[發明專利]單端尾纖控溫的光纖陀螺線圈

無效

• 申請號: 200910154911.9
• 申請日: 2009-11-26
• 公開（公告）號: CN101709970A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 劉瑞;陳杏藩;劉承;舒曉武
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/64
• 分類號: G01C19/64
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及光纖陀螺線圈，尤其涉及一種單端尾纖控溫的光纖陀螺線圈。

背景技術

干涉式光纖陀螺儀是基于薩格奈克(Sagnac)效應的一種旋轉角速率傳感器，其最小互易性結構包括以下幾部分：一個光源，一個探測器，一個光纖定向耦合器，一個偏振器(有時包括一個或多個消偏器)，一個集成光學Y波導，一個由保偏光纖或普通單模光纖繞制成的光纖傳感線圈。光源發出的光經過耦合器，由Y波導分成沿線圈正反兩方向傳輸的光，經過線圈后兩束光由Y波導耦合并經過耦合器在探測器的接收端形成干涉。線圈旋轉時，兩束光經歷的光程不同，探測器接收到的干涉光強隨之變化，由此檢測與線圈固定平臺的旋轉角速率。

光纖陀螺具有高可靠、長壽命、快速啟動、大動態范圍等一系列優點。光纖陀螺的全固態結構，使其比以前采用的機械轉子或氣體環形激光器的方案具有更重要的優勢。但是，由于光纖陀螺線圈的溫度敏感性，即使在室溫啟動時，光纖陀螺仍然會產生輸出誤差，限制系統精度。室溫啟動時，光纖陀螺內部光源與電路板等熱源向光纖陀螺線圈傳遞熱量，在光纖陀螺線圈達到熱平衡之前，線圈內部光纖溫度隨時間變化且相對光纖中點不對稱分布，使得沿光纖正反兩方向傳輸的光波經歷不同的相位，產生與線圈旋轉無關的相位差，這個相位差與旋轉引起的薩格奈克相位差無法區分從而造成啟動時的系統誤差。對于高精度光纖陀螺，室溫啟動誤差已成為制約其應用的關鍵問題。

四極等對稱繞法雖然可提高光纖陀螺線圈的溫度性能，進而減小陀螺的啟動誤差，但線圈中仍有殘余非互易效應存在，啟動誤差減小程度有限。

現有的一種降低高精度光纖陀螺室溫啟動誤差的方法為溫度補償，即在陀螺啟動一段時間內，根據陀螺內部的溫度傳感器輸出建立光纖陀螺的溫度模型，對原始的陀螺輸出進行補償，修正光纖陀螺線圈在達到熱平衡的過程中產生的輸出誤差，降低系統的啟動誤差。該方法使用軟件手段降低光纖陀螺線圈的溫度敏感性對系統的影響，在一定程度上改善了陀螺室溫啟動問題，但需實時讀取陀螺內部各監測點溫度并對原始數據加以補償，嚴重增加了陀螺工作過程中數據處理的工作量。

現有的另一種降低高精度光纖陀螺室溫啟動誤差的方法為對光纖陀螺線圈進行溫度控制，使之工作于恒定的溫度條件下，從而減小了陀螺啟動過程中由于線圈的溫度敏感性帶來的系統誤差。該方法減輕了陀螺輸出數據處理的工作負擔，但控制線圈各處溫度同時處于恒定狀態在工程實現上存在較大難度。

所以，目前存在一些降低高精度光纖陀螺室溫啟動誤差的方法存在，但要求強大的陀螺數據處理能力或在工程上難以實現，所以尋找一種數據處理能力要求較低且易于實現的降低光纖陀螺室溫啟動誤差的方法是非常必要的。

發明內容

針對已有的降低高精度光纖陀螺室溫啟動誤差的方法過程繁瑣及難以實現的問題，本發明的目的在于提供一種單端尾纖控溫的光纖陀螺線圈，以簡便易行地降低光纖陀螺室溫啟動誤差。

本發明采用的技術方案如下：

本發明是由將一根連續光纖按照四極繞法繞制于骨架上構成的四極部分與四極部分繞制完成后兩端預留光纖段的尾纖組成。所述兩端尾纖長度相同，與四極部分最外層光纖位于光纖中點同側的一端尾纖被纏繞于四極部分外側，與四極部分最外層光纖位于光纖中點異側的另一端尾纖安裝于溫度控制器上。

所述的溫度控制器為使用熱電制冷器的溫度控制器。

所述尾纖長度由實驗確定，實驗步驟如下：(1)將尾纖長度設為非0不同數值，分別讀取對應光纖陀螺線圈所屬光纖陀螺的室溫啟動誤差；(2)將尾纖長度設為0，讀取單純四極部分所屬光纖陀螺的室溫啟動誤差；(3)比較各尾纖長度光纖陀螺線圈對應室溫啟動誤差與單純四極部分對應室溫啟動誤差，直到找到一個尾纖長度使其對應的室溫啟動誤差在任一時刻均小于單純四極部分對應的室溫啟動誤差，且在各時刻減小值的平均值最大，將此時的尾纖長度作為所述光纖陀螺線圈的尾纖長度。

所述尾纖被控制溫度為該段尾纖在光纖陀螺啟動過程結束后所處位置的溫度。室溫啟動誤差為光纖陀螺在室溫條件下啟動過程中的輸出誤差。

本發明具有的有益效果是：

(1)利用四極部分外側尾纖與恒溫尾纖產生的隨四極部分溫度變化的相位差來補償四極部分的溫度誤差，實現線圈溫度敏感性引起的系統室溫啟動誤差的降低；

(2)采用光學手段補償，減小光纖陀螺數據處理負擔；

(3)僅控制單端尾纖的溫度恒定，在工程上易于實現。

附圖說明

圖1是本發明提出的單端尾纖控溫的光纖陀螺線圈示意圖。

圖2是四極繞法示意圖。