一种光纤环温度相关性评估方法与流程

1.本发明涉及光纤陀螺技术领域，尤其涉及一种光纤环温度相关性评估方法。


背景技术：

2.光纤环是光纤陀螺中的一个重要器件，干涉式光纤陀螺中的光纤环通常是使用保偏光纤绕制的。保偏光纤中存在两个掺杂了高浓度b2o3的应力区，由于b2o3的热膨胀系数较大，对环境温度异常敏感，因此，环境温度的变化会在光纤中产生较大的应力变化，导致光纤环的性能发生变化，最终使得光纤陀螺的性能发生变化。
3.在光纤环应用于光纤陀螺的过程中，需要经历多个过程：光纤环粘接、屏蔽罩焊接、光学器件熔接、光路装配和总装配。为了保持光纤陀螺在不同温度下性能的相对稳定，通常需要对光纤陀螺进行温度补偿。温度补偿需要建立基于不同原理的数学模型，而这些数学模型通常需要以光纤环的温度相关性最为基础。由于国内光纤环绕制设备的自动化程度不高，大多采用人工绕制的方式，从而造成光纤环的个体差异较大，使得不同光纤环的温度相关性存在显著区别。如果不在光纤环使用之前进行温度相关性的评估判断，部分温度相关性不良的光纤环将会在温度补偿前才被发现，不仅浪费了大量的人力、设备等资源，同时影响生产进度，也会造成屏蔽罩等材料报废，使得光纤陀螺的成本显著增高。
4.当前阶段，光纤环的温度相关性缺少评价方法，成为光纤环筛选的瓶颈，严重影响光纤陀螺的生产进度和成本。因此，需要建立一个光纤环温度相关性的评估方法。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种光纤环温度相关性评估方法，快速地对光纤环进行温度相关性方面的筛选，筛选出的温度相关性优良的光纤环用于光纤陀螺的装配，避免了温度相关性不良的光纤环进入装配流程造成报废或返工，影响生产进度和并造成成本增加，同时能够显著提升光纤陀螺的工程化水平。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种光纤环温度相关性评估方法，其特征在于：包括如下步骤：
7.步骤1：将光纤环光路熔接在光纤环筛选系统中，然后将光纤环置于高低温控制箱中，光纤环筛选系统的其他部分置于常温环境中；设定所需温度，启动高低温控制箱，同时启动光纤环筛选系统，采集光纤环筛选系统的时间t、温度t、零偏数据φ；
8.步骤2：提取采集到的时间t、温度t、零偏数据φ，进行数据处理；具体处理过程如下：
9.1)求取升温、降温过程中各时刻温度t随时间t的变化率α1、α2，其中，α1＝(dt1/dt)，α2＝(dt2/dt)，其中，
10.t1为升温过程中任一时刻的温度，单位为℃；
11.t2为降温过程中任一时刻的温度，单位为℃；
12.t为时间，单位为s；
13.2)求取升温、降温过程中，各时刻零偏数据φ随时间t的变化率β1、β2，
14.其中，β1＝(dφ1/dt)，β2＝(dφ2/dt)，
15.φ1为升温过程中任一时刻的零偏，单位为
°
/h；
16.φ2为降温过程中任一时刻的零偏，单位为
°
/h；
17.t为时间，单位为s；
18.3)求取升温、降温过程中，各时刻零偏数据φ随时间t的变化率β1、β2的最大值β1max、β2max以及βmax，其中，βmax为β1max、β2max中的较大者；
19.β1max＝max[|β
11
|:|β
1n
|]＝
°
/h/s，β2max＝max[|β
21
|:|β2m|]，
[0020]
βmax＝max[β1max，β2max]，
[0021]
β
11
为升温过程中第1个零偏随时间的变化率，单位为
°
/h/s；
[0022]
β
1n
为升温过程中第n个零偏随时间的变化率，单位为
°
/h/s；
[0023]
β
21
为降温过程中第1个零偏随时间的变化率，单位为
°
/h/s；
[0024]
β
2m
为降温过程中第m个零偏随时间的变化率，单位为
°
/h/s；
[0025]
n为升温过程中的数据量；
[0026]
m为升温过程中的数据量；
[0027]
步骤3：对比在各相同温度t下或各温度区间t1～t2内，α1、α2、β1、β2之间的关系，根据(α2/α1)＝a
×
(β2/β1)，求解a的数值，a为比例因子；然后根据a的不同数值对光纤环的温度对称性进行等级评估；
[0028]
步骤4：根据βmax的数值与零偏极差之间的关系，对光纤环的温度敏感性进行等级评估；
[0029]
步骤5：最后，根据光线环的温度对称性和温度敏感性，对光纤环的温度相关性进行等级评估。
[0030]
进一步地，步骤3中，光纤环的温度对称性的具体等级评估方法如下：
[0031]
1)0《a≤1，说明光纤环零偏与温度的升降趋势一致，且升降温过程变化幅度接近，光纤环升降温过程温度对称性高，为一级；
[0032]
2)1《a≤3，说明光纤环零偏与温度的升降趋势一致，升降温过程变化幅度较为接近，光纤环升降温过程温度对称性较高，为二级；
[0033]
3)3《a，说明光纤环零偏与温度的升降趋势一致，升降温过程温度对称性一般，为三级；
