[发明专利]一种抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤陀螺技术领域，具体涉及一种抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备方法。

背景技术

光纤传感环圈是光纤陀螺中利用萨格奈克机制工作，敏感旋转角增量的核心部件，由于光纤本身是一种非常灵敏的传感器，它对温度、磁场、应力等作用因素都极为敏感，因此光纤传感环圈不可避免受到这些因素的影响。一直以来，温度性能是光纤陀螺研究和工程化应用中的重要指标，环境温度会直接和间接诱导产生附加相位误差，与旋转引入的相位差叠加起来无法区分，从而造成光纤陀螺的零位误差，而对温度误差贡献最大的即为光纤传感环圈。

目前，普遍采用四极对称的方法缠绕光纤环圈，在《光纤陀螺敏感环圈的温度漂移特性机绕圈技术研究》中(中国惯性技术学报，1998年06期)详尽论述了四极对称绕法及其优点，极大抑制了环圈中因温度引起的非互易相位误差，但是无法完全消除空间温度梯度引发的shupe效应误差。为了进一步抑制温度效应，交叉式四极对称绕法被提出来(美国专利5465150)，环圈整体被划分为若干个满足四极对称要求的缠绕子区，相邻子区之间中点左右两侧光纤的缠绕顺序相反，以此克服环圈内部的空间温度梯度影响，然而，由于缠绕水平的限制，这种绕法仍然不能有效抑制温度shupe效应误差。

传感环圈主要由骨架、保偏光纤和固化胶构成，环圈骨架支撑缠绕光纤层并由固化胶固定成为整体，提高环圈机械强度。根据不同的机械强度、热参数和重量要求，骨架通常可以采用铝合金或者钛合金材料，但是这些材料都具有一定的热膨胀系数，无法与光纤及固化胶完美匹配，并且由于光纤在一定的张力下缠绕于骨架表面，如果受到骨架热膨胀应力作用，光纤所受张力值增加，光学性能遭到损害，由此导致环圈性能下降，此外，光纤层间的缠绕差异、光纤环整体导热的快慢影响和四极对称本身带来的光纤长度控制误差，同样是损害光纤陀螺温度性能的主要因素，光纤陀螺在温变环境下，特别是恶劣的温变环境下，表现出明显的零位漂移。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：提供一种抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备方法，弥补现有技术方法的不足，抑制温度对陀螺性能的不利影响，减小温变环境下陀螺的零位漂移，提高陀螺精度和工程化应用水平。

本发明的技术方案如下所述：

本发明的一种抑制光纤陀螺温度漂移的传感环圈制备方法，包括以下步骤：在环圈骨架的上子区、下子区，采用四极对称法，各缠绕一根保偏光纤，形成两个光纤环；上子区光纤环的层数和每层内光纤的匝数与下子区光纤环一致；从环圈骨架的轴向观察，两个光纤环的敏感轴方向相反；固化光纤环，拆除环形骨架；调整两个光纤环各自构成的陀螺温度漂移，使其大小相等、方向相反。

作为优选方案，本发明的方法包括以下步骤：

步骤1

清洗设有上下分区挡板的环圈骨架；

步骤2

对环圈骨架和两根相同长度的保偏光纤加热除潮处理；

步骤3

在环圈骨架的上子区、下子区，采用四极对称法，各缠绕一根保偏光纤，形成两个光纤环；上子区光纤环的层数和每层内光纤的匝数与下子区光纤环一致；从环圈骨架的轴向观察，两个光纤环的敏感轴方向相反；

步骤4

对光纤环进行灌封，填充固化胶粘剂于光纤环的空隙中，然后进行温度环境固化工艺操作；拆除环形骨架上下两个子区的光纤环预留一定长度的光纤尾纤；

步骤5

通过调整两个光纤环的尾纤长度以调整其构成的陀螺温度漂移，使两个光纤环各自构成的陀螺温度漂移大小相等、方向相反。

步骤2中，加热温度为60～100℃，优选为80℃，保温时间为5～20小时，优选为5小时；步骤4中，固化温度为50～60℃，固化时间为20h，上、下两个子区保偏光纤预留光纤尾纤长度大于2米。

步骤3具体包括以下步骤：

采用其中一根保偏光纤，进行环圈骨架上子区的光纤缠绕：上子区光纤缠绕的起始点位于整个环圈骨架的上边缘，按照四极对称法缠绕保偏光纤：顺时针方向缠绕中点一侧的光纤，自上而下缠绕至环圈骨架中部挡板处停止，形成第一光纤层；然后中点另一侧的光纤按照逆时针方向缠绕，自上而下缠绕至挡板处，形成第二光纤层；继续自下而上逆时针缠绕逆时针方向的光纤至上边缘工装处停止，形成第三光纤层；启动顺时针方向缠绕的光纤自下而上顺时针缠绕至上边缘工装，完成上子区的第四层光纤缠绕，由此完成一个四极对称周期的缠绕，之后依此方法完成整根光纤的四极对称缠绕；