CN116046024A - 基于弹性模量差分的光纤陀螺漂移控制方法及光纤陀螺 - Google Patents

基于弹性模量差分的光纤陀螺漂移控制方法及光纤陀螺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光纤陀螺精度控制技术领域，尤其涉及一种基于弹性模量差分的光纤陀螺漂移控制方法及光纤陀螺，由于在Y波导与光纤环圈之间设有第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段，通过紫外线照射改变其中一个弹性模量变化段的应力，并使其零漂减小为零，不需要通过Y波导电极反馈形式，使得零漂补偿更加准确。

Description

基于弹性模量差分的光纤陀螺漂移控制方法及光纤陀螺
技术领域
本发明涉及光纤陀螺精度控制技术领域，尤其涉及一种基于弹性模量差分的光纤陀螺漂移控制方法及光纤陀螺。
背景技术
光纤陀螺作为新型的光学陀螺仪表，具有可靠性高、耐冲击振动、寿命长、启动速度快等优点，已被广泛的应用于多个军用及民用领域中。现有的光纤陀螺包括光源，耦合器，Y波导，光纤环圈，所述光源将光信号通过耦合器，进入Y波导，并从Y波导导入光纤环圈，再经光纤环圈导出返回Y波导，经过Y波导进入耦合器，经过耦合器的检测光路，进入探测器。探测器得到时域信号，在静止状态下，不带有角速度信息，通过探测器检测到相邻本征周期的信号应当一致，相邻本征周期的信号之差为零，但由于光纤陀螺元器件的固有原因，相邻本征周期的信号之差不为零，即需要考虑到光纤陀螺的零漂。
现有的做法是通过Y波导电极反馈的方法进行去除，此种方法需要首先计算零漂的大小，再通过反馈电路将零漂模拟成电压的形式进行补偿，此种方式在零漂很小的情况下，零漂模拟成电压并不能准确的反映出真实的零漂，使得零漂补偿不准确。
发明内容
本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种不通过Y波导电极反馈的形式消除零漂，使零漂补偿更加准确的基于弹性模量差分的光纤陀螺漂移控制方法及光纤陀螺。
本发明提供一种基于弹性模量差分的光纤陀螺漂移控制方法，包括如下步骤：
S1.将从Y波导输出至光纤环圈的两路光纤导线上，各加入弹性模量变化段，分别为第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段；
S2.对第一弹性模量变化段进行紫外线照射，使其弹性模量变化，从而光纤导线的应力发生改变；
S3.在光纤环圈静止状态下，通过探测器，观察相邻本征周期内的信号变化，若相邻本征周期内的信号之差变小，则继续照射第一弹性模量变化段，使其相邻本征周期内的信号之差为零；若相邻本征周期内的信号之差变大，则照射第二弹性模量变化段，使其相邻本征周期内的信号之差为零；
S4.对光纤陀螺整体或第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段部分进行紫外线屏蔽。
根据本发明提供的第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段均为包覆有弹性模量随紫外线照射变化的胶体的光纤导线，所述胶体在紫外线照射停止后弹性模量变化固定。
根据本发明提供的所述胶体外轮廓为棒状。
根据本发明提供的所述紫外线照射功率为200瓦。
根据本发明提供的所述紫外线中心波长为365nm。
根据本发明提供的所述紫外线中心波长偏差范围小于10%。
本发明还提供了一种光纤陀螺，包括光源，耦合器，Y波导，光纤环圈，探测器，第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段，所述光源将光信号传递给耦合器，所述耦合器传递光信号给Y波导，所述Y波导将光信号经所述第一弹性模量变化段传递给光纤环圈，光信号经所述光纤环圈后进入第二弹性模量变化段，经所述第二弹性模量变化段传递给Y波导，由Y波导经耦合器进入探测器。
根据本发明提供的第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段均为包覆有弹性模量随紫外线照射变化的胶体的光纤导线，所述胶体在紫外线照射停止后弹性模量变化固定。
根据本发明提供的所述光纤陀螺加装有紫外线屏蔽壳。
根据本发明提供的所述第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段在紫外线照射停止后加装有紫外线屏蔽壳。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
由于在Y波导与光纤环圈之间设有第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段，通过紫外线照射改变其中一个弹性模量变化段的应力，并使其零漂减小为零，不需要通过Y波导电极反馈形式，使得零漂补偿更加准确。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的光纤陀螺结构连接示意图。
图2是本发明提供的探测器信号示意图。
附图标记：
1．第一胶体，2.第一光纤导线,3.第二光纤导线,4.第二胶体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
下面结合图1-图2描述本发明的一种基于弹性模量差分的光纤陀螺漂移控制方法及光纤陀螺。
一种基于弹性模量差分的光纤陀螺漂移控制方法，包括如下步骤：
S1.将从Y波导输出至光纤环圈的两路光纤导线上，各加入弹性模量变化段，分别为第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段，其中第一弹性模量变化段包括第一光纤导线2及第一胶体1，第二弹性模量变化段包括第二光纤导线3及第二胶体4；
