RU2367908C1 - Coil of fibre-optic gyroscope - Google Patents
Coil of fibre-optic gyroscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2367908C1 RU2367908C1 RU2008107069/28A RU2008107069A RU2367908C1 RU 2367908 C1 RU2367908 C1 RU 2367908C1 RU 2008107069/28 A RU2008107069/28 A RU 2008107069/28A RU 2008107069 A RU2008107069 A RU 2008107069A RU 2367908 C1 RU2367908 C1 RU 2367908C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- coil
- frame
- cylindrical shell
- cylindrical
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при разработке волоконно-оптических гироскопов и других датчиков физических величин на основе кольцевого оптоволоконного интерферометра.The invention relates to the field of fiber optics and can be used in the development of fiber optic gyroscopes and other sensors of physical quantities based on a ring fiber optic interferometer.
Волоконно-оптический гироскоп включает в свой состав кольцевой интерферометр, составной частью которого является катушка измерительного контура из волоконного световода. При этом одним из источников ошибок волоконно-оптического гироскопа при измерении угловой скорости является возникновение эффектов фазовой невзаимности встречных лучей при их распространении по световоду катушки измерительного контура. Основными источниками возникновения фазовой невзаимности встречных лучей интерферометра являются температурные градиенты и переменные механические напряжения, возникающие в световоде катушки.The fiber optic gyroscope includes a ring interferometer, an integral part of which is a coil of the measuring circuit from a fiber waveguide. In this case, one of the sources of errors of a fiber-optic gyroscope when measuring angular velocity is the occurrence of phase nonreciprocity effects of counterpropagating rays when they propagate through the fiber of the coil of the measuring circuit. The main sources of the phase nonreciprocity of the oncoming beams of the interferometer are temperature gradients and alternating mechanical stresses arising in the fiber of the coil.
Известны технические решения (патент US N5.506.923 от 9 апреля 1996 г., патент US N5.329.349 от 12 июля 1994 г.), направленные на снижение влияния температурных градиентов в световоде катушки на параметры волоконно-оптического гироскопа, которые сводятся к намотке световода на катушку таким образом, чтобы равноудаленные от середины длины световода его участки располагались как можно ближе друг к другу и находились в тепловом контакте.Known technical solutions (US patent N5.506.923 dated April 9, 1996, US patent N5.329.349 dated July 12, 1994) aimed at reducing the influence of temperature gradients in the fiber of the coil on the parameters of the fiber-optic gyroscope, which are reduced to winding the fiber to the coil so that its sections equidistant from the middle of the length of the fiber are located as close to each other as possible and are in thermal contact.
В техническом решении, патент US N5.416.585, G01C от 19 мая 1995 г., приняты дополнительные меры по снижению температурных градиентов, возникающих в световоде катушки путем ее установки на втулках, теплоизолирующих катушку от несущего основания волоконно-оптического гироскопа.In the technical solution, US patent N5.416.585, G01C dated May 19, 1995, additional measures were taken to reduce the temperature gradients arising in the coil’s fiber by installing it on bushings that insulate the coil from the base of the fiber-optic gyroscope.
В техническом решении, патент RU 2.283.475, G01C от 11 мая 2005 г., для снижения влияния изменения температуры внешней среды на температурные градиенты в световоде катушки волоконно-оптического гироскопа на каркас катушки нанесен слой теплоизолирующего материала, например пенополиуретана.In the technical solution, patent RU 2.283.475, G01C dated May 11, 2005, to reduce the influence of changes in ambient temperature on temperature gradients in the fiber optic gyro coil, a layer of heat-insulating material, such as polyurethane foam, is applied to the coil frame.
Перечисленные технические решения позволяют снизить температурные градиенты, возникающие в световоде катушки волоконно-оптического гироскопа, однако в них отсутствуют меры по снижению напряжений, возникающих в световоде в процессе его намотки на каркас катушки, а также при изменении внешней температуры.These technical solutions can reduce the temperature gradients that occur in the optical fiber of the coil of a fiber-optic gyroscope, but they do not contain measures to reduce the stresses that arise in the optical fiber during its winding on the coil frame, as well as when the external temperature changes.
Намотка световода на каркас катушки волоконно-оптического гироскопа осуществляется с определенным усилием натяжения, обеспечивающим исключение зазоров между витками. При этом укладка одного слоя витков на другой осуществляется со сменой направлений винтовых линий укладки витков.The fiber is wrapped around the fiber optic gyro coil coil with a certain tension force, which ensures that there are no gaps between the turns. In this case, the laying of one layer of turns on another is carried out with the change of direction of the helical lines of the laying of turns.
