CN203405208U - 一种抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光纤陀螺技术领域，具体涉及一种抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备装置。本实用新型的装置整体呈上下端面开放的中空圆柱形，外侧壁竖直方向的中部设有水平伸出的片状挡板，将环圈骨架分为上、下两个子区。本实用新型抑制了现有技术中温度对陀螺性能的不利影响，减小了温变环境下陀螺的零位漂移，提高了陀螺精度和工程化应用水平。

Description

一种抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备装置

技术领域

本实用新型属于光纤陀螺技术领域，具体涉及一种抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备装置。

背景技术

光纤传感环圈是光纤陀螺中利用萨格奈克机制工作，敏感旋转角增量的核心部件，由于光纤本身是一种非常灵敏的传感器，它对温度、磁场、应力等作用因素都极为敏感，因此光纤传感环圈不可避免受到这些因素的影响。一直以来，温度性能是光纤陀螺研究和工程化应用中的重要指标，环境温度会直接和间接诱导产生附加相位误差，与旋转引入的相位差叠加起来无法区分，从而造成光纤陀螺的零位误差，而对温度误差贡献最大的即为光纤传感环圈。

目前，普遍采用四极对称的方法缠绕光纤环圈，在《光纤陀螺敏感环圈的温度漂移特性机绕圈技术研究》中（中国惯性技术学报，1998年06期）详尽论述了四极对称绕法及其优点，极大抑制了环圈中因温度引起的非互易相位误差，但是无法完全消除空间温度梯度引发的shupe效应误差。为了进一步抑制温度效应，交叉式四极对称绕法被提出来（美国专利5465150），环圈整体被划分为若干个满足四极对称要求的缠绕子区，相邻子区之间中点左右两侧光纤的缠绕顺序相反，以此克服环圈内部的空间温度梯度影响，然而，由于缠绕水平的限制，这种绕法仍然不能有效抑制温度shupe效应误差。

传感环圈主要由骨架、保偏光纤和固化胶构成，环圈骨架支撑缠绕光纤层并由固化胶固定成为整体，提高环圈机械强度。根据不同的机械强度、热参数和重量要求，骨架通常可以采用铝合金或者钛合金材料，但是这些材料都具有一定的热膨胀系数，无法与光纤及固化胶完美匹配，并且由于光纤在一定的张力下缠绕于骨架表面，如果受到骨架热膨胀应力作用，光纤所受张力值增加，光学性能遭到损害，由此导致环圈性能下降，此外，光纤层间的缠绕差异、光纤环整体导热的快慢影响和四极对称本身带来的光纤长度控制误差，同样是损害光纤陀螺温度性能的主要因素，光纤陀螺在温变环境下，特别是恶劣的温变环境下，表现出明显的零位漂移。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题为：提供一种抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备装置，弥补现有技术方法的不足，抑制温度对陀螺性能的不利影响，减小温变环境下陀螺的零位漂移，提高陀螺精度和工程化应用水平。

本实用新型的技术方案如下所述：

一种抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备装置，包括环圈骨架，整体呈上下端面开放的中空圆柱形，环圈骨架外侧壁竖直方向的中部设有水平伸出的片状挡板，将环圈骨架分为上、下两个子区。

作为优选方案，所述环圈骨架采用铝合金或钛合金；所述片状挡板的数量为8个，其沿圆周方向均匀分布在环圈骨架外侧壁中部，挡板的高度应大于环圈骨架缠绕的保偏光纤厚度。

作为进一步的优选方案，环圈骨架直径为100mm；片状挡板的宽度与挡板间距比例为1：1；挡板高度高出环圈骨架缠绕的保偏光纤厚度2～5mm。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型的一种抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备装置，通过采用特殊的环圈骨架结构，完成一个骨架上两个独立光纤线圈的四极对称缠绕，抑制温度引起的shupe相位误差，提高陀螺的温度性能。

附图说明

图1为本实用新型的抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈剖面结构示意图；

图2为环圈骨架俯视图。

图中，1-环圈骨架，2-挡板，3-保偏光纤，4-上环起绕点，5-下环起绕点，6-上环的顺/逆时针出纤，7-下环的顺/逆时针出纤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备装置进行详细说明。

一种抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备方法，包括以下步骤：

步骤1

采用有机溶剂清洗设有上下分区挡板2的环圈骨架1，去除环圈骨架1缠绕面上的附着物和污染物。

步骤2

将环圈骨架1和两根相同长度的保偏光纤3放入高温实验箱中加热至60～100℃，保温5～20小时进行除潮，去除材料表面的水汽，避免影响固化胶固化。本实施例中，加热温度为80℃，保温时间为5小时。

