CN206177318U - 光纤环温度激励装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光纤环温度激励装置，包括上部腔体及与所述上部腔体密封安装的下部腔体；所述上部腔体内设置有光纤环；所述下部腔体内设置有第一加热/制冷体，用于通过下部腔体的上平台的通孔传导能量对上部腔体的内部进行制热或制冷；所述上部腔体内设置温度传感器，用于采集所述上部腔体内部的温度数据；所述下部腔体内设置有与所述第一加热/制冷体连接的第一控制电路，用于接收并根据所述温度数据驱动所述第一加热/制冷体对上部腔体内部的温度进行控制。本实用新型整体结构简单，且可以快速、精确的控制温度变化。

Description

光纤环温度激励装置

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种光纤环温度激励装置。

背景技术

光纤陀螺（Fiber Optic Gyro,FOG）基于Sagnac效应，也即当环形干涉仪旋转时，产生一个正比于旋转速率的相位差。一束光进入光纤环的闭合光路中，被分成两束在同一光路中沿闭合光路相对传播，当当光路不发生旋转的时候，两束光会同时回到光的初始注入点，这种情况下，光路的特性称之为是具有互易性（光从两个方向入射的效果是相同的）。在光路发生转动的时候，与旋转同向传播的光会比反向传播的光所经历的路程要长（这个时候的光路被称之为具有非互易性）。从而产生了与转动角速度成正比的光程差。这个光程差可以通过干涉法测量，这种光路中的相应变化可通过光电探测器将干涉信号转变成电压信号输出来检测，由于输出信号与转动引起的相位差是呈余弦函数关系，为了获得高灵敏度，需要调制来施加偏置，使之工作在一个响应斜率不为零的点。

光纤环是光纤角度传感器（又称光纤陀螺）的传感核心，它的缠绕质量的好坏直接决定光纤陀螺的精度。光纤环在绕制过程中需要采用特殊缠绕方式，精密绕制技术，完善的封装工艺，来保证光纤环具有高质量的静态特性（低的偏振串音、低的插入损耗等）和高质量的瞬态特性（抗振动、抗冲击、不受环境温度和磁场的影响）。

光纤环在具体的应用中会受到由机械张力、振动、冲击和温度梯度等因素引起的环境干扰，当环境干扰对相向传播的两束光信号影响不同时，会产生附加相位漂移误差。这种瞬态效应会妨碍Sagnac相位差的精确检测，实际应用中温度梯度造成的瞬态效应尤为突出。

当沿光纤环存在着一个随时间变化的温度分布梯度时，光纤陀螺就会产生热导致非互易性相位误差，这种因为热导致的非互易性称之为热导致互易性，表达这种互易性相位误差程度的参数可称之为热致非互易性参数。这种由温度梯度造成的瞬态效应被称之为Shupe效应。Shupe效应主要的扰动来自温度梯度造成的折射率变化。

因此，要提高光纤陀螺的精度，必须确保光纤环的质量，而精确的温度机理控制是测试光纤环的质量的关键因素。

通常对光纤环质量的检测装置主要采用借助高低温箱实现对光纤环的温度的控制，但这种装置均采用压缩机制冷的方式，所以外形体积大，结构复杂，进行光纤环测试时候组装不便，整个设备移动不便，设备成本高昂，且测试准备时间长、测试误差较大。

本行业还有一种光纤环的激励方式，是将加热带（一种电阻丝外面采用绝缘材料制成的加热体）贴在光纤环上，从而造成光纤环内部产生温度梯度变化。但是这种方式有两个缺点，第一是准确控制加热体温度比较困难，第二是不能制冷，因而只能获得从室温以上的温度变化，而且当温度上升以后，再下降下来时间也比较长。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种光纤环温度激励装置，可方便的精确控制温度变化以对光纤环进行质量测试。

