CN111220140A - 一种用于超高精度光纤陀螺的交叉十六极对称绕环方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超高精度光纤陀螺的交叉十六极对称绕环方法，绕制得到的光纤环圈，关于光纤环圈厚度中心位置对称的两侧线圈中每层均含有长度相等的正反向光纤，每十六层中两侧线圈为相反的十六极对称排列，与现有的四极对称绕法、八极对称绕法、十六极对称绕法以及交叉四极对称绕法相比，可以进一步提高光纤环内部空间的对称性，保证传输光波几何光程的对称性，提高光纤环圈在径向、轴向以及环内部立体空间的排纤对称性，并且，在温变条件下，不仅可以减小光纤环圈中产生的径向、轴向温度非互易相位误差，还能减小光纤环圈内部立体空间温度梯度引起的非互易相位误差，从而可以提高超高精度光纤陀螺的环境适应能力。

Description

一种用于超高精度光纤陀螺的交叉十六极对称绕环方法

技术领域

本发明涉及光纤传感、光纤陀螺和绕纤技术领域，特别适用于温度条件苛刻的超高精度惯导技术领域，尤其涉及一种用于超高精度光纤陀螺的交叉十六极对称绕环方法。

背景技术

光纤陀螺是一种基于Sagnac效应与光纤传输原理的角速率传感器，它具有结构简单、启动时间短、动态范围宽、振动性能好和可靠性高等优点，已被广泛应用于航空、航天、航海和兵器装备等领域。

在精度要求越来越高的情况下，外界因素尤其是温度变化对光纤陀螺性能的影响不可忽视。光纤环圈作为敏感转动角速度的器件，是光纤陀螺的核心部件。在实际应用中，光纤环圈中沿顺时针方向和逆时针方向传输的光波之间的相位差，不仅受角速度的影响，温度的改变也会使两束光波之间产生“非互易”相位误差，从而影响光纤陀螺的传感精度。光纤环圈的精确绕制技术和对称绕法能够有效降低温度变化引起的非互易相位误差，因此，对光纤对称绕制技术进行研究与改进，是保证光纤陀螺具有超高精度与超高稳定性的关键。

目前，高精度光纤陀螺用光纤环圈的绕制方法，多采用四极对称绕法(即四层为一排纤周期，如图1所示)、八极对称绕法(即八层为一排纤周期，如图2所示)、十六极对称绕法(即十六层为一排纤周期，如图3所示)以及交叉四极对称绕法(即四层为一周期，每层包括正反方向缠绕的光纤，两部分互为反四极，如图4所示)。上述对称缠绕方法虽然在光纤长度上实现了光路的互易性，但对于超高精度光纤陀螺来说，如图5所示，光纤环圈1采用脱骨架型，使用时需要将光纤环圈1通过粘接胶2固定于结构件3上，用于敏感转速的光纤环圈1长达10km，层数超过60层，温变环境在光纤环圈1的内部将产生更加复杂的立体空间温度梯度，会导致沿顺时针方向和逆时针方向传输的两束光波在温度调制下产生非互易相位误差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于超高精度光纤陀螺的交叉十六极对称绕环方法，用以降低超高精度光纤环圈内部复杂的立体空间温度梯度引起的非互易相位误差，实现超高精度光纤陀螺精度的长期稳定。

