一种光电分离式光纤陀螺仪光路的温控方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于光电分离式光纤陀螺仪光路的温控方法。
【背景技术】
[0002]光纤陀螺仪是一种基于Sagnac效应的全固态惯性仪表，用来测量载体的角速率，是惯性系统的核心部件。
[0003]光纤陀螺仪作为光机电一体化的传感器，温度对性能的影响是不可忽视的，温度已成为光纤陀螺迈向工程化所面临的难题之一，温度性能也受到越来越多的关注。作为敏感元件的光纤线圈，由于外界温度随时间变化，光纤线圈的每一点的折射率都随温度变化而变化，而相向传播的两束光波经过该点(除光纤线圈中点)的时间不同，因此光波经过光纤线圈后由于温度引起的相位变化不同，从而引起非互易性误差，又称为Shupe效应所产生的误差。经过理论推导可得出，如果相对光纤中点对称的两段光纤上的热扰动相同，则温度引起的相位被抵消，针对Shupe效应所产生的误差，可采用特殊的绕圈方法来加以消除，目前普遍采用的是四极对称绕法。但在工程实际应用中，由于光纤长度和光纤环直径的限制可能存在光纤层数不是4的倍数或最外层未绕满，中点偏差导致光纤两端尾纤长度不同，布纤不均匀、不致密造成光纤长度不同、应力不同等非理想情况，不能完全消除Shupe效应所产生的误差，残余温度漂移仍是不可忽略的。这种热致“非互易性”相移，使陀螺仪产生输出漂移，降低陀螺的零偏稳定性，导致陀螺输出误差。
[0004]因此，要提高光纤陀螺仪的精度，温度影响是一个必须要解决的问题。目前，温度补偿方案是解决光纤陀螺仪温度影响的主要方案。通过测试陀螺仪在各个温度点下的输出，在软件上进行不同温度点下的输出补偿处理，减小温度对陀螺输出的影响。但由于环境的变化不确定性，建立光纤陀螺温度补偿模型比较困难，容易受到测试条件、设备状态等很多其它因素的影响，很难在全温度范围内实现陀螺漂移的精确补偿；此外，由于陀螺具有一定的温度特性差异，同一种温补模型并不适用于其它陀螺，不利于陀螺批产的工程化。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供了一种光电分离式光纤陀螺仪光路的温控方法，使光纤环内部温度场均匀分布，光纤陀螺仪稳定工作在设定的温度范围内，避免Shupe效应所产生的零偏漂移，实现高精度光纤陀螺仪零偏和标度因数的性能要求。
[0006]本发明所采用的技术方案是:
[0007]—种光电分离式光纤陀螺仪光路的温控方法，包括步骤如下:
[0008]1、加工磁屏蔽外罩，磁屏蔽外罩为圆筒形，在磁屏蔽外罩的圆筒壁顶端加工圆环形的包边结构，光纤环骨架的圆筒形壁顶部嵌套在包边结构中，包边结构沿周向包裹光纤环骨架；在光纤环骨架的圆筒形壁的外侧底部加工台阶结构，与磁屏蔽外罩的圆筒壁内侧贴紧，在磁屏蔽外罩和光纤环骨架之间形成磁屏蔽空腔，将光纤绕在光纤环骨架上形成光纤环，光纤环处在磁屏蔽空腔内；
[0009]i1、在光纤环骨架的台阶结构的侧壁上沿周向加工热敏电阻安装孔；在光纤环骨架的法兰上加工用于热敏电阻和电加热片的导线走线的引线孔；
[0010]ii1、将上盖罩在磁屏蔽外罩上，并通过底部突缘与光纤环骨架的法兰连接，将底座与光纤环骨架连接；
[0011]iv、将电加热片粘贴在磁屏蔽外罩的圆筒外壁上；
[0012]V、选用热敏电阻作为测温器件，将热敏电阻端头涂抹导热硅脂或室温硫化导热硅橡胶，并放入热敏电阻安装孔内，使热敏电阻安装孔内被全部填充，在热敏电阻安装孔出孔处采用粘结剂固定热敏电阻引线；
[0013]v1、将热敏电阻所测量的光纤环骨架温度值与温度目标值进行比较，控制电加热片的加热功率，控制光纤环的工作温度值处于预先设定的温度目标范围内。
[0014]所述步骤iv中电加热片的粘贴步骤如下:
[0015]a、用酒精棉球对磁屏蔽外罩表面和待涂胶的电加热片表面进行清洁；
[0016]b、在电加热片出线端挤放粘结剂，利用刮胶板从电加热片出线端向远端刮涂粘结剂，刮涂厚度控制在0.1mm?0.2mm，刮涂均匀后在出线位置涂抹粘结剂；
[0017]c、以光纤环骨架底边的引线孔为基准点，将电加热片对称粘贴至磁屏蔽外罩上；粘贴时，先将电加热片远离出线端一侧边缘按压在磁屏蔽外罩上，然后用无纺布慢慢逐步向出线端一侧赶压电加热片，直至整片电加热片完全贴合在磁屏蔽外罩上；