S2.对第一弹性模量变化段进行紫外线照射，使其弹性模量变化，从而光纤导线的应力发生改变，通过，其中为应力，为弹性模量，为线性膨胀系数，且为常数，为温度变化，当在不变的情况下，通过紫外线照射改变弹性模量，从而改变应力，在第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段均为包覆有弹性模量随紫外线照射变化的胶体的光纤导线，所述胶体在紫外线照射停止后弹性模量变化固定。优选的胶体外轮廓为棒状。将胶体的内部轴线作用应力完全作用在光纤导线上。本例中所述紫外线照射功率为200瓦。紫外线中心波长为365nm，紫外线中心波长偏差范围小于10%。第一弹性模量变化段或第二弹性模量变化段在应力的作用下，改变相应段等效折射率从而改变整体信号检测结果；
S3.在光纤环圈静止状态下，由于不产生角速度信息，通过探测器，观察相邻本征周期内的信号变化，如图2所示，、、...表示多个连续本征周期内的信号，若相邻本征周期内的信号之差变小，即变小，则继续照射第一弹性模量变化段，使其相邻本征周期内的信号之差为零，即；若相邻本征周期内的信号之差变大，则照射第二弹性模量变化段，使其相邻本征周期内的信号之差为零；
S4.对光纤陀螺整体或第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段部分进行紫外线屏蔽。
如图1所示，本发明还提供了一种光纤陀螺，包括光源，耦合器，Y波导，光纤环圈，探测器，第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段，所述光源将光信号传递给耦合器，所述耦合器传递光信号给Y波导，所述Y波导将光信号经所述第一弹性模量变化段传递给光纤环圈，光信号经所述光纤环圈进入第二弹性模量变化段，经所述第二弹性模量变化段传递给Y波导，由Y波导经耦合器进入探测器。
第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段均为包覆有弹性模量随紫外线照射变化的胶体的光纤导线，所述胶体在紫外线照射停止后弹性模量变化固定。光纤陀螺可加装在紫外线屏蔽壳。也可以采用其他形式，如第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段在紫外线照射停止后加装有紫外线屏蔽壳。
由于在Y波导与光纤环圈之间设有第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段，通过紫外线照射改变其中一个弹性模量变化段的应力，并使其零漂减小为零，不需要通过Y波导电极反馈形式，使得零漂补偿更加准确。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于弹性模量差分的光纤陀螺漂移控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.在从Y波导输出至光纤环圈的两路光纤导线上，各加入弹性模量变化段，分别为第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段；
S2.对第一弹性模量变化段进行紫外线照射，使其弹性模量变化，从而光纤导线的应力发生改变；
S3.在光纤环圈静止状态下，通过探测器，观察相邻本征周期内的信号变化，若相邻本征周期内的信号之差变小，则继续照射第一弹性模量变化段，使其相邻本征周期内的信号之差为零；若相邻本征周期内的信号之差变大，则照射第二弹性模量变化段，使其相邻本征周期内的信号之差为零；
S4.对光纤陀螺整体或第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段部分进行紫外线屏蔽。
2.根据权利要求1所述的一种基于弹性模量差分的光纤陀螺漂移控制方法，其特征在于，第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段均为包覆有弹性模量随紫外线照射变化的胶体的光纤导线，所述胶体在紫外线照射停止后弹性模量变化固定。
3.根据权利要求2所述的一种基于弹性模量差分的光纤陀螺漂移控制方法，其特征在于，所述胶体外轮廓为棒状。
4.根据权利要求1所述的一种基于弹性模量差分的光纤陀螺漂移控制方法，其特征在于，所述紫外线照射功率为200瓦。
5.根据权利要求1所述的一种基于弹性模量差分的光纤陀螺漂移控制方法，其特征在于，所述紫外线中心波长为365nm。
6.根据权利要求5所述的一种基于弹性模量差分的光纤陀螺漂移控制方法，其特征在于，所述紫外线中心波长偏差范围小于10%。
7.一种光纤陀螺，其特征在于，包括光源，耦合器，Y波导，光纤环圈，探测器，第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段，所述光源将光信号传递给耦合器，所述耦合器传递光信号给Y波导，所述Y波导将光信号经所述第一弹性模量变化段传递给光纤环圈，光信号经所述光纤环圈后进入第二弹性模量变化段，经所述第二弹性模量变化段传递给Y波导，由Y波导经耦合器进入探测器。
8.根据权利要求7所述的一种光纤陀螺，其特征在于，第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段均为包覆有弹性模量随紫外线照射变化的胶体的光纤导线，所述胶体在紫外线照射停止后弹性模量变化固定。
9.根据权利要求8所述的一种光纤陀螺，其特征在于，所述光纤陀螺加装有紫外线屏蔽壳。
10.根据权利要求8所述的一种光纤陀螺，其特征在于，所述第一弹性模量变化段及第二弹性模量变化段在紫外线照射停止后加装有紫外线屏蔽壳。
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XIAOLE WU等: "High thermal conductivity and low stress potting adhesive for high precision optical fiber coil and its influence on the shupe error of FOG", 《ADVANCED FIBER LASER CONFERENCE (AFL2022)》 *
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