因此，本发明提供了一种用于超高精度光纤陀螺的交叉十六极对称绕环方法，包括如下步骤：

S1：将待绕光纤绕制到A分纤环和B分纤环上；其中，所述A分纤环和所述B分纤环上的光纤长度相等且为一整根光纤；

S2：安装光纤环圈工装卡具，对所述光纤环圈工装卡具进行清洁；

S3：将所述A分纤环、所述B分纤环和所述光纤环圈工装卡具固定在光纤绕环机上；

S4：从所述光纤环圈工装卡具的一侧开始所述A分纤环上的光纤的缠绕，起绕点为整根光纤的中点，缠绕n圈后停止缠绕；其中，n为整数；

S5：在第1层A分纤环上光纤的上方，沿第1层排纤方向开始所述B分纤环上的光纤的缠绕，起绕点为整根光纤的中点，缠绕n圈后，将所述B分纤环上的光纤跃迁至第1层，紧挨第1层A分纤环上光纤的第n圈继续进行缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S6：将所述A分纤环上的光纤交叉跨越到第2层，紧挨第2层B分纤环上光纤的第n圈开始缠绕，缠绕n圈后，将所述A分纤环上的光纤跃迁至第3层，在第2层A分纤环上光纤的上方，沿第2层排纤的反方向进行第3层的缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S7：将所述B分纤环上的光纤跃迁至第4层，在第3层A分纤环上光纤的上方沿第3层排纤方向开始缠绕，缠绕n圈后，将所述B分纤环上的光纤跃迁至第3层，紧挨第3层A分纤环上光纤的第n圈继续进行缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S8：将所述A分纤环上的光纤交叉跨越到第4层，紧挨第4层B分纤环上光纤的第n圈开始缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S9：将所述B分纤环上的光纤跃迁至第5层，在第4层A分纤环上光纤的上方，沿第4层排纤的反方向开始缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S10：将所述A分纤环上的光纤跃迁至第6层，在第5层B分纤环上光纤的上方，沿第5层排纤方向开始缠绕，缠绕n圈后，将所述A分纤环上的光纤跃迁至第5层，紧挨第5层B分纤环上光纤的第n圈继续进行缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S11：将所述B分纤环上的光纤交叉跨越到第6层，紧挨第6层A分纤环上光纤的第n圈开始缠绕，缠绕n圈后，将所述B分纤环上的光纤跃迁至第7层，在第6层B分纤环上光纤的上方，沿第6层排纤的反方向进行第7层的缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S12：将所述A分纤环上的光纤跃迁至第8层，在第7层B分纤环上光纤的上方沿第7层排纤方向开始缠绕，缠绕n圈后，将所述A分纤环上的光纤跃迁至第7层，紧挨第7层B分纤环上光纤的第n圈继续进行缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S13：将所述B分纤环上的光纤交叉跨越到第8层，紧挨第8层A分纤环上光纤的第n圈开始缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S14：从第9层开始，从所述B分纤环上的光纤开始缠绕，绕制方式与步骤S9～步骤S13所述方式相同，绕至第12层；

S15：从第13层开始，从所述A分纤环上的光纤开始缠绕，绕制方式与步骤S4～步骤S8所述方式相同，绕至第16层；

S16：从第17层开始，绕制方式与步骤S4～步骤S15所述方式相同，直至绕至规定层数m；其中，m为16的整数倍；

步骤S4～步骤S16中，所述A分纤环上的光纤的缠绕方向与所述B分纤环上的光纤的缠绕方向相反；

S17：从所述A分纤环和所述B分纤环上分别截取预设长度的光纤作为尾纤，将尾纤缠绕成环圈并用胶带固定在所述光纤环圈工装卡具上；

S18：将所述A分纤环、所述B分纤环和缠有光纤的光纤环圈工装卡具从所述光纤绕环机上取下，并拆除所述光纤环圈工装卡具，得到交叉十六极对称绕制的光纤环圈。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法中，步骤S1，将待绕光纤绕制到A分纤环和B分纤环上，具体包括如下步骤：

S11：将待绕光纤从光纤桶上绕制到A分纤环上；

S12：将A分纤环上的光纤缠绕到B分纤环上，至待绕光纤总长度的中点处时结束缠绕，此时不剪断光纤，保持待绕光纤的完整性。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法中，步骤S1中，将待绕光纤绕制到A分纤环和B分纤环上的张力为9g～11g。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法中，步骤S1中，将待绕光纤绕制到A分纤环和B分纤环上的速度为40m/min～60m/min。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法中，步骤S2，安装光纤环圈工装卡具，对所述光纤环圈工装卡具进行清洁，具体包括如下步骤：

S21：利用酒精棉或蘸有酒精的无尘布清洁光纤环圈工装卡具的结构组件；

S22：将清洁后的结构组件安装成光纤环圈工装卡具；

S23：对安装成的光纤环圈工装卡具进行检查并再次清洁；

S24：在再次清洁后的光纤环圈工装卡具的光纤接触面上均匀喷涂脱模剂；

S25：将喷涂有脱模剂的光纤环圈工装卡具放置晾干后备用。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法中，步骤S4～步骤S16中，每次从对所述A分纤环的绕制更换为对所述B分纤环的绕制时，顺着光纤扭转盘旋的方向对所述B分纤环进行反方向旋转，直到所述B分纤环上的光纤自然下垂；每次从对所述B分纤环的绕制更换为对所述A分纤环的绕制时，顺着光纤扭转盘旋的方向对所述A分纤环进行反方向旋转，直到所述A分纤环上的光纤自然下垂。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法中，步骤S4～步骤S16中，光纤的缠绕张力为4.5g～5.5g。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法中，步骤S4～步骤S16中，光纤的缠绕速度为5m/min～20m/min。

本发明还提供了一种利用本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法绕制得到的光纤环圈：

所述光纤环圈的总层数为16的整数倍；每层光纤由连续缠绕的n圈A分纤环上光纤和连续缠绕的n圈B分纤环上光纤组成，n为整数；每层光纤中所述A分纤环与所述B分纤环上的光纤长度相等、缠绕方向相反且为一整根光纤；所述A分纤环的起绕点与所述B分纤环的起绕点为整根光纤的中点；

每十六层光纤中，奇数层在第n圈结束后在第n+1圈向上交叉排列，偶数层在第n圈结束后在第n+1圈向下交叉排列，形成8个交叉点，所述8个交叉点分别位于每相邻两层的中点位置；

