[发明专利]单端尾纤控温的光纤陀螺线圈

说明书

技术领域

本发明涉及光纤陀螺线圈，尤其涉及一种单端尾纤控温的光纤陀螺线圈。

背景技术

干涉式光纤陀螺仪是基于萨格奈克(Sagnac)效应的一种旋转角速率传感器，其最小互易性结构包括以下几部分：一个光源，一个探测器，一个光纤定向耦合器，一个偏振器(有时包括一个或多个消偏器)，一个集成光学Y波导，一个由保偏光纤或普通单模光纤绕制成的光纤传感线圈。光源发出的光经过耦合器，由Y波导分成沿线圈正反两方向传输的光，经过线圈后两束光由Y波导耦合并经过耦合器在探测器的接收端形成干涉。线圈旋转时，两束光经历的光程不同，探测器接收到的干涉光强随之变化，由此检测与线圈固定平台的旋转角速率。

光纤陀螺具有高可靠、长寿命、快速启动、大动态范围等一系列优点。光纤陀螺的全固态结构，使其比以前采用的机械转子或气体环形激光器的方案具有更重要的优势。但是，由于光纤陀螺线圈的温度敏感性，即使在室温启动时，光纤陀螺仍然会产生输出误差，限制系统精度。室温启动时，光纤陀螺内部光源与电路板等热源向光纤陀螺线圈传递热量，在光纤陀螺线圈达到热平衡之前，线圈内部光纤温度随时间变化且相对光纤中点不对称分布，使得沿光纤正反两方向传输的光波经历不同的相位，产生与线圈旋转无关的相位差，这个相位差与旋转引起的萨格奈克相位差无法区分从而造成启动时的系统误差。对于高精度光纤陀螺，室温启动误差已成为制约其应用的关键问题。

四极等对称绕法虽然可提高光纤陀螺线圈的温度性能，进而减小陀螺的启动误差，但线圈中仍有残余非互易效应存在，启动误差减小程度有限。

现有的一种降低高精度光纤陀螺室温启动误差的方法为温度补偿，即在陀螺启动一段时间内，根据陀螺内部的温度传感器输出建立光纤陀螺的温度模型，对原始的陀螺输出进行补偿，修正光纤陀螺线圈在达到热平衡的过程中产生的输出误差，降低系统的启动误差。该方法使用软件手段降低光纤陀螺线圈的温度敏感性对系统的影响，在一定程度上改善了陀螺室温启动问题，但需实时读取陀螺内部各监测点温度并对原始数据加以补偿，严重增加了陀螺工作过程中数据处理的工作量。

现有的另一种降低高精度光纤陀螺室温启动误差的方法为对光纤陀螺线圈进行温度控制，使之工作于恒定的温度条件下，从而减小了陀螺启动过程中由于线圈的温度敏感性带来的系统误差。该方法减轻了陀螺输出数据处理的工作负担，但控制线圈各处温度同时处于恒定状态在工程实现上存在较大难度。

所以，目前存在一些降低高精度光纤陀螺室温启动误差的方法存在，但要求强大的陀螺数据处理能力或在工程上难以实现，所以寻找一种数据处理能力要求较低且易于实现的降低光纤陀螺室温启动误差的方法是非常必要的。

发明内容

针对已有的降低高精度光纤陀螺室温启动误差的方法过程繁琐及难以实现的问题，本发明的目的在于提供一种单端尾纤控温的光纤陀螺线圈，以简便易行地降低光纤陀螺室温启动误差。

本发明采用的技术方案如下：

本发明是由将一根连续光纤按照四极绕法绕制于骨架上构成的四极部分与四极部分绕制完成后两端预留光纤段的尾纤组成。所述两端尾纤长度相同，与四极部分最外层光纤位于光纤中点同侧的一端尾纤被缠绕于四极部分外侧，与四极部分最外层光纤位于光纤中点异侧的另一端尾纤安装于温度控制器上。

所述的温度控制器为使用热电制冷器的温度控制器。

所述尾纤长度由实验确定，实验步骤如下：(1)将尾纤长度设为非0不同数值，分别读取对应光纤陀螺线圈所属光纤陀螺的室温启动误差；(2)将尾纤长度设为0，读取单纯四极部分所属光纤陀螺的室温启动误差；(3)比较各尾纤长度光纤陀螺线圈对应室温启动误差与单纯四极部分对应室温启动误差，直到找到一个尾纤长度使其对应的室温启动误差在任一时刻均小于单纯四极部分对应的室温启动误差，且在各时刻减小值的平均值最大，将此时的尾纤长度作为所述光纤陀螺线圈的尾纤长度。

所述尾纤被控制温度为该段尾纤在光纤陀螺启动过程结束后所处位置的温度。室温启动误差为光纤陀螺在室温条件下启动过程中的输出误差。

本发明具有的有益效果是：

(1)利用四极部分外侧尾纤与恒温尾纤产生的随四极部分温度变化的相位差来补偿四极部分的温度误差，实现线圈温度敏感性引起的系统室温启动误差的降低；

(2)采用光学手段补偿，减小光纤陀螺数据处理负担；

(3)仅控制单端尾纤的温度恒定，在工程上易于实现。

附图说明

图1是本发明提出的单端尾纤控温的光纤陀螺线圈示意图。

图2是四极绕法示意图。