[發明專利]一種光纖環精密化繞制方法

有效

• 申請號: 201611061557.1
• 申請日: 2016-11-23
• 公開（公告）號: CN108088466B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 畢聰志;楊紀剛;李麗坤;徐廣海;孫國飛;郭偉郡;張麗哲
• 申請（專利權）人: 北京自動化控制設備研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C19/72
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 張檑

本發明屬于光纖陀螺光纖環制造技術領域，具體涉及一種光纖環精密化繞制方法。本發明的方法包括以下步驟：確定光纖的長度和光纖環的結構；繞線工裝加工；選擇適用的保偏光纖；單模光纖繞制；保偏光纖繞制。本發明需要解決現有的光纖環繞制方法在繞制大長度光纖環時，不能保證光纖環的幾何對稱性，使得光纖環在變溫條件下的零位漂移量過大，影響慣性陀螺精度的技術問題，通過定制特殊尺寸的單模光纖和繞線工裝，保證繞制保偏光纖時能夠控制光纖之間的空隙，固定每層內的光纖匝數，基于四極對稱纏繞方法，最終保證了光纖環的幾何對稱性，降低了光纖環在變溫條件下的零位漂移量，提高了慣性陀螺的精度。

技術領域

本發明屬于光纖陀螺光纖環制造技術領域，具體涉及一種光纖環精密化 繞制方法。

背景技術

溫度性能一直是光纖陀螺工程化的關鍵指標。在光纖陀螺的各構成部件 中，光纖環對光纖陀螺溫度性能的影響因子可達90％，對于光纖環而言，其 內部的應力狀態和幾何對稱性則直接決定了光纖環的溫度特性。如何抑制由 溫度誘導的光路非互易性，是光纖陀螺技術中的最為關鍵的研究內容。一般 情況下，光纖環是由保偏光纖繞制而成，因此，在繞制光纖環過程中必須保 證纏繞的精密性。

光纖環是由一根保偏光纖按照四極對稱的方法逐層纏繞在環圈骨架上， 并采用特殊的固化膠進行灌封固化，從而形成一個類似于復合材料的固體結 構。在光纖環內部，要求保偏光纖以其中點嚴格對稱，幾何空間位置接近， 所受環境因素影響相同，然而，在實際應用中，由于纏繞方法的限制以及外 界環境和材料的影響，無法保證中點兩側的光纖完全對稱。根據光纖陀螺的 溫度shupe效應理論：

可得到由于應力不對稱導致的誤差效應公式，可表示為：

其中，Ω為陀螺的零位漂移，n是光纖的折射率，λ是光波長，c是真空 下的光速，β₀為光的傳播常數，ΔT(z)、ΔS(z)分別表示在光纖環的z點處的溫 度、應力變化量，L為光纖長度；D是環圈直徑。由公式可見，溫度和應力 shupe效應的大小與光纖所受溫度和應力的大小及對稱性緊密相關，光纖對稱 性主要與纏繞的對稱性相關，包括幾何長度對稱、纏繞張力對稱和熱應力對 稱；幾何長度對稱性和纏繞張力對稱性主要由繞線機的機械精度和張力穩定 性決定；熱應力對稱性主要來源于固化膠和環圈骨架。

在上述光纖對稱性因素中，幾何對稱性是張力對稱性和熱應力對稱性的 基礎，只有首先保證幾何對稱性，關注張力對稱性和熱應力對稱性才有意義。 由光纖環制作工藝可知，張力對稱性主要由繞線機的張力控制制狀態決定， 與纏繞的精密度關系不大；熱應力對稱性則與光纖纏繞工藝完全無關；只有 幾何對稱性才是衡量光纖環纏繞精密性的主要指標。因此，可以說完成光纖 環精密化繞制是實現高水平光纖環制作的技術前提。

在現有光纖環制作技術中，往往采用墊紙的方式完成光纖環，尤其是大 長度光纖環的繞制，一般每繞制完成一層光纖后，在光纖上鋪上一層光學鏡 頭紙，保證下一層光纖纏繞時，底面為一個相對平整的纏繞基準面，這種方 法一方面增加了光纖環的厚度，不利于高精度小型化光纖環制作，另一方面， 光纖環內部存在多余介質，在灌膠后，影響光纖環的整體性能。如果光纖環 纏繞時不墊紙，則需要對下層光纖的排布進行精密控制，否則不能保證光纖 環的幾何對稱性，使得光纖環在變溫條件下的零位漂移量過大，影響慣性陀螺的精度。而目前在現有工藝條件和設備精度的限制下，還沒有有效的方法 能夠實現，即使能夠實現最初幾層光纖的纏繞，也無法完成幾十層整個光纖 環的纏繞。

發明內容

本發明需要解決的技術問題為：現有的光纖環繞制方法在繞制大長度光 纖環時，不能保證光纖環的幾何對稱性，使得光纖環在變溫條件下的零位漂 移量過大，影響慣性陀螺的精度。

本發明的技術方案如下所述：

一種光纖環精密化繞制方法，包括以下步驟：

步驟1、確定光纖的長度和光纖環的結構