[发明专利]用于光纤陀螺的上下对称交叉绕制光纤环结构及绕制方法

说明书

技术领域

本发明是一种用于光纤陀螺的上下对称交叉绕制光纤环结构及绕制方法，涉及光纤传感、光纤陀螺、绕纤技术领域，特别适用于振动、温度条件苛刻的惯导技术应用领域。

背景技术

光纤陀螺是一种用来检测载体运动角速率的传感器，利用光学上的萨格奈克效应与光纤传输原理，克服了机电陀螺与激光陀螺的一系列缺点，具有全固态、可靠性高、动态范围大、频带宽、体积小、振动性能好等优点，被广泛应用于航天、航空、航海、石油勘探等领域。

光纤陀螺作为光机电一体化的传感器，在精度要求越来越高的情况下，振动与温度对性能的影响是不可忽视的。首先，作为敏感元件的光纤线圈，在振动条件下会产生内部应力，同时温度变化也会使内部温度分布不均匀，进而产生“非互易性”相移，导致陀螺输出误差；其次，光纤线圈的骨架结构也会随着振动条件与温度的变化发生变形，进而挤压到光纤线圈，从而产生误差。因此，对光纤陀螺中是光纤线圈技术进行研究与改进是保证光纤陀螺具有高精度与高稳定性的关键。

目前的光纤线圈绕制多采用四极对称绕法，虽然在光纤长度上实现了光路互易，但温变环境会产生空间的温度梯度，导致光路在温度调制下出现非互易误差。另外，固定线圈的光纤环骨架结构多是“工”字形结构，上下两边及中间的骨架结构会对光纤线圈产生约束，在振动条件与温度变化时，会对线圈产生挤压现象，导致光纤线圈内部产生应力；有些骨架结构采用去上沿的单边接触形式，虽然减小了热应力，却又产生了接触侧与非接触侧的热流密度差异，导致温度场分布不均匀，从而产生误差。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种用于光纤陀螺的上下对称交叉绕制光纤环结构及绕制方法。

一种用于光纤陀螺的上下对称交叉绕制光纤环结构，包括光纤环骨架(1)，光纤环骨架(1)包括绕纤柱(101)、中间法兰(102)；

绕纤柱(101)外围设有中间法兰(102)，中间法兰(102)上有过纤豁口(110)，过纤豁口(110)的对称位置处，在绕纤柱(101)和中间法兰(102)上设有横向贯通的喇叭孔，在中间法兰(102)上形成了出纤口(111)。

一种用于光纤陀螺的上下对称交叉绕制方法，包括以下几个步骤：

步骤一：将光纤的中点位于光纤环的过纤豁口(110)处；

步骤二：光纤绕制；

将光纤的正方向通过过纤豁口(110)向上绕制，绕制两层后回到过纤豁口(110)处，光纤的反方向通过过纤豁口(110)向下绕制，绕制两层后回到过纤豁口(110)，将两个方向的光纤在过纤豁口(110)处交叉，正方向光纤交换为向下绕制，绕制两层后回到过纤豁口(110)，反方向光纤交换为向上绕制，绕制两层后回到过纤豁口(110)，重复进行，直到光纤绕制完毕；

步骤三：将光纤引入出纤口(111)；

最终，绕制完毕后，光纤的两端通过出纤口(111)引入光纤环的绕纤柱(101)内部。

本发明的优点在于：

(1)相对光路中点对称的任意两处光纤始终在同一个圆柱侧面上。

(2)相对光路中点对称的两侧光纤等长。

(3)避免了四极绕法时每四层光纤的第一层向第四层的叠纤。

(4)通过交叉，两侧线圈均含有相同长度的正反向光纤，从而使得轴向与径向的温度梯度对光纤产生的温度调制相等。

(5)光纤线圈分为上下两部分，两部分均有一侧无结构约束，在振动与温度变化的条件下不会受到挤压。

(6)两部分光纤线圈与骨架的中间法兰接触，使热流沿中间向两侧线圈传输，实现对称的温度梯度。

(7)光纤环骨架结构部分设计了对称布局的四个凸耳，其中三个凸耳上有纵向通孔作为固定孔，另外一个凸耳有横向喇叭孔作为中间法兰的出纤口，出纤口外侧面向两边倒圆角，使得光纤线圈的正反两个方向的光纤经过圆角并汇合后从出纤口引出，无应力突变，且方便熔接。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的光纤环骨架的结构图；

图2A是图2的A向视图；

图2B是图2的中间法兰位置的剖面图；

图3是本发明的上下对称交叉绕制方法示意图。

图4是本发明的方法流程图；

图中：

1-光纤环骨架        2-上层光纤线圈        3-下层光纤线圈

101-绕纤柱          102-中间法兰          103-内壁