В результате в местах пересечения витков возникают микроизгибы световода.As a result, at the intersection of the turns, microbends of the fiber arise.
Намотка световода с усилием натяжения, возникающие микроизгибы вызывают в световоде механические напряжения.Winding a fiber with a tensile force, the resulting microbends cause mechanical stresses in the fiber.
В свою очередь механические напряжения в волоконном световоде за счет эффекта фотоупругости изменяют такие его параметры, как способность сохранения состояния поляризации, потери оптической мощности.In turn, the mechanical stresses in the optical fiber due to the effect of photoelasticity change such parameters as the ability to maintain the state of polarization, loss of optical power.
При этом возникающие механические напряжения в световоде изменяются с изменением температуры и распределения температурных градиентов. Все это приводит к нестабильности параметров световода волоконного контура, а соответственно, к снижению точности волоконно-оптического гироскопа.In this case, the arising mechanical stresses in the fiber change with temperature and the distribution of temperature gradients. All this leads to instability of the parameters of the fiber path of the fiber circuit, and accordingly, to a decrease in the accuracy of the fiber-optic gyroscope.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является катушка для оптического волокна и способ ее изготовления по патенту USA 5071082 от 10.12.1991 г.Closest to the proposed technical solution is the coil for optical fiber and the method of its manufacture according to US patent 5071082 from 12/10/1991
В данном техническом решении катушка для оптического волокна состоит из волоконного световода, намотанного на каркас, выполненный в виде цилиндрической оболочки с фланцами по торцам и с секторообразными цилиндрическими выемками в теле цилиндрической оболочки, расположенными вдоль по ее образующей и выступающими за пределы ее наружной поверхности, при этом витки световода между цилиндрическими выемками сопрягаются с наружной поверхностью цилиндрической оболочки каркаса, а в местах выемок образуют над ними изгибы, обеспечивающими возможность радиальных перемещений витков.In this technical solution, the coil for optical fiber consists of a fiber waveguide wound on a frame made in the form of a cylindrical shell with flanges at the ends and with sector-shaped cylindrical recesses in the body of the cylindrical shell located along its generatrix and protruding beyond its outer surface, this turns the fiber between the cylindrical recesses mate with the outer surface of the cylindrical shell of the frame, and in the places of the recesses form bends above them, providing the possibility of radial movement of the turns.
Способ изготовления катушки по данному техническому решению включает выполнение сквозных секторообразных цилиндрических выемок в цилиндрической оболочке каркаса и в его боковых фланцах, установку в цилиндрические выемки съемных вставок в виде цилиндров с поверхностями, выступающими за наружную поверхность цилиндрической оболочки каркаса, намотку волоконного световода на поверхности цилиндрической оболочки и вставок, удаление съемных вставок.A method of manufacturing a coil according to this technical solution includes the implementation of through sector-shaped cylindrical recesses in the cylindrical shell of the frame and in its side flanges, installation of removable inserts in the form of cylinders with surfaces protruding beyond the outer surface of the cylindrical shell of the frame, winding of the optical fiber on the surface of the cylindrical shell and inserts, removal of removable inserts.
После удаления съемных вставок на месте их положения образуются изгибы витков световода, расположенные над наружной поверхностью цилиндрической оболочки каркаса и непосредственно не контактирующие с ней, что обеспечивает возможность их радиальных перемещений и уменьшает площадь теплового контакта витков световода с цилиндрической оболочкой каркаса.After removal of removable inserts, bends of the fiber coils are formed at their position, located above the outer surface of the cylindrical shell of the frame and not directly in contact with it, which allows their radial movements and reduces the thermal contact area of the coils of the fiber with the cylindrical shell of the frame.
Сформованные изгибы световодов обеспечивают возможность радиальных перемещений витков в этих зонах, что ослабляет механические напряжения в световоде, образующиеся в процессе его многослойной намотки с натяжением, а также снижает напряжения в световоде, возникающие при температурных деформациях каркаса.The formed bends of the optical fibers provide the possibility of radial movement of the coils in these zones, which weakens the mechanical stresses in the optical fiber that are formed during its multilayer winding with tension, and also reduces the voltage in the optical fiber that occurs during thermal deformations of the frame.