每十六层光纤中，以各所述交叉点为界分为两部分，其中一部分的光纤呈十六极对称排列，另一部分的光纤呈反十六极对称排列。

本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法及绕制得到的光纤环圈，每一层的光纤分别由A分纤环上光纤和B分纤环上光纤组成，且每层中两只分纤环上光纤的长度相等，即关于光纤环圈厚度中心位置对称的两侧线圈中每层均含有长度相等的正反向光纤，每十六层中两侧线圈为相反的十六极对称排列，与现有的四极对称绕法、八极对称绕法、十六极对称绕法以及交叉四极对称绕法相比，可以进一步提高光纤环内部空间的对称性，保证传输光波几何光程的对称性，提高光纤环圈在径向、轴向以及环内部立体空间的排纤对称性，并且，在温变条件下，不仅可以减小光纤环圈中产生的径向、轴向温度非互易相位误差，还能减小光纤环圈内部立体空间温度梯度引起的非互易相位误差，从而可以提高超高精度光纤陀螺的环境适应能力。

附图说明

图1为采用现有的四极对称绕法得到的光纤环圈沿光纤环圈的轴向切割后的截面示意图；

图2为采用现有的八极对称绕法得到的光纤环圈沿光纤环圈的轴向切割后的截面示意图；

图3为采用现有的十六极对称绕法得到的光纤环圈沿光纤环圈的轴向切割后的截面示意图；

图4为采用现有的交叉四极对称绕法得到的光纤环圈沿光纤环圈的轴向切割后的截面示意图；

图5为光纤环圈受热示意图；

图6为本发明实施例1中第1层A分纤环上光纤的绕制示意图；

图7为本发明实施例1中B分纤环上光纤的第2层与第1层绕制示意图；

图8为本发明实施例1中A分纤环上光纤的第2层与第3层绕制示意图；

图9为本发明实施例1中B分纤环上光纤的第4层与第3层绕制示意图；

图10为本发明实施例1中A分纤环上光纤的第4层绕制示意图；

图11为本发明实施例1中交叉八极对称排列示意图；

图12为本发明实施例1中交叉十二极对称排列示意图；

图13为本发明实施例1中交叉十六极对称排列示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本发明。

本发明提供的一种用于超高精度光纤陀螺的交叉十六极对称绕环方法，包括如下步骤：

S1：将待绕光纤绕制到A分纤环和B分纤环上；其中，A分纤环和B分纤环上的光纤长度相等且为一整根光纤；

S2：安装光纤环圈工装卡具，对光纤环圈工装卡具进行清洁；

S3：将A分纤环、B分纤环和光纤环圈工装卡具固定在光纤绕环机上；

S4：从光纤环圈工装卡具的一侧开始A分纤环上的光纤的缠绕，起绕点为整根光纤的中点，缠绕n圈后停止缠绕；其中，n为整数；具体可以从光纤环圈工装卡具的挡板一侧开始缠绕；

S5：在第1层A分纤环上光纤的上方，沿第1层排纤方向开始B分纤环上的光纤的缠绕，起绕点为整根光纤的中点，缠绕n圈后，将B分纤环上的光纤跃迁至第1层，紧挨第1层A分纤环上光纤的第n圈继续进行缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S6：将A分纤环上的光纤交叉跨越到第2层，紧挨第2层B分纤环上光纤的第n圈开始缠绕，缠绕n圈后，将A分纤环上的光纤跃迁至第3层，在第2层A分纤环上光纤的上方，沿第2层排纤的反方向进行第3层的缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S7：将B分纤环上的光纤跃迁至第4层，在第3层A分纤环上光纤的上方沿第3层排纤方向开始缠绕，缠绕n圈后，将B分纤环上的光纤跃迁至第3层，紧挨第3层A分纤环上光纤的第n圈继续进行缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S8：将A分纤环上的光纤交叉跨越到第4层，紧挨第4层B分纤环上光纤的第n圈开始缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S9：将B分纤环上的光纤跃迁至第5层，在第4层A分纤环上光纤的上方，沿第4层排纤的反方向开始缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S10：将A分纤环上的光纤跃迁至第6层，在第5层B分纤环上光纤的上方，沿第5层排纤方向开始缠绕，缠绕n圈后，将A分纤环上的光纤跃迁至第5层，紧挨第5层B分纤环上光纤的第n圈继续进行缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S11：将B分纤环上的光纤交叉跨越到第6层，紧挨第6层A分纤环上光纤的第n圈开始缠绕，缠绕n圈后，将B分纤环上的光纤跃迁至第7层，在第6层B分纤环上光纤的上方，沿第6层排纤的反方向进行第7层的缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S12：将A分纤环上的光纤跃迁至第8层，在第7层B分纤环上光纤的上方沿第7层排纤方向开始缠绕，缠绕n圈后，将A分纤环上的光纤跃迁至第7层，紧挨第7层B分纤环上光纤的第n圈继续进行缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S13：将B分纤环上的光纤交叉跨越到第8层，紧挨第8层A分纤环上光纤的第n圈开始缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S14：从第9层开始，从B分纤环上的光纤开始缠绕，绕制方式与步骤S9～步骤S13方式相同，绕至第12层；