一种光纤环温度激励装置，包括上部腔体及与所述上部腔体密封安装的下部腔体；

所述上部腔体内设置有光纤环；

所述下部腔体内设置有第一加热/制冷体，用于通过下部腔体的上平台传导能量对上部腔体的内部进行制热或制冷；

所述上部腔体内设置温度传感器，用于采集所述上部腔体内部的温度数据；

所述下部腔体内设置有与所述第一加热/制冷体连接的第一控制电路，用于接收并根据所述温度数据驱动所述第一加热/制冷体对上部腔体内部的温度进行控制。

在其中一个实施例中，所述上部腔体内部设置有安装于所述上平台上用于支撑所述光纤环的支脚和第一横杆，所述上部腔体内部还设置有将所述光纤环罩在内部的第一孔罩。

在其中一个实施例中，所述上部腔体上设置有上隔热层和侧隔热层。

在其中一个实施例中，所述下部腔体内设置有位于所述第一加热/制冷体下部的下风扇，所述下部腔体上开有对应的下通风孔，所述上部腔体上部设置有上风扇和对应的上通风孔。

在其中一个实施例中，所述上部腔体内部设置有安装于所述上平台上用于支撑所述光纤环的下隔热体和第二横杆，所述上部腔体内部还设置有将所述光纤环罩在内部的第二孔罩，所述光纤环的中空位置设置有贴合于所述下隔热体的传热体和设置于所述传热体之间的第二加热/制冷体，所述第二孔罩的顶部还设置有上隔热体。

在其中一个实施例中，所述第二加热/制冷体连接有第二控制电路，用于驱动所述第二加热/制冷体产生与所述第一加热/制冷体相反的能量使光纤环内部产生轴向的热梯度分布。

在其中一个实施例中，所述上部腔体内部设置有将所述光纤环罩在内部的第三孔罩，所述第三孔罩内部设置有安装于所述上平台上用于支撑所述光纤环的第三横杆，所述第三孔罩内部还设置有嵌套于所述光纤环上的外隔热体和内隔热体，所述上部腔体内部还设置有与所述外隔热体连接的隔热挡板，所述上部腔体顶部设置有壳板和设置于所述壳板上的第三加热/制冷体。

在其中一个实施例中，所述第三加热/制冷体连接有第三控制电路，用于驱动所述第三加热/制冷体产生与所述第一加热/制冷体相反的能量使光纤环内部产生径向的热梯度分布。

在其中一个实施例中，下部腔体的外侧设置有与所述第一控制电路连接的温控平台。

在其中一个实施例中，所述温控平台上设置有状态显示屏、功能按键和对外接口，所述功能按键用于设置所述上部腔体内的目标温度、从所述上部腔体内的当前温度到达预设温度的斜率、从所述当前温度到达所述目标温度之间温度不同斜率曲线组合，所述对外接口用于连接外部设备对所述光纤环温度激励装置进行监控。

在其中一个实施例中，所述第一加热/制冷体为半导体制冷片。

以上所述光纤环温度激励装置中，上部腔体与下部腔体密封连接，通过第一加热/制冷体可以调节上部腔体内部的温度，整体结构简单，成本较低；第一加热/制冷体可以精确的控制上部腔体内部的温度，使温度控制快速而精确，可方便地应用于测量光纤环时的温度控制。

附图说明

图1为一实施例的光纤环温度激励装置的侧视图；

图2为一实施例的光纤环温度激励装置的剖视图；

图3为另一实施例的光纤环温度激励装置的剖视图；

图4为另一实施例的光纤环温度激励装置的剖视图；

图5为另一实施例的光纤环温度激励装置的剖视图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1至图5所示，一实施例的光纤环温度激励装置包括上部腔体120及与上部腔体120密封安装的下部腔体110；

上部腔体120内设置有光纤环130；

下部腔体110内设置有第一加热/制冷体140，用于通过下部腔体110的上平台111传导能量对上部腔体120的内部进行制热或制冷；

上部腔体120内设置温度传感器，用于采集上部腔体120内部的温度数据；

下部腔体110内设置有与第一加热/制冷体140连接的第一控制电路，用于接收并根据温度数据驱动第一加热/制冷体140对上部腔体内部的温度进行控制。

以上光纤环温度激励装置中，上部腔体与下部腔体密封连接，通过第一加热/制冷体可以调节上部腔体内部的温度，整体结构简单，成本较低；第一加热/制冷体可以精确的控制上部腔体内部的温度，使温度控制快速而精确，可方便地应用于测量光纤环时的温度控制。