Уменьшение площади теплового контакта витков световода с цилиндрической оболочкой каркаса повышает сопротивление теплопередачи от каркаса к виткам световода. Это снижает возникающие в витках катушки радиальные температурные градиенты.Reducing the area of thermal contact of the turns of the fiber with the cylindrical shell of the frame increases the resistance to heat transfer from the frame to the turns of the fiber. This reduces the radial temperature gradients that occur in the coil turns.
Снижение и стабилизация напряжений, снижение температурных градиентов в световоде катушки волоконно-оптического гироскопа повышает его точностные параметры, а также расширяет диапазон температур его применения.Reducing and stabilizing stresses, lowering temperature gradients in the fiber optic coil of a fiber-optic gyroscope increases its accuracy parameters, and also extends the temperature range of its application.
Недостатком данного технического решения является то, что секторообразные цилиндрические выемки в цилиндрической оболочке каркаса выполнены на всем протяжении цилиндрической оболочки.The disadvantage of this technical solution is that the sector-shaped cylindrical recesses in the cylindrical shell of the frame are made throughout the cylindrical shell.
В результате несущая цилиндрическая оболочка каркаса катушки механически разделяется на ряд цилиндрических секторов, связанных между собой торцевыми фланцами. Это, во-первых, снижает прочность каркаса катушки, во-вторых, нарушает точность и стабильность положения его поверхностей.As a result, the supporting cylindrical shell of the coil frame is mechanically divided into a number of cylindrical sectors interconnected by end flanges. This, firstly, reduces the strength of the coil frame, and secondly, violates the accuracy and stability of the position of its surfaces.
Указанный недостаток особенно усугубляется при изготовлении малогабаритных катушек. Это связано с тем, что диаметр секторообразных цилиндрических выемок, а соответственно, диаметр цилиндрической поверхности сменных вставок, формирующих изгиб световода, не может быть меньше минимально допустимого диаметра изгиба световода (обычно это составляет ⌀30 мм). При меньших диаметрах изгиба имеют место большие потери оптической мощности в световоде. Поэтому по мере уменьшения диаметра катушки величина остающихся в теле оболочки цилиндрических секторов становится все меньше, а при величине диаметра катушек, сравнимой с допустимым диаметром изгиба световодов, реализация данного технического решения становится невозможной.The specified disadvantage is especially exacerbated in the manufacture of small coils. This is due to the fact that the diameter of the sector-shaped cylindrical recesses, and accordingly, the diameter of the cylindrical surface of the interchangeable inserts forming the fiber bend, cannot be less than the minimum permissible bend diameter of the fiber (usually this is ⌀30 mm). With smaller bending diameters, there are large losses of optical power in the fiber. Therefore, as the diameter of the coil decreases, the size of the cylindrical sectors remaining in the cladding body becomes less and less, and when the diameter of the coils is comparable with the permissible bending diameter of the optical fibers, the implementation of this technical solution becomes impossible.
Кроме того, в конструкции катушки для волоконного световода по данному техническому решению не определены места ее крепления.In addition, in the design of the coil for the fiber, according to this technical solution, the places of its fastening are not defined.
Указанные недостатки затрудняют использование предлагаемой катушки в волоконно-оптическом гироскопе, где при минимальных габаритах катушки необходима высокая точность и стабильность положения измерительной оси, определяемой положением витков световода катушки измерительного контура.These disadvantages make it difficult to use the proposed coil in a fiber-optic gyroscope, where, with the minimum dimensions of the coil, high accuracy and stability of the position of the measuring axis, determined by the position of the turns of the fiber of the coil of the measuring circuit, are required.
Задача изобретения - снижение напряжений, возникающих в световоде катушки волоконно-оптического гироскопа без снижения жесткости каркаса катушки. Это достигается исключением выполнения в цилиндрической оболочке каркаса сквозных секторообразных цилиндрических выемок и образованием между цилиндрической оболочкой и витками световода серповидных зазоров, обеспечивающих подвижки световода, компенсирующие возникающие в нем напряжения.The objective of the invention is to reduce the stresses arising in the fiber optic coil of a fiber optic gyroscope without reducing the stiffness of the coil frame. This is achieved by eliminating the through sector-shaped cylindrical recesses in the cylindrical shell of the frame and the formation of crescent-shaped gaps between the cylindrical shell and the turns of the optical fiber, providing for the movement of the optical fiber to compensate for the stresses arising in it.