S15：从第13层开始，从A分纤环上的光纤开始缠绕，绕制方式与步骤S4～步骤S8方式相同，绕至第16层；

S16：从第17层开始，绕制方式与步骤S4～步骤S15方式相同，直至绕至规定层数m；其中，m为16的整数倍；

步骤S4～步骤S16中，A分纤环上的光纤的缠绕方向与B分纤环上的光纤的缠绕方向相反；

S17：从A分纤环和B分纤环上分别截取预设长度的光纤作为尾纤，将尾纤缠绕成环圈并用胶带固定在光纤环圈工装卡具上；以防止已缠绕光纤松懈；具体地，尾纤的长度由工艺要求确定；

S18：将A分纤环、B分纤环和缠有光纤的光纤环圈工装卡具从光纤绕环机上取下，并拆除光纤环圈工装卡具，得到交叉十六极对称绕制的光纤环圈。

本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法，绕制得到的光纤环圈，每一层的光纤分别由A分纤环上光纤和B分纤环上光纤组成，且每层中两只分纤环上光纤的长度相等，即关于光纤环圈厚度中心位置对称的两侧线圈中每层均含有长度相等的正反向光纤，每十六层中两侧线圈为相反的十六极对称排列，与现有的四极对称绕法、八极对称绕法、十六极对称绕法以及交叉四极对称绕法相比，可以进一步提高光纤环内部空间的对称性，保证传输光波几何光程的对称性，提高光纤环圈在径向、轴向以及环内部立体空间的排纤对称性，并且，在温变条件下，不仅可以减小光纤环圈中产生的径向、轴向温度非互易相位误差，还能减小光纤环圈内部立体空间温度梯度引起的非互易相位误差，从而可以提高超高精度光纤陀螺的环境适应能力。本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法特别适用于外径为135μm的光纤绕制。

现有的四极对称绕法主要是减小沿光纤环圈轴向的温度梯度引起的非互易相位误差；现有的八级对称绕法主要是减小沿光纤环圈径向的温度梯度引起的非互易相位误差；现有的十六极对称绕法能够减小沿光纤环圈轴向和径向的温度梯度引起的非互易相位误差；现有的交叉四极对称绕法相比四极对称绕法可进一步降低温度梯度引起的非互易相位误差。以上四种绕法在一定程度上可以减小由温度梯度引起的非互易相位误差，但主要是针对低、中、高精度光纤陀螺用长5km以内的光纤环圈。

对于超高精度光纤陀螺用长约10km的光纤环圈，在某一限定的体积范围内，将10km的光纤缠绕成环圈状，不仅层数多达80层，并且每层的光纤匝数约200匝。为了解决光纤环圈工装卡具与光纤环圈热膨胀系数适配引起的非互易相位误差，本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法，光纤环圈的结构形式采用全脱骨架形式，光纤环圈通过粘接胶与光纤环圈工装卡具粘接在一起。光纤环圈的粘接面只有一面用于粘接，其余面直接与空气接触。光纤环圈粘接面的温度传导属于热传导，其余面属于热辐射。对于热传导，当环境温度发生变化引起光纤环圈工装卡具的某一区域发生热胀冷缩效应时，间接施加在光纤环圈的作用有两种：一是结构件形变引起粘接胶的形变，从而导致光纤环圈中局部光纤发生弹性形变；二是温度通过光纤环圈工装卡具、粘接胶传导至光纤环圈的光纤，导致热光效应的发生。粘接面光纤的弹性形变与温度变化，会在光纤环圈中扩散。另外，对于热辐射，温度沿光纤环圈的光纤向内部传导。温度引起的粘接面光纤弹性形变、热传导与其余面的热辐射的共同作用，在多达80层、10km长光纤环圈内部光纤层与层之间、匝与匝之间产生的空间温度梯度更加复杂，对于超高精度光纤陀螺来说，温度致非互易相位误差影响更大，因此，现有的适用于高精度光纤陀螺以内的光纤环圈缠绕方法难以解决温度致非互易相位误差。

基于此，本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法，不仅能够使得光纤环圈上关于光纤中点对称的光纤经历的温度时间梯度相近，还能够进一步抵消多层长距离光纤环圈内部的温度时间梯度引起的非互易相位误差。采用本发明提供的上述交叉十六对称绕环方法缠绕得到的光纤，在同一层中存在距离光纤中点等距离的两部分光纤，且相邻层中的光纤交叉位于不同层，当温度变化时，由温度梯度在两部分光纤中引起的温度致非互易误差可以抵消。另外，光纤环圈的制作采用光纤绕环机，分纤环上的光纤需通过多个导纤轮到达光纤环圈工装卡具，在缠绕过程中导纤轮旋转不稳定会增加光纤的扭转，且随着光纤长度的增加，扭转会逐渐累积，光纤的扭转不仅会在光纤中引起扭转力，而且会在光纤环增大磁场的影响，本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法，在交叉换层时，增加了光纤退扭过程，既可以减小光纤的扭转力又可以进一步减弱磁场的影响。

