一種可減小光纖陀螺溫度漂移傳感環(huán)圈制備裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于光纖陀螺【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種可減小光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備裝置。本實用新型的裝置包括一個環(huán)圈骨架，環(huán)圈骨架包括一個圓柱體，和圓柱體外側(cè)壁設(shè)有的N個厚度相同、半徑依次增大的圓環(huán)狀凸起，環(huán)圈骨架外側(cè)壁呈N+1層階梯狀。本實用新型的裝置抑制了溫度引起的shupe相位誤差，提高了陀螺的溫度性能。
【專利說明】一種可減小光纖陀螺溫度漂移傳感環(huán)圈制備裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光纖陀螺【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及可減小光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖傳感環(huán)圈是光纖陀螺中利用薩格奈克機制工作，敏感旋轉(zhuǎn)角增量的核心部件，由于光纖本身是一種非常靈敏的傳感器，它對溫度、磁場、應(yīng)力等作用因素都極為敏感，因此光纖傳感環(huán)圈不可避免受到這些因素的影響。一直以來，溫度性能是光纖陀螺研究和工程化應(yīng)用中的重要指標(biāo)，環(huán)境溫度會直接和間接誘導(dǎo)產(chǎn)生附加相位誤差，與旋轉(zhuǎn)引入的相位差疊加起來無法區(qū)分，從而造成光纖陀螺的零位誤差，而對溫度誤差貢獻最大的即為光纖傳感環(huán)圈。
[0003]目前，普遍采用四極對稱的方法纏繞光纖環(huán)圈，在《光纖陀螺敏感環(huán)圈的溫度漂移特性機繞圈技術(shù)研究》中(中國慣性技術(shù)學(xué)報，1998年06期)詳盡論述了四極對稱繞法及其優(yōu)點，極大抑制了環(huán)圈中因溫度引起的非互易相位誤差，但是無法完全消除空間溫度梯度引發(fā)的shupe效應(yīng)誤差。為了進一步抑制溫度效應(yīng)，交叉式四極對稱繞法被提出來(美國專利5465150)，環(huán)圈整體被劃分為若干個滿足四極對稱要求的纏繞子區(qū)，相鄰子區(qū)之間中點左右兩側(cè)光纖的纏繞順序相反，以此克服環(huán)圈內(nèi)部的空間溫度梯度影響，然而，由于纏繞水平的限制，這種繞法仍然不能有效抑制溫度shupe效應(yīng)誤差。
[0004]傳感環(huán)圈主要由骨架、保偏光纖和固化膠構(gòu)成，環(huán)圈骨架支撐纏繞光纖層并由固化膠固定成為整體，提高環(huán)圈機械強度。根據(jù)不同的機械強度、熱參數(shù)和重量要求，骨架通?？梢圆捎娩X合金或者鈦合金材料，但是這些材料都具有一定的熱膨脹系數(shù)，無法與光纖及固化膠完美匹配，并且由于光纖在一定的張力下纏繞于骨架表面，如果受到骨架熱膨脹應(yīng)力作用，光纖所受張力值增加，光學(xué)性能遭到損害，由此導(dǎo)致環(huán)圈性能下降，此外，光纖層間的纏繞差異、光纖環(huán)整體導(dǎo)熱的快慢影響和四極對稱本身帶來的光纖長度控制誤差，同樣是損害光纖陀螺溫度性能的主要因素，光纖陀螺在溫變環(huán)境下，特別是惡劣的溫變環(huán)境下，表現(xiàn)出明顯的零位漂移。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型需要解決的技術(shù)問題為:提供一種可減小光纖陀螺溫度漂移傳感環(huán)圈的制備裝置，彌補現(xiàn)有技術(shù)方法的不足，減小溫度對陀螺性能的不利影響，降低溫變環(huán)境下陀螺的零位漂移，提高陀螺精度和工程化應(yīng)用水平。
[0006]本實用新型的技術(shù)方案如下所述:
[0007]一種可減小光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備裝置，包括一個環(huán)圈骨架，環(huán)圈骨架包括一個圓柱體，和圓柱體外側(cè)壁設(shè)有的N個厚度相同、半徑依次增大的圓環(huán)狀凸起，環(huán)圈骨架外側(cè)壁呈N+1層階梯狀。
