[发明专利]一种能提升光纤陀螺中零偏对称性的光纤环及其测试、评估方法

说明书

本发明公开了一种能提升光纤陀螺中零偏对称性的光纤环及其测试、评估方法，选取全温热膨胀系数及变化趋势相近的金属材料A、粘环胶材料B和光纤环圈材料C装配为光纤环，使光纤环具有一致的热机械性能。本发明通过选取全温热膨胀系数及变化趋势相近的金属材料A、粘环胶材料B和光纤环圈材料C装配为光纤环，使光纤环具有一致的热机械性能，可以显著地提升光纤陀螺在升温过程和降温过程中的零偏对称性，使得光纤陀螺在温度变化环境中的零偏更加稳定，从而提升光纤陀螺的环境适应性，最终实现光纤陀螺在更多的领域得到广泛应用的目标。

技术领域

本发明涉及光纤陀螺技术领域，具体涉及一种能提升光纤陀螺中零偏对称性的光纤环及其测试、评估方法。

背景技术

光纤陀螺是一种测量角速度的惯性仪表，具有高度自主性的特性，可用于惯性导航系统，由于其全固态结构、动态范围宽、启动时间短、抗冲击能力强的特点，在现代航空、航天和国防工业等领域得到了广泛的应用。

得到工程化应用的光纤陀螺属于干涉式数字闭环光纤陀螺，这种光纤陀螺中的关键器件是光纤环，组成光纤环的熊猫型保偏光纤对温度十分敏感，这也造成了光纤陀螺应用过程中需要针对温度进行特殊设计，如采用四极对称光纤环绕制方式、温度补偿等措施。这些措施使得光纤陀螺的温度适应性得到了显著的提升，工程化应用得到广泛地扩充，市场需求逐渐向高精度、长期稳定、动态环境中保持稳定等方向发展。在光纤陀螺技术提升的过程中出现了多个急需解决的问题，其中，光纤陀螺在升温过程和降温过程中的零偏对称性不良这一问题成为限制其进一步发展的因素。

现有技术中，光纤陀螺在升温过程和降温过程中表现出了不对称的零偏，针对这一现象的研究较少，且机理不够清晰，尚无解决措施，成为限制光纤陀螺更加广泛应用的限制因素。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种能提升光纤陀螺中零偏对称性的光纤环，以解决现有技术中光纤陀螺在温度变化过程中出现不对称零偏的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种能提升光纤陀螺中零偏对称性的光纤环，选取全温热膨胀系数及变化趋势相近的金属材料A、粘环胶材料B和光纤环圈材料C装配为光纤环，使光纤环具有一致的热机械性能。

优选地，金属材料A、粘环胶材料B和光纤环圈材料C的全温热膨胀系数需满足以下条件：

a)任一材料在升温、降温段的热膨胀系数对称度处于0.9～1.1之间；

b)任两种材料在升温、降温段的热膨胀系数对称度差异不大于100ppm。

本发明还提供一种光纤环测试方法，用于测量本发明所述光纤环，包括如下步骤：

步骤1：使用金属材料A、粘环胶材料B和光纤环圈材料C分别制备为多个材料样品，样品尺寸根据热膨胀系数测试仪所需标准尺寸确定；

步骤2：分别将样品置于热膨胀系数测试仪中，设定测试温度范围和升温、降温过程，启动热膨胀系数测试仪，采集测试过程中的温度T和样品长度L，得到样品热膨胀系数；

步骤3：提取采集到的温度和样品长度数据，进行数据处理，得到光纤环材料热膨胀系数、热膨胀系数对称度及热膨胀系数对称度差异。

优选地，步骤3中，数据处理过程如下：

步骤a：求取各个样品在升温、降温过程中任意两个温度之间的热膨胀系数对称度α，定义热膨胀系数对称度公式：

(L₁₂-L₁₁)/(T₁₂-T₁₁)＝α×(L₂₂-L₂₁)/(T₂₂-T₂₁)，