在其中一个实施例中，为使光纤环四周获得均匀的受热，如图2所示，上部腔体120内部设置有安装于上平台111上用于支撑光纤环130的支脚121和第一横杆122，上部腔体120内部还设置有将光纤环130罩在内部的第一孔罩123。第一孔罩123开有若干冷热传导孔。第一加热/制冷体140产生的能量通过上平台111的通孔传递至上部腔体120内，并进一步通过传导孔传递至第一孔罩123内部，从而调节第一孔罩123内部温度。支脚121和第一横杆122使光纤环130与第一加热/制冷体140悬空隔开，有利于能量传递。其中，第一孔罩123可以使其内部的温度更快地达到目标温度。以上设置可以使光纤环130四周的温度相同，有利于在某一恒温条件下测试光纤环。

为了达到更好的恒温效果，为了使上部腔体120内部温度保持住，如图2所示，优选的，上部腔体120上设置有上隔热层124和侧隔热层125。上隔热层124和侧隔热层125可以减少上部腔体120内部温度的扩散，有利于处于稳定的温度环境。

在另一实施例中，如图3所示，下部腔体110内设置有位于第一加热/制冷体140下部的下风扇150，下部腔体110上开有对应的下通风孔160，上部腔体120上部设置有上风扇170和对应的上通风孔180。以上设置可以保持更好的空气对流，更有利于调节上部腔体120内部的温度，使上部腔体120内部的温度更快地达到同样的某一恒定温度，更快速地测量光纤环130。

在另一实施例中，为了获得光纤环130内部较大的温度梯度分布，可以采用两个以上的加热/制冷体对光纤环130进行加热或者制冷，其中，在制造光纤环130径向温度梯度的分布时，如图4所示，上部腔体120内部设置有安装于上平台111上用于支撑光纤环130的下隔热体310和第二横杆320，上部腔体120内部还设置有将光纤环130罩在内部的第二孔罩330，光纤环130的中空位置设置有贴合于下隔热体310的传热体340和设置于传热体340之间的第二加热/制冷体350，第二孔罩330的顶部还设置有上隔热体360。其中，第二加热/制冷体350连接有第二控制电路，用于驱动第二加热/制冷体350产生与第一加热/制冷体140相反的能量使光纤环内部产生径向的热梯度分布。明显的，存在第一加热/制冷体140制热，第二加热/制冷体350制冷，或者第一加热/制冷体140制冷，第二加热/制冷体350制热的情况。以上下隔热体310、传热体340、上隔热体360的设置可以更快地使光纤环内部产生径向的热梯度分布，有利于更快速地实现对光纤环130的测试。具体的，在进行温度激励时，第一加热/制冷体140先将上平台111制热或制冷，将上部腔体120先冷或热起来，对光纤环外部实施加热或制冷；第二加热/制冷体350（采用金属材料制成圆桶状）通过传热体340将第二加热/制冷体350产生的能量传递至光纤环内层上，使光纤环内部的温度梯度保持在径向方向；下隔热体310、上隔热体360则可以更好的使纤环内部的温度梯度保持在径向方向。

在另一实施例中，为制造光纤环的轴向温度梯度，如图5所示，上部腔体120内部设置有将光纤环130罩在内部的第三孔罩410，第三孔罩410内部设置有安装于上平台111上用于支撑光纤环130的第三横杆420，第三孔罩410内部还设置有嵌套于光纤环130上的外隔热体430和内隔热体440，上部腔体120内部还设置有与外隔热体430连接的隔热挡板470，上部腔体120顶部设置有壳板450和设置于壳板450上的第三加热/制冷体460。其中，第三加热/制冷体460连接有第三控制电路，用于驱动第三加热/制冷体460产生与第一加热/制冷体140相反的能量使光纤环内部产生轴向的热梯度分布。明显的，存在第一加热/制冷体140制热，第三加热/制冷体460制冷，或者第一加热/制冷体140制冷，第三加热/制冷体460制热的情况。隔热挡板470将上部腔体120分隔为上下两个区域，在产生以上两种情况时，上部腔体120的上下两个区域分别处于不同的温度，可以使光纤环130处于轴向的热梯度分布进行测试。

