CN112304301A - 一种小口径圆柱形高精度光纤陀螺的光纤环实现方法 - Google Patents

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张斌
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Abstract

本发明公开了一种小口径圆柱形高精度光纤陀螺的光纤环实现方法，采用若干小圆柱形光纤环并联的方式，每个圆柱形光纤环绕制光纤长度相同，绕制张力相同，从一端开始绕多个圆柱形光纤环，或者从总光纤长度的中点开始绕制第一个圆柱形光纤环，后续圆柱形光纤环以前一个圆柱形光纤环尾纤绕制。本发明通过若干个具有绕制规则的圆形对称结构光纤环使多个光纤环之间绕制过程产生的非对称应力对应抵消，在口径受限的情况下极大增强了光纤环对温度梯度的适应能力，从而大幅提高光纤陀螺仪的输出精度，为特殊领域(例如油井测斜)的应用奠定了坚实基础。

Description

一种小口径圆柱形高精度光纤陀螺的光纤环实现方法
技术领域
本发明涉及小口径圆柱形高精度光纤陀螺仪领域，具体涉及一种小口径圆柱形高精度光纤陀螺的光纤环实现方法。
背景技术
小口径圆柱形高精度光纤陀螺仪主要用于一些特殊领域，例如油井测斜领域。这些特殊环境对光纤陀螺仪提出直径小(小口径)，精度高，工作温度范围大的要求。这些要求中，小口径的要求导致光纤陀螺的传感光纤环口径受限，很难绕制光纤长度较长的光纤环；但是高精度的要求同时需要较长的光纤绕制长度的光纤环，这两项要求一定程度上互相制约，难以实现。传统光纤陀螺仪的传感光纤环为圆形，光纤环形状导致这种传统光纤陀螺仪或者直径大，或者精度较低，不满足这些特殊领域的要求。目前主流技术通常有两种光纤环方案来解决光纤陀螺在口径受限情况下实现高精度(需要较长的光纤绕制长度的光纤环)的问题，一种是椭圆型光纤环，如图1和图2所示，将光纤绕制在椭圆型金属骨架上，绕制过程中小圆弧面绕制张力大，大圆弧面绕制张力小，弧面各处张力不同。另一种是跑道型光纤环，如图3和图4所示，将光纤绕制在跑道型金属骨架上，绕制过程中弧面有张力，横面几乎没有张力。这两种光纤环方案均存在问题，因光纤环形状导致光纤环中光纤应力分布不均，因此温度梯度对光纤陀螺仪输出精度影响较大，难以实现高精度的目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小口径圆柱形高精度光纤陀螺的光纤环实现方法，以解决特殊环境要求光纤环在口径受限和较长的光纤绕制长度(为实现高精度)的矛盾，本发明通过若干个具有绕制规则的圆形对称结构光纤环使多个光纤环之间绕制过程产生的非对称应力对应抵消，在口径受限的情况下极大增强了光纤环对温度梯度的适应能力，从而大幅提高光纤陀螺仪的输出精度，为特殊领域(例如油井测斜)的应用奠定了坚实基础。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种小口径圆柱形高精度光纤陀螺的光纤环实现方法，设计若干并排设置的圆柱形光纤环，这些圆柱形光纤环之间具有两种特定的绕制方法，具体如下：
第一种绕制方法：每个圆柱形光纤环绕制光纤长度相同，绕制张力相同，从一端开始绕多个圆柱形光纤环，每个圆柱形光纤环绕制长度为n米，绕制数量为x个，多个圆柱形光纤环绕制光纤总长度不小于x×n米，第一个圆柱形光纤环用光纤第一个n米绕制，第二个圆柱形光纤环用第二个n米绕制，第三个圆柱形光纤环用第三个n米绕制；以此类推，第x个圆柱形光纤环用第x个n米绕制；
第二种绕制方法：每个圆柱形光纤环绕制光纤长度相同，绕制张力相同，从光纤总长度的中点开始绕制第一个圆柱形光纤环，每个圆柱形光纤环绕制长度为n米，绕制数量为x个，多个圆柱形光纤环绕制光纤总长度为不小于x×n米；第一个圆柱形光纤环从光纤总长度的中点开始绕制，光纤绕制长度为n米；第二个圆柱形光纤环用第一个圆柱形光纤环两端的尾纤绕制，两根尾纤各使用n/2米绕制，保证绕制第二个圆柱形光纤环所用光纤长度为n米；第三个圆柱形光纤环用第二个圆柱形光纤环两端的尾纤绕制，同样两根尾纤各使用n/2米绕制，保证绕制第三个圆柱形光纤环所用光纤长度为n米，以此类推，第x个光纤环用第x-1个光纤环两端的尾纤绕制，同样两根尾纤各使用n/2米绕制，保证绕制第x个圆柱形光纤环所用光纤长度为n米，x个圆柱形光纤环绕制光纤总长度为不小于x×n米。
