[發(fā)明專利]一種光纖陀螺環(huán)圈尾纖應(yīng)力匝數(shù)補償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711351950.9
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108088433B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉伯晗;楊志懷;王玥澤;于洪宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七0七研究所
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 王倩

本發(fā)明涉及一種光纖陀螺環(huán)圈尾纖應(yīng)力匝數(shù)補償方法，本方法采用了三個技術(shù)措施，對多極繞制光纖環(huán)圈的尾纖進(jìn)行應(yīng)力補償，該三個措施分別為：⑴.改變特定匝數(shù)尾纖彎曲半徑實現(xiàn)環(huán)圈應(yīng)力分布補償；⑵.改變特定匝數(shù)尾纖纏繞張力實現(xiàn)環(huán)圈應(yīng)力分布補償；⑶.改變特定匝數(shù)尾纖膠體模量，實現(xiàn)特定匝數(shù)應(yīng)力分布補償。本發(fā)明除了具有良好的熱對稱性外，具有更好的應(yīng)力分布對稱性，有效減小環(huán)圈非互易性誤差，更好的保證光纖陀螺工作的穩(wěn)定性。本補償方法對光纖陀螺溫度、振動性能改善有較重要的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖陀螺技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種光纖陀螺環(huán)圈尾纖應(yīng)力匝數(shù)補償方法。

背景技術(shù)

光纖陀螺是一種基于Sagnac效應(yīng)的光纖角速率傳感器，具有體積小、精度高、全固態(tài)、使用壽命長、動態(tài)范圍大等優(yōu)點。基于光纖陀螺的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于航天航空、艦艇導(dǎo)航等領(lǐng)域。

光纖環(huán)圈作為光纖陀螺中的敏感核心，其性能直接影響陀螺的精度。當(dāng)光纖環(huán)圈所處的環(huán)境因素發(fā)生變化時，在光纖環(huán)圈中反向傳播的兩束光波將產(chǎn)生非互易性相位差，這種非互易性相移與角速度引起的Sagnac相移在解調(diào)過程中不可分離，直接影響環(huán)圈的敏感角速度的準(zhǔn)確性。造成上述非互易性誤差的根本原因是光纖敏感環(huán)圈存在應(yīng)力分布不對稱，從而引起環(huán)圈相移發(fā)生變化。

環(huán)圈應(yīng)力產(chǎn)生的原因包括材料的熱膨脹變形應(yīng)力以及環(huán)圈繞制應(yīng)力。在溫度急劇變化時，包括環(huán)圈骨架、環(huán)圈、固化膠體與光纖會出現(xiàn)不同程度的熱脹冷縮而產(chǎn)生微小形變，從而產(chǎn)生環(huán)圈內(nèi)部應(yīng)力。此外在繞環(huán)過程中環(huán)圈曲率半徑變化，繞環(huán)張力變化、扭曲變化，以及環(huán)圈對邊和躍層帶來光纖擠壓也會帶來光纖應(yīng)力變化。

上述應(yīng)力一方面會改變環(huán)圈的幾何參數(shù)，另一方面還會影響環(huán)圈光學(xué)特性，產(chǎn)生相位差進(jìn)而產(chǎn)生環(huán)圈敏感誤差。上述應(yīng)力在變溫條件下影響更為劇烈，造成光纖陀螺溫度敏感性，成為制約光纖陀螺廣泛應(yīng)用的重要因素。

現(xiàn)有四極繞法雖然能夠較好的改善環(huán)圈溫度、振動特性，在一定程度上提高環(huán)圈熱致對稱性，但對環(huán)圈應(yīng)力引起的誤差抑制仍然有限。使用四極對稱繞法繞制的光纖環(huán)圈已顯示出比原有螺線形繞法有更優(yōu)良的溫度特性，但現(xiàn)有的四極對稱繞法與理想四極對稱還是有差距，無法保證每層匝數(shù)的一致性。即便保證環(huán)圈幾何長度的理想對稱，但由于環(huán)圈在對稱部分應(yīng)力分布依然存在差異，雖然對熱梯度場具有很好的抑制作用，但仍然不能對應(yīng)力差異引起的相位進(jìn)行有效抵消。

總之，雖然目前已有大量改進(jìn)型環(huán)圈的繞制方法，但大都從環(huán)圈熱場分布抵消加以改進(jìn)，不能夠有效改善環(huán)圈自身應(yīng)力不對稱產(chǎn)生影響，尤其是在以匝數(shù)為單位加以對應(yīng)力影響進(jìn)行精確克服的有效方法顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種針對多極繞制光纖環(huán)圈的尾纖進(jìn)行應(yīng)力補償方法。本方法通過改變尾纖特定匝數(shù)的應(yīng)力分布實現(xiàn)，提高環(huán)圈應(yīng)力分布對稱性，改善敏感環(huán)圈性能。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)的：

一種光纖陀螺環(huán)圈尾纖應(yīng)力匝數(shù)補償方法，其特征在于：采用以下三種技術(shù)措施中的任意一種，或者任意幾種的組合：

⑴.改變特定匝數(shù)尾纖彎曲半徑實現(xiàn)環(huán)圈應(yīng)力分布補償；

⑵.改變特定匝數(shù)尾纖纏繞張力實現(xiàn)環(huán)圈應(yīng)力分布補償；

⑶.改變特定匝數(shù)尾纖膠體模量，實現(xiàn)特定匝數(shù)應(yīng)力分布補償。

而且，技術(shù)措施⑴所述的具體技術(shù)措施為：改變環(huán)圈尾纖應(yīng)力盤繞：光纖環(huán)圈在環(huán)圈骨架邊緣處置尾纖盤纖柱，尾纖盤纖柱直徑小于光纖環(huán)圈內(nèi)徑，為環(huán)圈內(nèi)徑整數(shù)分之一；保持外層尾纖b端不動，改變外層光纖a端應(yīng)力；調(diào)整盤纖柱的纏繞匝數(shù)改變a端應(yīng)力，通過環(huán)圈測試系統(tǒng)檢測環(huán)圈兩端應(yīng)力差，當(dāng)兩端應(yīng)力差為零時，完成環(huán)圈整體應(yīng)力分布補償。