專利名稱：平行四邊形截面的光纖陀螺線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖陀螺線圈，尤其是涉及一種平行四邊形截面的光纖陀螺線圈。
背景技術(shù)：
干涉式光纖陀螺儀為基于薩格奈克(Sagnac)效應(yīng)的一種旋轉(zhuǎn)角速率傳感器， 其最小互易性結(jié)構(gòu)包括以下幾部分 一個光源， 一個探測器， 一個光纖定向耦 合器， 一個偏振器(有時包括一個或多個消偏器)， 一個集成光學(xué)Y波導(dǎo)， 一個 由保偏光纖或標(biāo)準(zhǔn)電信單模光纖繞制成的光纖傳感線圈。光源發(fā)出的光經(jīng)過耦 合器，由Y波導(dǎo)分成沿線圈正反兩方向傳輸?shù)墓?，?jīng)過線圈后兩束光由Y波導(dǎo) 耦合并經(jīng)過耦合器在探測器的接收端形成干涉。線圈旋轉(zhuǎn)時，兩束光經(jīng)歷的光 程不同，探測器接收到的干涉光強(qiáng)隨之變化，由此檢測與線圈固定平臺的旋轉(zhuǎn) 角速率。
光纖陀螺具有高可靠、長壽命、快速啟動、大動態(tài)范圍等一系列優(yōu)點。光
纖陀螺的全固態(tài)結(jié)構(gòu)，使其比以前采用的機(jī)械轉(zhuǎn)子或氣體環(huán)形激光器的方案具
有更重要的優(yōu)勢。但是，環(huán)境因素仍然可以通過改變光纖線圈中正反兩束光的
相位差來影響光纖陀螺的輸出。當(dāng)這些環(huán)境因素隨時間變化且在整段光纖中不
對稱分布時，沿光纖正反兩方向傳輸?shù)墓鈱⒔?jīng)歷不同的相位，產(chǎn)生與線圈旋轉(zhuǎn)
無關(guān)的相移，這個相移與旋轉(zhuǎn)引起的薩格奈克相移無法區(qū)分從而造成系統(tǒng)誤差。
環(huán)境溫度變化時，除在光纖中存在時變非對稱溫度場外，光纖陀螺線圈與骨架
之間的熱膨脹性能不匹配將導(dǎo)致光纖中存在附加熱應(yīng)力，并且這種附加熱應(yīng)力
同樣時變非對稱，從而造成光纖陀螺的溫度敏感性。光纖陀螺的溫度敏感性已 成為制約其廣泛應(yīng)用的主要因素。
現(xiàn)有的普遍應(yīng)用的降低光纖陀螺溫度敏感性的方法為在矩形截面光纖線圈 的基礎(chǔ)上使用各種為增強(qiáng)互易性的對稱繞法使光纖中溫度場及附加熱應(yīng)力分布 盡量對稱。例如使用四極子繞法繞制的光纖陀螺線圈已顯示出比原有螺線形繞 法更優(yōu)良的溫度特性，但是仍不能完全消除環(huán)境溫度變化引起的誤差。
如圖1所示為現(xiàn)有的截面為矩形，且截面上相鄰光纖截面中心成正方形排 列的光纖陀螺線圈截面局部放大圖。 一根連續(xù)的光纖11使用四極子繞法繞制成 線圈IO，光纖ll的相鄰光纖截面中心成正方形排列，線圈10相鄰?fù)獗砻?例如線圈下表面12與線圈內(nèi)表面13)互相垂直。相鄰光纖正方形排列使得線圈 10中靠近骨架14處的對稱段光纖(例如第3層最下圈光纖15、第4層最下圈 光纖16)與骨架14之間的間隙相同，從而避免了換層處對稱段光纖的顯著應(yīng)力 差異帶來的四極子繞法優(yōu)勢的削弱。但是當(dāng)環(huán)境溫度變化時，光纖ll繞制成的 線圈10與骨架14之間由于熱膨脹性能不匹配將導(dǎo)致在線圈10中產(chǎn)生附加熱應(yīng) 力。在此熱應(yīng)力的驅(qū)動下，光纖的位移趨勢方向為線圈軸向17與線圈徑向18， 在此方向上與光纖接觸的為相鄰光纖或骨架，從而導(dǎo)致光纖之間或光纖與骨架 之間相互擠壓產(chǎn)生顯著應(yīng)力。實際繞制過程不可避免地引入的微小四極子非理 想因素將與此顯著應(yīng)力結(jié)合產(chǎn)生顯著非互易效應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致光纖陀螺的溫度依 賴輸出誤差。