Поставленная задача достигается тем, что в катушке волоконно-оптического гироскопа, состоящей из волоконного световода, намотанного на каркас, выполненный в виде цилиндрической оболочки с фланцами по торцам, с секторообразными цилиндрическими выемками, расположенными вдоль по образующей цилиндрической оболочки и выступающими за пределы ее наружной поверхности, при этом витки световода между цилиндрическими выемками сопрягаются с наружной поверхностью цилиндрической оболочки каркаса, а в местах выемок имеют возможность радиальных перемещений, секторообразные цилиндрические выемки выполнены во фланцах с обеих торцов цилиндрической оболочки не сквозными, а на глубину, равную толщине фланцев, и расположены попарно напротив друг друга, при этом между каждой парой выемок между витками световода и наружной поверхностью цилиндрической оболочки образован серповидный зазор.The problem is achieved in that in the coil of a fiber-optic gyroscope, consisting of a fiber waveguide, wound on a frame made in the form of a cylindrical shell with flanges at the ends, with sector-shaped cylindrical recesses located along the generatrix of the cylindrical shell and protruding beyond its outer surface while the turns of the fiber between the cylindrical recesses mate with the outer surface of the cylindrical shell of the frame, and in the places of the recesses have the possibility of radial of movements, sector-shaped cylindrical recesses in the flanges from both ends of the cylindrical shell are not continuous, but to a depth equal to the thickness of the flanges, and are arranged in pairs opposite each other, and a crescent-shaped gap is formed between each pair of recesses between the turns of the optical fiber and the outer surface of the cylindrical shell.
При этом на внутренней поверхности цилиндрической оболочки каркаса катушки могут быть выполнены приливы для ее крепления, которые расположены под секторообразными цилиндрическими выемками.Moreover, on the inner surface of the cylindrical shell of the frame of the coil can be made tides for mounting, which are located under the sector-shaped cylindrical recesses.
Выполнение секторообразных цилиндрических выемок в теле цилиндрической оболочки каркаса катушки не сквозными, а только на толщину боковых фланцев повышает жесткость каркаса катушки и позволяет выполнять секторообразные выемки в малогабаритных катушках.The implementation of sector-shaped cylindrical recesses in the body of the cylindrical shell of the coil frame is not through, but only by the thickness of the side flanges increases the rigidity of the coil frame and allows you to perform sector-shaped recesses in small coils.
Наличие серповидных зазоров между витками световода и наружной поверхностью цилиндрической оболочки обеспечивает возможность радиальных перемещений изгибов световодов и тем самым осуществляет компенсацию возникающих в световодах напряжений от многослойной намотки витков с натяжением, а также от температурных деформаций. В предлагаемом способе изготовления катушки для волоконно-оптического гироскопа, включающем выполнение секторообразных цилиндрических выемок в каркасе катушки, установку в цилиндрические выемки съемных вставок с цилиндрическими поверхностями, выступающими за наружную поверхность цилиндрической оболочки каркаса, намотку волоконного световода и удаление съемных вставок, съемные вставки выполняют серповидными с внутренним диаметром, равным наружному диаметру цилиндрической оболочки каркаса, и наружным диаметром, соответствующим диаметру секторообразных цилиндрических выемок, съемные вставки устанавливают на наружной поверхности цилиндрической оболочки каркаса до намотки световода и удаляют после его намотки путем их вдвижения и выдвижения через секторообразные цилиндрические выемки в боковых фланцах каркаса.The presence of crescent-shaped gaps between the turns of the fiber and the outer surface of the cylindrical shell provides the possibility of radial movements of the bends of the fibers and thereby compensates for the stresses arising in the fibers from the multi-layer winding of the coils with tension, as well as from temperature deformations. In the proposed method for manufacturing a coil for a fiber-optic gyroscope, including the implementation of sector-shaped cylindrical recesses in the coil frame, installation of removable inserts with cylindrical surfaces protruding beyond the outer surface of the cylindrical shell of the frame, winding of the optical fiber and removal of removable inserts, the removable inserts are sickle-shaped with an inner diameter equal to the outer diameter of the cylindrical shell of the frame, and an outer diameter corresponding to ametru pie cylindrical recesses, removable insert is mounted on the outer surface of the cylindrical carcass casing before winding the fiber and is removed after winding them moves in and by extension through sector-cylindrical recesses in the lateral flanges of the carcass.
При этом съемные вставки могут быть выполнены в виде диска с серповидными зубьями на его торце, что упрощает процесс установки и удаления вставок.In this case, removable inserts can be made in the form of a disk with sickle-shaped teeth at its end, which simplifies the process of installing and removing inserts.
