CN115371708A - 一种可精确控制光纤环中点的绕环方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可精确控制光纤环中点的绕环方法，将两根等长光纤对称安装在四个分纤盘后安装到绕环机上，将光纤F1的中点放置到绕环工装上，缠绕起始点为光纤F1的中点，按照第一绕制方向绕制分纤盘A1上的光纤，至第1层绕完；将光纤F2的中点放置到绕环工装上，使光纤F2并紧贴第1层外壁，缠绕起始点为光纤F2的中点，按照第二绕制方向绕制分纤盘A2上的光纤，至第2层绕完，然后按照预定顺序绕制第3层到第8层光纤。重复以上步骤，至光纤环绕制完成后，测量光纤环上光纤F1和F2长度，并调整尾纤A1F1和A2F2的长度，将尾纤A1F1和A2F2熔接在一起，本发明提高了光纤环的互易性。

Description

一种可精确控制光纤环中点的绕环方法

技术领域

本发明涉及光纤环绕制技术领域，特别是一种可精确控制光纤环中点的绕环方法。

背景技术

光纤陀螺是一种基于萨格奈克效应的全固态新型光学陀螺仪，具有结构简单、启动时间短、抗振动冲击、可靠性高等优点，已在军用及民用领域广泛应用。

光纤环作为光纤陀螺的核心敏感元件，通常采用四极、八极或十六极等对称绕法来保证光纤环的互易对称性，以降低环境温度改变带来的热致非互易相位误差，提高陀螺精度。

但是在实际绕环过程中，存在绕环工装机械加工精度不够、绕环机运行稳定性不足、光纤外径波动、绕环变匝区控制不理想等因素，导致光纤环实际的几何长度中点和绕制起始点存在错位，光纤环的互易性被破坏了，当环境温度变化时，会带来非互易相位误差，影响陀螺精度。一般光纤环长度越长，这种由于实际绕制不理想带来的累积误差越大，对于高精度光纤陀螺，使用的光纤环普遍偏长，影响尤为明显。因此必须提出一种满足实际绕环作业条件的，能够准确控制光纤环中点的绕环方法，提升光纤环的互易对称性，提高光纤陀螺精度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种可精确控制光纤环中点的绕环方法，该绕环方法提高光纤环的互易对称性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

提供一种可精确控制光纤环中点的绕环方法，其包括如下步骤，

步骤1、准备对应环长的光纤，将其对分为两段等长的光纤F1和光纤F2；将所述光纤F1等长对分到两个分纤盘A1和B1上，其中分纤盘A1和B1上的光纤为一整根光纤；将所述光纤F2等长对分到两个分纤盘A2和分纤盘B2上，其中分纤盘A2上的光纤和分纤盘B2上的光纤为一整根光纤；将绕环工装，及所述分纤盘A1、分纤盘B1、分纤盘A2、分纤盘B2安装到绕环机上；

步骤2、将所述光纤F1的中点放置到所述绕环工装上，并紧贴工装侧壁，缠绕起始点为所述光纤F1的中点，按照第一绕制方向绕制所述分纤盘A1上的光纤，至第1层绕完；将所述光纤F2的中点放置到所述绕环工装上，使光纤F2并紧贴第1层外壁，缠绕起始点为所述光纤F2的中点，按照第二绕制方向绕制所述分纤盘A2上的光纤，至第2层绕完，其中第一绕制方向和第二绕制方向相反；