在具体实施时，在执行本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法中的步骤S1，将待绕光纤绕制到A分纤环和B分纤环上时，具体可以包括如下步骤：

S11：将待绕光纤从光纤桶上绕制到A分纤环上；

S12：将A分纤环上的光纤缠绕到B分纤环上，至待绕光纤总长度的中点处时结束缠绕，此时不剪断光纤，保持待绕光纤的完整性。也就是说，A分纤环上的光纤与B分纤环上的光纤为一根光纤。

在具体实施时，在本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法中的步骤S1中，将待绕光纤绕制到A分纤环和B分纤环上的张力，即分纤张力，可以控制在9g～11g范围。具体地，可以根据待绕光纤的种类选择合适大小的分纤张力。

在具体实施时，在本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法中的步骤S1中，将待绕光纤绕制到A分纤环和B分纤环上的速度，即分纤速度，可以控制在40m/min～60m/min范围，优选地，分纤速度为50m/min。具体地，可以根据待绕光纤的种类选择合适大小的分纤速度。

在具体实施时，在执行本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法中的步骤S2，安装光纤环圈工装卡具，对光纤环圈工装卡具进行清洁时，具体可以包括如下步骤：

S21：利用酒精棉或蘸有酒精的无尘布清洁光纤环圈工装卡具的结构组件；以保证光纤环圈工装卡具的结构组件无污物；

S22：将清洁后的结构组件安装成光纤环圈工装卡具；

S23：对安装成的光纤环圈工装卡具进行检查并再次清洁；以确保光纤环圈工装卡具装配正确且无污物；

S24：在再次清洁后的光纤环圈工装卡具的光纤接触面上均匀喷涂脱模剂；以便于后续拆除光纤环圈工装卡具；

S25：将喷涂有脱模剂的光纤环圈工装卡具放置晾干后备用。

在具体实施时，在本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法中，步骤S4～步骤S16中，每次从对A分纤环的绕制更换为对B分纤环的绕制时，顺着光纤扭转盘旋的方向对B分纤环进行反方向旋转，直到B分纤环上的光纤自然下垂；每次从对B分纤环的绕制更换为对A分纤环的绕制时，顺着光纤扭转盘旋的方向对A分纤环进行反方向旋转，直到A分纤环上的光纤自然下垂；这样，可以达到对光纤进行去扭转的目的。与现有的十六极对称绕法相比，本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法的去扭转次数多，增加的去扭转次数为光纤环圈总层数的一半，且增加的去扭转位置位于每层的中点。

在具体实施时，在本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法中的步骤S4～步骤S16中，光纤的缠绕张力可以控制在4.5g～5.5g范围。具体地，可以根据光纤的种类选择合适大小的缠绕张力。

在具体实施时，在本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法中的步骤S4～步骤S16中，光纤的缠绕速度可以控制在5m/min～20m/min范围，优选地，缠绕速度为10m/min。具体地，可以根据光纤的种类选择合适大小的缠绕速度。

在具体实施时，在执行本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法中的步骤S18时，将A分纤环、B分纤环和缠有光纤的光纤环圈工装卡具从光纤绕环机上取下后，拆除光纤环圈工装卡具前，还需要对绕制得到的光纤环圈进行固化处理。具体地，对于带胶绕制的光纤环圈，在固化处理前需要利用无尘纸或酒精棉清理多余胶液；对于未带胶绕制但后续采用浸胶的光纤环圈，在浸胶完成后固化处理前，也需要利用无尘纸或酒精棉清理多余胶液。固化处理可以通过将光纤环圈放入固化机中，按照工艺要求对光纤环圈进行固化来实现，具体地，可以根据胶的类型选择固化机的类型，例如，光固化机或热固化机。在固化处理完成后，可以将光纤环圈从固化机中取出，放置至室温。

下面通过一个具体的实施例对本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法的具体实施过程进行详细说明。

实施例1：

步骤一：分纤；

(1)将外径为135μm、长度为10km的保偏光纤，在张力为10g、转速为50m/min的条件下，绕制到A分纤环上；

(2)在张力为10g，转速为50m/min的条件下，将A分纤环上的光纤缠绕一半到B分纤环上，不打断光纤，保持光纤的完整性，即两只分纤环上的光纤为一根光纤；

步骤二：安装光纤环圈工装卡具；

(1)用酒精棉清洁组成光纤环圈工装卡具的各结构组件，保持各结构组件无污物；

(2)按照装配图将各结构组件安装成光纤环圈工装卡具；

(3)安装完成后，对光纤环圈工装卡具进行检查，确保装配正确，并再次对光纤环圈工装卡具进行清洁；

(4)在光纤环圈工装卡具的光纤接触面上喷涂脱模剂，要求喷涂均匀；

(5)将喷涂有脱模剂的光纤环圈工装卡具放置晾干后备用；

步骤三：将两只分纤环和光纤环圈工装卡具固定在光纤绕环机上；

步骤四：将两只分纤环上的光纤，在张力为5g和转速为10m/min的条件下，按照交叉十六极对称绕制方法，缠绕在光纤环圈工装卡具上；

(1)起绕点为整根光纤的中点，从光纤环圈工装卡具的一侧开始A分纤环上光纤的缠绕，缠绕5圈后停止缠绕；沿光纤环圈的轴向切割后如图6所示，图6中的箭头表示排纤方向；

(2)第2层开始B分纤环上光纤的缠绕，B分纤环上光纤的缠绕方向与A分纤环上光纤的缠绕方向相反，缠绕5圈后，B分纤环上的光纤跃迁至第1层，紧挨第1层A分纤环上光纤的第5圈继续进行缠绕，缠绕5圈后停止缠绕；沿光纤环圈的轴向切割后如图7所示，图7中的箭头表示排纤方向；