Устройство предлагаемой катушки для волоконно-оптического гироскопа и способ ее изготовления поясняются чертежами.The device of the proposed coil for a fiber optic gyroscope and the method of its manufacture are illustrated by drawings.
На фиг.1 представлена катушка с намотанным световодом.Figure 1 presents a coil with a wound fiber.
На фиг.2 представлен общий вид катушки в сечении.Figure 2 presents a General view of the coil in cross section.
На фиг 3, 4 показаны виды на боковые фланцы каркаса катушки.In Fig 3, 4 shows views of the side flanges of the coil frame.
На фиг.5 представлен общий вид катушки в аксонометрической проекции.Figure 5 presents a General view of the coil in a perspective view.
На фиг.6, 7 показаны виды съемных вставок.6, 7 show views of removable inserts.
На фиг.8 представлен каркас катушки в сборке со съемными вставками.On Fig presents the coil frame in the assembly with removable inserts.
На фиг.9 показана катушка со съемными вставками после намотки световода.Figure 9 shows a coil with removable inserts after winding the fiber.
На фиг.10 представлены монолитные съемные вставки.Figure 10 presents a monolithic removable insert.
Катушка волоконно-оптического гироскопа (см. фиг.1, 2) состоит из каркаса 1 с многослойно намотанным на него световодом 2, при этом в ряде зон между наружной поверхностью цилиндрической оболочки 3 каркаса 1 и витками световода 2 образованы зазоры 4 серповидной формы. Намотанные на каркас витки световода имеют форму многоугольника, вершины которого скруглены чередующимися радиусами: радиусами, равными радиусу наружной поверхности цилиндрической оболочки 3, где витки световода контактируют с поверхностью цилиндрической оболочки, и радиусами серповидных зазоров, где витки световода не контактируют с цилиндрической оболочкой каркаса.The coil of a fiber-optic gyroscope (see Figs. 1, 2) consists of a
Каркас катушки фиг.1, 3, 4, 5 выполнен в виде цилиндрической оболочки 3 с фланцами 5, 6 по ее торцам. В боковых фланцах 5, 6 (см. фиг.3, 4) выполнены секторообразные цилиндрические выемки 7 с глубиной 8, равной толщине 9 фланцев. При этом секторообразные выемки 7 расположены вдоль по образующей цилиндрической оболочки 3 и выступают своими цилиндрическими поверхностями 10 за наружную поверхность цилиндрической оболочки 3. Секторообразные выемки 7 во фланцах 5, 6 расположены попарно напротив друг друга, т.е. каждой секторообразной выемке во фланце 5 с противоположного торца цилиндрической оболочки 3 во фланце 6 зеркально соответствует аналогичная выемка.The frame of the coil of figure 1, 3, 4, 5 is made in the form of a
Зазоры 4 серповидной формы (см. фиг.1) располагаются вдоль по образующей цилиндрической оболочки 3 между попарно расположенными на противоположных фланцах 5, 6 секторообразными цилиндрическими выемками 7.Crescent-shaped gaps 4 (see FIG. 1) are arranged along the generatrix of the
На фиг.1, 2, 3, 4, 5 представлен вариант выполнения катушки и каркаса для нее с тремя попарно расположенными выемками 7 во фланцах 5, 6 и соответственно с тремя зонами серповидных зазоров 4. Однако количество таких выемок, соответственно, и секторообразных зазоров может варьироваться в зависимости от конструктивных особенностей и условий эксплуатации катушки: размеров катушки, количества наматываемых слоев световода, материала каркаса, температурных воздействий и т.д.Figure 1, 2, 3, 4, 5 shows an embodiment of the coil and the frame for it with three pairwise located
На внутренней поверхности цилиндрической оболочки 3 могут быть выполнены приливы 11 с отверстиями 12 для последующего крепления катушки в составе конструкции волоконно-оптического гироскопа. При этом приливы 9 расположены на каркасе 1 под секторообразными выемками 7 и соответственно под серповидными зазорами 4.On the inner surface of the
Способ изготовления катушки волоконно-оптического гироскопа предлагаемой конструкции включает выполнение секторообразных цилиндрических выемок 7 во фланцах каркаса 1 катушки (см. фиг.1…5), выполнение съемных вставок фиг.6, 7 серповидными с внутренним диаметром 13, равным наружному диаметру цилиндрической оболочки 3, и наружным диаметром 14, равным диаметру поверхности 10 секторообразных цилиндрических выемок 7, при этом длина съемных вставок соответствует или превышает размер по фланцам каркаса 1.A method of manufacturing a coil of fiber optic gyroscope of the proposed design includes the implementation of sector-shaped
