光纤陀螺用光纤环质量的测量方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光纤陀螺用光纤环质量的测量方法及其装置，属于光学测量、光纤传感技术领域。该方法包括：对光纤环分别施加径向和轴向温度激励（恒功率加温、周期功率加温或非周期功率加温）并测量光纤环瞬态温度特性；获取光纤环瞬态温度特性的检测信号，结合光纤环三维数学模型的数值仿真结果，对采集的数据进行分析和处理，获取量化的光纤环缠绕径向和轴向等效不对称度的信息；该装置包括：测量光源，具有三端口的光学装置，Ｙ波导，光探测器，信号发生器，电信号放大电路，可控加热装置、控制电路和一套控制与计算软件；本发明专利技术既可以高精度、方便、快捷地对光纤环的温度对称性进行质量测定，还可不用通过安装好光纤陀螺成品，确定光纤环的动态特性，有利于实现光纤环的批量生产与检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学测量、光纤传感
；特别涉及利用温度瞬态变化，检测角度变 化光纤传感器(又称光纤陀螺)所使用的光纤环质量的检测装置和方法。
技术介绍
光纤环是光纤角度传感器(又称光纤陀螺)的传感核心，它的缠绕质量好坏直接决定光 纤陀螺的精度。目前，传统的光纤环检测方法(例如凭借消光比来评判保偏光纤环的优劣) 不能完全反映出光纤环的缠绕质量，具有局限性。光纤陀螺(Fiber Optic Gyro, F0G)基于Sagnac效应，也即当环形干涉仪旋转时，产 生一个正比于旋转速率的相位差。 一束光进入光纤环的闭合光路中，被分成两束在同一光 路中沿闭合光路相对传播，当光路不发生旋转的时候，两束光会同时回到光的初始注入点， 这种情况下，光路的特性称之为是具有互易性(光从两个方向入射的效果是相同的)。在 光路发生转动的时候，与旋转同向传播的光会比反向传播的光所经历的路程要长(这个时 候的光路被称之为具有非互易性)。从而产生了与转动角速度成正比的光程差。这个光程 差可以通过干涉法测量，这种光路中的相位变化可通过光电探测器将干涉信号转变成电压 信号输出来检测。由于输出信号与转动引起的相位差呈余弦函数关系，为了获得高灵敏度， 需要调制来施加偏置，使之工作在一个响应斜率不为零的点。光纤陀螺与以往陀螺仪(如传统的机械陀螺)相比，具有无机械转动部件，灵敏度高 等特点；与微机电陀螺仪相比，在技术指标和环境适应性上具备优势；与激光陀螺相比， 它无需超高精度光学加工，不需要机械偏置和高压，不必采用高性能气体密封，容易制造， 易于集成，寿命更长。光纤陀螺是众多种陀螺中唯一的没有活动部件的陀螺，它以固定状 态工作，并能在恶劣的环境中长寿命正常工作(上百万小时)，这是机械式陀螺和激光陀 螺无法企及的。光纤环是光纤陀螺的传感核心部件，它对光纤陀螺来说，既是提高精度的重要途径， 同时也是主要影响精度的因素。光纤环在绕制过程中需采用特殊缠绕方式、精密绕制技术、 完善的封装工艺，来保证光纤环具有高质量的静态特性(低的偏振串音、低的插入损耗等) 和高质量的瞬态特性(抗振动、抗冲击、不受环境温度和磁场的影响)。光纤环在具体的应用中会受到由机械张力、振动、冲击和温度梯度等因素引起的环境干扰，当环境干扰对相向传播的两束光信号影响不同时，会产生附加相位漂移误差。这种 瞬态效应会妨碍Sagnac相位差的精确检测，实际应用中温度梯度造成的瞬态效应尤为突 出。当沿着光纤环存在着一个随时间变化的温度分布梯度时，光纤陀螺就会产生热导致的 非互易性相位误差，这种因为热导致的非互易性称之为热致非互易性，表达这种非互易性 相位误差程度的参数可称之为热致非互易性参数。这种由温度梯度造成的瞬态效应被称之 为Shupe效应。Sh叩e效应主要的扰动来自温度梯度造成的折射率变化。为提高光纤陀螺的精度，必须减小温度梯度干扰对重组光信号的影响。通常温度梯度 干扰不能被消除，但可通过改善光纤环性能和结构来最大限度的抑制干扰的影响。光纤环的绕制工艺直接决定了光纤环的缠绕质量。例如，光纤环绕制不对称易产生热 致非互易性相移；光纤环绕制技术不完善会导致光纤环插入损耗增大和保偏光纤环出现消 偏性；光纤环绕制过程中的应力(缠绕的压应力、弯曲应力和扭曲应力等)造成光纤环性 能下降和应力产生的非互易性相移，等等。这些均作为光纤环路中的光路缺陷，对传输于 光纤环中光波相位产生影响，从而降低光纤陀螺的整体精度。由于光纤非常细，且无色透明，只从外观查看是很难检査出光纤环缠绕质量。