專利名稱：一種檢測陀螺用光纖環(huán)質(zhì)量的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)測量、光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域；涉及ー種適用于評(píng)判光纖陀螺用光纖環(huán)繞制質(zhì)量的檢測方法及其檢測裝置。
背景技術(shù)：
陀螺儀是ー種用于敏感角速度的慣性器件，是慣性系統(tǒng)核心器件之一。光纖陀螺(Fiber Optic Gyro)是近三十年發(fā)展起來的ー種新型光學(xué)陀螺儀,它是一種基于Sagnac原理的光纖角速度傳感器。與以往陀螺儀(如傳統(tǒng)的機(jī)械陀螺乃至比較先進(jìn)的激光陀螺)相比，具有無機(jī)械部件、靈敏度高等特點(diǎn)；與微機(jī)電陀螺儀相比，在技術(shù)指標(biāo)和環(huán)境適應(yīng)性上具備優(yōu)勢；與激光陀螺相比，它無需超高精度光學(xué)加工，不需要機(jī)械偏置和高壓，不必采用高性能氣體密封，容易制造，易于集成，壽命更長。光纖陀螺通常由五大器件構(gòu)成，包括探測器、Y波導(dǎo)、光源、光調(diào)制器和光纖環(huán)，其工作過程大致為光源發(fā)出光，通過Y波導(dǎo)分成兩束從光纖環(huán)的兩端進(jìn)入到光纖環(huán)當(dāng)中，在光纖環(huán)傳輸后回到一點(diǎn)并產(chǎn)生光干渉，探測器用來測量干渉信號(hào)；當(dāng)光纖環(huán)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，干渉信號(hào)就會(huì)隨著發(fā)生對應(yīng)變化，通過測量干渉信號(hào)的變化，就可以判斷轉(zhuǎn)動(dòng)角度；光調(diào)制器用來將信號(hào)調(diào)制在敏感 區(qū)域，使得整個(gè)光纖陀螺的測量精度更高。由于光纖環(huán)是光纖陀螺的傳感核心部件，它的纏繞質(zhì)量好壞直接決定光纖陀螺的精度，特別是其溫度穩(wěn)定性和抗振動(dòng)干擾能力直接影響整個(gè)光纖陀螺的性能。它對光纖陀螺來說，既是提高精度的重要途徑，同時(shí)也是主要影響精度的因素。在實(shí)際應(yīng)用中光纖陀螺容易受到磁場、振動(dòng)和溫度梯度等瞬態(tài)環(huán)境干擾，導(dǎo)致光纖環(huán)內(nèi)正反向傳播的兩束光受外界環(huán)境的影響不同，產(chǎn)生非互易性相位誤差。這種瞬態(tài)效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重地削弱光纖陀螺的性能。目前在光纖環(huán)繞制上普遍采用對稱繞法來消除光纖環(huán)瞬態(tài)效應(yīng)。對稱繞法在原理上合理的，但實(shí)現(xiàn)起來存在較大困難，由于其繞制周期長，繞制エ藝復(fù)雜，人工繞制等眾多因素，導(dǎo)致所繞制的環(huán)對稱性得不到保證。在光纖陀螺中，若兩束相向傳輸?shù)墓獠ǖ竭_(dá)光纖中同一點(diǎn)時(shí)存在ー個(gè)微小時(shí)間延遲。當(dāng)存在溫度梯度吋，同一溫度場中不同時(shí)刻溫度對光波傳輸影響不同，從而導(dǎo)致了兩束光波之間產(chǎn)生非互易性相位差△私。當(dāng)以光纖環(huán)中點(diǎn)s = L/2 (L為整段光纖長度)為坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)，如

圖1所示，其數(shù)學(xué)模型為
權(quán)利要求
1.一種檢測陀螺用光纖環(huán)質(zhì)量的方法，其特征在于，包括以下步驟O組裝一融入待檢測光纖環(huán)的光纖陀螺系統(tǒng)；2)對融入待測光纖環(huán)的陀螺系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，獲得轉(zhuǎn)速信號(hào)；3)對待測光纖環(huán)施加一徑向溫度激勵(lì)，獲取該光纖陀螺系統(tǒng)的指向熱致誤差角度；4)根據(jù)獲得轉(zhuǎn)速信號(hào)和指向熱致誤差角度，獲取待測光纖環(huán)的指向誤差溫度敏感系數(shù)；5)根據(jù)指向誤差溫度敏感系數(shù)判斷出待測光纖環(huán)的等效不對稱長度，進(jìn)而判定光纖環(huán)的質(zhì)量。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟3)中，對待測光纖環(huán)進(jìn)行溫度激勵(lì)具體包括對融入光纖陀螺系統(tǒng)中的待測光纖環(huán)施加一組不同溫度的徑向溫度激勵(lì)。