(3)将A分纤环上的光纤交叉跨越到第2层，紧挨B分纤环上光纤的第5圈开始第6圈光纤的缠绕，缠绕5圈后开始沿第2层排纤的反方向进行第3层的绕制，缠绕5圈后停止缠绕；沿光纤环圈的轴向切割后如图8所示，图8中的箭头表示排纤方向；

(4)将B分纤环上的光纤跃迁至第4层，从A分纤环第3层第1圈光纤上开始缠绕，缠绕5圈后，B分纤环上的光纤跃迁至第3层，紧挨第3层A分纤环上光纤的第5圈光纤进行第6圈的缠绕，缠绕5圈后停止缠绕；沿光纤环圈的轴向切割后如图9所示，图9中的箭头表示排纤方向；

(5)将A分纤环上的光纤交叉跨越到第4层，紧挨B分纤环第4层第5圈光纤开始第4层第6圈光纤的缠绕，缠绕5圈后停止缠绕，完成一组交叉四极对称缠绕，沿光纤环圈的轴向切割后如图10所示，图10中的箭头表示排纤方向；

(6)从第5层开始，先从B分纤环上的光纤开始缠绕，缠绕5圈后停止缠绕；

(7)第6层开始A分纤环上光纤的缠绕，A分纤环上光纤的缠绕方向与B分纤环上光纤的缠绕方向相反，缠绕5圈后，A分纤环上的光纤跃迁至第5层，紧挨第5层B分纤环上光纤的第5圈继续进行缠绕，缠绕5圈后停止缠绕；

(8)将B分纤环上的光纤交叉跨越到第6层，紧挨A分纤环上光纤的第5圈开始第6圈光纤的缠绕，缠绕5圈后开始沿第6层排纤的反方向进行第7层的绕制，缠绕5圈后停止缠绕；

(9)将A分纤环上的光纤跃迁至第8层，从B分纤环第7层第1圈光纤上开始缠绕，缠绕5圈后，A分纤环上的光纤跃迁至第7层，紧挨第7层B分纤环上光纤的第5圈光纤进行第6圈的缠绕，缠绕5圈后停止缠绕；

(10)将B分纤环上的光纤交叉跨越到第8层，紧挨A分纤环第8层第5圈光纤开始第8层第6圈光纤的缠绕，缠绕5圈后停止缠绕，完成第二组交叉四极对称缠绕；第一组交叉四极对称缠绕与第二组交叉四极对称缠绕组成第一组交叉八极对称缠绕，沿光纤环圈的轴向切割后如图11所示；

(11)从第9层开始，先从B分纤环上的光纤开始缠绕，绕至第12层，光纤缠绕方式与步骤(6)～(10)相同，完成第三组交叉四极对称缠绕，沿光纤环圈的轴向切割后如图12所示；

(12)从第13层开始，先从A分纤环上的光纤开始缠绕，绕至第16层，光纤缠绕方式与步骤(1)～(5)相同，完成第四组交叉四极对称缠绕；第三组交叉四极对称与第四组交叉四极对称组成第二组交叉八极对称缠绕，第一组交叉八极对称缠绕和第二组交叉八极对称缠绕组成第一组交叉十六极对称缠绕；沿光纤环圈的轴向切割后如图13所示；

