[发明专利]有阻尼区的光纤传感器线圈

说明书

本发明涉及光纤陀螺仪。具体地讲，本发明是关于陀螺传感器线圈的设计，用以使Shupe效应导致的环境感生误差减到最小。

一个干涉光纤陀螺仪包括下列主要部件：(1)一个光源，(2)两个分束器(光纤定向耦合器和/或光集成丫型连接器)，以满足一个“最小可逆构成”的要求(S.Ezekie与M.J.Arditty，光纤旋转传感器，纽约，Springer-Verlag第2-26页，1982)，(3)一个光纤感应线圈，由定极化(PM)纤维或由低双折射(标准电子通讯)纤维制造，(4)一个偏振器(有时还加上一个或多个去偏振器)，(5)一个检测器。来自光源的光被环分束器分成在传感线圈内同向和反向传播的波。相关的电子装置测量出从线圈相对端头出现的这两种反向传播的干涉光束之间的相位关系。由于著名Sagnac效应，两光束经历的相移之差正比于仪器所固着平台的旋转率。

环境因素可以对所测量的反向传播光束之间的相移之差产生影响，从而引起一个系统误差。这些环境因素包括一些变量，比如温度、振动(声音的和机械的)、磁场等。光纤陀螺系统误差的一个重要来源在本技术领域被称作Shupe效应。随时间变化的环境扰动(热的，声的，振动的，等等)改变每个反向波在线圈中运行时所面临的光学光程，而作用于陀螺传感线圈，Shupe效应的系统误差会增加。在这两种波上感生的相移是不相等的，从而产生一个不期望的净相移，且该净相移不能与旋转感生的信号相区别。

减小Shupe系统误差的一个方法是使用各种对称线圈缠绕结构。在这种线圈中，线圈绕组要使线圈的几何中心位于最内层，而线圈的两个端头要位于最外层。

N.Frigo在“Sagnae干涉测量仪中非可逆线性源的补偿”一文中，建议使用特别的绕线模式以补偿Shupe非可逆效应。(光纤和激光传感器I，Proc.SPIE第412卷，第268页，1983)。此外，Bednarz在发明名称为“光纤传感线圈”的美国专利4,793,708中揭示了一种对称性光纤传感线圈，该线圈由双极或四极绕组构成。该专利所描述的线圈显示其效果优于传统螺旋型绕线。

Ivancevic在发明名称为“四极绕组光纤传感线圈及其制造方法”的美国专利4,856,900中，揭示了一种经改进的四极绕组线圈，这种线圈由于在连接层间使用同心绕制的匝壁以替代靠近端突缘的弹性纤维隔片，从而消除了由于隔片存在引起的纤维压缩和微弯曲。上述两个美国专利都归属于本发明的受转让人。

适当的线圈绕制技术可以减小非对称性环境因素造成的Shupe系统误差，但这些技术却没有讨论和解决陀螺仪输出中由于环境引起的误差的各种来源问题。

本发明是针对现有技术中上述和其它存在的缺点和问题而提出。首先，本发明提供用于光纤陀螺仪的一种传感器线圈。这种线圈包括一个第一光学纤维。该纤维设置成许多同心圆筒层。每一层包括许多匝，这些匝以预定缠绕模式绕制，以使所述第一光纤形成一个螺管形状，该形状由基本为同心圆筒状的内与外表面和由基本平行的环状的上与下端平面界定。线圈密封在封装材料内，并包括一个边界层。边界层与至少一个上述的表面结合，与封闭的线圈一起形成一个整体结构。

另一方面，本发明提供一种光纤陀螺仪，它包括一个光能源和一个检测器。还有将光能源的输出耦合到一个传感器线圈的装置，从而该输出变为在线圈内反向传播的一对光束。此外，还提供有将传感器线圈的输出耦合到检测器的装置。传感器线圈包括一个有响应元件的整体结构，该元件包括一个按预定模式缠绕，以形成很多匝层的第一光学纤维。一个第二元件覆盖并固定在所述响应元件的一个表面。该陀螺仪的设置使得光能源的输出与响应元件耦合，而响应元件的输出又与检测器耦合。

通过下面的详细描述，本发明的上述和其它的特征与优点将变得更加清楚。为配合说明，有一套附图。附图中的标号代表本发明的各个特征。在全文中，相同的标号代表相同的特征。

图1是本发明有传感器线圈的一个光纤陀仪；

图2是对shupe积分的贡献的分析结果图，贡献值是做为封闭传感器线圈内纤维位置的一个函数；

图3A和3B分别是本发明的一个陀螺传感器线圈的透视图，图3A在3B在3B-3B线处部分的剖面图；

图4是固定在一个突缘上的陀螺传感器线圈的透视图；

图5A和5B分别的图4所示陀螺传感器线圈上半部最后两层绕线每匝对shupe误差的贡献值的分析曲线，以及其下半部最后两层每匝对shupe误差的贡献值的分析结果曲线；

图6A到6E是本发明陀螺传感器线圈不同实施例的透视图和剖面图。