一種光電分離式光纖陀螺儀光路的溫控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于光電分離式光纖陀螺儀光路的溫控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖陀螺儀是一種基于Sagnac效應(yīng)的全固態(tài)慣性儀表，用來測(cè)量載體的角速率，是慣性系統(tǒng)的核心部件。
[0003]光纖陀螺儀作為光機(jī)電一體化的傳感器，溫度對(duì)性能的影響是不可忽視的，溫度已成為光纖陀螺邁向工程化所面臨的難題之一，溫度性能也受到越來越多的關(guān)注。作為敏感元件的光纖線圈，由于外界溫度隨時(shí)間變化，光纖線圈的每一點(diǎn)的折射率都隨溫度變化而變化，而相向傳播的兩束光波經(jīng)過該點(diǎn)(除光纖線圈中點(diǎn))的時(shí)間不同，因此光波經(jīng)過光纖線圈后由于溫度引起的相位變化不同，從而引起非互易性誤差，又稱為Shupe效應(yīng)所產(chǎn)生的誤差。經(jīng)過理論推導(dǎo)可得出，如果相對(duì)光纖中點(diǎn)對(duì)稱的兩段光纖上的熱擾動(dòng)相同，則溫度引起的相位被抵消，針對(duì)Shupe效應(yīng)所產(chǎn)生的誤差，可采用特殊的繞圈方法來加以消除，目前普遍采用的是四極對(duì)稱繞法。但在工程實(shí)際應(yīng)用中，由于光纖長度和光纖環(huán)直徑的限制可能存在光纖層數(shù)不是4的倍數(shù)或最外層未繞滿，中點(diǎn)偏差導(dǎo)致光纖兩端尾纖長度不同，布纖不均勻、不致密造成光纖長度不同、應(yīng)力不同等非理想情況，不能完全消除Shupe效應(yīng)所產(chǎn)生的誤差，殘余溫度漂移仍是不可忽略的。這種熱致“非互易性”相移，使陀螺儀產(chǎn)生輸出漂移，降低陀螺的零偏穩(wěn)定性，導(dǎo)致陀螺輸出誤差。
[0004]因此，要提高光纖陀螺儀的精度，溫度影響是一個(gè)必須要解決的問題。目前，溫度補(bǔ)償方案是解決光纖陀螺儀溫度影響的主要方案。通過測(cè)試陀螺儀在各個(gè)溫度點(diǎn)下的輸出，在軟件上進(jìn)行不同溫度點(diǎn)下的輸出補(bǔ)償處理，減小溫度對(duì)陀螺輸出的影響。但由于環(huán)境的變化不確定性，建立光纖陀螺溫度補(bǔ)償模型比較困難，容易受到測(cè)試條件、設(shè)備狀態(tài)等很多其它因素的影響，很難在全溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)陀螺漂移的精確補(bǔ)償；此外，由于陀螺具有一定的溫度特性差異，同一種溫補(bǔ)模型并不適用于其它陀螺，不利于陀螺批產(chǎn)的工程化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種光電分離式光纖陀螺儀光路的溫控方法，使光纖環(huán)內(nèi)部溫度場(chǎng)均勻分布，光纖陀螺儀穩(wěn)定工作在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，避免Shupe效應(yīng)所產(chǎn)生的零偏漂移，實(shí)現(xiàn)高精度光纖陀螺儀零偏和標(biāo)度因數(shù)的性能要求。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種光電分離式光纖陀螺儀光路的溫控方法，包括步驟如下:
[0008]1、加工磁屏蔽外罩，磁屏蔽外罩為圓筒形，在磁屏蔽外罩的圓筒壁頂端加工圓環(huán)形的包邊結(jié)構(gòu)，光纖環(huán)骨架的圓筒形壁頂部嵌套在包邊結(jié)構(gòu)中，包邊結(jié)構(gòu)沿周向包裹光纖環(huán)骨架；在光纖環(huán)骨架的圓筒形壁的外側(cè)底部加工臺(tái)階結(jié)構(gòu)，與磁屏蔽外罩的圓筒壁內(nèi)側(cè)貼緊，在磁屏蔽外罩和光纖環(huán)骨架之間形成磁屏蔽空腔，將光纖繞在光纖環(huán)骨架上形成光纖環(huán)，光纖環(huán)處在磁屏蔽空腔內(nèi)；