(13)重复步骤(1)～(12)，按照上述交叉十六极对称缠绕方法将A分纤环与B分纤环上的光纤缠绕至规定层数，完成光纤环圈的绕制；

步骤五：拆除；

(1)分别从A分纤环和B分纤环上留取长度为4m～5m的光纤，留作尾纤，将尾纤用手缠绕成直径为5厘米的环圈，用胶带固定在光纤环圈工装卡具上；

(2)取下A分纤环和B分纤环，放置一边，将已缠绕有保偏光纤的光纤环圈工装卡具从光纤绕环机上取下；

(3)利用无尘纸或酒精棉清理光纤环圈工装卡具和光纤环尾纤上的多余胶液；

(4)将光纤环圈放入紫外光固化机中，按工艺要求对光纤环圈进行紫外光固化；

(5)固化完成后，将光纤环圈从固化机中取出，放置至室温；

(6)拆除光纤环圈工装卡具，得到交叉十六级绕制的光纤环圈，完成光纤环圈的制作。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种利用本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法绕制得到的光纤环圈，光纤环圈的总层数为16的整数倍；每层光纤由连续缠绕的n圈A分纤环上光纤和连续缠绕的n圈B分纤环上光纤组成，n为整数；每层光纤中A分纤环与B分纤环上的光纤长度相等、缠绕方向相反且为一整根光纤；A分纤环的起绕点与B分纤环的起绕点为整根光纤的中点；每十六层光纤中，奇数层在第n圈结束后在第n+1圈向上交叉排列，偶数层在第n圈结束后在第n+1圈向下交叉排列，形成8个交叉点，8个交叉点分别位于每相邻两层的中点位置；每十六层光纤中，以各交叉点为界分为两部分，其中一部分的光纤呈十六极对称排列，另一部分的光纤呈反十六极对称排列。光纤环圈最外层缠绕的2n圈光纤中，最后缠绕的n圈为B分纤环(或A分纤环)上的光纤，前n圈为A分纤环(或B分纤环)上的光纤。

如图13所示的十六层光纤中，每层光纤由连续缠绕的5圈A分纤环上光纤和连续缠绕的5圈B分纤环上光纤组成；每层光纤中A分纤环与B分纤环上的光纤长度相等、缠绕方向相反且为一整根光纤；A分纤环的起绕点与B分纤环的起绕点为整根光纤的中点；每十六层光纤中，奇数层在第5圈结束后在第6圈向上交叉排列，偶数层在第5圈结束后在第6圈向下交叉排列，形成8个交叉点，8个交叉点分别位于每相邻两层的中点位置；每十六层光纤中，以各交叉点为界分为两部分，其中一部分的光纤呈十六极对称排列，另一部分的光纤呈反十六极对称排列；第十六层缠绕的10圈光纤中，最后缠绕的5圈为A分纤环上的光纤，前5圈为B分纤环上的光纤。

本发明提供的上述交叉十六极对称绕环方法及绕制得到的光纤环圈，每一层的光纤分别由A分纤环上光纤和B分纤环上光纤组成，且每层中两只分纤环上光纤的长度相等，即关于光纤环圈厚度中心位置对称的两侧线圈中每层均含有长度相等的正反向光纤，每十六层中两侧线圈为相反的十六极对称排列，与现有的四极对称绕法、八极对称绕法、十六极对称绕法以及交叉四极对称绕法得到的光纤环圈相比，可以进一步提高光纤环内部空间的对称性，保证传输光波几何光程的对称性，提高光纤环圈在径向、轴向以及环内部立体空间的排纤对称性，并且，在温变条件下，不仅可以减小光纤环圈中产生的径向、轴向温度非互易相位误差，还能减小光纤环圈内部立体空间温度梯度引起的非互易相位误差，从而可以提高超高精度光纤陀螺的环境适应能力。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种用于超高精度光纤陀螺的交叉十六极对称绕环方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将待绕光纤绕制到A分纤环和B分纤环上；其中，所述A分纤环和所述B分纤环上的光纤长度相等且为一整根光纤；

S2：安装光纤环圈工装卡具，对所述光纤环圈工装卡具进行清洁；

S3：将所述A分纤环、所述B分纤环和所述光纤环圈工装卡具固定在光纤绕环机上；

S4：从所述光纤环圈工装卡具的一侧开始所述A分纤环上的光纤的缠绕，起绕点为整根光纤的中点，缠绕n圈后停止缠绕；其中，n为整数；

S5：在第1层A分纤环上光纤的上方，沿第1层排纤方向开始所述B分纤环上的光纤的缠绕，起绕点为整根光纤的中点，缠绕n圈后，将所述B分纤环上的光纤跃迁至第1层，紧挨第1层A分纤环上光纤的第n圈继续进行缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S6：将所述A分纤环上的光纤交叉跨越到第2层，紧挨第2层B分纤环上光纤的第n圈开始缠绕，缠绕n圈后，将所述A分纤环上的光纤跃迁至第3层，在第2层A分纤环上光纤的上方，沿第2层排纤的反方向进行第3层的缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S7：将所述B分纤环上的光纤跃迁至第4层，在第3层A分纤环上光纤的上方沿第3层排纤方向开始缠绕，缠绕n圈后，将所述B分纤环上的光纤跃迁至第3层，紧挨第3层A分纤环上光纤的第n圈继续进行缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S8：将所述A分纤环上的光纤交叉跨越到第4层，紧挨第4层B分纤环上光纤的第n圈开始缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S9：将所述B分纤环上的光纤跃迁至第5层，在第4层A分纤环上光纤的上方，沿第4层排纤的反方向开始缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S10：将所述A分纤环上的光纤跃迁至第6层，在第5层B分纤环上光纤的上方，沿第5层排纤方向开始缠绕，缠绕n圈后，将所述A分纤环上的光纤跃迁至第5层，紧挨第5层B分纤环上光纤的第n圈继续进行缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S11：将所述B分纤环上的光纤交叉跨越到第6层，紧挨第6层A分纤环上光纤的第n圈开始缠绕，缠绕n圈后，将所述B分纤环上的光纤跃迁至第7层，在第6层B分纤环上光纤的上方，沿第6层排纤的反方向进行第7层的缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S12：将所述A分纤环上的光纤跃迁至第8层，在第7层B分纤环上光纤的上方沿第7层排纤方向开始缠绕，缠绕n圈后，将所述A分纤环上的光纤跃迁至第7层，紧挨第7层B分纤环上光纤的第n圈继续进行缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S13：将所述B分纤环上的光纤交叉跨越到第8层，紧挨第8层A分纤环上光纤的第n圈开始缠绕，缠绕n圈后停止缠绕；

