[发明专利]光纤环温度性能测量装置及方法

权利要求书

1.一种光纤环温度性能测量装置，其特征在于，其包括：基座(1)、光纤环测试模块(2)、支撑件(3)、金属托板(4)、加热组件(5)、环基准台(6)、待测光纤环(7)、温度传感器(9)、连接光纤(10)、温度控制组件(12)、电连接器(13)；

所述光纤环测试模块(2)固定在基座(1)上，通过连接光纤(10)与待测光纤环(7)连接，光纤环测试模块(2)上的电连接器(13)用于连接上位机；

所述金属托板(4)通过支撑件(3)支撑设置于基座(1)上方；

所述加热组件(5)、温度传感器(9)、温度控制组件(12)构成温度控制模块，加热组件(5)安装在金属托板(4)底部中心位置，环基准台(6)固定在金属托板(4)顶部中心位置，待测光纤环(7)设置于环基准台(6)上端面上，温度传感器(9)粘贴在环基准台(6)上。

2.如权利要求1所述光纤环温度性能测量装置，其特征在于，所述装置还包括顶罩(8)，所述顶罩(8)倒扣在金属托板顶部(4)上，环基准台(6)、待测光纤环(7)、温度传感器(9)置于顶罩(8)内部。

3.如权利要求2所述光纤环温度性能测量装置，其特征在于，所述金属托盘(4)用于实现均匀的热场分布；

所述加热组件(5)与金属托盘(4)底部接触面涂导热硅脂，利于热传导；

环基准台(6)用于为待测光纤环(7)提供测试基准，同时减缓热传导速率，顶罩(8)用于将待测光纤环(7)与外界空气流隔离，提高测量精度。

4.如权利要求1所述光纤环温度性能测量装置，其特征在于，所述金属托盘(4)选用具有良好导热系数的金属材料加工。

5.如权利要求1所述光纤环温度性能测量装置，其特征在于，环基准台(6)为等厚度非金属材料。

6.如权利要求1所述光纤环温度性能测量装置，其特征在于，所述光纤环测试模块(2)包括：光源组件(201)、微光学分束器(202)、铌酸锂集成光学芯片(203)、光电采集与信号处理电路组件(205)；所述微光学分束器(202)单端的输出尾纤与光源组件(201)的输出尾纤连接，微光学分束器(202)双端的输出尾纤分别与铌酸锂集成光学芯片(203)的输入端、光电采集与信号处理电路组件(205)的输入端连接；铌酸锂集成芯片(203)的双根光纤(204)端尾纤并排加套管固定，用于与待测光纤环连接。

7.如权利要求1所述光纤环温度性能测量装置，其特征在于，所述温度控制模块中，所述加热组件(5)为半导体热组件或电热丝组件，与温度控制组件(12)之间通过连接导线(11)连接，用于加热；

所述温度传感器(9)与控制组件(12)之间用导线连接，用于测量环基准台(6)的温度变化；

所述控制组件(12)根据实际温度和期望温度的差值，驱动加热组件(5)工作，实现温度的闭环控制。

8.一种光纤环温度性能测量方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1所述光纤环温度性能测量装置来实施；

所述方法包括：

步骤1：利用光纤环温度性能测量装置精确模拟实际使用环境的温度变化或温升梯度；

步骤2：利用光纤环温度性能测量装置测量光纤环在模拟实际使用工况下在陀螺级的零偏相位差漂移和在惯组级的对准精度误差。

9.如权利要求8所述光纤环温度性能测量方法，其特征在于，在所述步骤1之前，首先将待测光纤环放置在基准台上，盖上顶罩，等待一段时间确保光纤环内部温度场稳定；

使用光纤环温度性能测量装置进行光纤环测试前，先测得实际使用工况在确定测试时间内的温度及温度梯度变化，以此来设置光纤环温度性能测量装置的温度梯度控制参数；

测试的基本原理是，光纤Sagnac干涉仪敏感到的相位差φ与传感光路的输入转速Ω之间的关系为φ＝K·Ω，K是与测试模块工作波长、待测光纤环直径、光纤长度、测试模块内部增益倍数相关的常数，当待测光纤环结构尺寸一致时，该常数不变。

10.如权利要求9所述光纤环温度性能测量方法，其特征在于，

使用光纤环温度性能测量装置进行光纤环测试时，具体操作如下：首先不启动温度控制模块，待光纤环内部温度场稳定后，用上位机给光纤环测试模块上电并采集数据，测试一定时间，取均值，并记录光纤环的初始相位差为φ₀；然后启动温度控制模块，加载模拟实际工况的温度控制参数，给待测光纤环提供设计的温度场变化，在此过程中连续采集光纤环模块输出并记录，测试时间不小于1小时，截取测试数据中后半个小时相对稳定的数据，标记为φ；

将φ与初始相位差φ₀相减，即φ-φ₀，得到光纤环在实际使用工况下的相位差漂移量，进而可以得到光纤陀螺在启动热环境影响下的零偏漂移；利用公式(1)计算得到待测光纤环相位差漂移量对光纤陀螺惯性导航装置定向对准精度的影响，式中φ_Us为对准角度误差量，ω_ie为地球自转角速度，L为测试点的地理纬度。