[0009]i1、在光纖環(huán)骨架的臺(tái)階結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上沿周向加工熱敏電阻安裝孔；在光纖環(huán)骨架的法蘭上加工用于熱敏電阻和電加熱片的導(dǎo)線走線的引線孔；
[0010]ii1、將上蓋罩在磁屏蔽外罩上，并通過底部突緣與光纖環(huán)骨架的法蘭連接，將底座與光纖環(huán)骨架連接；
[0011]iv、將電加熱片粘貼在磁屏蔽外罩的圓筒外壁上；
[0012]V、選用熱敏電阻作為測(cè)溫器件，將熱敏電阻端頭涂抹導(dǎo)熱硅脂或室溫硫化導(dǎo)熱硅橡膠，并放入熱敏電阻安裝孔內(nèi)，使熱敏電阻安裝孔內(nèi)被全部填充，在熱敏電阻安裝孔出孔處采用粘結(jié)劑固定熱敏電阻引線；
[0013]v1、將熱敏電阻所測(cè)量的光纖環(huán)骨架溫度值與溫度目標(biāo)值進(jìn)行比較，控制電加熱片的加熱功率，控制光纖環(huán)的工作溫度值處于預(yù)先設(shè)定的溫度目標(biāo)范圍內(nèi)。
[0014]所述步驟iv中電加熱片的粘貼步驟如下:
[0015]a、用酒精棉球?qū)Υ牌帘瓮庹直砻婧痛磕z的電加熱片表面進(jìn)行清潔；
[0016]b、在電加熱片出線端擠放粘結(jié)劑，利用刮膠板從電加熱片出線端向遠(yuǎn)端刮涂粘結(jié)劑，刮涂厚度控制在0.1mm?0.2mm，刮涂均勻后在出線位置涂抹粘結(jié)劑；
[0017]c、以光纖環(huán)骨架底邊的引線孔為基準(zhǔn)點(diǎn)，將電加熱片對(duì)稱粘貼至磁屏蔽外罩上；粘貼時(shí)，先將電加熱片遠(yuǎn)離出線端一側(cè)邊緣按壓在磁屏蔽外罩上，然后用無紡布慢慢逐步向出線端一側(cè)趕壓電加熱片，直至整片電加熱片完全貼合在磁屏蔽外罩上；
[0018]d、采用棉布條沿著圓周方向?qū)①N有電加熱片的磁屏蔽外罩纏繞并綁扎固定，常溫放置不少于24小時(shí)后，將棉布條取下，并在電加熱片的出線端及四周點(diǎn)涂粘結(jié)劑，完成電加熱片固定。
[0019]所述電加熱片內(nèi)設(shè)置有方波形走線的電熱阻絲，電加熱阻絲對(duì)折后在電加熱片的薄膜內(nèi)形成上下兩條平行的方波線，上下方波線均為中寬波和窄波交替出現(xiàn)，上方方波線的寬波對(duì)應(yīng)下方方波線的窄波，上方方波線的窄波對(duì)應(yīng)下方方波線的寬波；電熱阻絲在薄膜內(nèi)走線后與電加熱片的長邊成45°角度出線。
[0020]所述電加熱片有兩片，兩片電加熱片的長邊尺寸相加與磁屏蔽外罩圓周長度相等。
[0021]所述底座采用環(huán)氧玻璃布層壓板，外輪廓線與光纖環(huán)骨架法蘭外輪廓線一致。
[0022]所述粘結(jié)劑為單組份室溫硫化硅橡膠。
[0023]所述熱敏電阻安裝孔的直徑為2.5mm，深度為6mm。
[0024]所述上蓋的材料為聚砜。
[0025]所述刮膠板為環(huán)氧玻璃布層壓板或聚四氟乙烯板。
[0026]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0027](1)本發(fā)明的溫控方法中的磁屏蔽外罩采用包邊設(shè)計(jì)，安裝后沿圓周方向包裹骨架內(nèi)壁，增大了外罩與光纖環(huán)骨架的接觸面，加熱片粘貼在磁屏蔽外罩上，實(shí)現(xiàn)熱量在磁屏蔽外罩、光纖環(huán)骨架和光纖環(huán)之間的傳導(dǎo)，使光纖環(huán)達(dá)到溫度平衡，本發(fā)明的方法受環(huán)境影響比較小，控制精度較現(xiàn)有的溫度補(bǔ)償方案高，能夠保證光纖陀螺儀穩(wěn)定工作在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。
[0028](2)本發(fā)明的溫控方法采用的測(cè)溫器件具有靈敏度高，測(cè)溫精確，分辨率高，且體積小，易安裝，成本低，質(zhì)量等級(jí)高，適宜本專利溫控系統(tǒng)使用等優(yōu)點(diǎn)；且本發(fā)明的溫控方法對(duì)光纖陀螺儀的結(jié)構(gòu)改進(jìn)較容易實(shí)現(xiàn)，不需要針對(duì)每只陀螺儀進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，適用于陀螺儀工程化生產(chǎn)。
