[發明專利]光纖陀螺及其溫度自補償方法

有效

• 申請號: 202310071002.9
• 申請日: 2023-02-07
• 公開（公告）號: CN116380032B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 梁鵠;趙坤;顏苗;于杰;王彬
• 申請（專利權）人: 中國船舶集團有限公司第七〇七研究所
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G01C25/00
• 代理公司: 天津展譽專利代理有限公司 12221
• 代理人: 劉紅春

本發明涉及光纖陀螺慣導技術領域，提供一種光纖陀螺及其溫度自補償方法。該光纖陀螺溫度自補償方法，包括如下步驟基于光流空分復用原理，將流體溫敏材料填充至微結構光纖的微孔通道內，制備具有多個流體傳感單元的光流控芯片；制備光纖環圈，并依據多點溫度誤差補償原理將光流控芯片設置于光纖環圈上；通過多個流體傳感單元對應采集光纖環圈的溫度點的溫度數據，獲得溫度變化率；建立光纖陀螺的多點溫度誤差補償模型，獲得溫度誤差補償參數。本發明實現對光光纖環圈溫度的實時、高靈敏度、準分布式測量，從而提高光纖陀螺的零偏穩定性，滿足慣性導航系統高精度、長航時、小體積應用需求。

技術領域

本發明涉及光纖陀螺慣導技術領域，尤其涉及一種光纖陀螺及其溫度自補償方法。

背景技術

高精度、小型化慣導系統對海軍艦載無人機、無人潛器、智能魚雷、雷達以及衛星的定向定位具有至關重要的作用。陀螺儀和加速度計是慣性導航系統的核心元件，當前的主流陀螺技術包括靜電陀螺儀、光學陀螺（激光陀螺、光纖陀螺）、微機械陀螺儀等，其中靜電陀螺利用真空中靠電場懸浮的旋轉鈹球工作，雖然精度較高，但是其高精密零件繁多，體積重量不具優勢，使用及維護成本高，而激光陀螺由于機械抖動裝置增加了測量噪聲，限制了精度提升，同時需要精密加工、鍍膜和密封技術，可靠性提升能力有限；微機械陀螺儀體積小、重量輕，但精度難以提升；相比而言，光纖陀螺具有可靠性高、壽命長、質量輕、精度覆蓋范圍廣以及適合批量生產等優勢，但大纖長大尺寸的保偏光纖環圈在復雜環境多物理場（溫度、應力、磁場）作用下將導致性能劣化，必須采取溫度控制、磁屏蔽密閉封裝等多重技術手段以降低陀螺的環境敏感性，這會導致光纖陀螺體積、重量和功耗的增加，從而影響慣導系統的高精度、小型化發展。

在眾多環境參量中，溫度是光纖陀螺最顯著的影響因素。環境溫度的變化將導致光纖陀螺環圈折射率、長度、交錯區域尺寸以及壓力分布的變化，從而影響光纖環圈中光傳播的相位，并對光纖陀螺的信號解調引入轉速誤差。

針對溫度引起的Shupe誤差，傳統光纖陀螺一般采取兩種方式進行抑制：

一是采用多極對稱繞法繞制保偏光纖環圈（通常是四極繞法），四極對稱繞法可以使溫度效應得到很好的抑制，但是在實際制作過程中，由于設備和工藝的限制，四極對稱繞法常常會伴隨著一些非理想因素，引起附加熱致非互易性相位噪，在低精度光纖陀螺中可能并不明顯，但是在中、高精度的光纖陀螺中，光纖敏感環的殘余溫度漂移依舊是影響陀螺輸出的主要因素；

二是采用溫度補償技術，對陀螺輸出零偏進行建模補償，溫度補償是工程上抑制光纖陀螺溫度效應的有效方法，通過測試陀螺溫度漂移數據變化規律，分析光纖陀螺漂移誤差與溫度間的具體函數關系，建立光纖陀螺溫度誤差模型，然后對系統的溫度誤差進行補償；

其中，溫度補償一般是利用測溫元件如溫度傳感器或鉑電阻對陀螺溫度進行測試后再對光纖陀螺的溫度漂移建模補償，這種方法存在的問題是測溫元件通常封裝在陀螺金屬結構件上，測量的溫度并不是陀螺環圈的真實溫度，并且存在測量精度低、測溫響應滯后的問題，非常不利于光纖陀螺在面對環境溫度隨機變化時的溫度補償。

發明內容

本發明旨在至少解決相關技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提供一種光纖陀螺及其溫度自補償方法，實現對光纖環圈溫度的實時分布式測量，提高靈敏度，以及溫度誤差補償精度。

本發明提供一種光纖陀螺溫度自補償方法，包括如下步驟：

S10、基于光流空分復用原理，將流體溫敏材料填充至微結構光纖的微孔通道內，制備具有多個流體傳感單元的光流控芯片；

S20、制備光纖環圈，并依據多點溫度誤差補償原理將光流控芯片設置于光纖環圈上；

S30、通過多個流體傳感單元對應采集光纖環圈的溫度點的溫度數據，獲得溫度變化率；

S40、建立光纖陀螺的多點溫度誤差補償模型，獲得溫度誤差補償參數。