光纤陀螺及其温度自补偿方法技术

本发明专利技术涉及光纤陀螺惯导技术领域，提供一种光纤陀螺及其温度自补偿方法。该光纤陀螺温度自补偿方法，包括如下步骤基于光流空分复用原理，将流体温敏材料填充至微结构光纤的微孔通道内，制备具有多个流体传感单元的光流控芯片；制备光纤环圈，并依据多点温度误差补偿原理将光流控芯片设置于光纤环圈上；通过多个流体传感单元对应采集光纤环圈的温度点的温度数据，获得温度变化率；建立光纤陀螺的多点温度误差补偿模型，获得温度误差补偿参数。本发明专利技术实现对光光纤环圈温度的实时、高灵敏度、准分布式测量，从而提高光纤陀螺的零偏稳定性，满足惯性导航系统高精度、长航时、小体积应用需求。需求。需求。

【技术实现步骤摘要】
光纤陀螺及其温度自补偿方法


[0001]本专利技术涉及光纤陀螺惯导
，尤其涉及一种光纤陀螺及其温度自补偿方法。

技术介绍

[0002]高精度、小型化惯导系统对海军舰载无人机、无人潜器、智能鱼雷、雷达以及卫星的定向定位具有至关重要的作用。陀螺仪和加速度计是惯性导航系统的核心元件，当前的主流陀螺技术包括静电陀螺仪、光学陀螺（激光陀螺、光纤陀螺）、微机械陀螺仪等，其中静电陀螺利用真空中靠电场悬浮的旋转铍球工作，虽然精度较高，但是其高精密零件繁多，体积重量不具优势，使用及维护成本高，而激光陀螺由于机械抖动装置增加了测量噪声，限制了精度提升，同时需要精密加工、镀膜和密封技术，可靠性提升能力有限；微机械陀螺仪体积小、重量轻，但精度难以提升；相比而言，光纤陀螺具有可靠性高、寿命长、质量轻、精度覆盖范围广以及适合批量生产等优势，但大纤长大尺寸的保偏光纤环圈在复杂环境多物理场（温度、应力、磁场）作用下将导致性能劣化，必须采取温度控制、磁屏蔽密闭封装等多重技术手段以降低陀螺的环境敏感性，这会导致光纤陀螺体积、重量和功耗的增加，从而影响惯导系统的高精度、小型化发展。
[0003]在众多环境参量中，温度是光纤陀螺最显著的影响因素。环境温度的变化将导致光纤陀螺环圈折射率、长度、交错区域尺寸以及压力分布的变化，从而影响光纤环圈中光传播的相位，并对光纤陀螺的信号解调引入转速误差。
[0004]针对温度引起的Shupe误差，传统光纤陀螺一般采取两种方式进行抑制：一是采用多极对称绕法绕制保偏光纤环圈（通常是四极绕法），四极对称绕法可以使温度效应得到很好的抑制，但是在实际制作过程中，由于设备和工艺的限制，四极对称绕法常常会伴随着一些非理想因素，引起附加热致非互易性相位噪，在低精度光纤陀螺中可能并不明显，但是在中、高精度的光纤陀螺中，光纤敏感环的残余温度漂移依旧是影响陀螺输出的主要因素；二是采用温度补偿技术，对陀螺输出零偏进行建模补偿，温度补偿是工程上抑制光纤陀螺温度效应的有效方法，通过测试陀螺温度漂移数据变化规律，分析光纤陀螺漂移误差与温度间的具体函数关系，建立光纤陀螺温度误差模型，然后对系统的温度误差进行补偿；其中，温度补偿一般是利用测温元件如温度传感器或铂电阻对陀螺温度进行测试后再对光纤陀螺的温度漂移建模补偿，这种方法存在的问题是测温元件通常封装在陀螺金属结构件上，测量的温度并不是陀螺环圈的真实温度，并且存在测量精度低、测温响应滞后的问题，非常不利于光纤陀螺在面对环境温度随机变化时的温度补偿。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提供一种光
纤陀螺及其温度自补偿方法，实现对光纤环圈温度的实时分布式测量，提高灵敏度，以及温度误差补偿精度。
[0006]本专利技术提供一种光纤陀螺温度自补偿方法，包括如下步骤：S10、基于光流空分复用原理，将流体温敏材料填充至微结构光纤的微孔通道内，制备具有多个流体传感单元的光流控芯片；S20、制备光纤环圈，并依据多点温度误差补偿原理将光流控芯片设置于光纤环圈上；S30、通过多个流体传感单元对应采集光纤环圈的温度点的温度数据，获得温度变化率；S40、建立光纤陀螺的多点温度误差补偿模型，获得温度误差补偿参数。
[0007]根据本专利技术提供的一种光纤陀螺温度自补偿方法，S10步骤中，流体温敏材料包括折射率匹配液、酒精、丙酮、液晶、离子液体或偶氮苯材料。
[0008]根据本专利技术提供的一种光纤陀螺温度自补偿方法，S10步骤中，通过在微孔通道内设置多个填充位，将流体温敏材料填充至填充位，形成多个流体传感单元。
[0009]根据本专利技术提供的一种光纤陀螺温度自补偿方法，S10步骤中，任意两个填充位中填充不同的流体温敏材料。
[0010]根据本专利技术提供的一种光纤陀螺温度自补偿方法，S10步骤中，还包括：将完成流体温敏材料填充后的微结构光纤的两端分别熔接保偏光纤。
[0011]根据本专利技术提供的一种光纤陀螺温度自补偿方法，S20步骤中，具体包括：根据多点温度误差补偿原理，将光流控芯片设置于光纤环圈的外围，使多个流体传感单元沿光纤环圈的周向均匀分布。