[0029](3)本發(fā)明的溫控方法中光纖陀螺儀的電路板、光源、探測(cè)器等發(fā)熱部件和敏感角速度的關(guān)鍵部件-光纖環(huán)分離，通過隔離發(fā)熱器件來降低光纖環(huán)的溫度變化率，減小溫度變化引起的陀螺輸出漂移。
[0030](4)本發(fā)明根據(jù)光纖陀螺儀中的磁屏蔽外罩的特點(diǎn)設(shè)計(jì)匹配的電加熱片，使光纖環(huán)外罩受熱均勻，并對(duì)電加熱片采用特定的粘貼工藝要求，避免出現(xiàn)氣泡導(dǎo)致電熱阻絲斷裂，使其適用于真空高溫環(huán)境。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明光電分離式光纖陀螺儀結(jié)構(gòu)示意圖
[0032]圖2為本發(fā)明光纖環(huán)溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明磁屏蔽外罩包邊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4為本發(fā)明測(cè)溫器件安裝孔和引線孔位置示意圖。
[0035]圖5為本發(fā)明中電加熱片結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]本發(fā)明的溫控方法采用于光電分離式光纖陀螺儀，如圖1所示，電路板、探測(cè)器、光源等發(fā)熱部件安裝在方形電路盒結(jié)構(gòu)件內(nèi)，光纖環(huán)3等溫度敏感器件裝配在圓形光路結(jié)構(gòu)內(nèi)，通過光路中的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光路中敏感角速度的關(guān)鍵部件即光纖環(huán)進(jìn)行溫控。
[0037]如圖2所示，光纖環(huán)3繞制在光纖環(huán)骨架4的圓柱形結(jié)構(gòu)上，光纖環(huán)骨架4安裝于底座5上，磁屏蔽外罩2套在光纖環(huán)骨架4的圓柱形結(jié)構(gòu)外，使磁屏蔽外罩2與光纖環(huán)骨架4之間形成一個(gè)密閉的磁屏蔽空間，光纖環(huán)3位于該封閉空間內(nèi)，最后將上蓋1罩在磁屏蔽外罩2外，將上蓋1與光纖環(huán)骨架4固定，完成如圖1中圓形光路結(jié)構(gòu)的安裝。
[0038]—種光電分離式光纖陀螺儀光路的溫控方法，包括步驟如下:
[0039](1)如圖3所不，加工磁屏蔽外罩2，磁屏蔽外罩2為圓筒形，在磁屏蔽外罩2的圓筒壁頂端加工圓環(huán)形的包邊結(jié)構(gòu)21與光纖環(huán)骨架4的圓筒形壁的內(nèi)側(cè)相配合，光纖環(huán)骨架4的圓筒形壁頂部嵌套在包邊結(jié)構(gòu)21中，使得磁屏蔽外罩2安裝后與光纖環(huán)骨架4上沿貼緊，并沿圓周方向包裹光纖環(huán)骨架4 ;在光纖環(huán)骨架4的圓筒形壁的外側(cè)底部加工臺(tái)階結(jié)構(gòu)43，與磁屏蔽外罩2的圓筒壁內(nèi)側(cè)貼緊，在磁屏蔽外罩2和光纖環(huán)骨架4之間形成磁屏蔽空腔，將光纖繞在光纖環(huán)骨架4上形成光纖環(huán)3，光纖環(huán)3處在磁屏蔽空腔內(nèi)；包邊結(jié)構(gòu)21和臺(tái)階結(jié)構(gòu)43可以增加接觸面，提高溫度傳導(dǎo)效率。磁屏蔽外罩2的尺寸依據(jù)光纖環(huán)骨架4的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)避免兩者之間的配合間隔過大，導(dǎo)致傳導(dǎo)率較低，此外要求磁屏蔽外罩2結(jié)構(gòu)表面光滑，便于電加熱片粘貼。
[0040](2)如圖4所示，在光纖環(huán)骨架4的臺(tái)階結(jié)構(gòu)43的側(cè)壁上沿周向加工熱敏電阻安裝孔41，其尺寸根據(jù)溫控用測(cè)