一种光纤环绕制方法、光纤传感装置及光纤陀螺与流程

本发明涉及光纤传感、光纤环绕制技术、光纤陀螺、温度分析等领域，特别是一种光纤环绕制方法、光纤传感装置及光纤陀螺。

背景技术：

光纤陀螺因具有全固态、启动时间短、寿命长、结构简单、无转动部件的特点，成为了惯性领域不可或缺的惯性测量仪器，因此不断提高光纤陀螺的精度和稳定性对其在惯性领域的应用推广具有重要意义。光纤陀螺的核心部件是光纤环，提高光纤陀螺精度和稳定性的关键在于光纤环的绕制方法和光纤环周围温度的稳定性。但是由于光纤环对温度及其敏感，因此限制了光纤陀螺的应用精度。光纤环的温度敏感性主要体现在温度变化会使光纤的长度、直径、应力、折射率发生改变，这些改变会使光纤陀螺产生相应的相位误差，进而使零偏发生漂移。为了抑制温度对光纤陀螺光纤环的影响，通常的方法是改善光纤环的绕制方法，使光纤中点两侧光纤的温度误差能够相互抵消，但一些光纤环绕法由于复杂的绕制方式和工艺，基本都达不到理论上对温度误差的抵消效果。这是使光纤环通过自补偿的方式从根本上抑制温度误差的方法，同时利用一些拟合方法或智能算法对光纤陀螺的输出进行外部补偿也是一种不错的选择，但这些智能算法的补偿方式目前只停留在理论研究阶段。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种光纤环绕制方法、光纤传感装置及光纤陀螺，在简化光纤环绕制方法、降低绕环工艺要求的同时，保证光纤环中点两侧的光纤在空间位置上拥有良好的对称性，同时保证温度在光纤环上的均质化传递。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种光纤环绕制方法，该方法主要实现过程如下：设光纤中点两端分别是a和b端，在第二个隔热温室，绕制时，从整段光纤中点开始向着a端按照柱形绕法顺时针绕制，绕制到a半段光纤线圈的一半时，使得光纤进入到第一个隔热温室，并继续按照柱形绕法逆时针绕制直至a端绕制结束；同理在第三个隔热温室，b端靠近光纤中点的一半依然按照柱形绕法逆时针方向绕制，绕制到b半段光纤的一半后，使得光纤进入第四个隔热温室，再开始按照顺时针方向绕制光纤直至结束。

所述第一个隔热温室、第二个隔热温室、第三个隔热温室、第四个隔热温室均设于隔热腔体内，且该四个隔热温室从上至下依次设置，相邻的两个隔热温室之间通过隔热板连接。

所述第一个隔热温室、第二个隔热温室、第三个隔热温室、第四个隔热温室均设置于隔热外罩内。

相邻两个隔热温室的光纤之间通过绝缘垫圈分隔。

所述第一个隔热温室顶部外壁、第二个隔热温室底部外壁与所述隔热外罩之间通过绝缘垫圈分隔。

所述隔热板上设有孔隙，相应段的所述光纤穿过所述孔隙进入到下一个隔热温室内。

各隔热温室内腔均为真空，进一步保证隔热效果。

相应的，本发明还提供了一种光纤传感装置，包括四段连接为一整体的光纤；从整段光纤的左端到右端，四段光纤依次编号为第一、第二、第三、第四段；其中第一段光纤逆时针绕制成第一光纤环，并设置于第一隔热温室内；第二段光纤顺时针绕制成第二光纤环，并设置于第二隔热温室内；第三段光纤逆时针绕制成第三光纤环，并设置于第三隔热温室内；第四段光纤顺时针绕制成第四光纤环，并设置于第四隔热温室内。

作为一个发明构思，本发明还提供了一种光纤陀螺，其采用上述光纤传感装置。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明在简化光纤环绕制方法、降低绕环工艺要求的同时，又能保证光纤环中点两侧的光纤在空间位置上拥有良好的对称性，同时保证温度在光纤环上的均质化传递，进而达到减小光纤陀螺温度误差的目的。

附图说明

图1为光纤绕制前整段光纤划分示意图；

图2为本发明光纤绕制后光纤环及隔热腔体示意图。

具体实施方式

本发明具体实现过程如下：如图1和图2所示，将由一整段光纤绕制的光纤线圈分成四部分，每一部分的光纤线圈都独自拥有类似温室的房间(即隔热温室，图1中，4、5、6、7分别为第一、第二、第三、第四隔热温室)，房间的材料是隔热材料。绕制时从整段光纤的中点开始绕制，假设光纤中点两端分别是a和b端，从光纤中点开始向着a端按照柱形绕法顺时针绕制，绕制到a半段光纤的一半时(此时会得到一个光纤环1)，通过隔热层(即隔热板8)上的孔隙穿过进入到另一个隔热温室，并继续按照柱形绕法逆时针绕制直至到a端结束；同理b端靠近光纤中点的一半依然按照柱形绕法逆时针方向绕制，绕制到b段光纤的一半后，同样通过隔热层上的孔隙穿过进入到另一个隔热温室，再开始按照顺时针方向绕制光纤直至结束。如果给这四个温室命名，从a端开始到b端结束分别为ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ，则ⅰ室和ⅳ室中的光纤分别是按逆时针和顺时针方向绕制，由于光的传播方向相反、空间的位置因子又完全对称，就能良好地抵消掉温度误差，同样ⅱ和ⅲ室的光纤分居整段光纤中点的两侧，空间位置完全对称，光纤的绕制方向也相反，所以也能相互抵消温度误差。此外，为了保证该种光纤线圈绕法温室环境均质化的优越性，须在该光纤环的四个小温室外再加一层隔热装置(即隔热外罩2)，即对光纤环设置双层隔热外罩，给予光纤环充分的均热环境，充分保证在同一时刻光纤环各处的温度均衡稳定，并使光纤环中点两侧的光纤所处的温度分布对称，尤其要保证各个小温室中的各段光纤的温度与其对应位置因子上光纤所处的温度变化相同。另外，第二层隔热装置与第一层隔热装置需要加一个绝缘垫圈3，第一层的隔热温室中的隔层与光纤之间也要加绝缘垫圈，隔热装置中的介质可以是空气，也可以是真空，但真空介质的隔热效果会更好一点，并且抽真空的过程有利于光纤环释放残余的应力。因此这样绕制的光纤环不仅减小了绕法和绕制工艺的复杂度，并能真正的保证光纤中点两侧的光纤在空间上的对称性，更加保证了光纤陀螺抵消温度误差的能力。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种光纤环绕制方法、光纤传感装置及光纤陀螺，绕制方法实现过程如下：设光纤中点两端分别是A和B端，在第二个隔热温室，绕制时，从整段光纤中点开始向着A端按照柱形绕法顺时针绕制，绕制到A半段光纤线圈的一半时，使得光纤进入到第一个隔热温室，并继续按照柱形绕法逆时针绕制直至A端绕制结束；同理在第三个隔热温室，B端靠近光纤中点的一半依然按照柱形绕法逆时针方向绕制，绕制到B半段光纤的一半后，使得光纤进入第四个隔热温室，再开始按照顺时针方向绕制光纤直至结束。本发明能保证光纤环中点两侧的光纤在空间位置上拥有良好的对称性，同时保证温度在光纤环上的均质化传递。

技术研发人员：张春梅;梁仁仁;张晓亮;岑礼君;于中权
受保护的技术使用者：湖南航天机电设备与特种材料研究所
技术研发日：2017.09.29
技术公布日：2018.01.12