[发明专利]一种可测得其在工作状态下的温度分布的光纤环及其绕制方法

说明书

本发明公开了一种可测得其在工作状态下的温度分布的光纤环及其绕制方法，光纤由保偏光纤和测温光纤两种构成，光纤环总层数为10*N+M，N和M为不小于1的整数，每10层为一个绕制单元，每个绕制单元结构相同，第10*N+1层到10*N+M层为由测温光纤绕制的保护层；每个绕制单元第一层和第六层为采用双极对称绕法绕制的测温光纤层，第二层至第五层及第七层至第十层均是采用四极对称绕法绕制的保偏光纤层，所有绕制单元的测温光纤层以及保护层由一根测温光纤绕制形成，所有绕制单元的保偏光纤层由一根保偏光纤绕制形成。由于在绕制时采用了保偏光纤和测温光纤，可以测得处于工作状态下的光纤陀螺中光纤环的温度分布情况，以便能够对光纤陀螺的温度场进行优化。

技术领域

本发明属于光纤陀螺技术领域，尤其涉及一种可测得其在工作状态下的温度分布的光纤环及其绕制方法。

背景技术

光纤陀螺仪因其具有全固态结构、动态范围宽、启动时间短、抗冲击能力强的特点，广泛应用于惯性导航、姿态控制、定位定向等航空、航天和国防工业等领域。

光纤陀螺主要由光纤环、光源、Y波导、探测器和耦合器五大器件组成，其中，光纤环通过绕制工装进行绕制，绕制工装采用常规的光纤环圈骨架结构，其一般呈工字环形，包括供光纤绕制的环面和分别设置在环面两侧的挡板，两侧挡板均可拆卸，如附图2所示，光源和光纤环受温度的影响较大，温度的轻微变化会使光源和光纤环的输出发生明显漂移。当前，光源普遍采用了恒温控制技术，使得光源的光功率、波长在全温范围内保持相对稳定，因此，光纤环受温度的影响便成了需迫切解决的问题。光纤环受温度的影响主要表现在两个方面，第一方面是光纤环自身对温度比较敏感，容易受温度变化影响，另一方面是光纤陀螺中其他光学、电子器件工作发热产生不均匀的温度场，这一不均匀温度场对光纤环造成的影响。为了解决光纤环自身对温度敏感的问题，通常在光纤环绕制时采用四极对称绕法，这样可以使得距离中点对称位置的光纤具有相同的温度、温度梯度，从而大大使得温度、温度梯度的影响大幅度抵消，降低了光纤环的温度敏感性。但由于光纤环绕制自动化程度低，主要依赖人为控制，因此，光纤环的四极对称程度受到了影响，导致光纤环的性能仍然受制于温度、温度梯度。另一方面，由于整个光纤陀螺的尺寸小，光学器件、电子器件间间隔小，以光源为代表的光学器件和电子芯片工作时产生的热量会使得光纤环的温度场不均匀，进而影响到光纤环的温度对称性，大大降低了光纤环的四极对称程度。

当前阶段，光纤环受温度的影响多是通过仿真进行评估的，由于光纤陀螺中影响光纤环温度的因素异常多，因此，仿真的结果与实际产品仍然存在明显的差距。随着光纤传感技术的进步，光纤分布式测试技术越来越成熟，基于布里渊散射技术的BOTDR分布式传感系统逐渐在光纤环的温度分布测试中得到应用，这种应用把光纤环的保偏光纤的尾纤与温度分布测试系统的光路直接连接，测试光纤环在不同温度下的温度分布情况，由于一般的光纤环仅由一根保偏光纤绕制，当把保偏光纤与温度分布测试系统连接起用于测温后，光纤陀螺本身的工作光路受到影响，导致该应用仅仅局限于静态测试或局部测试，并不能真正反映出光纤陀螺工作状态下光纤环的温度分布情况。对于光纤陀螺而言，外界温变只是一个方面，对光纤环温度分布影响更大的是组装后的光纤陀螺工作时温度场，光纤陀螺的温度场是处于工作状态下的各光学器件、电子器件发热及传热、散热与外界环境共同形成的，但现有光纤陀螺中的光纤环并不能测的其在工作状态时的的温度分布。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种可以测试光纤陀螺处于工作状态下时光纤环中的温度分布的光纤环及其绕制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：