圖2為現(xiàn)有的截面為矩形，且截面上相鄰光纖截面中心成等邊三角形排列 的光纖陀螺線圈截面局部放大圖。與圖1不同的是，線圈20中光纖21的相鄰 光纖截面中心成等邊三角形排列。這種光纖排列方式使得環(huán)境溫度變化時，光 纖在附加熱應(yīng)力的驅(qū)動下產(chǎn)生的位移趨勢方向之一——線圈徑向28上存在光纖 間隙22，從而減小了光纖之間或光纖與骨架之間相互擠壓產(chǎn)生的顯著應(yīng)力。但 是線圈20中靠近骨架24處的對稱段光纖(例如第1層最下圈光纖25、第2層 最下圈光纖26)由于與骨架24之間的間隙不同，將存在顯著應(yīng)力差異，這種差 異將明顯削弱四極子繞法帶來的優(yōu)異性能。
總之，為減小環(huán)境溫度對光纖陀螺的影響，己有大量對光纖線圈的改進(jìn)繞 制方法存在，但這些方法都建立在截面為矩形的線圈形狀的基礎(chǔ)上，不可避免 地受到實際繞制過程中產(chǎn)生的非理想因素的嚴(yán)重影響，不能充分發(fā)揮四極子及 其他改進(jìn)繞法的優(yōu)勢。所以，除繞制方法外，仔細(xì)設(shè)計光纖陀螺的線圈形狀及 其中光纖排布方式是提高光纖陀螺溫度性能的有效手段。

發(fā)明內(nèi)容
針對背景技術(shù)中光纖陀螺線圈形狀不能充分發(fā)揮四極子及其他改進(jìn)繞法優(yōu) 勢的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種平行四邊形截面的光纖陀螺線圈，以解 決背景技術(shù)中線圈中時變非對稱熱應(yīng)力引起的非互易問題，提高光纖陀螺的溫 度性能。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
本發(fā)明的光纖陀螺線圈由四極子繞法繞制而成的多個等頂角同軸線圓錐面 狀的光纖層組成；每層光纖所在圓錐面頂角為60度；每層光纖最上圈與最下圈 光纖所在平面與所述圓錐面軸線垂直；線圈截面中相鄰光纖截面中心成等邊三
4角形排列。
本發(fā)明具有的有益效果是-
(1) 線圈截面中相鄰光纖截面中心成等邊三角形排列，使得擠壓產(chǎn)生應(yīng)力顯 著減小。
(2) 線圈截面成銳角為60度的平行四邊形，減小了線圈中靠近骨架處的對稱 段光纖的顯著應(yīng)力差異。
(3) 線圈形狀可有效提高光纖陀螺線圈的溫度性能。


圖1是現(xiàn)有的截面為矩形，截面上相鄰光纖截面中心成正方形排列的光纖 陀螺線圈截面局部放大圖。
圖2是現(xiàn)有的截面為矩形，截面上相鄰光纖截面中心成等邊三角形排列的 光纖陀螺線圈截面局部放大圖。
圖3是本發(fā)明提出的截面為平行四邊形，截面上相鄰光纖截面中心成等邊 三角形排列的光纖陀螺線圈截面圖。
圖4是圖3靠近骨架部分的局部放大圖。