另一实施例中，下部腔体110的外侧设置有与第一控制电路连接的温控平台190。温控平台190上设置有状态显示屏、功能按键和对外接口，功能按键用于设置上部腔体120内的目标温度、从上部腔体120内的当前温度到达预设温度的斜率、从当前温度到达目标温度之间温度不同斜率曲线组合，对外接口用于连接外部设备对光纤环温度激励装置进行监控。

以上所述第一加热/制冷体140、第二加热/制冷体350、第三加热/制冷体460均为TEC半导体制冷器（Thermoelectric Cooler），TEC制冷器的工作原理是两个陶瓷片之间夹有制冷半导体，当电流正向流动，其中一个陶瓷片发热而另外一侧陶瓷片制冷；当电流反向流动的时候，制冷和发热片会互换。所以，通过改变TEC制冷器的控制电流方向，就可以进行受热或制冷，从而控制温度变化。

另一实施例中，上部腔体120、下部腔体110、第一孔罩123、第二孔罩330、第三孔罩410均采用圆形设计，其结构的尺寸可以根据光纤环130的大小具体设计。温控平台190可以是半导体温控平台或者其它温度控制组件，其可以根据下部腔体110的尺寸大小而具体设计。

在其中一个实施例中，下部腔体110的上平台111上设置有凹槽，第一孔罩123、第二孔罩330、第三孔罩410通过嵌入凹槽与下部腔体110密封安装。凹槽可以保证良好的密封性。为使第一孔罩123、第二孔罩330、第三孔罩410与下部腔体110的结合，第一孔罩123、第二孔罩330、第三孔罩410均设置有若干磁性触点，第一孔罩123、第二孔罩330、第三孔罩410通过磁性触点可以吸合于凹槽表面，同时，第一孔罩123、第二孔罩330、第三孔罩410的底部与凹槽表面接触的边缘可以通过密封圈咬合以进一步提升密封性，阻止内外空气流动。

在其中一个实施例中，为方便提供电源，下部腔体110的外侧设置有适配器接口，适配器接口通过连接匹配的适配器为温控平台190提供电源。这种方式使温度激励装置可以通过适配器接口连接外部电源直接供电，进而实现温度控制。优选的，适配器输入：100～240V 50～60Hz，适配器输出：12V 10A。

左其中一个实施例中，在下部腔体110的外侧设置有可与外部设备（例如电脑）连接进行电源和数据传输的通信接口1100，优选的，通信接口1100采用12芯标准航空插头HP32-14芯。温控平台190通过通信接口1100与外部设备连接以接收外部设备提供的电源和发送的温度控制信号，并根据温度控制信号控制上部腔体120内部的温度。

可以知道的是，通信接口1100与适配器接口可以共同存在，也可以分别单独设计。

温控平台190在控制第一孔罩123、第二孔罩330、第三孔罩410中的温度时，需要知道第一孔罩123、第二孔罩330、第三孔罩410中的温度是否为所需要的温度。为此，可以在第一孔罩123、第二孔罩330、第三孔罩410内部设置若干温度传感器，下部腔体110的外侧设置有与外部设备连接的数据传输接口，如USB接口等通用接口，温度传感器可以通过数据传输接口向外部设备传输采集的温度数据，以使外部设备判断温控平台190根据温度控制信号控制的第一孔罩123、第二孔罩330、第三孔罩410内部的温度是否为与温度控制信号相对应的温度。为保证温度传输的及时性，温度传感器可以每秒传输一次温度数据。可以知道的是，这种温度反馈机制可以验证温控平台190控制温度的准确性和及时性，进一步验证、证实本实施例的实现。

可以知道的是，光纤环130均具有尾纤131，外部设备需要连接尾纤131采集光纤环130的测试数据。为此，本实施例中，在第一孔罩123、第二孔罩330、第三孔罩410的侧部开有使光纤环130的尾纤131穿过与外部设备连接以采集光纤环的测试数据的光纤孔。可以知道的是，光纤孔应当足够小，以防止其对第一孔罩123、第二孔罩330、第三孔罩410内部的温度造成影响。本实施例中，光纤孔为直径3mm的圆孔。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种光纤环温度激励装置，其特征在于，包括上部腔体(120)及与所述上部腔体(120)密封安装的下部腔体(110)；

