本發(fā)明涉及光纖陀螺用光纖環(huán)領(lǐng)域，具體涉及一種減小光纖陀螺偏振誤差的光纖環(huán)骨架及其繞制光纖環(huán)圈的方法。

背景技術(shù)：

光纖陀螺的偏振誤差抑制是光纖陀螺研制中的關(guān)鍵技術(shù)之一。最初的光纖陀螺采用單模光纖繞制光纖線圈，由于單模光纖的纖芯橢圓度及彎曲、扭曲、繞制時產(chǎn)生的應(yīng)力等產(chǎn)生線性雙折射，使得單模光纖線圈無法保持輸入光波的線偏振狀態(tài)，返回到干涉點(diǎn)時，光波的偏振態(tài)不確定，進(jìn)而引起光纖陀螺的輸出信號衰落，甚至失去陀螺效應(yīng)。為此，一般采用全保偏光纖繞制光纖陀螺，以避免信號衰落，降低偏振誤差。值得注意的是，即使采用保偏光路，光路中仍存在偏振交叉耦合點(diǎn)，主波的部分能量耦合至正交偏振態(tài)，產(chǎn)生交叉耦合光波。由于兩個正交線偏振的折射率不同，交叉耦合光波之間的干涉相位差與主波之間的干涉相位差不同，同時，交叉耦合光波返回到主波偏振時可能和主波干涉。因此，提高保偏光纖和光纖線圈的繞制性能是抑制偏振誤差的主要方法。在光纖環(huán)繞制中，目前普遍采用四極對稱繞法，這種繞制方法雖然在一定程度上能改善光纖環(huán)溫度瞬態(tài)特性，但因?yàn)檫@種繞制方法具有螺旋結(jié)構(gòu)，每層光纖與光纖環(huán)主軸存在一定角度，且相鄰層間其角度方向相反，破壞了光纖環(huán)圈的對稱性。隨著光纖環(huán)層數(shù)的增加，光纖所承受的應(yīng)力也就越大，引起偏振交叉耦合，造成強(qiáng)度型偏振誤差，影響光纖陀螺角度傳感的測量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有光纖環(huán)繞制存在的上述不足，提供了一種減小光纖陀螺偏振誤差的光纖環(huán)骨架及其繞制光纖環(huán)圈的方法，使繞制的光纖環(huán)圈具有更好的對稱性，減小偏振誤差，同時減小了非互易性對光纖環(huán)圈溫度性能的影響。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種減小光纖陀螺偏振誤差的光纖環(huán)骨架，包括絕緣的骨架本體，所述骨架本體的側(cè)壁內(nèi)側(cè)沿徑向設(shè)有一對凹凸相反的定位槽，定位槽為角度8°～12°的扇形區(qū)域，定位槽的深度與光纖直徑相同；所述骨架本體的側(cè)壁設(shè)有出纖槽，出纖槽的寬度與光纖直徑相同。

按上述方案，所述骨架本體為不銹鋼或鋁合金等金屬材質(zhì)，骨架本體繞纖軸部分進(jìn)行噴砂處理(保證表面的粗糙度)。

按上述方案，所述骨架本體中心處設(shè)有裝配孔(裝配孔用于同其他部件固定，方便光纖環(huán)圈的繞制與固化)。

本發(fā)明還提供了一種利用上述光纖環(huán)骨架繞制光纖環(huán)圈的方法，包括如下步驟：

1)計算所需光纖長度，準(zhǔn)備足夠長度的光纖并留足尾纖，在光纖上依照光纖長度作出兩個端點(diǎn)及其中點(diǎn)的標(biāo)記，三處標(biāo)記分別為右段光纖終點(diǎn)、左段光纖終點(diǎn)和左右光纖對稱中點(diǎn)；

2)準(zhǔn)備約繞制2層所需光纖，將光纖起點(diǎn)固定于光纖環(huán)骨架本體的側(cè)壁內(nèi)側(cè)的定位槽起點(diǎn)，按正交繞法繞制打底層，即：保證每匝光纖在0°～(10±2)°區(qū)域(扇形區(qū)域)與骨架本體中軸線存在一定角度，其余區(qū)域完全與骨架本體中軸線正交，直至骨架本體最左側(cè)，當(dāng)一層底層排纖結(jié)束后，用固化膠迅速固定；