步骤3、紧贴第2层外壁，按照第一绕制方向绕制所述分纤盘B2上的光纤F2，至第3层绕完；

紧贴第3层外壁，按照第二绕制方向绕制所述分纤盘B1上的光纤F1，至第4层绕完；

紧贴第4层外壁，按照第二绕制方向绕制所述分纤盘A2上的光纤F2，至第5层绕完；

紧贴第5层外壁，按照第一绕制方向绕制所述分纤盘A1上的光纤F1，至第6层绕完；

紧贴第6层外壁，按照第二绕制方向绕制所述分纤盘B1上的光纤F1，至第7层绕完；

紧贴第7层外壁，按照第一绕制方向绕制所述分纤盘B2上的光纤F2，至第8层绕完；

步骤4、重复步骤2和步骤3的绕制过程，直至光纤F1和光纤F2绕尽。

优选的，所述光纤F1和光纤F2的绕制过程中对光纤环进行上胶处理，绕制完成后固化光纤环。

优选的，所述光纤F1和光纤F2为保偏光纤。

优选的，所述光纤的总层数为8的整数倍。

优选的，所述第一绕制方向为逆时针方向，所述第二方向为顺时针方向。

优选的，所述可精确控制光纤环中点的绕环方法还包括：

步骤5、分纤盘A1、分纤盘B1、分纤盘A2和分纤盘B2均具有独立尾纤，分别为尾纤A1F1、尾纤B1F1、尾纤A2F2和尾纤B2F2；将所述尾纤A1F1、B1F1、A2F2和B2F2截取为相同长度T。

优选的，所述可精确控制光纤环中点的绕环方法还包括：

步骤6、测量光纤环体上光纤F1和光纤F2的长度，分别记为L1和L2，计算光纤F1和光纤F2的长度差，且该长度差ΔL=L1-L2；

在长度T的基础上调整尾纤A1F1和尾纤A2F2长度分别为T1和T2，使得T2-T1=ΔL，且满足L1+T1=L2+T2；

优选的，所述可精确控制光纤环中点的绕环方法还包括：

步骤7、将所述调整长度后的尾纤A1F1和尾纤A2F2熔接在一起，并对熔点进行涂覆，光纤环的几何长度对称中点即为所述熔点。

使用本发明的有益效果是：

本绕环方法制得的光纤环，由于光纤绕环的顺序的方向的设计，可使得两根等长光纤绕环后，两根光纤在层数相同时，留余的尾纤长度大体一致。

在上述绕环方法完成后再调整中点位置，使顺时针长度和逆时针长度保持对称，消除了绕制过程中由于工装加工精度不够、光纤外径波动等导致的长度不对称性问题。本绕环方法可根据实际绕环中存在的长度误差来进行相应补偿，使光纤环严格关于中点对称，提高了光纤环的互易性，降低光纤环由于环境温度改变带来的非互易相移误差，提升了光纤环的精度。

附图说明

图1为本发明可精确控制光纤环中点的绕环方法的示意图。

图2为本发明可精确控制光纤环中点的绕环方法实施时，绕制总长度为450米的光纤环的性能测试图。

图3为本发明可精确控制光纤环中点的绕环方法实施时调整尾纤长度后的光纤环的性能测试图。

具体实施方式

为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提出一种可精确控制光纤环中点的绕环方法，包括如下步骤，

步骤1、准备对应环长的光纤，将其对分为两段等长的光纤F1和光纤F2；将光纤F1等长对分到两个分纤盘A1和B1上，其中分纤盘A1上光纤1和分纤盘B1上光纤2为一整根光纤；将光纤F2等长对分到两个分纤盘A2和分纤盘B2上，其中分纤盘A2上的光纤3和分纤盘B2上的光纤4为一整根光纤；将绕环工装，及分纤盘A1、分纤盘B1、分纤盘A2、分纤盘B2安装到绕环机上；

步骤2、将光纤F1的中点放置到绕环工装上，并紧贴工装侧壁，缠绕起始点为光纤F1的中点，按照第一绕制方向绕制分纤盘A1上光纤1，至第1层绕完；将光纤F2的中点放置到绕环工装上，使光纤F2并紧贴第1层外壁，缠绕起始点为光纤F2的中点，按照第二绕制方向绕制分纤盘A2上光纤3，至第2层绕完，其中第一绕制方向和第二绕制方向相反；

