[實用新型]一種導熱光纖傳感環(huán)圈及光纖陀螺儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720254027.2
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN206583457U
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設計）人: 黃忠偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京菲波森思科技有限公司
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G01C25/00
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司11471
• 代理人: 付登云

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于光纖傳感環(huán)圈領(lǐng)域，具體涉及一種導熱光纖傳感環(huán)圈及光纖陀螺儀。

背景技術(shù)

溫度性能一直是光纖陀螺儀工程化的關(guān)鍵指標，在光纖陀螺儀的各構(gòu)成部件中，光纖傳感環(huán)圈對光纖陀螺儀溫度性能的影響因子可達90％，對于光纖傳感環(huán)圈而言，內(nèi)部溫度梯度最為重要，因此，提高光纖傳感環(huán)圈內(nèi)部的溫度場分布均勻性一直是光纖陀螺領(lǐng)域內(nèi)的研究重點。

光纖傳感環(huán)圈是由一根保偏光纖按照設定的繞制方法繞制，如單螺旋結(jié)構(gòu)、雙極結(jié)構(gòu)和四極對稱結(jié)構(gòu)等等，其中，目前普遍采用的是四極對稱結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)。在光纖傳感環(huán)圈內(nèi)部，要求以其中點對稱的保偏光纖性能和所處環(huán)境盡量一致，從而通過光纖傳感環(huán)圈兩端輸入的光信號經(jīng)歷完全相同的相位延遲，在整個光路后端干涉后，能夠相互抵消外界環(huán)境因素施加的干擾信號，保證載體角速率測試的真實性。溫度是影響光纖傳感環(huán)圈產(chǎn)生相位誤差的一項最重要環(huán)境因素，由溫度引發(fā)的光纖陀螺shupe效應可表示為：

其中，Ω為陀螺的零位漂移，n是光纖的折射率，λ是光波長，c0是真空下光速，β0為光的傳播常數(shù)，ΔT(z)表示在光纖傳感環(huán)圈的z點處的溫度變化量，L為光纖長度，D是環(huán)圈直徑。

由公式可見，溫度shupe效應的大小與光纖所受溫度的大小及對稱性緊密相關(guān)，光纖對稱性主要與繞制的方法以及繞制的精度相關(guān)，一般情況下，繞制方法普遍采用四極對稱繞制的方法，已經(jīng)在光纖傳感環(huán)圈制作中體現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢，相比于單螺旋繞制和雙極繞制，能夠大幅提升繞制的對稱性，抑制shupe效應誤差；另一方面，受限于國內(nèi)機械加工和設備制造水平，光纖繞制的精密性還無法滿足實際使用要求，從而導致了光纖傳感環(huán)圈的性能對溫度十分敏感，陀螺的零位輸出與溫度及溫度變化率參數(shù)具有非常明顯的相關(guān)性。

光纖傳感環(huán)圈是光纖陀螺的核心部件，其性能的優(yōu)劣直接決定了陀螺的精度和穩(wěn)定性。一般而言，光纖傳感環(huán)圈是由保偏光纖按照四極對稱的方法逐層纏繞的環(huán)圈骨架上構(gòu)成，并采用固化膠對其進行灌封處理。盡管環(huán)圈固化增強了陀螺抗振性能，但是由于光纖涂覆層和固化膠的低導熱特性，光纖傳感環(huán)圈在時變溫度場中由外向內(nèi)的溫度并不均勻，而是具有一定的溫度梯度，導致陀螺輸出零位發(fā)生偏移，這就是所謂的shupe效應。因此，為了達到提高陀螺互易性，穩(wěn)定陀螺輸出的目的，必須增強光纖傳感環(huán)圈內(nèi)部的導熱性。

光纖傳感環(huán)圈主要由固化膠和保偏光纖構(gòu)成，提高環(huán)圈導熱性的方法之一是提高固化膠的導熱率，實際應用的普通有機硅膠和環(huán)氧樹脂的導熱性較差，無法滿足要求。但是，通過添加普通導熱有機物的方式可以增加固化膠的導熱率，然而這種方法同時增加了膠體的粘度，無法應用于真空灌封的環(huán)氧固化工藝；因此如何在增加固化膠導熱率的同時保證固化膠的粘度能夠滿足灌封工藝要求，是光纖傳感環(huán)圈制作技術(shù)研究的關(guān)鍵內(nèi)容之一。

實用新型內(nèi)容

有鑒于此，本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種導熱光纖傳感環(huán)圈及光纖陀螺儀，提高光纖傳感環(huán)圈的整體導熱率，使得光纖傳感環(huán)圈大幅縮短達到溫度平衡的時間，進而提升光纖陀螺溫度性能。

為實現(xiàn)以上目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：

一種導熱光纖傳感環(huán)圈，所述導熱光纖傳感環(huán)圈由保偏光纖繞制而成、且通過固化膠固化成型，所述固化膠中均勻摻雜有石墨烯粉末，所述導熱光纖傳感環(huán)圈中，相鄰的所述保偏光纖之間預留有間隔，且相鄰的所述保偏光纖之間填充滿有所述固化膠。

進一步地，所述石墨烯粉末為納米石墨烯粉末。

進一步地，相鄰的所述保偏光纖之間預留間隔范圍為所述保偏光纖外徑的5％～10％。

進一步地，所述保偏光纖外徑為125μm。

進一步地，相鄰所述保偏光纖之間預留間隔范圍為7～12μm。

進一步地，所述固化膠為有機硅膠或環(huán)氧樹脂。

進一步地，所述固化膠的粘度低于1000cp。

進一步地，所述導熱光纖傳感環(huán)圈的繞制結(jié)構(gòu)為單螺旋結(jié)構(gòu)、雙極結(jié)構(gòu)和四級對稱結(jié)構(gòu)中的一種。

一種光纖陀螺儀，所述光纖陀螺儀包括上述各方案中任一項的所述導熱光纖傳感環(huán)圈。

進一步地，所述光纖陀螺儀為閉環(huán)光纖陀螺儀或開環(huán)光纖陀螺儀。

本實用新型采用以上技術(shù)方案，至少具備以下有益效果：