S14：从第9层开始，从所述B分纤环上的光纤开始缠绕，绕制方式与步骤S9～步骤S13所述方式相同，绕至第12层；

S15：从第13层开始，从所述A分纤环上的光纤开始缠绕，绕制方式与步骤S4～步骤S8所述方式相同，绕至第16层；

S16：从第17层开始，绕制方式与步骤S4～步骤S15所述方式相同，直至绕至规定层数m；其中，m为16的整数倍；

步骤S4～步骤S16中，所述A分纤环上的光纤的缠绕方向与所述B分纤环上的光纤的缠绕方向相反；

S17：从所述A分纤环和所述B分纤环上分别截取预设长度的光纤作为尾纤，将尾纤缠绕成环圈并用胶带固定在所述光纤环圈工装卡具上；

S18：将所述A分纤环、所述B分纤环和缠有光纤的光纤环圈工装卡具从所述光纤绕环机上取下，并拆除所述光纤环圈工装卡具，得到交叉十六极对称绕制的光纤环圈。

2.如权利要求1所述的交叉十六极对称绕环方法，其特征在于，步骤S1，将待绕光纤绕制到A分纤环和B分纤环上，具体包括如下步骤：

S11：将待绕光纤从光纤桶上绕制到A分纤环上；

S12：将A分纤环上的光纤缠绕到B分纤环上，至待绕光纤总长度的中点处时结束缠绕，此时不剪断光纤，保持待绕光纤的完整性。

3.如权利要求1或2所述的交叉十六极对称绕环方法，其特征在于，步骤S1中，将待绕光纤绕制到A分纤环和B分纤环上的张力为9g～11g。

4.如权利要求1或2所述的交叉十六极对称绕环方法，其特征在于，步骤S1中，将待绕光纤绕制到A分纤环和B分纤环上的速度为40m/min～60m/min。

5.如权利要求1所述的交叉十六极对称绕环方法，其特征在于，步骤S2，安装光纤环圈工装卡具，对所述光纤环圈工装卡具进行清洁，具体包括如下步骤：

S21：利用酒精棉或蘸有酒精的无尘布清洁光纤环圈工装卡具的结构组件；

S22：将清洁后的结构组件安装成光纤环圈工装卡具；

S23：对安装成的光纤环圈工装卡具进行检查并再次清洁；

S24：在再次清洁后的光纤环圈工装卡具的光纤接触面上均匀喷涂脱模剂；

S25：将喷涂有脱模剂的光纤环圈工装卡具放置晾干后备用。

6.如权利要求1所述的交叉十六极对称绕环方法，其特征在于，步骤S4～步骤S16中，每次从对所述A分纤环的绕制更换为对所述B分纤环的绕制时，顺着光纤扭转盘旋的方向对所述B分纤环进行反方向旋转，直到所述B分纤环上的光纤自然下垂；每次从对所述B分纤环的绕制更换为对所述A分纤环的绕制时，顺着光纤扭转盘旋的方向对所述A分纤环进行反方向旋转，直到所述A分纤环上的光纤自然下垂。

7.如权利要求1或6所述的交叉十六极对称绕环方法，其特征在于，步骤S4～步骤S16中，光纤的缠绕张力为4.5g～5.5g。

8.如权利要求1或6所述的交叉十六极对称绕环方法，其特征在于，步骤S4～步骤S16中，光纤的缠绕速度为5m/min～20m/min。

9.一种利用如权利要求1～8任一项所述的交叉十六极对称绕环方法绕制得到的光纤环圈，其特征在于：

所述光纤环圈的总层数为16的整数倍；每层光纤由连续缠绕的n圈A分纤环上光纤和连续缠绕的n圈B分纤环上光纤组成，n为整数；每层光纤中所述A分纤环与所述B分纤环上的光纤长度相等、缠绕方向相反且为一整根光纤；所述A分纤环的起绕点与所述B分纤环的起绕点为整根光纤的中点；

每十六层光纤中，奇数层在第n圈结束后在第n+1圈向上交叉排列，偶数层在第n圈结束后在第n+1圈向下交叉排列，形成8个交叉点，所述8个交叉点分别位于每相邻两层的中点位置；

每十六层光纤中，以各所述交叉点为界分为两部分，其中一部分的光纤呈十六极对称排列，另一部分的光纤呈反十六极对称排列。

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