CN115855105A - 两进两出光纤环的制备方法及两进两出光纤环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤陀螺仪技术领域,尤其涉及一种两进两出光纤环的制备方法,包括如下步骤,量取两根所需长度的光纤,并预留足够长度的光纤尾纤;在端点和中点做好标记;采用四极对称绕法将两根光纤交替绕制在光纤环骨架上;改变两根光纤的绕制顺序;将四个光纤尾纤引出光纤环骨架并固定;固定绕制好的光纤环。根据本发明的两进两出光纤环的制备方法,首先,将两根光纤交替缠绕在光纤环骨架上,两根光纤在空间上保持物理一致性,进而保证了两根光纤之间具有强相关性,其次,两根光纤交替缠绕在光纤环骨架上,实现了双偏振的两个信道相关性的等效效果的同时消除了单根光纤内双偏振的偏振残余相干相位误差。

Description

两进两出光纤环的制备方法及两进两出光纤环
技术领域
本发明涉及光纤陀螺仪技术领域,尤其涉及一种两进两出光纤环的制备方法及两进两出光纤环。
背景技术
光纤环是干涉式光纤陀螺仪的核心部件,是旋转信号检测的传感单元,对光纤陀螺仪的精度具有重大的影响。传统光纤环采用单根光纤绕制,包括两个端口。
影响干涉式光纤陀螺仪的主要参数为零偏不稳定性和角度随机游走,在双偏振光纤陀螺仪中,影响零偏不稳定性的误差主要有偏振非互易误差和双偏振光纤式陀螺仪特有的残余相干相位误差,对于偏振非互易误差,利用两正交偏振状态所含偏振非互易误差大小相等符号相反的特性,通过光域或电域叠加予以补偿;对于残余相干相位误差,它是主波和双偏振耦合波之间干涉引起的,可以通过加延迟线降低双偏振光的相干性进行抑制。影响角度随机游走的主要噪声来源是光源相对强度噪声,双偏振光纤陀螺仪利用两个正交偏振光的强相关性,通过两个正交偏振光联合处理的方式予以抑制。
零偏不稳定性和角度随机游走分别影响光纤陀螺仪的长时和短时性能。通常情况下,不同的应用场景会对光纤陀螺仪上述两个性能参数有不同的要求,例如惯性导航更加关注零偏不稳定性,而地震监测更加关注角度随机游走。但在一些特殊应用中,需要同时保证两个性能参数,由于消除残余相干相位误差要求双偏振光的相干性低,而光源相对强度噪声抑制需要两个正交偏振光的强相关性。因此使用传统光纤环的双偏振光纤陀螺仪难以同时满足这些特殊需求,成为光纤陀螺仪发展的难点。
发明内容
本发明的目的是至少解决使用传统光纤环的双偏振光纤陀螺中无法实现在消除两个正交偏振光的残余相干相位误差的同时保持强相关性的问题。该目的是通过以下技术方案实现的:
本发明的第一方面提出了一种两进两出光纤环的制备方法,包括如下步骤:
步骤a:量取两根所需长度的光纤,分别在两根光纤的两端预留足够长度的光纤尾纤;
步骤b:分别在两根光纤的端点和中点做好标记;
步骤c:根据光纤长度和光纤环骨架尺寸计算绕制顺序变化点并分别标记在两根光纤上;
步骤d:采用四极对称绕法将两根光纤交替绕制在光纤环骨架上,直至绕制顺序变化点;
步骤e:改变两根光纤的绕制顺序,继续采用四极对称绕法将两根光纤交替绕制在光纤环骨架上,直至光纤两端的端点标记处;
步骤f:将四个光纤尾纤引出光纤环骨架并固定;
步骤g:固定绕制好的光纤环。
根据本发明的两进两出光纤环的制备方法,首先,将两根光纤交替缠绕在光纤环骨架上,两根光纤在空间上保持物理一致性,进而保证了两根光纤之间具有强相关性,其次,两根光纤交替缠绕在光纤环骨架上,实现了双偏振的两个信道相关性的等效效果的同时消除了单根光纤内双偏振的偏振残余相干相位误差。
另外,根据本发明的两进两出光纤环的制备方法,还可具有如下附加的技术特征:
在本发明的一些实施例中,步骤d和步骤e中的四极对称绕法,包括以下步骤:
步骤1:取光纤中点贴合于光纤环骨架一侧的初始边缘工装处,沿着顺时针或逆时针的方向将光纤中点一侧的光纤缠绕至光纤环骨架另一侧的末尾边缘工装处,形成第一光纤层;
步骤2:光纤中点另一侧的光纤沿着与步骤1相反的方向缠绕至光纤环骨架的末尾边缘工装处,形成第二光纤层;
步骤3:自末尾边缘工装处至初始边缘工装处沿着与步骤1相反的方向缠绕第二光纤层的光纤,形成第三光纤层;
步骤4:自末尾边缘工装处至初始边缘工装处沿着步骤1相同的方向缠绕第一光纤层的光纤,形成第四光纤层,完成一个四极对称周期缠绕;
步骤5:重复四极对称周期缠绕。