[0012]根据本专利技术提供的一种光纤陀螺温度自补偿方法，S30步骤中，还包括：
[0013]建立光纤陀螺零偏与环境温度的变化的关系，关系式为：其中，为光纤陀螺经过补偿后的输出速率；为实际温度与校准温度之间的差值；为光纤陀螺未经补偿前的输出量；为光纤陀螺的标度因数；为光纤陀螺零偏。
[0014]根据本专利技术提供的一种光纤陀螺温度自补偿方法，S30步骤中，还包括：
[0015]建立光纤陀螺的标度因数与温度的关系，关系式为：其中，为光纤陀螺的初始标度因数；为光纤陀螺的标度因数的温度系数；
[0016]建立光纤陀螺零偏与温度的关系，关系式为：其中，为光纤陀螺零偏常值零值；
为光纤陀螺零偏的温度系数。
[0017]根据本专利技术提供的一种光纤陀螺温度自补偿方法，S40步骤中，光纤陀螺的多点温度误差补偿模型Y为：
……
其中，、、分别为流体传感单元对应采集的温度；
…
分别为流体传感单元对应多点温度误差补偿模型；（）为流体传感单元的设置个数；、、、、、、、、分别为各温度项的系数；为光纤陀螺对应温度点的温度变化率。
[0018]本专利技术还提供一种光纤陀螺，用以实现如上任一项所述的光纤陀螺温度自补偿方法，包括光纤环圈和光流控芯片，所述光流控芯片设置于所述光纤环圈上，所述光流控芯片包括微结构光纤，所述微结构光纤设有微孔通道，所述微孔通道设有多个填充位，多个所述填充位分别对应填充流体温敏材料，用以形成流体传感单元。
[0019]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述光纤陀螺温度自补偿方法的步骤。
[0020]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述光纤陀螺温度自补偿方法的步骤。
[0021]本专利技术实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本专利技术提供的光纤陀螺及其温度自补偿方法，包括如下步骤S10、基于光流空分复用原理，将流体温敏材料填充至微结构光纤的微孔通道内，制备具有多个流体传感单元的光流控芯片；S20、制备光纤环圈，并依据多点温度误差补偿原理将光流控芯片设置于光纤环圈上；S30、通过多个流体传感单元对应采集光纤环圈的温度点的温度数据，获得温度变化率；S40、建立光纤陀螺的多点温度误差补偿模型，获得温度误差补偿参数，通过基于空分复用原理，将多种流体温敏材料填充至微结构光纤内部不同微孔通道中或者同一微孔通道不同位置中，形成多个流体传感单元实现对光光纤环圈温度的实时、高灵敏度、准分布式测量，进而通过对多维数据的综合处理建立复杂温度环境下光纤陀螺多点温度误差补偿模
型，从而提高光纤陀螺的零偏稳定性，满足惯性导航系统高精本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤陀螺温度自补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：S10、基于光流空分复用原理，将流体温敏材料填充至微结构光纤的微孔通道内，制备具有多个流体传感单元的光流控芯片；S20、制备光纤环圈，并依据多点温度误差补偿原理将光流控芯片设置于光纤环圈上；S30、通过多个流体传感单元对应采集光纤环圈的温度点的温度数据，获得温度变化率；S40、建立光纤陀螺的多点温度误差补偿模型，获得温度误差补偿参数。2.根据权利要求1所述的光纤陀螺温度自补偿方法，其特征在于，S10步骤中，流体温敏材料包括折射率匹配液、酒精、丙酮、液晶、离子液体或偶氮苯材料。3.根据权利要求1所述的光纤陀螺温度自补偿方法，其特征在于，S10步骤中，通过在微孔通道内设置多个填充位，将流体温敏材料填充至填充位，形成多个流体传感单元。4.根据权利要求3所述的光纤陀螺温度自补偿方法，其特征在于，S10步骤中，任意两个填充位中填充不同的流体温敏材料。5.根据权利要求1所述的光纤陀螺温度自补偿方法，其特征在于，S10步骤中，还包括：将完成流体温敏材料填充后的微结构光纤的两端分别熔接保偏光纤。6.根据权利要求1所述的光纤陀螺温度自补偿方法，其特征在于，S20步骤中，具体包括：根据多点温度误差补偿原理，将光流控芯片设置于光纤环圈的外围，使多个流体传感单元沿光纤环圈的周向均匀分布。7.根据权利要求1所述的光纤陀螺温度自补偿方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁鹄，赵坤，颜苗，于杰，王彬，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：