进一步地，所述圆柱形光纤环由骨架及绕制在骨架上的光纤组成。
进一步地，所述骨架由绕制主轴以及对称设置在绕制主轴两侧的圆形挡板组成。
进一步地，所述光纤绕制在绕制主轴上，绕制完成后，光纤与骨架共同呈圆柱形。
进一步地，所述若干并排设置的圆柱形光纤环每个均采用四极对称绕法实现。
进一步地，所述若干并排设置的圆柱形光纤环每个直径尺寸相同，圆柱体高度相同。
进一步地，所述若干并排设置的圆柱形光纤环的直径尺寸小于35mm，保证该小口径圆柱形高精度光纤陀螺直径尺寸在25～35mm范围内。
进一步地，所述若干并排设置的圆柱形光纤环的直径尺寸小于32mm，保证该小口径圆柱形高精度光纤陀螺直径尺寸为32mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明光纤陀螺光纤环中采用若干个具有绕制规则的圆形对称结构光纤环，通过多个圆形对称结构光纤环的绕制方法使多个光纤环之间绕制过程产生的非对称应力对应抵消，在口径受限的情况下实现了较长的光纤绕制长度，进而实现光纤陀螺的高精度性能。实现方法完美解决了特殊环境要求光纤环在口径受限和较长的光纤绕制长度(为实现高精度)的矛盾，在口径受限的情况下大幅提高温度环境下小口径圆柱形光纤陀螺仪的输出精度，在为特殊领域例如油井测斜的应用奠定了坚实基础。
附图说明
图1为椭圆形骨架示意图，其中(a)为俯视图，(b)为主视图，(c)为立体图；
图2为椭圆形光纤环示意图，其中(a)为俯视图，(b)为立体图；
图3为跑道形骨架示意图，其中(a)为俯视图，(b)为立体图；
图4为跑道形光纤环示意图，其中(a)为俯视图，(b)为立体图；
图5为本发明多个圆形骨架示意图；
图6为本发明多个圆形光纤环组件；
图7为本发明第一种光纤环绕制示意图，其中(a)为两个环，(b)为多个环；
图8为本发明第二种光纤环绕制示意图，其中(a)为两个环，(b)为多个环。
具体实施方式
为清楚说明本发明，下面结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。本领域技术人员了解，下述内容不是对本发明保护范围的限制，任何在本发明基础上做出的改进和变化，都在本发明的保护范围之内。
本发明采用多个小型圆柱形光纤环的设计能够在口径受限的情况下保证光纤的绕制长度。为了提高多个圆柱形光纤环连接方法的互异性，使多个光纤环之间绕制过程产生的非对称应力对应抵消，设计了两种圆柱形光纤环之间的连接方法，并针对性提出光纤环绕制的技术要求。
如图5和图6所示，通过设计多个小型圆柱形光纤环，该圆柱形光纤环均采用四极对称绕法实现，增加光纤长度，保证光纤陀螺仪的精度需求，同时为保证光纤陀螺仪互异性，减小温度梯度对输出稳定性的影响设计出多个光纤环绕制和连接方法。
多个圆柱形光纤环之间具有绕制规则，具体绕制方法如下：
方法一：参见图7，每个圆柱形光纤环绕制光纤长度相同，绕制张力相同，从一端开始绕多个圆柱形光纤环。一个圆柱形光纤环绕制长度为n米，绕制数量为x个。多个圆柱形光纤环绕制光纤总长度不小于x×n米。一个圆柱形光纤环用n米按四极对称绕法绕制，第二个圆柱形光纤环用第二个n米绕制，第三个圆柱形光纤环用第三个n米绕制；以此类推，第x个圆柱形光纤环用第x个n米绕制。
方法二：参见图8，每个圆柱形光纤环绕制光纤长度相同，绕制张力相同。从总光纤长度的中点开始绕制第一个圆柱形光纤环，每个圆柱形光纤环绕制长度为n米，绕制数量为x个。多个圆柱形光纤环绕制光纤总长度为不小于x×n米。
第一个圆柱形光纤环从光纤总长度的中点开始绕制，四极对称绕法绕制长度为n米；第二个圆柱形光纤环用第一个圆柱形光纤环两端各自n/2米尾纤绕制，绕制方法为四级对称绕法，绕制完第二个圆柱形光纤环所用光纤长度为n米；第三个圆柱形光纤环用第二个圆柱形光纤环两端各自n/2米尾纤绕制，绕制方法为四级对称绕法，绕制完第三个圆柱形光纤环所用光纤长度为n米，以此类推，第x个圆柱形光纤环用第x-1个圆柱形光纤环两端各自n/2米尾纤绕制，保证绕制第x个圆柱形光纤环所用光纤长度为n米，x个圆柱形光纤环绕制光纤总长度为不小于x×n米。