圖中10、線圈，11、光纖，12、線圈下表面，13、線圈內(nèi)表面，14、骨 架，15、第3層最下圈光纖，16、第4層最下圈光纖，17、線圈軸向，18、線 圈徑向，20、線圈，21、光纖，22、光纖間隙，24、骨架，25、第1層最下圈 光纖，26、第2層最下圈光纖，28、線圈徑向，30、線圈，31、光纖，32、骨 架，33、線圈截面最內(nèi)邊線，34、線圈截面最外邊線，35、線圈截面最上邊線， 36、線圈截面最下邊線，37、光纖某段，38、光纖間隙，39、光纖層所處圓錐 面軸線，40、線圈下表面垂線方向，41、線圈內(nèi)表面垂線方向，42、第3層最 下圈光纖，43、第4層最下圈光纖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖3所示，是本發(fā)明提出的截面為平行四邊形，截面上相鄰光纖截面中 心成等邊三角形排列的光纖陀螺線圈截面圖，圖4是圖3靠近骨架部分的局部 放大圖。線圈30由一根連續(xù)的光纖31使用四極子繞法繞制而成，線圈30截面 上相鄰光纖截面中心成等邊三角形排列。線圈30由多個等頂角同軸線圓錐面狀 的光纖層組成，截面成平行四邊形，線圈截面最內(nèi)邊線33和線圈截面最外邊線 34與光纖層所處圓錐面軸線39夾角為30度；線圈截面最上邊線35與線圈截面 最下邊線36與光纖層所處圓錐面軸線39垂直。與圖2所示線圈原理相似，等
5邊三角形排列的光纖減小了環(huán)境溫度變化時光纖之間或光纖與骨架之間相互擠
壓產(chǎn)生的顯著應(yīng)力。以光纖某段37為例，環(huán)境溫度變化時在附加熱應(yīng)力的驅(qū)動 下產(chǎn)生的位移趨勢方向為線圈下表面垂線方向40與線圈內(nèi)表面垂線方向41，在 此方向上與被研究的光纖某段37相鄰的都為光纖間隙38，從而有效減小了光纖 中由于擠壓產(chǎn)生的顯著應(yīng)力。同時，圖示線圈形狀使得該線圈靠近骨架32處的 對稱段光纖(例如第3層最下圈光纖42、第4層最下圈光纖43)與骨架32之 間的間隙相同，將不存在圖2線圈中的顯著應(yīng)力差異，從而保留了四極子繞法 或其他改進(jìn)繞法帶來的優(yōu)異性能。并且相對于傳統(tǒng)的柱形表面配合，骨架32的 錐形表面與線圈30的錐形表面配合將更容易確保線圈30的主軸與骨架32的主 軸重合。
由此可見，本發(fā)明將線圈截面中相鄰光纖截面中心排列為等邊三角形，顯 著減小了環(huán)境溫度變化時相互擠壓產(chǎn)生的附加應(yīng)力；將線圈截面設(shè)計為銳角60 度的平行四邊形，有效減小了處于線圈表面的對稱段光纖與骨架之間不同間隙 產(chǎn)生的應(yīng)力差異，線圈形狀可有效提高光纖陀螺線圈的溫度性能。
權(quán)利要求
1、一種平行四邊形截面的光纖陀螺線圈，其特征在于光纖陀螺線圈由四極子繞法繞制而成的多個等頂角同軸線圓錐面狀的光纖層組成；每層光纖所在圓錐面頂角為60度；每層光纖最上圈與最下圈光纖所在平面與所述圓錐面軸線垂直；線圈截面中相鄰光纖截面中心成等邊三角形排列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平行四邊形截面的光纖陀螺線圈。光纖陀螺線圈由四極子繞法繞制而成的多個等頂角同軸線圓錐面狀的光纖層組成；每層光纖所在圓錐面頂角為60度；每層光纖最上圈與最下圈光纖所在平面與所述圓錐面軸線垂直；線圈截面中相鄰光纖截面中心成等邊三角形排列。本發(fā)明線圈截面中相鄰光纖截面中心成等邊三角形排列，使得擠壓產(chǎn)生應(yīng)力顯著減??；線圈截面成銳角為60度的平行四邊形，減小了線圈中靠近骨架處的對稱段光纖的顯著應(yīng)力差異；線圈形狀可有效提高光纖陀螺線圈的溫度性能。
文檔編號G01C19/72GK101539427SQ20091009595
公開日2009年9月23日 申請日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者承 劉, 瑞 劉, 張彩妮, 舒曉武 申請人:浙江大學(xué)