在本发明的一些实施例中,步骤d和步骤e中交替绕制为逐层交替绕制或四层一交替绕制。
在本发明的一些实施例中,逐层交替绕制包括以下步骤:
步骤一:将两根光纤按照四极对称绕法的步骤1在同一起始位置绕制在光纤环骨架上,形成第一光纤层和第二光纤层;
步骤二:将两根光纤按照四极对称绕法的步骤2绕制在光纤环骨架上,形成第三光纤层和第四光纤层;
步骤三:将两根光纤按照四极对称绕法的步骤3绕制在光纤环骨架上,形成第五光纤层和第六光纤层;
步骤四:将两根光纤按照四极对称绕法的步骤4绕制在光纤环骨架上,形成第七光纤层和第八光纤层;
步骤五:重复步骤一至步骤四。
在本发明的一些实施例中,四层一交替绕制包括以下步骤:
步骤一:将两根光纤中的其中一根光纤按照四极对称绕法绕制在光纤环骨架上,形成第一光纤层至第四光纤层;
步骤二:从步骤一中相同的缠绕起点将两根光纤中的另一根光纤按照四极对称绕法绕制在光纤环骨架上,形成第五光纤层至第八光纤层;
步骤三:重复步骤一至步骤四。
在本发明的一些实施例中,光纤绕制的层与层之间涂有光纤固化胶。
在本发明的一些实施例中,步骤g中固定的方法为浸胶。
本发明的第二方面提出了一种两进两出光纤环,所述两进两出光纤环通过上述的两进两出光纤环的制备方法制备,该两进两出光纤环包括两根光纤,其中一根所述光纤缠绕在光纤环骨架上形成的光纤层与另一根所述光纤缠绕在所述光纤环骨架上形成的光纤层相互交替叠加。
根据本发明的两进两出光纤环,两进两出光纤环是由两根光纤绕制得到,两根光纤之间具有强相关性,实现双偏振两个偏振信道相关性的等效效果的同时消除单根光纤环内偏振残余相干相位误差。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中:
图1示意性地示出了根据本发明实施方式的制备方法的逐层交替缠绕的结构示意图;
图2示意性地示出了根据本发明实施方式的制备方法的四层一交替缠绕的结构示意图;
图3示出了根据本发明实施方式中Allan方差分析对比图;
图4示出了根据本发明实施方式中自噪声对比图。
附图标记:
10为光纤环骨架;
20为光纤,21为第一根光纤,22为第二根光纤,23为光纤中点。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是,文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的,而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出,否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的,并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行,除非明确指出执行顺序。还应当理解,可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段,但是,这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出,否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此,以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述,可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系,这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如,如果在图中的装置翻转,那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此,示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
如图1和图2所示,根据本发明的实施方式,提出了一种两进两出光纤环,该两进两出光纤环包括两根光纤20,其中第一根光纤21缠绕在光纤环骨架10上形成的光纤层与第二根光纤22缠绕在光纤环骨架10上形成的光纤层相互交替叠加。