3)將光纖以垂直于骨架本體中軸線的方式緊貼骨架本體右壁內(nèi)側(cè)，并使光纖的左右光纖對稱中點(diǎn)對準(zhǔn)骨架本體的側(cè)壁內(nèi)側(cè)內(nèi)壁的定位槽起點(diǎn)，按正交繞法繞制光纖，直至右段光纖和左段光纖分別繞至右段光纖終點(diǎn)和左段光纖終點(diǎn)；

4)將右段光纖和左段光纖的尾纖從出纖槽中引出并固定在骨架本體上；

5)將步驟4)繞制好的光纖環(huán)圈進(jìn)行后期固化處理。

按上述方案，所述步驟3)中，從骨架本體左側(cè)沿骨架本體中軸線向右側(cè)看，按正交繞法繞制光纖的具體過程為：

3.1)光纖的左右光纖對稱中點(diǎn)對準(zhǔn)骨架本體的側(cè)壁內(nèi)側(cè)的定位槽起點(diǎn)，將左段光纖以垂直于骨架本體中軸線的方式按逆時針方向繞制第一層，保證每匝光纖在0°～(10±2)°區(qū)域(扇形區(qū)域)與骨架本體中軸線存在一定角度，其余區(qū)域完全與骨架本體中軸線正交，直至骨架本體最左側(cè)固化；

3.2)將右段光纖以垂直于骨架本體中軸線的方式按順時針方向繞制第二層，保證每匝光纖位于第一層相鄰光纖形成的光纖槽內(nèi)，直至骨架本體左側(cè)、距離骨架本體側(cè)壁等于半根光纖直徑長度的地方；

3.3)將右段光纖以垂直于骨架本體中軸線的方式按順時針方向繞制第三層，保證每匝光纖位于第二層相鄰光纖形成的光纖槽內(nèi)，直至骨架本體最右側(cè)；

3.4)將左段光纖按逆時針方向沿骨架本體側(cè)壁繞至第三層上方，保證每匝光纖位于第三層相鄰光纖形成的光纖槽內(nèi)，直至骨架本體右側(cè)、距離骨架本體側(cè)壁等于半根光纖直徑長度的地方；

3.5)重復(fù)上述步驟3.1)至3.4)，直至繞制了4N層光纖，且右段光纖和左段光纖分別繞至右段光纖終點(diǎn)和左段光纖終點(diǎn)；4N層光纖的奇數(shù)層匝數(shù)比偶數(shù)層匝數(shù)多一匝；所述N為不小于1的整數(shù)。

按上述方案，所述步驟3)中，每繞制一層光纖均涂上固化膠，固化膠用于光纖與光纖、光纖與骨架本體之間的固定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

1、骨架本體側(cè)壁內(nèi)側(cè)沿徑向設(shè)有一對凹凸相反的角度為(10±2)°、深度為光纖直徑的扇形定位槽，保證每匝光纖在0°～(10±2)°扇形區(qū)域與骨架本體中軸線存在一定角度，其余區(qū)域完全正交與骨架本體中軸線，實(shí)現(xiàn)正交繞法，光纖交叉的區(qū)域就由原來的滿匝減小到約為每匝的1/36，有效減小了偏振交叉耦合，降低偏振誤差；

2、扇形定位槽有利于光纖在繞制過程中的定位，使得光纖環(huán)變匝區(qū)位于同一水平線上，對稱性更好，減小了非互易性對光纖環(huán)圈溫度性能的影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明光纖環(huán)圈骨架一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1光纖環(huán)圈骨架的正交區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為光纖環(huán)圈骨架的側(cè)視圖；

圖4為利用圖1骨架繞制的光纖環(huán)圈的成品截面圖；

圖5為正交繞法示意圖；

圖中：1-骨架本體，2-側(cè)壁，3-定位槽，4-出纖槽，5-裝配孔。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

如圖1～圖3所示，本發(fā)明提供的減小光纖陀螺偏振誤差的光纖環(huán)骨架，包括絕緣的骨架本體1，骨架本體1的側(cè)壁2內(nèi)側(cè)沿徑向設(shè)有一對凹凸相反的定位槽3，定位槽3為角度10°的扇形區(qū)域，定位槽3的深度與光纖直徑相同；骨架本體1的左側(cè)側(cè)壁2設(shè)有出纖槽4，出纖槽4的寬度與光纖直徑相同。