Затем съемные вставки 15 (см. фиг.8) вводят через секторообразные выемки 7 во фланцах каркаса 1 и устанавливают на наружной поверхности цилиндрической оболочки 3. На каркас 1 с установленными в нем вставками 15 наматывают с определенным усилием натяжения волоконный световод 2 (см. фиг.9). Намотку световода выполняют в виде многослойной катушки. При этом витки катушки световода приобретают форму многоугольника, вершины которого скруглены чередующимися радиусами: в местах сопряжения витков с наружной поверхностью цилиндрической оболочки 3 они равны радиусу оболочки, а в местах сопряжения с серповидными вставками 15 они равны радиусу наружной цилиндрической поверхности 14 вставок. После намотки световода серповидные вставки 15 удаляют путем их выдвижения через секторообразные цилиндрические выемки 7 в каркасе 1 катушки.Then, removable inserts 15 (see Fig. 8) are introduced through sector-
В результате между внутренними витками световода 2 и наружной поверхностью цилиндрической оболочки 3 каркаса 1 образуются зазоры 4 серповидной формы, как показано на фиг.1, 2.As a result, between the inner turns of the
Серповидные вставки могут быть выполнены в виде монолитной конструкции (см. фиг.10), имеющей форму диска 16 с серповидными зубьями 17 на торце. Это упрощает процесс установки и удаления вставок в ходе изготовления катушки.Sickle inserts can be made in the form of a monolithic structure (see figure 10), having the form of a
При изготовлении катушки для волоконно-оптического гироскопа предлагаемой конструкции и по предлагаемому способу перед намоткой световода 2 на поверхность цилиндрической оболочки 3 каркаса 1 устанавливаются серповидные вставки 15 (см фиг.8) путем их вдвижения через секторообразные цилиндрические выемки 7 в боковых фланцах 5, 6 каркаса 1.In the manufacture of a coil for a fiber-optic gyroscope of the proposed design and according to the proposed method, crescent inserts 15 (see Fig. 8) are installed on the surface of the
В процессе намотки сопряжение витков световода чередуется то с наружной поверхностью цилиндрической оболочки 3 каркаса, то с цилиндрическими поверхностями серповидных вставок 15. Намотка волоконного световода 2 на каркас 1 катушки осуществляется с определенным усилием натяжения, обеспечивающим исключение зазоров между витками в одном слое, а также между витками в соседних слоях. Под действием данного усилия натяжения в световоде возникают, а по мере увеличения числа слоев и накапливаются механические напряжения. Под действием механических напряжений изменяются параметры световода, например, такие как способность сохранения состояния поляризации проходящего излучения, величина потерь оптической мощности излучения. Увеличение числа слоев витков световода в катушке повышает напряжения, возникающие в световоде от его намотки, а соответственно еще более ухудшает параметры световода.In the process of winding, the coupling of the turns of the fiber alternates with the outer surface of the
После намотки световода серповидные вставки 15 удаляются путем их выдвижения через секторообразные цилиндрические выемки 7 в боковых фланцах 5, 6 каркаса 1. При этом в местах установки вставок между витками световода 2 и поверхностью цилиндрической оболочки 3 каркаса 1 образуются зазоры 4 серповидной формы.After winding the fiber, the crescent inserts 15 are removed by sliding them out through sector-shaped
Механические напряжения, возникающие в световоде при намотке, после удаления серповидных вставок вызывают механические подвижки и деформации витков световода в зонах серповидных зазоров. В процессе механических подвижек и деформации витков происходит изменение геометрических параметров изгиба витков световода: величина радиуса изгиба, их местоположение и т.д. В результате подвижек первоначально возникшие при намотке напряжения в световоде уменьшаются, соответственно, улучшаются параметры световода.Mechanical stresses arising in the optical fiber during winding, after removing the crescent-shaped inserts, cause mechanical movements and deformation of the turns of the optical fiber in the zones of the crescent-shaped gaps. In the process of mechanical movements and deformation of the coils, a change in the geometric parameters of the bending of the coils of the fiber: the value of the radius of the bend, their location, etc. As a result of the shifts, the stresses initially arising during winding in the fiber are reduced, and accordingly, the parameters of the fiber are improved.