根据本发明的两进两出光纤环,两进两出光纤环是由两根光纤20绕制得到,两根光纤20之间具有强相关性,实现双偏振两个偏振信道相关性的等效效果的同时消除单根光纤环内偏振残余相干相位误差,可以同时提升光纤陀螺仪长时和短时的性能。
如图1和图2所示,根据本发明的实施方式,提出了一种上述的两进两出光纤环的制备方法,包括如下步骤:
步骤a:量取两根所需长度的光纤20,分别在两根光纤20的两端预留足够长度的光纤尾纤;
步骤b:分别在两根光纤20的端点和中点做好标记;
步骤c:根据光纤20长度和光纤环骨架10尺寸计算绕制顺序变化点并分别标记在两根光纤20上;
步骤d:采用四极对称绕法将两根光纤20交替绕制在光纤环骨架10上,直至绕制顺序变化点;
步骤e:改变两根光纤20的绕制顺序,继续采用四极对称绕法将两根光纤20交替绕制在光纤环骨架10上,直至光纤两端的端点标记处;
步骤f:将四个光纤尾纤引出光纤环骨架10并固定;
步骤g:固定绕制好的两进两出光纤环。
根据本发明的两进两出光纤环的制备方法,首先,将两根光纤20交替缠绕在光纤环骨架10上,两根光纤在空间上保持物理一致性,进而保证了两根光纤20之间具有强相关性,其次,两根光纤20交替缠绕在光纤环骨架10上,实现了双偏振的两个信道相关性的等效效果的同时消除了单根光纤内双偏振的偏振残余相干相位误差。需要理解的是,当双偏振同时使用一根光纤20的两个正交偏振通道时,残余相干相位误差是其中一个通道光耦合到另一个通道并与该通道主波干涉造成的相位误差,本发明中相当于让双偏振的两个通道各自走一根光纤20,消除了残余相干相位误差。另外,本发明在绕制顺序变化点后会改变两根光纤的绕制顺序,这样可以保证两根光纤20的绕制长度保持一致。
具体的,步骤d和步骤e中的四极对称绕法,包括以下步骤:
步骤1:取光纤中点23贴合于光纤环骨架10一侧的初始边缘工装处,沿着顺时针或逆时针的方向将光纤中点23一侧的光纤20缠绕至光纤环骨架10另一侧的末尾边缘工装处,形成第一光纤层;
步骤2:光纤中点23另一侧的光纤20沿着与步骤1相反的方向缠绕至光纤环骨架10的末尾边缘工装处,形成第二光纤层;
步骤3:自末尾边缘工装处至初始边缘工装处沿着与步骤1相反的方向缠绕第二光纤层的光纤,形成第三光纤层;
步骤4:自末尾边缘工装处至初始边缘工装处沿着步骤1相同的方向缠绕第一光纤层的光纤,形成第四光纤层,完成一个四极对称周期缠绕;
步骤5:重复四极对称周期缠绕。
另外,步骤d和步骤e中交替绕制为逐层交替绕制或四层一交替绕制。
可以理解的是,在一些实施例中采用逐层交替绕制的方法绕制,包括以下步骤:
步骤一:将两根光纤20按照四极对称绕法的步骤1在同一起始位置绕制在光纤环骨架10上,形成第一光纤层和第二光纤层;
步骤二:将两根光纤20按照四极对称绕法的步骤2绕制在光纤环骨架10上,形成第三光纤层和第四光纤层;
步骤三:将两根光纤20按照四极对称绕法的步骤3绕制在光纤环骨架10上,形成第五光纤层和第六光纤层;
步骤四:将两根光纤20按照四极对称绕法的步骤4绕制在光纤环骨架10上,形成第七光纤层和第八光纤层;
步骤五:重复步骤一至步骤四。
可以理解的是,在一些实施例中采用四层一交替的方法绕制,包括以下步骤:
步骤一:将两根光纤20中的其中第一根光纤21按照四极对称绕法绕制在光纤环骨架10上,形成第一光纤层至第四光纤层;
步骤二:从步骤一中相同的缠绕起点将两根光纤中的第二根光纤22按照四极对称绕法绕制在光纤环骨架10上,形成第五光纤层至第八光纤层;
步骤三:重复步骤一至步骤四。
需要理解的是,逐层交替绕制的空间物理一致性要优于四层一交替绕制的空间物理一致性,但是四层一交替绕制的实施难度要小于逐层交替绕制的实施难度。
需要说明的是,图1和图2中光纤中心的实心点表示缠绕的方向,空心点表示另一种缠绕的方向,箭头方向表示光纤排列的顺序。
另外,光纤绕制的层与层之间均涂有光纤固化胶,将光纤20的层与层之间粘合在一起。
具体的,上述步骤g中固定光纤环的方法为浸胶,提高光纤20与胶料之间的粘合力。
采用本发明的两进两出光纤环接入双偏振光路测得以下数据:
其中,两进两出光纤环采用逐层交替绕制的方法制得,该两进两出光纤环的长度为2Km,直径为148mm,调制频率在50KHz,调制深度为1.84。实验采用的光源波长为1550hm,谱宽40nm的ASE光源。