為了方便光纖環(huán)圈的繞制與固化，在骨架本體1中心處設(shè)有裝配孔5，可用于同其他部件固定。為使骨架與光纖有很好的溫度匹配性能，采用光纖打底工藝，將光纖環(huán)圈與骨架隔離開來。

本發(fā)明光纖環(huán)骨架繞制光纖環(huán)圈的方法，包括如下步驟：

1)計算所需光纖長度，準(zhǔn)備足夠長度的光纖并留足尾纖，在光纖上依照光纖長度作出兩個端點(diǎn)及其中點(diǎn)的標(biāo)記，三處標(biāo)記分別為右段光纖終點(diǎn)、左段光纖終點(diǎn)和左右光纖對稱中點(diǎn)；

2)準(zhǔn)備約繞制2層所需光纖，將光纖起點(diǎn)固定于光纖環(huán)骨架本體1的側(cè)壁2內(nèi)側(cè)的定位槽3起點(diǎn)，按正交繞法繞制打底層，即：保證每匝光纖在0～10°區(qū)域(扇形區(qū)域)與骨架本體1中軸線存在一定角度，其余區(qū)域完全正交于骨架本體1中軸線，直至骨架本體1最左側(cè)，當(dāng)一層底層排纖結(jié)束后，用固化膠迅速固定；

3)將光纖以垂直于骨架本體1中軸線的方式緊貼骨架本體1右壁內(nèi)側(cè)，并使光纖的左右光纖對稱中點(diǎn)對準(zhǔn)骨架本體1內(nèi)壁的定位槽3起點(diǎn)，按正交繞法繞制光纖，如圖5所示，從骨架本體1左側(cè)沿骨架本體1中軸線向右側(cè)看，按正交繞法繞制光纖的具體過程為：3.1)光纖的左右光纖對稱中點(diǎn)對準(zhǔn)骨架本體1的側(cè)壁2內(nèi)側(cè)的定位槽3起點(diǎn)，將左段光纖以垂直于骨架本體1中軸線的方式按逆時針方向繞制第一層，保證每匝光纖0～10°區(qū)域(扇形區(qū)域)與骨架本體1中軸線存在一定角度，其余區(qū)域完全與骨架本體1中軸線正交，直至骨架本體1左側(cè)；3.2)將右段光纖以垂直于骨架本體1中軸線的方式按順時針方向繞制第二層，保證每匝光纖位于第一層相鄰光纖形成的光纖槽內(nèi)，直至骨架本體1左側(cè)、距離骨架本體1側(cè)壁等于半根光纖直徑長度的地方；3.3)將右段光纖以垂直于骨架本體1中軸線的方式按順時針方向繞制第三層，保證每匝光纖位于第二層相鄰光纖形成的光纖槽內(nèi)，直至骨架本體1最右側(cè)；3.4)將左段光纖按逆時針方向沿骨架本體1側(cè)壁繞至第三層上方，保證每匝光纖位于第三層相鄰光纖形成的光纖槽內(nèi)，直至骨架本體1右側(cè)、距離骨架本體1側(cè)壁等于半根光纖直徑長度的地方；3.5)重復(fù)上述步驟3.1)至3.4)，直至繞制了4N層光纖，且右段光纖和左段光纖分別繞至右段光纖終點(diǎn)和左段光纖終點(diǎn)；4N層光纖的奇數(shù)層匝數(shù)比偶數(shù)層匝數(shù)多一匝；N為不小于1的整數(shù)；在該步驟中，依照常規(guī)操作，每繞制一層光纖均涂上固化膠，固化膠用于光纖與光纖、光纖與骨架之間的固定；

4)將右段光纖和左段光纖的尾纖從出纖槽4中引出并固定在骨架本體1上；

5)將步驟4)繞制好的光纖環(huán)圈進(jìn)行后期固化處理，光纖環(huán)圈的成品截面如圖4所示。

本發(fā)明的核心在于光纖環(huán)圈骨架的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得采用正交繞法繞制的光纖環(huán)圈減小了光纖交叉區(qū)域，有效降低偏振誤差；另外，扇形定位槽有利于光纖在繞制過程中的定位，使其具有更好的對稱性，減小了非互易性對光纖環(huán)圈溫度性能的影響。

本發(fā)明并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的更改和變型，而所有這些相應(yīng)的更改和變型都屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。