[发明专利]一种改善光纤陀螺标度因数长期稳定性的方法

说明书

本发明属于闭环光纤陀螺设计技术，具体涉及一种改善光纤陀螺标度因数长期稳定性的方法；本发明采用一种防水涂覆材料，对绕制完毕固化后的光纤环表面用无水乙醇进行洁净处理，然后在光纤环上涂覆一层防水有机薄膜，将表面涂覆防水有机薄膜的光纤环装入光纤陀螺内，将光纤环与水汽隔离，减小了光纤环直径的吸水变化，提高湿热环境条件下光纤陀螺标度因数的长期稳定性。光纤陀螺不需要做防水密封的结构设计，具有结构简单，体积小易于工程实现的优点。

技术领域

本发明属于闭环光纤陀螺设计技术，具体涉及一种改善光纤陀螺标度因数 长期稳定性的方法。

背景技术

光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的角速度传感器。其构成包括：光源1、耦合器2、多功能集成光学 调制器3、光纤环组件4、探测器5、电路板6和盖板7。光源1发出的光波经过耦合器2和多功能集成 光学调制器3后，分为两束相向传播的光束进入光纤环。当光纤环的敏感轴方向有角速度输入时，在两 束光之间产生Sagnac相位差，并发生干涉，通过探测器5将干涉的光信号转化成电信号并经过处理就可 以获得相应的输入角速度。

根据Sagnac效应，光纤陀螺的输出相位差Δφ与输入角速度Ω的关系为公 式(1)

公式(2)中光纤陀螺的标度因数为K

式中L为光纤长度，D为光纤环直径，c为光速，λ为光波长。标度因数K 是光纤陀螺的一项关键性能指标。从(2)式中可以看出，标度因数K与光纤环 的直径D成正比。而标度因数稳定性的一个重要影响因素是光纤环的直径变化。 光纤环由多层光纤和粘结胶按照四级对称方式绕制固化而成，粘结胶为聚丙烯 酸脂，具有一定的吸水性。水分子在树脂中亲水基团的作用下产生吸附，并通 过树脂中毛细孔扩散，使水分子浸润到光纤环内，从而光纤环在物理尺寸上会 发生变化，表现为体积膨胀增大了光纤环体积，致使光纤环LD变大，导致陀螺 标度因数变大；水分子通过树脂中毛细孔扩散的过程是可逆的。如果其经过高温存储过程后，分子间活动加剧，亲水基团吸附的水分子会脱离。由于高温使 得水分子得到运动并从树脂毛细孔中扩散出去，从而光纤环在物理尺寸上会发 生变化，表现为体积收缩减小了光纤环体积，致使光纤环LD变小，导致陀螺标 度因数变小。由于粘结胶的吸水性，光纤环在温度和湿气变化的环境中长期放 置直径会发生变化，导致光纤陀螺标度因数变化，影响标度因数长期稳定性。 目前改进的方法为：(1)一种方法是对光纤陀螺进行密封，但是需要重新进行 结构设计，造成结构复杂，体积难以减小。(2)研究改善粘结胶的吸水性，但 是会影响粘结胶的杨氏模量和温度性能等性能，需要综合考虑。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于光纤环表面涂覆技术，能够简便有效屏蔽 外部湿气变化，提高光纤陀螺标度因数长期稳定性的方法。

本发明的技术方案是：一种改善纤陀螺标度因数长期稳定性的方法，采用 一种防水涂覆材料，对绕制完毕固化后的光纤环表面用无水乙醇进行洁净处理， 然后在光纤环上涂覆一层防水有机薄膜，将表面涂覆防水有机薄膜的光纤环装 入光纤陀螺内。

所述防水涂覆材料为对二甲苯聚合物或聚氨酯聚合物或丙烯酸酯聚合物。

所述对二甲苯聚合物其90％RH37度水蒸气渗透为0.21,仅是环氧树脂的 1/30，聚氨酯1/100。

所述的在光纤环上涂覆防水有机薄膜涂覆采用的是固相沉积、气相沉积或液 体浸润的方式。