目前光 纤陀螺研究单位和光纤陀螺生产厂商主要凭借保偏光纤环在静态下的消光比或是偏振度 (常温和全温)来判定光纤环优劣，这种方法具有一定的识别性，但由于它实际上只是测 量光纤环在所受各种应力作用下产生的寄生偏振耦合的总体影响，并不能完全表征保偏光 纤环的缠绕质量(例如光纤环的对称性)，因而具有局限性。目前利用白光干涉仪法可以 测量出保偏光纤环中的偏振耦合的分布，利用基于布里渊散射技术的光纤应力分析仪可以 、获得保偏光纤环的应力分布，这些技术进一步反映了保偏光纤环缠绕质量，但是本质上仍 然属于静态特性测量，且均属于间接测量。目前相对保偏光纤环的检测而言，针对消偏光 纤环缠绕质量的检测手段更是缺乏。事实上，无论保偏还是消偏光纤环的瞬态特性比其静 态特性更为重要，例如保偏光纤环的消光比高，但光纤环缠绕的对称度不好(如绕制层数 不对)，就会导致其瞬态特性差，这就不是一个高质量的光纤环，选用这样的光纤环作为 光纤陀螺的部件，会严重影响光纤陀螺的精度，这将不利于高精度陀螺的研发和陀螺的批 量生产。也有单位尝试过采用恒温箱加热光纤陀螺的方法，测量光纤陀螺的温度特性。但是， 由于采用的是将整个已经成型的光纤陀螺放进恒温箱的加热方法，存在着两个重要缺陷 1、恒、温箱会很快使光纤陀螺达到热平衡，因而测量不到具有实际意义的温度瞬态特性；2、 由于光纤陀螺的其它部件(包括光源、电路、Y波导、光无源器件等)同时放进了恒温箱， 这些部件在受热后，工作特性都会受到干扰，所以无法从众多因素中，通过所获得的数据 判定光纤环质量。目前还没有对光纤环的瞬态温度特性的检测方法及装置的报导。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种光纤陀螺用光纤环质量的测量 方法及其装置，并通过对瞬态特性的测试得出量化的光纤环径向、轴向缠绕等效不对称度的信息。本专利技术既可以高精度、方便、快捷地对光纤环的温度对称性进行质量测定，同时 还可以利用本专利技术装置，不用通过安装好光纤陀螺成品，既可以确定光纤环的动态特性， 有利于实现光纤环的批量生产与检测。本专利技术首先提出一种光纤陀螺用光纤环瞬态温度特性测量方法，其特征在于，该方法 包括以下步骤1) 将待测光纤环接入光纤环测量系统；2) 对光纤环施加热激励；3) 采集在热激励状态下的光纤环输出信号数据，并根据该信号数据与光纤环缠绕不 对称度的预知的对应关系，计算得到光纤环缠绕不对称度；4) 根据获得的光纤环缠绕不对称度，判定光纤环的质量。本专利技术提出第二种光纤陀螺用光纤环质量的测量方法，其特征在于，该方法包括以下 步骤-131) 测量待测光纤环的本征频率；132) 将待测光纤环接入光纤环测量系统，并使光纤环测量系统的调制频率为所述本 征频率；133) 对光纤环施加热激励；134) 采集在热激励状态下的光纤环输出信号数据，并根据该信号数据与光纤环缠绕 不对称度的预知的对应关系，计算得到光纤环缠绕不对称度；135) 根据获得的光纤环缠绕不对称度，判定光纤环的质量。本专利技术提出的实现上述测量方法的测量装置，其特征在于，该检测装置包括 一个测量光源，用来提供测量光束；一个具有三端口的光学装置，当光从第一端口输入，则从第二端口输出，当光从第二 端口输入则从第三端口输出；该光学装置的第一端口用来接收所述光源发出的测量光；一个Y波导，从该Y波导一侧的单独端口 l接收所述具有三端口的光学装置第二端口 处的光束输入，并在Y波导中被分成两束光从另外一侧的两个端口 (端口 2、端口 3)输 出，并输送到与被测光纤环的两个光纤头中；一个光探测器，该光输入端和三端口的光学装置的第三端口连接，接受来自三端口的 光学装置第三端口的输出光，并转换成电信号后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤陀螺用光纤环质量的测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：　１）将待测光纤环接入光纤环测量系统；　２）对光纤环施加热激励；　３）采集在热激励状态下的光纤环输出信号数据，并根据该信号数据与光纤环缠绕不对称度的预知的对应关系，计算得到光纤环缠绕不对称度；　４）根据获得的光纤环缠绕不对称度，判定光纤环的质量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚晓天，李茂春，
申请(专利权)人：苏州光环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：[]