[发明专利]一种用于测斜的小口径光纤陀螺仪光纤环的设计方法

权利要求书

1.一种用于测斜的小口径光纤陀螺仪光纤环的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、用m个相同外形的光纤环串联成一个光纤环代替单环的结构，在光纤环绕制完成后，将光纤和骨架分离，将无骨架的光纤环固定在光纤陀螺仪本体上，然后装入套筒中，并根据测斜用光纤陀螺仪的外形尺寸约束建立结构约束方程；

S2、实验测定或者根据经验确定与光纤陀螺仪光功率，调制相位和电路参数有关的系数k_f，并计算光纤环整体围成的等效面积S，并根据光纤陀螺仪精度要求，建立精度约束方程；

S3、以光纤环用的光纤的总长度L_total作为优化目标建立优化目标函数；

S4、求解所述结构约束方程、精度约束方程和优化目标函数，得到光纤环的设计参数；

步骤S1中，建立如下10个结构约束方程：

a_e＝a₀+2·n·d_f

b_e＝b₀+2·n·d_f

n＝4,8,12,…

其中，光纤环的内椭圆短轴长度为b₀，长轴长度为a₀,光纤环的外椭圆短轴长度为b_e，长轴长度为a_e，d_f为光纤直径，n为光纤绕制的层数，为4的整数倍，m≥1；设A为光纤环的外椭圆长度的最大值，K为允许的最大内椭圆长短轴比，则满足：

a_e≤A

a₀/b₀≤K

设h₁为光纤环的高度，h₂为本体高度，套筒外径为r，e为光纤环到套筒外壁的最小距离，f为光纤环短轴外侧与本体外侧的最小间距，本体最小高度为h_m，则h₁、h₂、e、r、b_e、h_m，f满足以下关系：

(h₁+h₂-r/2)²+(b_e/2)²≤(r/2-e)²

h₁+h₂≤r-e

b_e≤2·(r/2-e)

h₂≥h_m

(r/2)²-(r/2-h₂)²≥(f+b_e/2)²/4

h₁＝k·d_f,k＝1,2,3,

k为每一层所绕的光纤匝数；

步骤S2中，首先得到以下递推公式：

a_i＝a₀-d_f+2·i·d_f,

b_i＝b₀-d_f+2·i·d_f,

i＝1,…,n

a_i是第i层光纤的纤心处的椭圆长轴长度，b_i是第i层光纤的纤心处的椭圆短轴长度；

第一层椭圆环的长轴是a₀+d_f，短轴是b₀+d_f，第i层光纤所围面积S_i可以用椭圆面积公式算出：

S_i＝kπa_ib_i/4＝kπ(a₀-d_f+2·i·d_f)(b₀-d_f+2·i·d_f)/4,

i＝1,…,n

因此总的面积S_total为m个单环的面积之和：

光纤陀螺仪的零偏稳定性BiasStability约束，即精度约束方程通过如下公式表示:

式中BiasStability_give为预设的随机游走系数指标，λ₀为光波在真空中的波长，c为光波在真空中的速度。