专利名称：一种利用补偿技术改善光纤环质量的方法
技术领域：
本发明属于光学测量、光纤传感技术领域；特别涉及利用动态检测和光纤补偿技术，检测和补偿角度变化光纤传感器(又称光纤陀螺)所使用的光纤环，从而实现提高光纤环质量方法。
背景技术：
光纤环是光纤角度传感器(又称光纤陀螺)的核心部件，它的缠绕质量好坏直接决定光纤陀螺的精度。目前，传统的光纤环检测方法，例如凭借消光比或光时域反射技术 (OTDR)来评判保偏光纤环的优劣，不能完全和精确地反映出光纤环的缠绕质量，从而也就无法对提高光纤环质量提出准确的工艺改造数据，具有局限性。光纤陀螺(Fiber Optic Gyro, FOG)的原理是基于&ignac效应，也即当环形干涉仪旋转时，产生一个正比于旋转速率的相位差。一束光进入光纤环的闭合光路中，被分成两束在同一光路中沿闭合光路相向传播，当光路不发生旋转的时候，两束光会同时回到光的初始注入点，这种情况下，光路的特性称之为是具有互易性(光从两个方向入射的效果是相同的)。在光路发生转动的时候，与旋转同向传播的光会比反向传播的光所经历的路程要长(这个时候的光路被称之为具有非互易性)。从而产生了与转动角速度成正比的光程差。这个光程差可以通过干涉法测量来确定，这种光路中的相位变化可通过光电探测器将干涉光信号转变成电压信号输出来检测。由于输出信号与转动引起的相位差呈余弦函数关系，为了获得高灵敏度，需要调制来施加偏置，使之工作在一个响应斜率不为零的点。光纤陀螺与以往陀螺仪(如传统的机械陀螺乃至比较先进的激光陀螺)相比，具有无机械部件、灵敏度高等特点；与微机电陀螺仪相比，在技术指标和环境适应性上具备优势；与激光陀螺相比，它无需超高精度光学加工，不需要机械偏置和高压，不必采用高性能气体密封，容易制造，易于集成，寿命更长。光纤陀螺是众多陀螺中唯一没有活动部件的陀螺，它以固定状态工作，并能在恶劣的环境中长寿命正常工作(上百万小时)，这是机械式陀螺和激光陀螺无法企及的。光纤环是光纤陀螺的传感核心部件，它对光纤陀螺来说，既是提高精度的重要途径，同时也是主要影响精度的因素。光纤环在绕制过程中需采用特殊的缠绕方式、精密的绕制技术，来保证光纤环具有高质量的静态特性(低的偏振串音、低的插入损耗等)和高质量的瞬态特性(抗振动、抗冲击、不受环境温度和磁场的影响)。在光纤陀螺中，两束相向传输的光波到达光纤中同一点时存在一个微小时间延迟。当存在温度梯度时，同一温度场中不同时刻温度对光波传输影响不同，从而导致了两束光波之间产生非互易性相位差Δ Φ e，其数学模型为華:⑴式中Δ φ e (t)为热致非互易相移；β ^为光在真空中的传播常数，= 2 π / λ Q ；
3为光在真空中的速度；^为石英材料的折射率温度系数；
为沿光纤温度分布的
权利要求
1.一种利用补偿技术改善光纤环质量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤1)通过测量光纤环热致非互易度获得光纤环的等效不对称度；2)根据获得的等效不对称度计算出光纤环两臂间的等效不对称长度差；3)将光纤环的等效不对称长度短的臂增加长度，或者将另外一个臂减少长度，使得两臂的等效不对称长度差为零。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述光纤环为光纤陀螺用光纤环。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述热致非互易度是通过在光纤环中制造温度梯度产生的非互易度。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述热致非互易度是通过测量光纤环的热致误差角度获得的。
5.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述热致误差角度是通过测量光纤环的热致误差速率得到的。
6.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述步骤幻根据获得的等效不对称度计算出光纤环两臂的等效不对称长度的方法是；1)将不同长度的补偿光纤接到所述光纤环的任意一端，通过测量光纤环的热致误差速率获得不同补偿光纤长度的光纤环的热致误差角度；2)根据使用不同补偿光纤长度对应的热致误差角度关系，拟合出直线函数；3)根据拟合出的直线函数，求出当热致误差角度为0的情况下补偿光纤的长度，即为该光纤环的等效不对称长度。
7.一种实现如权利要求1所述测量方法的测量装置，其特征在于，该测量装置包括一个测量光源，用来提供测量光束；一个具有三端口的光学装置，该光学装置的第一端口用来接收所述光源发出的测量光，当光从第一端口输入，则从第二端口输出；当光从第二端口输入则从第三端口输出；一个Y波导，从该Y波导一侧的单独第一端口接收所述具有三端口的光学装置第二端口处的光束输入，在Y波导中被分成两束光从另外一侧的第二端口和第三端口输出，并输送到被测光纤环的两个光纤端头中；一个光探测器，该光探测器的光输入端和该具有三端口的光学装置的第三端口连接， 接受来自该具有三端口的光学装置第三端口的输出光，并转换成电信号后从电输出端输出；一个信号发生器，连接在该Y波导的电调制输入端，用来给Y波导提供一个调制信号；一个电信号放大电路，与该光探测器的电信号输出端连接，用来将该光探测器产生的电信号进行放大；一个可控加热装置，用来给被测光纤环提供一个可控的热激励源；一套控制电路，分别与信号发生器、电信号放大电路及可控加热装置相连，用来控制信号发生器、电信号放大电路、可控加热装置的工作和处理来自该电信号放大电路的光电信号。
8.如权利要求7所述装置，其特征在于，所述具有三端口的光学装置为一个光环形器或空置一个端口的光耦合器。
全文摘要
本发明涉及提高光纤环质量的方法，属于光学测量、光纤传感技术领域。该方法包括将待测光纤环进行动态特性检测，获得待测光纤环等效不对称度，根据获得的等效不对称度，确定补偿光纤长度对光纤环的一端进行补偿，从而获得光纤环质量的提高。本发明可以在光纤环绕好后，通过补偿进一步提高光纤环的质量。
文档编号G01M11/02GK102175432SQ201110040569
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月18日 优先权日2011年2月18日
发明者姚晓天 申请人:苏州光环科技有限公司