步骤3、紧贴第2层外壁，按照第一绕制方向绕制分纤盘B2上光纤4，即光纤F2，至第3层绕完；

紧贴第3层外壁，按照第二绕制方向绕制分纤盘B1上光纤2，即光纤F1，至第4层绕完；

紧贴第4层外壁，按照第二绕制方向绕制分纤盘A2上光纤3，即光纤F2，至第5层绕完；

紧贴第5层外壁，按照第一绕制方向绕制分纤盘A1上光纤1，即光纤F1，至第6层绕完；

紧贴第6层外壁，按照第二绕制方向绕制分纤盘B1上光纤2，即光纤F1，至第7层绕完；

紧贴第7层外壁，按照第一绕制方向绕制分纤盘B2上光纤4，即光纤F2，至第8层绕完；

步骤4、重复步骤2和步骤3的绕制过程，直至光纤F1和光纤F2绕尽。

光纤F1和光纤F2的绕制过程中对光纤环进行上胶处理，绕制完成后固化光纤环。光纤F1和光纤F2通过上胶固化后，位置不会窜动。光纤F1和光纤F2为保偏光纤。

由于上述步骤2和步骤3总计可绕制8层光纤，因此光纤层的总层数为8的整数倍。

本实施例中，第一绕制方向为逆时针方向，第二方向为顺时针方向。

实施例2

本实施例以上述的实施例1为基础，在上述实施例中的绕环方法完成后，再进行光纤F1和光纤F2的对接。

具体的，在上述步骤4完成后，由于光纤F1和光纤F2均绕尽，因此每一光纤盘均留有尾纤。因此在对上述尾纤进行对齐后使光纤环严格关于中点对称，提高了光纤环的互易性，上述步骤4完成后可进行如下步骤：

步骤5、分纤盘A1、分纤盘B1、分纤盘A2和分纤盘B2均具有独立尾纤，分别为尾纤A1F1、尾纤B1F1、尾纤A2F2和尾纤B2F2；将尾纤A1F1、B1F1、A2F2和B2F2截取为相同长度T，长度T为5m；

步骤6、采用光时域反射仪OTDR测量光纤环体上光纤F1和光纤F2的长度，分别为L1和L2，计算光纤F1和光纤F2的长度差为ΔL=L1-L2；

在长度T的基础上调整尾纤A1F1和尾纤A2F2长度分别为T1和T2，使得T2-T1=ΔL，且满足L1+T1=L2+T2；

步骤7、采用熔接机将调整长度后的尾纤A1F1和尾纤A2F2熔接在一起，并对熔点5进行涂覆，光纤环的几何长度对称中点即为熔点5。

上述步骤中，由于光纤F1和光纤F2通过光时域反射仪OTDR测量后，其可准确测量光纤F1和光纤F2的长度，即可计算光纤F1和光纤F2的长度差，因此四个尾纤A1F1、B1F1、A2F2和B2F2中，将尾纤A1F1和尾纤A2F2经过调整后在将尾纤A1F1和尾纤A2F2熔接在一起后，可以将光纤F1和光纤F2结合成一条整体的光纤，经过上述步骤6的调整，光纤F1和光纤F2的熔点5即为准确的光纤F1和光纤F2的中点。与现有光纤环绕法相比，光纤环的几何中点不再是固定不变的，可根据实际绕环中存在的长度误差来进行相应补偿，使光纤环严格关于中点对称，提高了光纤环的互易性，降低了光纤环由于环境温度改变带来的非互易相移误差，提升了光纤环的精度。

实施例3

以上述实施例2中的可精确控制光纤环中点的绕环方法方法为基础，该方法绕制总长度为450米的光纤环，尾纤留取长度均为5m，采用OTDR测量得到光纤F1和光纤F2的长度L1和L2，计算得到光纤F1和F2的长度差ΔL=0.27m。

不调整尾纤长度，将尾纤A1F1和尾纤A2F2熔接在一起，采用陀螺系统测试光纤环，得到零偏与温度曲线（100s平滑），如图2所示，温度范围-40℃~+70℃，变温速率1℃/min，零偏峰峰值为0.984°/h，零偏稳定性0.175°/h。

