[发明专利]一种光纤陀螺仪气密结构件及其气密性测试方法

说明书

本发明提供了一种光纤陀螺仪气密结构件及其气密性测试方法，该气密结构件包括法兰、陀螺上端盖、陀螺下端盖、密封圈Ⅰ、密封圈Ⅱ、电连接器和电连接器密封圈；该气密结构件将法兰作为承载部件，将陀螺上端盖、陀螺下端盖和电连接器安装在该法兰上，并在个装配面直接安装密封圈，确保结构件的气密性；本发明的气密结构件对光纤陀螺仪的光纤环、光学元器件和陀螺电路板进行密封，抑制气压变化对光纤陀螺仪零偏稳定性的影响，同时降低水汽、盐雾等对光纤环、光学元器件和陀螺电路板上电子元器件的影响，提高光纤陀螺仪的长期可靠性，并采用开设有气密检测口的法兰测试件对该气密结构件的气密性进行检测，该测试方法简单、可靠性高。

技术领域

本发明涉及光纤陀螺仪气密性技术，特别涉及一种光纤陀螺仪气密结构件，以及该气密结构件的气密性测试方法。

背景技术

光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的全固态惯性仪表，它是由光学和电子器件组成的闭环系统，光纤陀螺仪光路主要由光源、耦合器、Y波导、光纤环组成。从光源发出的光经2×2单模光纤耦合器进入Y波导，光在光纤环中沿相反方向传播，然后回到Y波导的合光点上发生干涉，干涉光波再次经过2×2单模光纤耦合器，到达探测器。当光纤陀螺绕光纤环轴向旋转时，由于Sagnac效应，两束相向传播的光束之间将产生光程差，进而产生相位差，形成干涉。通过光电探测器检测干涉光强的变化就可以测量出转速。

国内光纤陀螺仪正逐步应用于各种飞行器，执行某些任务的整个过程中存在环境气压急剧变化的情况，在不采取任何措施的情况下，气压急剧变化会导致光纤陀螺仪的零偏漂移。

这是因为光纤陀螺仪敏感角速度的关键部件光纤环，是采用几百米至几千米的光纤绕成多匝的光纤环，光纤环对热流以及气压变化敏感。这是因为光纤环绕制完成以后其内部包夹着一定量的空气。气压变化，会在光纤环上产生应力。外部气压变小，光纤环内部的空气会从光纤的缝隙中冲出环外，外部气压变大，环外的空气会从冲进光纤的缝隙中，这会在光纤环上产生应力，光纤环内部的应力分布发生变化，应力分布发生变化又会借助弹光效应引起光纤折射率的变化，光纤环每一点的折射率随时间变化，而两束光波经过该点的时间不同(除了光纤线圈中点)，它们所经历的光程也不同，从而产生相位差，引起光纤环的非互易相移，这个非互易相移与旋转引起的萨格奈克相移无法区分。另外气压变化，会导致光纤环的温度场发生变化。气压变化，空气和热流进出光纤缝隙，导致光纤环的温度场发生变化，光纤环每一点的温度随时间变化，而两束光波经过该点的时间不同(除了光纤线圈中点)，它们所经历的光程也不同，从而产生相位差，这种现象也称为shupe效应，Shupe效应产生的非互易相移与旋转引起的萨格奈克相移无法区分。

假设光纤长度为L，到线圈分束器距离为z的一小段光纤δz所经受的应力和温度变化率分别为dP/dt、dT/dt，光纤的折射率随应力和温度的变化分别为dn/dP、dn/dT，在某一时刻，顺时针传播的光波在光纤段δz上产生的相位变化为：

式中n为光纤的有效折射率，经过一段时间后，由于气压变化引起的温度场和应力变化，该段光纤的折射率发生了变化，逆时针传播的光波在光纤段δz上产生的相位变化为：

dt表示顺时针和逆时针光波到达光纤段δz的时间差，由两式相减可以得到光纤段δz上的由于气压变化引起的相位误差为：

对上式积分可以得到总的相位误差：

利用Sagnac效应可以进一步得到气压变化引起的光纤陀螺仪零偏漂移为：