[发明专利]补偿光纤陀螺用光纤环不对称长度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学测量及光纤传感技术领域，具体涉及一种补偿光纤环不对称长度的方法。

背景技术

光纤环是光纤陀螺的核心部件，其质量的好坏直接影响光纤陀螺的精度。在实际应用中光纤陀螺容易受到温度、振动、磁场等环境干扰，导致光纤环内正反方向传播的两束光产生非互易性相位误差，从而降低光纤陀螺的性能。目前在光纤环的绕制上普遍采用四极对称绕法，这在一定程度上改善了光纤环的瞬态特性。但是绕制工艺复杂，绕制过程中光纤爬升、塌陷、交叉等缺陷会产生附加应力，造成应力分布不对称。另外，为了保证光纤环具有较好的抗振动和稳定性，通常需要对光纤环进行上胶，由于上胶的不均匀以及胶体在不同温度下的收缩，也会导致光纤环沿中点两侧的应力分布不对称。光纤环关于中点的轻微不对称性会大大削弱甚至失去四极对称绕法的优势，而现有的绕制技术无法保证光纤环具有绝对的对称性，严重影响光纤陀螺的精度。因此，在光纤环绕制完成后，要有合适的方法检测其对称性，并通过补偿来改善其对称性。

目前关于光纤环对称性检测特别是如何补偿方面的现有技术都较复杂，如2011年9月7日公开的CN102175432A“一种利用补偿技术改善光纤环质量的方法”发明专利中，提出通过测量光纤环热致非互易度获得光纤环的等效不对称度，根据获得的等效不对称度计算出光纤环两臂间的等效不对称长度差；然后将光纤环的等效不对称长度短的臂增加长度，或者将另外一个臂减少长度，使得两臂的等效不对称长度差为零，从而提高光纤环的质量。又如2013年4月17日公开的CN103048115A“一种检测陀螺用光纤环质量的方法及其装置”发明专利中，提出组装一融入待检测光纤环的光纤陀螺系统，对融入待测光纤环的陀螺系统的转速进行测量，获得转速信号，然后对待测光纤环施加一径向温度激励，获取该光纤陀螺系统的指向热致误差角度，再根据获得的转速信号和指向热致误差角度，获取待测光纤环的指向误差温度敏感系数，最后根据指向误差温度敏感系数判断出待测光纤环的等效不对称长度，判定光纤环的质量，进一步通过补偿尾纤的长度，减小指向误差温度敏感系数，进而减小光纤环的不对称长度，提高光纤环的质量。

上述现有技术在操作过程中均需要一套光纤环检测装置和一个可控的加热装置，而且需要对光纤环一端的尾纤反复进行接长或截短的熔接操作，获得不同补偿光纤长度下光纤环检测装置的输出，根据该输出结果与补偿光纤长度之间的线性关系来直接或间接计算得到光纤环的不对称长度，整个操作计算过程较为复杂，且其对光纤环的温度激励只是加热方式，没有考虑低温条件下光纤环的性能表现。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的上述缺陷，提供一种计算简单、操作方便的方法对光纤环在不同温度下的应力分布进行测量，并通过计算其应力积分差值来对光纤环的长度进行补偿。

为实现上述目的，本发明提出一种补偿光纤环不对称长度的方法，该方法包括以下步骤：

1)将光纤环放置在高低温箱中，对不同温度下光纤环的应力分布进行测量；

2)由应力分布测试数据得到光纤环起点A和终点B对应的长度值，并由此计算得到光纤环的中点M；

3)对光纤环中点M左侧的应力分布数据进行积分求和其中m表示从起点A到中点M之间数据集合中总的数据个数，ε_i表示第i个数据点对应的应变值；

4)光纤环中点M右侧的应变积分值其中n表示从中点M到终点B之间数据集合中总的数据个数，ε_i表示第i个数据点对应的应变值；

5)计算光纤环中点M左右两侧的应变积分差值ε＝ε_L-ε_R；

6)将光纤环中点M向左或向右移动不同的长度，重新计算左右两侧的应变积分差值；

7)以长度为坐标横轴，应变积分差值为坐标纵轴，建立一条线性数学曲线；

8)对不同温度点下的应力分布测试数据重复上述步骤，得到对应不同温度点的线性数学曲线；

9)不同线性曲线的交点处对应的长度值即为光纤环的不对称长度；

在上述技术方案中，完成步骤9)后，在光纤环对应的一端截取与计算出来的不对称长度等长的光纤，从而实现对该光纤环不对称性的补偿，提升光纤环的质量。

在上述技术方案中，所述步骤1)中高低温箱温度点的设置范围为-40℃～60℃。