Температурные изменения также вызывают возникновение в световоде механических напряжений, обусловленных различным изменением геометрических размеров каркаса катушки и витков световода из-за различия коэффициентов линейного расширения материалов каркаса и световода. Эти напряжения тоже ослабляются за счет механических подвижек и изменения геометрии витков в зонах серповидных зазоров.Temperature changes also cause mechanical stresses in the fiber due to various changes in the geometric dimensions of the frame of the coil and the turns of the fiber due to the difference in the linear expansion coefficients of the materials of the frame and the fiber. These stresses are also weakened due to mechanical movements and changes in the geometry of the turns in the zones of sickle-shaped gaps.
Следовательно, введение серповидных вставок в каркас катушки перед намоткой световода и их удаление после его намотки формирует зоны свободных изгибов витков световода, которые являются компенсаторами механических напряжений, возникающих в световоде. Улучшение и повышение стабильности параметров световода в катушке волоконно-оптического гироскопа повышает его точностные параметры за счет снижения эффектов фазовой невзаимности лучей кольцевого интерферометра, входящего в состав гироскопа и одним из основных элементов которого является катушка волоконного контура.Therefore, the introduction of crescent-shaped inserts into the coil frame before winding the fiber and removing them after winding it forms free bending zones of the fiber turns, which are compensators for mechanical stresses arising in the fiber. Improving and increasing the stability of the fiber parameters in the coil of a fiber-optic gyroscope increases its accuracy parameters by reducing the effects of phase nonreciprocity of the rays of the ring interferometer, which is part of the gyroscope and one of the main elements of which is the fiber loop coil.
Размещение мест крепления 11 катушки под выемками 7, а соответственно, под серповидными зазорами 4, повышает сопротивление теплопередачи тепловых потоков от мест крепления катушки в составе волоконно-оптического гироскопа к виткам световода 2 измерительного контура. Это связано с тем, что в этом случае тепловые потоки от мест крепления не могут передаваться непосредственно к виткам световода 2, так как над местами крепления 9 витки световода 2 расположены с зазором 4. Поэтому тепловые потоки от мест крепления передаются через цилиндрическую оболочку 3 к местам сопряжения с ней витков световода. Это удлиняет путь тепловых потоков и тем самым повышает сопротивление их теплопередачи к виткам световода. В результате снижаются напряжения и температурные градиенты в витках световода катушки от изменения температуры мест ее крепления. Это также способствует повышению точностных параметров волоконно-оптического гироскопа.Placing the attachment points of the
Таким образом, предлагаемая конструкция катушки волоконно-оптического гироскопа и способ ее изготовления позволяют формировать изгибы световодов для компенсации напряжений в них, не выполняя сквозных секторообразных цилиндрических выемок в цилиндрической оболочке каркаса. Выемки выполняются только в боковых фланцах каркаса на глубину, равную их толщине. Это повышает жесткость каркаса катушки, а следовательно, повышается стабильность его формы и размеров. Кроме того, исключение сквозных секторообразных цилиндрических выемок в цилиндрической оболочке каркаса позволяет выполнять компенсирующие изгибы волоконных световодов в катушках волоконно-оптических гироскопов с более малыми габаритами катушек. Наличие компенсаторов напряжений в световоде катушки волоконно-оптического гироскопа повышает точность и стабильность его параметров. Эффективность предложенного технического решения подтверждена его реализацией в катушках измерительных контуров волоконно-оптических гироскопов, изготавливаемых предприятием ООО НПК «Оптолинк».Thus, the proposed design of the coil of a fiber optic gyroscope and its manufacturing method allow the formation of bends of the optical fibers to compensate for the stresses in them, without performing through sector-like cylindrical recesses in the cylindrical shell of the frame. The recesses are carried out only in the side flanges of the frame to a depth equal to their thickness. This increases the stiffness of the coil frame, and therefore, the stability of its shape and size. In addition, the exclusion of end-to-end sector-shaped cylindrical recesses in the cylindrical shell of the frame allows compensating bending of the optical fibers in the coils of fiber optic gyroscopes with smaller coil dimensions. The presence of voltage compensators in the fiber optic coil of a fiber-optic gyroscope increases the accuracy and stability of its parameters. The effectiveness of the proposed technical solution is confirmed by its implementation in the coils of the measuring circuits of fiber-optic gyroscopes manufactured by the LLC NPK Optolink.