[0008]N的數(shù)值可以為I或3。[0009]當(dāng)N=I時，半徑最小的環(huán)狀凸起與圓柱體外側(cè)壁形成的階梯高度為兩層保偏光纖的厚度；當(dāng)N=3時，半徑最小的環(huán)狀凸起與圓柱體外側(cè)壁形成的階梯高度為兩層保偏光纖的厚度，其他環(huán)狀凸起與相鄰環(huán)狀凸起形成的階梯高度為四層保偏光纖的厚度。
[0010]本實用新型的有益效果為:
[0011]本實用新型的可減小光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備裝置，進行多階梯環(huán)圈骨架設(shè)計，有效抑制了溫度引起的Shupe相位誤差，顯著提高了陀螺的溫度性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為雙階梯的光纖環(huán)圈剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為四階梯的光纖環(huán)圈剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3為環(huán)圈骨架俯視圖。
[0015]圖中，1-半層纏繞光纖，2-環(huán)圈骨架圓環(huán)狀凸起，3-環(huán)圈骨架圓柱體，4-纏繞起始點。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的可減小光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備裝置進行詳細說明。
[0017]本實用新型的可減小光纖陀螺溫度漂移的傳感環(huán)圈制備裝置，為一個環(huán)圈骨架，環(huán)圈骨架包括一個圓柱體，和圓柱體外側(cè)壁設(shè)有的N個厚度相同、半徑依次增大的圓環(huán)狀凸起，環(huán)圈骨架外側(cè)壁呈(N+1)層階梯狀，每層階梯寬度相同。N的數(shù)量可以為I或3，即環(huán)圈骨架外側(cè)壁呈兩層或四層階梯狀:當(dāng)N=I時，半徑最小的環(huán)狀凸起與圓柱體外側(cè)壁形成的階梯高度為兩層保偏光纖的厚度；當(dāng)N=3時，半徑最小的環(huán)狀凸起與圓柱體外側(cè)壁形成的階梯高度為兩層保偏光纖的厚度，其他環(huán)狀凸起與相鄰環(huán)狀凸起形成的階梯高度為四層保偏光纖的厚度。
[0018]利用本實用新型的裝置制備傳感環(huán)圈，包括以下步驟:
[0019]法一:
[0020]步驟I
[0021]對兩層階梯狀的環(huán)圈骨架安裝繞線工裝，根據(jù)四極對稱纏繞法，纏繞保偏光纖:
[0022]取一根長度適中的保偏光纖，由整根光纖的中點繞起，纏繞起始點4位于圖1所示環(huán)圈骨架兩層階梯的分界處；中點一側(cè)的光纖向環(huán)圈骨架的左邊沿順時針旋轉(zhuǎn)繞制，直至較低的第一階梯最左邊沿處，完成第一階梯內(nèi)的第一層光纖繞制；中點另一側(cè)的光纖向環(huán)圈骨架的左邊逆時針旋轉(zhuǎn)繞制，直至第一階梯最左邊沿處，完成第一階梯內(nèi)的第二層光纖層繞制，之后其繼續(xù)逆時針向右邊纏繞，直至較高的第二階梯的最右邊沿處，完成第一階梯內(nèi)第三層光纖、即第二階梯內(nèi)第一層光纖纏繞；而后，將順時針方向旋轉(zhuǎn)的光纖由第一階梯的最左邊沿纏繞至第二階梯的最右邊沿，完成第一階梯內(nèi)的第四層光纖、即第二階梯內(nèi)的第二層光纖繞制；然后先后將順時針方向纏繞的保偏光纖和逆時針方向纏繞的保偏光纖從環(huán)圈骨架的最右邊沿處纏繞至最左邊沿處，完成第二階梯內(nèi)的四極對稱纏繞；之后按照常規(guī)的四極對稱法纏繞剩余保偏光纖，在完成最后一個四極對稱周期纏繞后，順時針和逆時針方向的光纖端頭均位于環(huán)圈骨架的最左邊沿處，然后先后將逆時針方向纏繞的保偏光纖和順時針方向纏繞的保偏光纖從環(huán)圈骨架的最左邊沿處纏繞至整個光纖纏繞面的中點處，完成整個光纖環(huán)圈纏繞，形成光纖環(huán)。
[0023]步驟2