所述上部腔体(120)内设置有光纤环(130)；

所述下部腔体(110)内设置有第一加热/制冷体(140)，用于通过下部腔体(110)的上平台(111)传导能量对上部腔体(120)的内部进行制热或制冷；

所述上部腔体(120)内设置温度传感器，用于采集所述上部腔体(120)内部的温度数据；

所述下部腔体(110)内设置有与所述第一加热/制冷体(140)连接的第一控制电路，用于接收并根据所述温度数据驱动所述第一加热/制冷体(140)对上部腔体内部的温度进行控制。

2.根据权利要求1所述的光纤环温度激励装置，其特征在于，所述上部腔体(120)内部设置有安装于所述上平台(111)上用于支撑所述光纤环(130)的支脚(121)和第一横杆(122)，所述上部腔体(120)内部还设置有将所述光纤环(130)罩在内部的第一孔罩(123)。

3.根据权利要求2所述的光纤环温度激励装置，其特征在于，所述上部腔体(120)上设置有上隔热层(124)和侧隔热层(125)。

4.根据权利要求2所述的光纤环温度激励装置，其特征在于，所述下部腔体(110)内设置有位于所述第一加热/制冷体(140)下部的下风扇(150)，所述下部腔体(110)上开有对应的下通风孔(160)，所述上部腔体(120)上部设置有上风扇(170)和对应的上通风孔(180)。

5.根据权利要求1所述的光纤环温度激励装置，其特征在于，所述上部腔体(120)内部设置有安装于所述上平台(111)上用于支撑所述光纤环(130)的下隔热体(310)和第二横杆(320)，所述上部腔体(120)内部还设置有将所述光纤环(130)罩在内部的第二孔罩(330)，所述光纤环(130)的中空位置设置有贴合于所述下隔热体(310)的传热体(340)和设置于所述传热体(340)之间的第二加热/制冷体(350)，所述第二孔罩(330)的顶部还设置有上隔热体(360)。

6.根据权利要求5所述的光纤环温度激励装置，其特征在于，所述第二加热/制冷体(350)连接有第二控制电路，用于驱动所述第二加热/制冷体(350)产生与所述第一加热/制冷体(140)相反的能量使光纤环内部产生轴向的热梯度分布。

7.根据权利要求1所述的光纤环温度激励装置，其特征在于，所述上部腔体(120)内部设置有将所述光纤环(130)罩在内部的第三孔罩(410)，所述第三孔罩(410)内部设置有安装于所述上平台(111)上用于支撑所述光纤环(130)的第三横杆(420)，所述第三孔罩(410)内部还设置有嵌套于所述光纤环(130)上的外隔热体(430)和内隔热体(440)，所述上部腔体(120)内部还设置有与所述外隔热体(430)连接的隔热挡板(470)，所述上部腔体(120)顶部设置有壳板(450)和设置于所述壳板(450)上的第三加热/制冷体(460)。

8.根据权利要求7所述的纤环温度激励装置，其特征在于，所述第三加热/制冷体(460)连接有第三控制电路，用于驱动所述第三加热/制冷体(460)产生与所述第一加热/制冷体(140)相反的能量使光纤环内部产生径向的热梯度分布。

9.根据权利要求1－8任一项所述的光纤环温度激励装置，其特征在于，下部腔体(110)的外侧设置有与所述第一控制电路连接的温控平台(190)。

10.根据权利要求9所述的光纤环温度激励装置，其特征在于，所述温控平台(190)上设置有状态显示屏、功能按键和对外接口，所述功能按键用于设置所述上部腔体(120)内的目标温度、从所述上部腔体(120)内的当前温度到达预设温度的斜率、从所述当前温度到达所述目标温度之间温度不同斜率曲线组合，所述对外接口用于连接外部设备对所述光纤环温度激励装置进行监控。

11.根据权利要求1－8任一项所述的光纤环温度激励装置，其特征在于，所述第一加热/制冷体(140)为半导体制冷片。