一種適合小型化閉環光纖陀螺光纖傳感環圈的設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光纖傳感環圈技術領域，具體涉及一種適合小型化閉環光纖陀螺用的 光纖傳感環圈的設計方法。
【背景技術】
[0002] 作為新一代光、電一體的角速率傳感器光纖陀螺，小型化是其發展的主流方向之 一，于2013年6月第二屆光纖陀螺與光纖傳感技術及產業發展論壇上，眾專家及科研機 構代表明確提出發展小型化光纖陀螺的目標。然而，目前小型化光纖陀螺卻存在著很多問 題，如噪聲大、精度低、性能差等嚴重制約光纖陀螺小型化的發展，為改善小型化陀螺性能， 首先從傳感器表頭出發，通過針對閉環光纖陀螺用小型化光纖傳感環圈進行分析及實驗研 究，歸納出一種適合小型化光纖陀螺用的光纖環圈制作方法。
[0003] 一般情況下，考慮到抑制光纖陀螺中的Shupe誤差，在設計光纖傳感環圈過程中 往往選擇四級、八級或者更高的對稱纏繞方法來改善陀螺溫度特性。而小型化光纖傳感環 圈，由于光纖長度短（目前為幾十米），不一定滿足傳統四級對稱纏繞方法的要求，而且， 在實驗中發現，小型化光纖傳感環圈不同的設計制作會對光纖陀螺系統產生的影響差別較 大，如零偏性能。
[0004] 因此，針對小型化閉環光纖陀螺的應用，亟需研制一種適合其應用的光纖傳感環 圈的設計方法，以提高目前小型化光纖陀螺的性能。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是針對當前光纖陀螺小型化強烈發展需求而提供一種 新的適合小型化閉環光纖陀螺用的光纖傳感環圈設計方法，通過優化光纖環圈設計，采納 新的纏繞方法，使得所設計的新型小型化光纖傳感環圈能更好的滿足小型化閉環光纖陀螺 的應用，以改善小型化光纖陀螺性能，拓展小型化光纖陀螺的應用領域，推動光纖陀螺小型 化的發展。
[0006] 為了實現這一目的，本發明采取的技術方案是：
[0007] -種適合小型化閉環光纖陀螺用的光纖傳感環圈的設計方法，包括以下步驟：
[0008] (1)環圈光纖參數設計
[0009] 此步驟中環圈光纖參數包括選擇光纖長度L、環圈平均直徑尺寸D，選擇的理論依 據為散粒噪聲與附加強度噪聲共同決定陀螺精度；
[0013] 式中，λ表τκ光纖波長，c表7K光速，e表7K電子電荷電量，B表7K噪聲測量的帶寬， RD表示光電探測器的轉換頻率，Φβ表示陀螺的偏置相位，Ρ表示到達探測器的光功率；
[0014] 將式（1)、式⑵與（3)化簡為式（4)與式（5)，以進行曲線擬合。
[0018] 根據式（4)與式（5)將陀螺精度與光纖長度L、環圈直徑D之間的關系擬合成曲 線，再在滿足環圈平均直徑尺寸D> 2R。的約束條件下選取環圈直徑D值，R。表示根據光纖 性質確定的彎曲損耗限制的最小彎曲半徑；然后確定光纖長度L;
[0019] (2)環圈骨架結構體設計
[0020] 此步驟是對結構體參數的選擇，包括環圈內徑d0、環圈外徑dl與環圈高度h;其 中，結構體參數根據式（6)選擇。
[0021]
[0022] 式（6)中，為單模光纖外徑，為保偏光纖外徑，Μ、N均為整數，Μ表示環圈傳 感層中每層的保偏光纖匝數，Ν表示環圈傳感層中的保偏光纖層數；
[0023] (3)環圈緩沖層設計
[0024] 先在光纖外圍墊兩層棉紙，然后分左右兩輪，按照兩級對稱的纏繞方法從環圈邊 沿位置纏繞兩層單模光纖，纏繞結束后墊兩層棉紙；
[0025] 當溫度變化造成環圈結構發生熱脹冷縮時通過緩沖層防止環圈受擠壓；
[0026] (4)環圈傳感層設計
[0027] 環圈傳感層在環圈緩沖層外圍，由保偏光纖完成，間隔墊紙，墊一層；
[0028] 分前后兩輪，由保偏光纖完成，從環圈骨架中間位置開始，保偏光纖之間互相交叉 且平均分布，共纏繞N層，每纏繞兩層后墊一層棉紙；纏繞結束后墊兩層棉紙；
[0029] (5)環圈保護層設計
[0030] 環圈保護層，由兩層單模光纖完成，分左右兩輪，按照與環圈緩沖層相反的兩級對 稱纏繞方法從環圈邊沿位置纏繞兩層單模光纖，纏繞結束后墊兩層棉紙。
[0031] 進一步的，如上所述的一種適合小型化閉環光纖陀螺用的光纖傳感環圈的設計方 法，環圈傳感層中的保偏光纖層數N為4的倍數。
[0032] 進一步的，如上所述的一種適合小型化閉環光纖陀螺用的光纖傳感環圈的設計方 法，棉紙的材料是鏡頭紙。
[0033] 進一步的，如上所述的一種適合小型化閉環光纖陀螺用的光纖傳感環圈的設計方 法，噪聲測量的帶寬B= 0. 1。
[0034] 進一步的，如上所述的一種適合小型化閉環光纖陀螺用的光纖傳感環圈的設計方 法，在環圈中間設置分界線，在分界線的一側設置劃紋。
[0035] 本發明技術方案通過優化光纖環圈設計，采納光纖交叉纏繞方式，實現每層內不 同供纖輪提供光纖的分布，同時，不同層之間實行不同的墊紙，在不滿足四級對稱的條件下 減小非互易性相位誤差。通過該方法設計的小型化光纖傳感環圈，與傳統四級繞制成的小 型化光纖傳感環圈相比，可以更好的滿足小型化閉環光纖陀螺的應用，而且更為實用、簡 單。
【附圖說明】
[0036] 圖1為小型化光纖傳感環圈制作的設計流程圖；
[0037] 圖2為根據光纖參數設定的環圈骨架結構體示意圖；
[0038] 圖3為最終設計出的小型化光纖傳感環圈示意圖
[0039] 圖中：dl、環圈外徑尺寸；do、環圈內徑尺寸；h、環圈高度；1、雙層棉紙；2、緩沖層； 3、光纖環圈傳感；4、單層棉紙；5、保護層。
【具體實施方式】
[0040] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明技術方案進行進一步詳細說明。
[0041] 一種適合小型化閉環光纖陀螺用的光纖傳感環圈的設計方法，如圖1所示，包括 以下步驟：
[0042] (1)環圈光纖參數設計
[0043] 此