实施例4

以上述实施例2中的可精确控制光纤环中点的绕环方法方法为基础，采用实施例2中方法调整尾纤长度，使得T2-T1=ΔL，且满足L1+T1=L2+T2，再将尾纤A1F1和尾纤A2F2熔接在一起，然后采用陀螺系统测试光纤环，得到零偏与温度曲线（100s平滑），如图3所示，温度范围-40℃~+70℃，变温速率1℃/min，零偏峰峰值为0.359°/h，零偏稳定性0.063°/h。由此可以发现，采用本发明所述的方法绕制的光纤环零偏峰峰值和稳定性得到显著改善。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种可精确控制光纤环中点的绕环方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤1、准备对应环长的光纤，将其对分为两段等长的光纤F1和光纤F2；将所述光纤F1等长对分到两个分纤盘A1和B1上，其中分纤盘A1和B1上的光纤为一整根光纤；将所述光纤F2等长对分到两个分纤盘A2和分纤盘B2上，其中分纤盘A2上的光纤和分纤盘B2上的光纤为一整根光纤；将绕环工装，及所述分纤盘A1、分纤盘B1、分纤盘A2、分纤盘B2安装到绕环机上；

步骤2、将所述光纤F1的中点放置到所述绕环工装上，并紧贴工装侧壁，缠绕起始点为所述光纤F1的中点，按照第一绕制方向绕制所述分纤盘A1上的光纤，至第1层绕完；将所述光纤F2的中点放置到所述绕环工装上，使光纤F2并紧贴第1层外壁，缠绕起始点为所述光纤F2的中点，按照第二绕制方向绕制所述分纤盘A2上的光纤，至第2层绕完，其中第一绕制方向和第二绕制方向相反；

步骤3、紧贴第2层外壁，按照第一绕制方向绕制所述分纤盘B2上的光纤F2，至第3层绕完；

紧贴第3层外壁，按照第二绕制方向绕制所述分纤盘B1上的光纤F1，至第4层绕完；

紧贴第4层外壁，按照第二绕制方向绕制所述分纤盘A2上的光纤F2，至第5层绕完；

紧贴第5层外壁，按照第一绕制方向绕制所述分纤盘A1上的光纤F1，至第6层绕完；

紧贴第6层外壁，按照第二绕制方向绕制所述分纤盘B1上的光纤F1，至第7层绕完；

紧贴第7层外壁，按照第一绕制方向绕制所述分纤盘B2上的光纤F2，至第8层绕完；

步骤4、重复步骤2和步骤3的绕制过程，直至光纤F1和光纤F2绕尽。

2.根据权利要求1所述的绕环方法，其特征在于：所述光纤F1和光纤F2的绕制过程中对光纤环进行上胶处理，绕制完成后固化光纤环。

3.根据权利要求1所述的绕环方法，其特征在于：所述光纤F1和光纤F2为保偏光纤。

4.根据权利要求1所述的绕环方法，其特征在于：所述光纤的总层数为8的整数倍。

5.根据权利要求1所述的绕环方法，其特征在于：所述第一绕制方向为逆时针方向，所述第二方向为顺时针方向。

6.根据权利要求1所述的绕环方法，其特征在于：所述可精确控制光纤环中点的绕环方法还包括：

步骤5、分纤盘A1、分纤盘B1、分纤盘A2和分纤盘B2均具有独立尾纤，分别为尾纤A1F1、尾纤B1F1、尾纤A2F2和尾纤B2F2；将所述尾纤A1F1、B1F1、A2F2和B2F2截取为相同长度T。

7.根据权利要求6所述的绕环方法，其特征在于：所述可精确控制光纤环中点的绕环方法还包括：

步骤6、测量光纤环体上光纤F1和光纤F2的长度，分别记为L1和L2，计算光纤F1和光纤F2的长度差，且该长度差ΔL=L1-L2；

在长度T的基础上调整尾纤A1F1和尾纤A2F2长度分别为T1和T2，使得T2-T1=ΔL，且满足L1+T1=L2+T2。

8.根据权利要求7所述的绕环方法，其特征在于：所述可精确控制光纤环中点的绕环方法还包括：

步骤7、将所述调整长度后的尾纤A1F1和尾纤A2F2熔接在一起，并对熔点进行涂覆，光纤环的几何长度对称中点即为所述熔点。

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