[0024]將繞制完成的光纖環(huán)進行灌封，填充固化膠粘劑于光纖環(huán)空隙中；然后將光纖環(huán)加熱至50?60°C，進行光纖環(huán)的溫度環(huán)境固化工藝操作，光纖環(huán)固化為一個整體，而后將環(huán)圈進行工裝拆卸，完成環(huán)圈制作。
[0025]在兩個階梯環(huán)圈骨架的光纖環(huán)圈結(jié)構(gòu)中，第一階梯內(nèi)形成了四極對稱周期纏繞結(jié)構(gòu)，即四層保偏光纖的纏繞方向自內(nèi)而外依次為“順-逆-逆-順”，第二階梯內(nèi)形成了反四極對稱周期纏繞結(jié)構(gòu)，即四層保偏光纖的纏繞方向自內(nèi)而外依次為“逆-順-順-逆”。第一階梯內(nèi)與骨架接觸的是順時針纏繞的光纖，而第二階梯內(nèi)相對應(yīng)的是逆時針纏繞的光纖，當(dāng)外界溫度突變時，由環(huán)圈骨架傳導(dǎo)至光纖層的熱量將首先影響與環(huán)圈骨架接觸的第一層光纖，由于第一階梯和第二階梯內(nèi)的第一層光纖分別是相反的順時針和逆時針纏繞方向的光纖，相比于無階梯骨架的正常四極對稱纏繞光纖環(huán)圈而言，這種溫度效應(yīng)在很大程度上會被抵消，從而減小了這種溫度引起的陀螺漂移量。同樣，在兩個階梯骨架光纖環(huán)圈的最外層，第一階梯內(nèi)和第二階梯內(nèi)的光纖的方向也是相反的，對于外界輻射的熱量而言，這種結(jié)構(gòu)排布同樣可以減小溫度變化帶來的陀螺零位漂移。
[0026]法二:
[0027]步驟I
[0028]對四層階梯狀的環(huán)圈骨架安裝繞線工裝，根據(jù)八極對稱纏繞法，纏繞保偏光纖:
[0029]取一根長度適中的保偏光纖，由整根光纖的中點繞起，纏繞起始點4位于圖1所示環(huán)圈骨架最低兩層階梯的分界處；中點一側(cè)的光纖向環(huán)圈骨架的左邊沿順時針旋轉(zhuǎn)繞制，直至較低的第一階梯最左邊沿處，完成第一階梯內(nèi)的第一層光纖繞制；中點另一側(cè)的光纖向環(huán)圈骨架的左邊逆時針旋轉(zhuǎn)繞制，直至第一階梯最左邊沿處，完成第一階梯內(nèi)的第二層光纖層繞制；繼續(xù)纏繞保偏光纖，使其在第二層階梯上形成一個自內(nèi)而外纏繞方向依次為“逆-順-順-逆”的反四極對稱周期；繼續(xù)纏繞保偏光纖，使其在第三層階梯上形成一個自內(nèi)而外纏繞方向依次為“順-逆-逆-順”的四極對稱周期；繼續(xù)纏繞保偏光纖，使其在第四層階梯上形成一個自內(nèi)而外纏繞方向依次為“逆-順-順-逆”的反四極對稱周期；繼續(xù)纏繞保偏光纖，使其形成若干個自內(nèi)而外纏繞方向依次為“順-逆-逆-順”的四極對稱周期；之后，纏繞最后兩層保偏光纖至整個光纖纏繞面的中點處，完成整個光纖環(huán)圈纏繞，形成光纖環(huán):其中，最后兩層保偏光纖自內(nèi)而外分別為順時針纏繞的保偏光纖和逆時針纏繞的保偏光纖。
[0030]步驟2與法一中的步驟2相同。
【權(quán)利要求】
1.一種可減小光纖陀螺溫度漂移傳感環(huán)圈制備裝置，包括一個環(huán)圈骨架，其特征在于:環(huán)圈骨架包括一個圓柱體，和圓柱體外側(cè)壁設(shè)有的N個厚度相同、半徑依次增大的圓環(huán)狀凸起，環(huán)圈骨架外側(cè)壁呈N+1層階梯狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可減小光纖陀螺溫度漂移傳感環(huán)圈制備裝置，其特征在于:N為I或3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可減小光纖陀螺溫度漂移傳感環(huán)圈制備裝置，其特征在于:當(dāng)N=I時，半徑最小的環(huán)狀凸起與圓柱體外側(cè)壁形成的階梯高度為兩層保偏光纖的厚度；當(dāng)N=3時，半徑最小的環(huán)狀凸起與圓柱體外側(cè)壁形成的階梯高度為兩層保偏光纖的厚度，其他環(huán)狀凸起與相鄰環(huán)狀凸起形成的階梯高度為四層保偏光纖的厚度。
【文檔編號】G01C25/00GK203405215SQ201320383427
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月28日
【發(fā)明者】畢聰志, 孫國飛, 徐廣海, 張麗哲, 吳衍記 申請人:北京自動化控制設(shè)備研究所