一种高精度光纤环圈成环温度性能在线检测及补偿方法与流程

本发明属于高精度光纤陀螺用高精度光纤环圈绕制生产技术领域，具体涉及一种高精度光纤环圈成环温度性能在线检测及补偿方法。

背景技术：

光纤陀螺作为新型的光学陀螺仪表，具有可靠性高、耐冲击振动、寿命长、启动速度快等优点，已被广泛的应用于多个军用及民用领域中。但当光纤陀螺工作环境的温度发生变化时，在光纤陀螺核心部件光纤环形传感器(简称：光纤环圈)中将产生热致非互异性相位噪声，即shupe误差。这种误差与光纤陀螺感知地球转速的sagnac效应无法区分，严重降低了光纤陀螺的实际探测精度。高精度光纤环圈成环难度大，绕制周期长，成本高。在绕制成环过程中，由于光纤的纤径误差，绕制应力误差，光纤排布误差等非理想因素的实际存在，均会对光纤环圈的温度性能产生极大影响。现有的光纤环圈温度性能检测都是在绕制成环、并固化后进行的，虽然能直观的对环圈温度性能进行测试，指导后续环圈绕制工艺改进，但属于成品检验范畴。如果能在绕制成环过程中进行实时的指标检测，及时指导环圈绕制，对温度性能进行在线补偿，便能大幅提高环圈成环效率，缩短研制周期，降低绕制成本。在线检测需对光纤环圈在绕制过程中进行加热操作，必须保证此项操作不会对光纤环圈的后期固化等工艺环节产生影响，因此还需针对采用灌胶方案的光纤环圈及采用带胶绕制方案的光纤环圈设计不同的加热方案进行试验。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种可大幅提升光纤环圈的温度性能、大幅提升光纤环圈成品率的高精度光纤环圈成环温度性能在线检测及补偿方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案为：

一种高精度光纤环圈成环温度性能在线检测及补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1、首先进行光纤环圈绕制，在光纤环圈绕制成环过程中，对绕制完成的一部分光纤环圈进行加热；针对采用灌胶绕制方案的光纤环圈采用接触式加热方式进行加热；采用带胶绕制方案的光纤环圈采用非接触式加热方式进行加热；

s2、然后利用光纤环圈温度误差检测系统对绕制过程中的光纤环圈温度性能进行检测，测得并记录光纤环圈的温度误差大小；

s3、根据测得的温度误差大小，确定重新绕制或在下一个绕制部分利用调整两侧光纤环圈绕制长度方法进行反向补偿操作。

进一步的：s1中：接触式加热方式通过加热带均匀包裹在光纤环圈外侧对其进行加热来实现；非接触式加热方式为在光纤环圈外侧放置由两个半圆型装置组成的非接触式光纤环圈加热装置对光纤环圈进行加热来实现。

进一步的：s2中，对温度性能检测点设定为：每绕制完成4层，进行一次在线温度性能检测。

进一步的：s3由两分步骤构成：

s31设定补偿依据：进行数据收集，建立补偿判据表，建表过程为：绕制相同层数，相同匝数的光纤环圈，每绕制4层进行一次在线加热及温度性能检测，收集全部数据后，取每一次测试中温度误差最小的4个值，用这4个值的中位数作为该次测试结果的参考值，将每次测试的参考值组成补偿参考值查询表；

s32实施反向补偿：在后续新环圈绕制时，对应查询表比较实际测量的温度误差与表中参考值，若测量值比参考值大30％及以上时，则需要在后面绕制的4层中对其进行补偿；若测量值达到参考值200％以上，则需退掉绕制完成的4层光纤，进行重新绕制。

更进一步的：s32按照以下七种情况进行补偿：

1)当测试实际值与参考值相比，符号相同，绝对值小于参考值的130％时，不需进行补偿；

2)当测试实际值与参考值相比，符号相同，参考值的130％≤实际测试值≤参考值的150％时，需在绕制下一个4层时，在绕制第二层及第三层时，各多绕制半匝光纤；

3)当测试实际值与参考值相比，符号相同，参考值的150％≤实际测试值＜参考值的200％时，需在绕制下一个4层时，在绕制第二层及第三层时，各多绕制一匝光纤；

4)当测试实际值与参考值相比，符号相反，其绝对值小于参考值的130％时，不需进行补偿；

5)当测试实际值与参考值相比，符号相反，参考值的130％≤实际测试值的绝对值≤参考值的150％时，需在绕制下个4层时，在绕制第一层及第四层时，各多绕制半匝光纤；

6)当测试实际值与参考值相比，符号相反，参考值的150％≤实际测试值的绝对值＜参考值的200％时，需在绕制下个4层时，在绕制第一层及第四层时，各多绕制一匝光纤；

7)当测试实际值与参考值相比，实测值的绝对值≥参考值200％时，需退掉绕制完成的4层，进行重新绕制。

本发明具有的优点和积极效果：

本发明首先在高精度光纤环圈绕制过程中分别针对采用灌胶方案的光纤环圈及采用带胶绕制方案的光纤环圈设计不同的加热方式对其进行加热，然后利用搭建的光纤环圈温度性能测试系统进行温度性能检测，如发现温度性能异常，则在后续的绕制过程中利用调整两侧光纤环圈绕制长度方法进行温度性能补偿。该方法区别与以往的光纤环圈整机温度性能测试，该方法实现了在绕制过程中对光纤环圈的温度性能进行检测与补偿，大幅提升了光纤环圈的温度性能，大幅提升了光纤环圈成品率。