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008107069/28A RU2367908C1 (en) | 2008-02-27 | 2008-02-27 | Coil of fibre-optic gyroscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008107069/28A RU2367908C1 (en) | 2008-02-27 | 2008-02-27 | Coil of fibre-optic gyroscope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2367908C1 true RU2367908C1 (en) | 2009-09-20 |
Family
ID=41168017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008107069/28A RU2367908C1 (en) | 2008-02-27 | 2008-02-27 | Coil of fibre-optic gyroscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2367908C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102645215A (en) * | 2012-05-16 | 2012-08-22 | 江苏立万信息科技有限公司 | Method for manufacturing optical fiber sensitive ring of optical fiber gyroscope |
| CN102749078A (en) * | 2012-07-19 | 2012-10-24 | 浙江大学 | Winding jig and method of boneless fiber ring for fiber optic gyro |
| CN103884353A (en) * | 2014-03-18 | 2014-06-25 | 北京航天时代光电科技有限公司 | Dismountable skeleton tool, and dismounting device and method for same |
| CN112097796A (en) * | 2020-09-22 | 2020-12-18 | 中国电子科技集团公司第四十六研究所 | Tool for winding optical fiber sensing coil of optical fiber gyroscope and using method |
-
2008
- 2008-02-27 RU RU2008107069/28A patent/RU2367908C1/en active
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102645215A (en) * | 2012-05-16 | 2012-08-22 | 江苏立万信息科技有限公司 | Method for manufacturing optical fiber sensitive ring of optical fiber gyroscope |
| CN102749078A (en) * | 2012-07-19 | 2012-10-24 | 浙江大学 | Winding jig and method of boneless fiber ring for fiber optic gyro |
| CN102749078B (en) * | 2012-07-19 | 2015-05-20 | 浙江大学 | Winding jig and method of boneless fiber ring for fiber optic gyro |
| CN103884353A (en) * | 2014-03-18 | 2014-06-25 | 北京航天时代光电科技有限公司 | Dismountable skeleton tool, and dismounting device and method for same |
| CN103884353B (en) * | 2014-03-18 | 2016-06-29 | 北京航天时代光电科技有限公司 | A kind of provision for disengagement for dismantling detachable skeleton frock and method |
| CN112097796A (en) * | 2020-09-22 | 2020-12-18 | 中国电子科技集团公司第四十六研究所 | Tool for winding optical fiber sensing coil of optical fiber gyroscope and using method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7430353B2 (en) | Polarization-maintaining optical fiber and optical fiber gyro | |
| US7619743B2 (en) | Optical sensor utilizing hollow-core photonic bandgap fiber with low phase thermal constant | |
| US11493684B2 (en) | Resonant fibre optic gyroscopes using hollow core optical fibre and methods thereof | |
| US20120062902A1 (en) | Fiber optic sensor using a hollow core fiber | |
| RU2367908C1 (en) | Coil of fibre-optic gyroscope | |
| EP3853559B1 (en) | Optical fiber sensor | |
| EP2069715B1 (en) | Photonic crystal based rotation sensor | |
| WO2018150699A1 (en) | Optical fiber sensor | |
| US6707975B2 (en) | Fiber optic coil for a fiber optic measuring system and method for producing the same | |
| CA2613656C (en) | Pure silica core, high birefringence, single polarization optical waveguide | |
| US5848213A (en) | Low shupe bias fiber optic rotation sensor coil | |
| US7626762B2 (en) | Jog zone free fiber optic coil | |
| EP2075535A2 (en) | Octupole winding pattern for a fiber optic coil | |
| US8958074B1 (en) | Low strain optical fiber coil and associated fiber optic gyroscope and method | |
| JP2007506980A (en) | Optical fiber sensing coil with isotropic characteristics | |
| JP6146862B2 (en) | Optical fiber for sensor | |
| BR102021006468A2 (en) | DIRECTIONAL CURVATURE SENSOR DEVICE BASED ON ANTI-RESONANT FIBER OPTICS | |
| Alam et al. | Small form-factor PANDA-type HiBi fiber for sensing applications | |
| RU2749495C1 (en) | Sensitive reel of fiber optical gyroscope | |
| Dong et al. | In-line fiber Mach-Zehnder interferometer combining with fiber Bragg grating for simultaneous curvature and temperature measurement | |
| Van Newkirk | Sensing using Specialty Optical Fibers | |
| JPWO2023157797A5 (en) | ||
| Li | Polarization-dependent Strain and Twist sensors based on tilted fiber Bragg grating |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |