[发明专利]一种减小光纤陀螺温度灵敏度的方法

说明书

本发明公布了一种减小光纤陀螺温度灵敏度的方法，当温度变化时，光纤环的几何尺寸及内部应力会发生变化，进而影响光纤陀螺的零偏、标度因数等参数，表现为光纤陀螺的温度灵敏度。本发明提出，可以制备主材质为二氧化硅的石英环体来代替传统的光纤环，石英环体只保留纤芯和包层构成的光波导部分；同时选用二氧化硅材料代替铝合金制作成固定光纤环用的石英碗。光纤环体与石英碗的主材质都是二氧化硅，热力学性质稳定；光纤陀螺的闭合光路面积几乎不随温度变化，减小了光纤陀螺的温度灵敏度。本发明对于减小光纤陀螺的温度灵敏度有重要意义。

技术领域

本发明属于光纤传感和惯性导航技术领域，具体涉及一种减小光纤陀螺温度灵敏度的方法。

背景技术

光纤陀螺通过检测正反两路相干光在闭合光路中的萨格奈克相移来测量惯性角速度，萨格奈克相移与闭合光路的等效面积成正比。光纤陀螺闭合光路的主体部分是光纤环。光纤环的制备方法是先用绕环机将光纤密排缠绕成环形，再向光纤间的空隙内填充绕环胶，待绕环胶固化后得到光纤环。固化成型后的光纤环一般粘接固定在铝合金材质的金属碗中以供陀螺装配使用。

光纤陀螺使用的光纤由纤芯、包层和涂覆层构成(图1)。光纤多以石英玻璃为基质，纤芯中掺杂锗等元素以提高折射率，是传导光功率的核心部分。包层为紧贴纤芯的材料层，主要成分也是二氧化硅，其中掺杂微量硼和氟等元素，以降低包层的折射率。纤芯和包层的组合形成波导结构。涂覆层材料一般为丙烯酸酯或硅酮，起到提高光纤强度和保护光纤的作用。绕环胶的主要成分一般为丙烯酸酯，用来填充光纤环内部的空隙，并起到固化光纤环的作用。金属碗是固定光纤环的结构件，对光纤环起到保护和固定作用。

由于二氧化硅、丙烯酸酯、铝合金这几种材料的热膨胀系数差异较大(表1)，当环境温度发生变化时，不同材料的形变量不同，光纤与绕环胶之间、光纤环与金属碗之间互相拉扯，一方面在光纤内产生较大的应力，另一方面使得光纤闭合光路的等效面积发生变化。这就使光纤陀螺的零偏和标度因数等性能参数随着温度不同而发生变化，表现为陀螺的温度敏感性，需要加以消除。

表1：

序号	材料	热膨胀系数(ppm/℃)
1纤芯和包层	二氧化硅	0.5
2绕环胶和涂覆层	丙烯酸酯	85
3光纤碗	铝合金	23

发明内容

本发明方案所解决的技术问题：减小光纤陀螺温度灵敏度，提供一种减小光纤陀螺温度灵敏度的方法，包括光纤环的制备，以及光纤碗制备：

(1)如何制备温度灵敏度低的光纤环。