[0018]d、采用棉布条沿着圆周方向将贴有电加热片的磁屏蔽外罩缠绕并绑扎固定，常温放置不少于24小时后，将棉布条取下，并在电加热片的出线端及四周点涂粘结剂，完成电加热片固定。
[0019]所述电加热片内设置有方波形走线的电热阻丝，电加热阻丝对折后在电加热片的薄膜内形成上下两条平行的方波线，上下方波线均为中宽波和窄波交替出现，上方方波线的宽波对应下方方波线的窄波，上方方波线的窄波对应下方方波线的宽波；电热阻丝在薄膜内走线后与电加热片的长边成45°角度出线。
[0020]所述电加热片有两片，两片电加热片的长边尺寸相加与磁屏蔽外罩圆周长度相等。
[0021]所述底座采用环氧玻璃布层压板，外轮廓线与光纤环骨架法兰外轮廓线一致。
[0022]所述粘结剂为单组份室温硫化硅橡胶。
[0023]所述热敏电阻安装孔的直径为2.5mm，深度为6mm。
[0024]所述上盖的材料为聚砜。
[0025]所述刮胶板为环氧玻璃布层压板或聚四氟乙烯板。
[0026]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0027](1)本发明的温控方法中的磁屏蔽外罩采用包边设计，安装后沿圆周方向包裹骨架内壁，增大了外罩与光纤环骨架的接触面，加热片粘贴在磁屏蔽外罩上，实现热量在磁屏蔽外罩、光纤环骨架和光纤环之间的传导，使光纤环达到温度平衡，本发明的方法受环境影响比较小，控制精度较现有的温度补偿方案高，能够保证光纤陀螺仪稳定工作在设定的温度范围内。
[0028](2)本发明的温控方法采用的测温器件具有灵敏度高，测温精确，分辨率高，且体积小，易安装，成本低，质量等级高，适宜本专利温控系统使用等优点；且本发明的温控方法对光纤陀螺仪的结构改进较容易实现，不需要针对每只陀螺仪进行特殊设计，适用于陀螺仪工程化生产。
[0029](3)本发明的温控方法中光纤陀螺仪的电路板、光源、探测器等发热部件和敏感角速度的关键部件-光纤环分离，通过隔离发热器件来降低光纤环的温度变化率，减小温度变化引起的陀螺输出漂移。
[0030](4)本发明根据光纤陀螺仪中的磁屏蔽外罩的特点设计匹配的电加热片，使光纤环外罩受热均匀，并对电加热片采用特定的粘贴工艺要求，避免出现气泡导致电热阻丝断裂，使其适用于真空高温环境。
【附图说明】
[0031]图1为本发明光电分离式光纤陀螺仪结构示意图
[0032]图2为本发明光纤环温控系统结构示意图；
[0033]图3为本发明磁屏蔽外罩包边设计结构示意图；
[0034]图4为本发明测温器件安装孔和引线孔位置示意图。
[0035]图5为本发明中电加热片结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]本发明的温控方法采用于光电分离式光纤陀螺仪，如图1所示，电路板、探测器、光源等发热部件安装在方形电路盒结构件内，光纤环3等温度敏感器件装配在圆形光路结构内，通过光路中的结构改进，实现对光路中敏感角速度的关键部件即光纤环进行温控。
[0037]如图2所示，光纤环3绕制在光纤环骨架4的圆柱形结构上，光纤环骨架4安装于底座5上，磁屏蔽外罩2套在光纤环骨架4的圆柱形结构外，使磁屏蔽外罩2与光纤环骨架4之间形成一个密闭的磁屏蔽空间，光纤环3位于该封闭空间内，最后将上盖1罩在磁屏蔽外罩2外，将上盖1与光纤环骨架4固定，完成如图1中圆形光路结构的安装。
[0038]—种光电分离式光纤陀螺仪光路的温控方法，包括步骤如下:
[0039](1)如图3所不，加工磁屏蔽外罩2，磁屏蔽外罩2为圆筒形，在磁屏蔽外罩2的圆筒壁顶端加工圆环形的包边结构21与光纤环骨架4的圆筒形壁的内侧相配合，光纤环骨架4的圆筒形壁顶部嵌套在包边结构21中，使得磁屏蔽外罩2安装后与光纤环骨架4上沿贴紧，并沿圆周方向包裹光纤环骨架4 ;在光纤环骨架4的圆筒形壁的外侧底部加工台阶结构43，与磁屏蔽外罩2的圆筒壁内侧贴紧，在磁屏蔽外罩2和光纤环骨架4之间形成磁屏蔽空腔，将光纤绕在光纤环骨架4上形成光纤环3，光纤环3处在磁屏蔽空腔内；包边结构21和台阶结构43可以增加接触面，提高温度传导效率。磁屏蔽外罩2的尺寸依据光纤环骨架4的尺寸进行设计，应避免两者之间的配合间隔过大，导致传导率较低，此外要求磁屏蔽外罩2结构表面光滑，便于电加热片粘贴。
[0040](2)如图4所示，在光纤环骨架4的台阶结构43的侧壁上沿周向加工热敏电阻安装孔41，其尺寸根据温控用测