读取一小时输出角速度数据进行Allan方差法分析并与相对强度噪声抑制后结果进行对比(如图3所示)以及和自噪声对比(如图4所示),Allan方差参数对比如表1所示,
表1
双端口与RIN联合检测的Allan方差参数对比
Figure BDA0003968385740000081
其中图3和图4中的PD1是端口1测得的参数,PD2是端口2测得的参数,SUM是采用RIN联合的参数。
根据上述实施方式测得的参数,可以看出端口1和端口2之间具有很强的相关性,并且当采用本实施方式的光纤环后,光纤陀螺仪的短时和长时性能都有明显的提升。因此可以证明将两根光纤20交替缠绕在光纤环骨架上,两根光纤20在空间上保持物理一致性,进而保证了两根光纤20之间具有强相关性。两根光纤20交替缠绕在光纤环骨架上,实现了双偏振的两个信道相关性的等效效果的同时消除了单根光纤内双偏振的偏振残余相干相位误差。在保证强相关性的同时,短时和长时的性能都有j明显的提升。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种两进两出光纤环的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤a:量取两根所需长度的光纤,分别在两根光纤的两端预留足够长度的光纤尾纤;
步骤b:分别在两根光纤的端点和中点做好标记;
步骤c:根据光纤长度和光纤环骨架尺寸计算绕制顺序变化点并分别标记在两根光纤上;
步骤d:采用四极对称绕法将两根光纤交替绕制在光纤环骨架上,直至绕制顺序变化点;
步骤e:改变两根光纤的绕制顺序,继续采用四极对称绕法将两根光纤交替绕制在光纤环骨架上,直至光纤两端的端点标记处;
步骤f:将四个光纤尾纤引出光纤环骨架并固定;
步骤g:固定绕制好的两进两出光纤环。
2.根据权利要求1所述的两进两出光纤环的制备方法,其特征在于,步骤d和步骤e中的四极对称绕法,包括以下步骤:
步骤1:取光纤中点贴合于光纤环骨架一侧的初始边缘工装处,沿着顺时针或逆时针的方向将光纤中点一侧的光纤缠绕至光纤环骨架另一侧的末尾边缘工装处,形成第一光纤层;
步骤2:光纤中点另一侧的光纤沿着与步骤1相反的方向缠绕至光纤环骨架的末尾边缘工装处,形成第二光纤层;
步骤3:自末尾边缘工装处至初始边缘工装处沿着与步骤1相反的方向缠绕第二光纤层的光纤,形成第三光纤层;
步骤4:自末尾边缘工装处至初始边缘工装处沿着步骤1相同的方向缠绕第一光纤层的光纤,形成第四光纤层,完成一个四极对称周期缠绕;
步骤5:重复四极对称周期缠绕。
3.根据权利要求2所述的两进两出光纤环的制备方法,其特征在于,步骤d和步骤e中交替绕制为逐层交替绕制或四层一交替绕制。
4.根据权利要求3所述的两进两出光纤环的制备方法,其特征在于,逐层交替绕制包括以下步骤:
步骤一:将两根光纤按照四极对称绕法的步骤1在同一起始位置绕制在光纤环骨架上,形成第一光纤层和第二光纤层;
步骤二:将两根光纤按照四极对称绕法的步骤2绕制在光纤环骨架上,形成第三光纤层和第四光纤层;
步骤三:将两根光纤按照四极对称绕法的步骤3绕制在光纤环骨架上,形成第五光纤层和第六光纤层;
步骤四:将两根光纤按照四极对称绕法的步骤4绕制在光纤环骨架上,形成第七光纤层和第八光纤层;
步骤五:重复步骤一至步骤四。
5.根据权利要求3所述的两进两出光纤环的制备方法,其特征在于,四层一交替绕制包括以下步骤:
步骤一:将两根光纤中的其中一根光纤按照四极对称绕法绕制在光纤环骨架上,形成第一光纤层至第四光纤层;
步骤二:从步骤一中相同的缠绕起点将两根光纤中的另一根光纤按照四极对称绕法绕制在光纤环骨架上,形成第五光纤层至第八光纤层;
步骤三:重复步骤一至步骤四。
6.根据权利要求1-5任一项所述的两进两出光纤环的制备方法,其特征在于,光纤绕制的层与层之间涂有光纤固化胶。
7.根据权利要求2所述的两进两出光纤环的制备方法,其特征在于,步骤g中固定的方法为浸胶。
8.一种两进两出光纤环,所述两进两出光纤环通过权利要求1至7任一项所述的两进两出光纤环的制备方法制备,其特征在于,包括两根光纤,其中一根所述光纤缠绕在光纤环骨架上形成的光纤层与另一根所述光纤缠绕在所述光纤环骨架上形成的光纤层相互交替叠加。
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