步骤3

从高温实验箱中取出除潮后的环圈骨架1和两根保偏光纤3。

安装绕线工装，采用其中一根保偏光纤3，进行环圈骨架1上子区的光纤缠绕：上子区光纤缠绕的起始点位于整个环圈骨架1的上边缘，按照四极对称法缠绕保偏光纤3：顺时针方向缠绕中点一侧的光纤，自上而下缠绕至环圈骨架1中部挡板2处停止，形成第一光纤层；然后中点另一侧的光纤按照逆时针方向缠绕，自上而下缠绕至挡板2处，形成第二光纤层；继续自下而上逆时针缠绕逆时针方向的光纤至上边缘工装处停止，形成第三光纤层；启动顺时针方向缠绕的光纤自下而上顺时针缠绕至上边缘工装，完成上子区的第四层光纤缠绕，由此完成一个四极对称周期的缠绕，之后依此方法完成整根光纤的四极对称缠绕。

取剩余的一根光纤，进行环圈骨架1下子区的光纤缠绕：下子区光纤缠绕的起始点位于整个环圈骨架1的下边缘，按照四极对称法缠绕保偏光纤3：顺时针方向缠绕中点一侧的光纤，自下而上缠绕至环圈骨架1中部挡板2处停止，形成第一光纤层；然后中点另一侧的光纤按照逆时针方向缠绕，自下而上缠绕至挡板2处，形成第二光纤层；继续自上而下逆时针缠绕逆时针方向的光纤至下边缘工装处停止，形成第三光纤层；启动顺时针方向缠绕的光纤自上而下顺时针缠绕至下边缘工装，完成下子区的第四层光纤缠绕，由此完成一个四极对称周期的缠绕，之后依此方法完成整根光纤的四极对称缠绕。

环圈骨架1缠绕两根保偏光纤3后，形成光纤环。

在缠绕上、下子区两根独立的保偏光纤3时，应控制上下两个子区内光纤的层数和每层内光纤的匝数一致，从而保证光纤的总长度尽量相同。两根保偏光纤3不同之处在于：从环圈骨架1的轴向观察，两个光纤线圈的敏感轴方向是相反的。

步骤4

对光纤环进行灌封，填充固化胶粘剂于光纤环的空隙中，然后进行温度环境固化工艺操作，固化温度为50～60℃，固化时间为20h。

光纤环固化为一个整体，而后对环圈骨架1进行工装拆卸，完成上下两个光纤环圈制作，上下两个子区保偏光纤3预留长度不小于2米的光纤尾纤。

步骤5

采用两套一致性相同的光学器件（包括探测器、耦合器、Y波导），按照相同装配工艺，将上下两个光纤线圈分别连接成为陀螺敏感光路。通过光学器件将光纤线圈连接成为陀螺敏感光路的方法为本领域技术人员公知常识。

由于上下两个光纤线圈的长度和制作工艺基本一致，可通过调整两个光纤线圈尾纤的长度，使上下两个光纤线圈构成的陀螺温度漂移大小尽量相等，且规律性基本一致，但温度漂移方向相反。

步骤6

两个陀螺敏感光路敏感到的陀螺角速率，传输至陀螺处理电路；在陀螺处理电路中，将两个敏感角速率进行平均处理后，上下两个光纤线圈产生的温度漂移可以相互抵消，从而能够最大限度抑制温度shupe相位误差。

一种用于实现上述方法的抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备装置，包括环圈骨架1，其整体呈上下端面开放的中空圆柱形，环圈骨架1外侧壁竖直方向的中部设有水平伸出的片状挡板2，将环圈骨架1分为上、下两个子区。

本实施例中，所述环圈骨架1采用铝合金或钛合金；环圈骨架1直径为100mm；片状挡板2的数量优选为8个，其沿圆周方向均匀分布在环圈骨架1外侧壁中部，挡板2的宽度与挡板2间距比例优选为1：1，挡板2的高度应大于环圈骨架1缠绕的保偏光纤3厚度，优选高出2～5mm。

Claims (4)

1.一种抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备装置，包括环圈骨架（1），整体呈上下端面开放的中空圆柱形，其特征在于：环圈骨架（1）外侧壁竖直方向的中部设有水平伸出的片状挡板（2），将环圈骨架（1）分为上、下两个子区。

2.根据权利要求1所述的一种抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备装置，其特征在于：所述环圈骨架（1）采用铝合金或钛合金。

3.根据权利要求1或2所述的一种抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备装置，其特征在于：所述片状挡板（2）的数量为8个，其沿圆周方向均匀分布在环圈骨架（1）外侧壁中部，挡板（2）的高度应大于环圈骨架（1）缠绕的保偏光纤（3）厚度。

4.根据权利要求3所述的一种抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备装置，其特征在于：环圈骨架（1）直径为100mm；片状挡板（2）的宽度与挡板（2）间距比例为1：1；挡板（2）高度高出环圈骨架（1）缠绕的保偏光纤（3）厚度2～5mm。

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