3.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟4)中，獲取指向誤差溫度敏感系數(shù)的方法為，先對待測光纖環(huán)內(nèi)、外層溫度變化進(jìn)行測量，計(jì)算出該光纖環(huán)內(nèi)外層溫差A(yù)T ;再利用所述光纖陀螺系統(tǒng)獲取一組待測光纖環(huán)受溫度激勵(lì)時(shí)對應(yīng)不同內(nèi)外層溫差A(yù)T所產(chǎn)生的指向誤差角度。然后，根據(jù)不同溫度激勵(lì)下，該光纖環(huán)陀螺系統(tǒng)產(chǎn)生的指向誤差角度與相應(yīng)的溫度差A(yù)T之間關(guān)系，獲得待測光纖環(huán)的指向誤差溫度敏感系數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述方法，其特征在于，所述獲取指向誤差溫度敏感系數(shù)的方法包括通過對不同溫差△ T下指向誤差角度進(jìn)行線性擬合獲得指向誤差溫度敏感系數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟5)根據(jù)指向誤差溫度敏感系數(shù)判斷出待測光纖環(huán)的等效不對稱長度，進(jìn)而判定光纖環(huán)的質(zhì)量，還進(jìn)一步包括，通過補(bǔ)償尾纖的長度，減小指向誤差溫度敏感系數(shù)，進(jìn)而減小光纖環(huán)的不對稱長度，提高光纖環(huán)的質(zhì)量。
6.一種光纖環(huán)檢測裝置，其特征在于包括一個(gè)寬帶光源，用來發(fā)出一束寬帶光；一個(gè)具有三端口的光環(huán)行器，光環(huán)行器的端口 I用來接收寬帶光源發(fā)出的光，并從端口 2輸出；一個(gè)光學(xué)Y波導(dǎo)，該波導(dǎo)的單端口通過一個(gè)起偏器連接在光環(huán)行器的端口 2上，用來接收來自光環(huán)行器端口 2的輸出光，并在Y波導(dǎo)的雙端口分別產(chǎn)生一個(gè)輸出光；將一個(gè)待測光纖環(huán)的兩個(gè)尾纖分別接到Y(jié)波導(dǎo)的雙端口的兩個(gè)端口上，接受該兩端口的輸出光，并分別向Y波導(dǎo)的單端口產(chǎn)生輸出光，該輸出光在Y波導(dǎo)中產(chǎn)生干涉后，從Y波導(dǎo)單端口輸出后， 進(jìn)入所述光環(huán)行器的2端口，并在光環(huán)行器的3端口產(chǎn)生一個(gè)輸出光；一個(gè)光電探測器連接在光環(huán)行器3端口，用來將光輸出信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)；一個(gè)加熱裝置，用來對待測光纖環(huán)進(jìn)行加熱；兩個(gè)測溫探頭，分別固定在光纖環(huán)的環(huán)內(nèi)側(cè)和環(huán)外側(cè)，用來對光纖環(huán)內(nèi)環(huán)和外環(huán)進(jìn)行測溫；一個(gè)信號(hào)處理電路，連接在光電探測器上，用來接受光探測器產(chǎn)生的電信號(hào)并對該信號(hào)進(jìn)行處理，并控制加熱裝置和檢測環(huán)內(nèi)外測溫度。
7.如權(quán)利要求6所述裝置，其特征在于，所述Y波導(dǎo)是一個(gè)集成Y波導(dǎo)，在單端口連接有一個(gè)起偏器，在雙端口中的一個(gè)端口接有一個(gè)相位調(diào)制器。
8.如權(quán)利要求7所述裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理電路與所述相位調(diào)制器相連接， 且在所述信號(hào)處理電路與所述相位調(diào)制器之間連接一個(gè)信號(hào)發(fā)生器；一個(gè)鎖相放大器連接在所述光電探測器和所述信號(hào)處理電路之間，并與信號(hào)發(fā)生器相連接。
9.如權(quán)利要求6所述裝置，其特征在于，所述加熱裝置是一個(gè)包在光纖環(huán)外環(huán)的可控加熱帶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測陀螺用光纖環(huán)質(zhì)量的方法及其裝置，屬于光電子光信息技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括將待檢測光纖環(huán)接入光纖陀螺系統(tǒng)中，對待測光纖環(huán)施加一徑向溫度激勵(lì)，通過測量判斷出待測光纖環(huán)的等效不對稱長度，進(jìn)而判定光纖環(huán)的質(zhì)量。該裝置包括寬帶光源，光環(huán)行器，光學(xué)Y波導(dǎo)，光電探測器，加熱裝置，兩個(gè)測溫探頭，信號(hào)處理電路。本發(fā)明引入指向誤差溫度敏感系數(shù)的概念，在測量過程中，獲取該光纖陀螺系統(tǒng)的指向熱致誤差角度，并根據(jù)獲得轉(zhuǎn)速信號(hào)和指向熱致誤差角度，獲取待測光纖環(huán)的指向誤差溫度敏感系數(shù)，再根據(jù)指向誤差溫度敏感系數(shù)判斷出待測光纖環(huán)的等效不對稱長度，從而大大提高了光纖環(huán)質(zhì)量判定的測量精度。
文檔編號(hào)G01M11/00GK103048115SQ201210523580
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月8日
發(fā)明者姚曉天, 李志宏 申請人:蘇州光環(huán)科技有限公司