、光纤F_右从光纤环骨架右侧壁开始按照从左到右顺时针方向绕制第三层右段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(8)、光纤F_左从光纤环骨架右侧壁开始按照从左到右逆时针方向沿光纤环骨架绕制第四层右段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(9)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架中部开槽处通过光纤环骨架翻转完成交叉换位；

(10)、光纤F_左从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左逆时针方向沿光纤环骨架绕制第三层左段,绕至光纤环骨架左侧壁处停止；

(11)、光纤F_右从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左逆时针方向沿光纤环骨架绕制第四层左段,绕至光纤环骨架左侧壁处停止；

(12)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架左侧壁处通过光纤环骨架翻转完成交叉换位；

(13)、光纤F_左从光纤环骨架左侧壁按照从左到右逆方向沿光纤环骨架绕制第五层左段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(14)、光纤F_右从光纤环骨架左侧壁开始按照从左到右顺时针方向沿光纤环骨架绕制第六层左段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(15)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架中部开槽处交叉换位；

(16)、光纤F_右从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左顺时针方向沿光纤环骨架绕制第五层右段,绕至光纤环骨架右侧壁处停止；

(17)、光纤F_左从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左逆时针方向沿光纤环骨架绕制第六层右段,绕至光纤环骨架右侧壁处停止；

(18)、光纤F_左从光纤环骨架右侧壁开始按照从左到右逆时针方向绕制第七层右段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(19)、光纤F_右从光纤环骨架右侧壁开始按照从左到右顺时针方向沿光纤环骨架绕制第八层右段,绕至光纤环骨架中部开槽处停止；

(20)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架中部开槽处交叉换位；

(21)、光纤F_右从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左顺时针方向沿光纤环骨架绕制第七层左段,绕至光纤环骨架左侧壁处停止；

(22)、光纤F_左从光纤环骨架中部开槽处开始按照从右到左顺时针方向沿光纤环骨架绕制第八层左段,绕至光纤环骨架左侧壁处停止；

(23)、光纤F_左和光纤F_右的出线端在光纤环骨架左侧壁处交叉换位；

重复上述过程，直至完成光纤环。