Claims (8)

1.一种小口径圆柱形高精度光纤陀螺的光纤环实现方法，其特征在于，设计若干并排设置的圆柱形光纤环，这些圆柱形光纤环之间具有两种特定的绕制方法，具体如下：
第一种绕制方法：每个圆柱形光纤环绕制光纤长度相同，绕制张力相同，从一端开始绕多个圆柱形光纤环，每个圆柱形光纤环绕制长度为n米，绕制数量为x个，多个圆柱形光纤环绕制光纤总长度不小于x×n米，第一个圆柱形光纤环用光纤第一个n米绕制，第二个圆柱形光纤环用第二个n米绕制，第三个圆柱形光纤环用第三个n米绕制；以此类推，第x个圆柱形光纤环用第x个n米绕制；
第二种绕制方法：每个圆柱形光纤环绕制光纤长度相同，绕制张力相同，从光纤总长度的中点开始绕制第一个圆柱形光纤环，每个圆柱形光纤环绕制长度为n米，绕制数量为x个，多个圆柱形光纤环绕制光纤总长度为不小于x×n米；第一个圆柱形光纤环从光纤总长度的中点开始绕制，光纤绕制长度为n米；第二个圆柱形光纤环用第一个圆柱形光纤环两端的尾纤绕制，两根尾纤各使用n/2米绕制，保证绕制第二个圆柱形光纤环所用光纤长度为n米；第三个圆柱形光纤环用第二个圆柱形光纤环两端的尾纤绕制，同样两根尾纤各使用n/2米绕制，保证绕制第三个圆柱形光纤环所用光纤长度为n米，以此类推，第x个光纤环用第x-1个光纤环两端的尾纤绕制，同样两根尾纤各使用n/2米绕制，保证绕制第x个圆柱形光纤环所用光纤长度为n米，x个圆柱形光纤环绕制光纤总长度为不小于x×n米。
2.根据权利要求1所述的一种小口径圆柱形高精度光纤陀螺的光纤环实现方法，其特征在于，所述圆柱形光纤环由骨架及绕制在骨架上的光纤组成。
3.根据权利要求2所述的一种小口径圆柱形高精度光纤陀螺的光纤环实现方法，其特征在于，所述骨架由绕制主轴以及对称设置在绕制主轴两侧的圆形挡板组成。
4.根据权利要求3所述的一种小口径圆柱形高精度光纤陀螺的光纤环实现方法，其特征在于，所述光纤绕制在绕制主轴上，绕制完成后，光纤与骨架共同呈圆柱形。
5.根据权利要求1所述的一种小口径圆柱形高精度光纤陀螺的光纤环实现方法，其特征在于，所述若干并排设置的圆柱形光纤环每个均采用四极对称绕法实现。
6.根据权利要求1所述的一种小口径圆柱形高精度光纤陀螺的光纤环实现方法，其特征在于，所述若干并排设置的圆柱形光纤环每个直径尺寸相同，圆柱体高度相同。
7.根据权利要求6所述的一种小口径圆柱形高精度光纤陀螺的光纤环实现方法，其特征在于，所述若干并排设置的圆柱形光纤环的直径尺寸小于35mm，保证该小口径圆柱形高精度光纤陀螺直径尺寸在25～35mm范围内。
8.根据权利要求6所述的一种小口径圆柱形高精度光纤陀螺的光纤环实现方法，其特征在于，所述若干并排设置的圆柱形光纤环的直径尺寸小于32mm，保证该小口径圆柱形高精度光纤陀螺直径尺寸为32mm。
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