[发明专利]一种适合小型化闭环光纤陀螺光纤传感环圈的设计方法

摘要

本发明属于光纤传感环圈技术领域，具体涉及一种适合小型化闭环光纤陀螺用的光纤传感环圈的设计方法。本发明通过优化光纤环圈设计，采纳光纤交叉缠绕方式，实现每层内不同供纤轮提供光纤的分布，同时，不同层之间实行不同的垫纸，在不满足四级对称的条件下减小非互易性相位误差。通过该方法设计的小型化光纤传感环圈，与传统四级绕制成的小型化光纤传感环圈相比，可以更好的满足小型化闭环光纤陀螺的应用，而且更为实用、简单。

主权项

一种适合小型化闭环光纤陀螺用的光纤传感环圈的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)环圈光纤参数设计此步骤中环圈光纤参数包括选择光纤长度L、环圈平均直径尺寸D，选择的理论依据为散粒噪声与附加强度噪声共同决定陀螺精度；散粒噪声对应的陀螺精度附加强度噪声对应的陀螺精度散粒噪声和附加噪声综合对应的陀螺精度式中，λ表示光纤波长，c表示光速，e表示电子电荷电量，B表示噪声测量的带宽，RD表示光电探测器的转换频率，φb表示陀螺的偏置相位，P表示到达探测器的光功率；将式(1)、式(2)与(3)化简为式(4)与式(5)，以进行曲线拟合；Y=K·B1/2LD(c1P+c2)---(4)]]>Y＝f(LD)       (5)式中，比例系数常数常数根据式(4)与式(5)将陀螺精度与光纤长度L、环圈直径D之间的关系拟合成曲线，再在满足环圈平均直径尺寸D≥2Rc的约束条件下选取环圈直径D值，Rc表示根据光纤性质确定的弯曲损耗限制的最小弯曲半径；然后确定光纤长度L；(2)环圈骨架结构体设计此步骤是对结构体参数的选择，包括环圈内径d0、环圈外径d1与环圈高度h；其中，结构体参数根据式(6)选择；式(6)中，d单为单模光纤外径，d偏为保偏光纤外径，M、N均为整数，M表示环圈传感层中每层的保偏光纤匝数，N表示环圈传感层中的保偏光纤层数；(3)环圈缓冲层设计先在光纤外围垫两层棉纸，然后分左右两轮，按照两级对称的缠绕方法从环圈边沿位置缠绕两层单模光纤，缠绕结束后垫两层棉纸；当温度变化造成环圈结构发生热胀冷缩时通过缓冲层防止环圈受挤压；(4)环圈传感层设计环圈传感层在环圈缓冲层外围，由保偏光纤完成，间隔垫纸，垫一层；分前后两轮，由保偏光纤完成，从环圈骨架中间位置开始，保偏光纤之间互相交叉且平均分布，共缠绕N层，每缠绕两层后垫一层棉纸；缠绕结束后垫两层棉纸；(5)环圈保护层设计环圈保护层，由两层单模光纤完成，分左右两轮，按照与环圈缓冲层相反的两级对称缠绕方法从环圈边沿位置缠绕两层单模光纤，缠绕结束后垫两层棉纸。