附图说明

图1本发明光纤环圈成环过程示意图；

图2本发明对采用灌胶方案的光纤环圈进行接触式加热示意图；

图3本发明对采用带胶(uv胶)绕制的光纤环圈采用非接触式加热示意图；

图4本发明光纤环圈温度性能在线检测及补偿系统示意图。

具体实施方式

下面结合图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本发明提出一种光纤陀螺用高精度光纤环圈温度性能在线检测及补偿方法，该方法可大幅提升光纤环圈温度性能及成品率。

在光纤环圈中，一根较长的光纤100被绕制成为多层的线圈形式，其中每一层绕制完成的环圈由若干匝光纤构成。光纤环圈一般从这根光纤的中点开始进行绕制，而且该绕制过程是在专用的光纤环圈绕环机上完成的，其绕制成环过程示意图如图1所示。图1中光纤环圈被放置在绕环机的绕制工装2上，该段光纤从中点101开始进行绕制，左供纤盘1和右供纤盘3分别放置光纤环圈左右两侧长度相等的光纤。

首先，在光纤环圈绕制成环过程中，对绕制完成的一部分光纤环圈进行加热，由于不同厂家的光纤环圈可能采用灌胶方案或带胶绕制方案进行，因此需对上述两种施胶方案的光纤环圈分别进行设计，针对采用灌胶绕制方案的光纤环圈设计接触式加热方式进行加热，该方式有成本低，效率高，可实现度高的优势，其示意图如图2所示。图2中对于灌胶方案的光纤环圈，采用接触时加热，将加热带4均匀包裹在光纤环圈外侧对其进行加热，加热速率应保证每次进行加速时一致。

而对采用带胶绕制方案的光纤环圈，一旦采用上述接触式加热方法肯定会对光纤环圈绕制过程中所带胶进行破坏，因此需设计一种非接触式的加热方法，如图3所示。图3中对于带胶绕制的光纤环圈在环圈外侧放置由两个半圆型装置组成的非接触式光纤环圈加热装置5(比如非接触式加热带)对光纤环圈进行加热。该方法可以解决非接触加热的问题，但效率较低，成本高，另外此处只能对采用紫外固化胶水的光纤环圈进行检测，如采用热固化胶固化，建议采用灌胶方案并采用接触法进行环圈加热。

然后利用光纤环圈温度误差检测系统对绕制过程中的光纤环圈温度性能检测，该光纤环圈温度检测系统已经在多位作者的多篇文章中提到(例如《光纤陀螺温度误差及其抑制方法研究》，硕士毕业论文，王玥泽，天津大学，2012)，已经不属于创新点，此处不做过多累述。结合高精度光纤环圈多极化绕制工艺(四极绕制、八极绕制及十六极绕制等)。对温度性能检测点设置进行规定如下：每绕制完成4层，可进行一次在线温度性能检测，每次检测后记录其温度误差大小，然后再下一个绕制的4层中对其进行反向补偿操作。整个光纤环圈温度性能在线检测及补偿系统示意图如图4所示。

此处对需补偿的判据做如下规定：首先进行数据收集，由于各单位绕制环圈应力值、及光纤排布方案存在较大差异，因此需各绕制单位建立自己的补偿判据表。建表过程如下：绕制相同层数，相同匝数的光纤环圈，每绕制4层进行一次在线加热及温度性能检测，收集全部数据后，取每一次测试中温度误差最小的4个值，用这4个值的中位数作为该次测试结果的参考值。将每次测试的参考值组成补偿参考值查询表。

后续新环圈绕制时，对应查询表比较实际测量的温度误差与表中参考值，如测量值比参考值大30％及以上时，则需要在后面绕制的4层中对其进行补偿。如测量值达到参考值200％以上，则需退掉绕制完成的4层光纤，进行重新绕制。

此处对补偿方法进行规定如下：

1)当测试实际值与参考值相比，符号相同，绝对值小于参考值的130％时，不需进行补偿；

2)当测试实际值与参考值相比，符号相同，参考值的130％≤实际测试值≤参考值的150％时，需在绕制下一个4层时，在绕制第二层及第三层时，各多绕制半匝光纤；

3)当测试实际值与参考值相比，符号相同，参考值的150％≤实际测试值＜参考值的200％时，需在绕制下一个4层时，在绕制第二层及第三层时，各多绕制一匝光纤：

4)当测试实际值与参考值相比，符号相反，其绝对值小于参考值的130％时，不需进行补偿。

5)当测试实际值与参考值相比，符号相反，参考值的130％≤实际测试值的绝对值≤参考值的150％时，需在绕制下个4层时，在绕制第一层及第四层时，各多绕制半匝光纤；

6)当测试实际值与参考值相比，符号相反，参考值的150％≤实际测试值的绝对值＜参考值的200％时，需在绕制下个4层时，在绕制第一层及第四层时，各多绕制一匝光纤；

7)当测试实际值与参考值相比，实测值的绝对值≥参考值200％时，需退掉绕制完成的4层，进行重新绕制。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和图所公开的内容。