[0034]
4)a≤0，说明光纤环零偏与温度的升降趋势不一致，升降温过程温度对称性差，为四级。
[0035]
进一步地，具步骤4中，光纤环的温度敏感性的具体等级评估如下：
[0036]
1)0《(βmax/(φmax-φmin))≤0.3，说明光纤环在一定的温度变化速率下，最大零偏变化率显著小于零偏极值之差，光纤环升降温过程温度性能稳定，为一级；
[0037]
2)0.3《(βmax/(φmax-φmin))≤0.5，说明光纤环在一定的温度变化速率下，最大零偏变化率小于零偏极值之差，光纤环升降温过程温度性能较为稳定，为二级；
[0038]
3)0.5《(βmax/(φmax-φmin))≤1，说明光纤环在一定的温度变化速率下，最大零偏变化率接近零偏极值之差，光纤环升降温过程温度性能一般，为三级；
[0039]
4)1《(βmax/(φmax-φmin))，说明光纤环在一定的温度变化速率下，最大零偏变
化率大于零偏极值之差，光纤环升降温过程温度性能差，为四级。
[0040]
进一步地，具步骤5中，光纤环的温度相关性的具体等级评估方法如下：
[0041]
一级光纤环：温度对称性和温度敏感性评价均为一级；
[0042]
二级光纤环：温度对称性和温度敏感性评价均为二级及以上；
[0043]
三级光纤环：温度对称性和温度敏感性评价均为三级及以上；
[0044]
四级光纤环：温度对称性和温度敏感性评价均为四级及以上。
[0045]
与现有技术相比，本发明具有如下优点：通过本方案提出的光纤环温度相关性评估方法，能够实现光纤环温度性能的全面、快速评估；从而快速地对光纤环进行温度相关性方面的筛选，筛选出的温度相关性优良的光纤环用于光纤陀螺的装配，避免了因温度相关性不良的光纤环进入装配流程而造成报废或返工，从而提高生产进度和并降低生产成本，同时能够显著提升光纤陀螺的工程化水平。
附图说明
[0046]
图1为本发明中光纤环采集数据的曲线图。
具体实施方式
[0047]
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0048]
实施例：一种光纤环温度相关性评估方法，包括如下步骤：
[0049]
步骤1：将光纤环光路熔接在光纤环筛选系统中，然后将光纤环置于高低温控制箱中，光纤环筛选系统的其他部分置于常温环境中；通过温度模型(程序)设定所需温度，其中，温度随时间呈周期性变化；启动高低温控制箱，同时启动光纤环筛选系统，采集光纤环筛选系统的时间t、温度t、零偏数据φ；具体采集数据，如图1所示。
[0050]
步骤2：提取采集到的时间t、温度t、零偏数据φ，进行数据处理；具体处理过程如下：
[0051]
1)求取升温、降温过程中各时刻温度t随时间t的变化率α1、α2，其中，α1＝(dt1/dt)，α2＝(dt2/dt)，其中，
[0052]
t1为升温过程中任一时刻的温度，单位为℃；
[0053]
t2为降温过程中任一时刻的温度，单位为℃；
[0054]
t为时间，单位为s。
[0055]
2)求取升温、降温过程中，各时刻零偏数据φ随时间t的变化率β1、β2，
[0056]
其中，β1＝(dφ1/dt)，β2＝(dφ2/dt)，
[0057]
φ1为升温过程中任一时刻的零偏，单位为
°
/h；
[0058]
φ2为降温过程中任一时刻的零偏，单位为
°
/h；
[0059]
t为时间，单位为s。
[0060]
3)求取升温、降温过程中，各时刻零偏数据φ随时间t的变化率β1、β2的最大值β1max、β2max以及βmax，其中，βmax为β1max、β2max中的较大者；
[0061]
β1max＝max[|β
11
|:|β
1n
|]＝
°
/h/s，β2max＝max[|β
21
|:|β
2m
|]，
[0062]
βmax＝max[β1max，β2max]，
[0063]
β
11
为升温过程中第1个零偏随时间的变化率，单位为
°
/h/s；
[0064]
β
1n
为升温过程中第n个零偏随时间的变化率，单位为
°
/h/s；
[0065]
β
21
为降温过程中第1个零偏随时间的变化率，单位为
°
/h/s；
[0066]
β
2m
为降温过程中第m个零偏随时间的变化率，单位为
°
/h/s；
[0067]
n为升温过程中的数据量；
[0068]
m为升温过程中的数据量。
[0069]
步骤3：对比在各相同温度t下或各温度区间t1～t2内，α1、α2、β1、β2之间的关系，根据(α2/α1)＝a
×
(β2/β1)，求解a的数值，a为比例因子；然后根据a的不同数值对光纤环的温度对称性进行等级评估。其具体评估方法如下：
[0070]
1)0《a≤1，说明光纤环零偏与温度的升降趋势一致，且升降温过程变化幅度接近，光纤环升降温过程温度对称性高，为一级；
[0071]
2)1《a≤3，说明光纤环零偏与温度的升降趋势一致，升降温过程变化幅度较为接近，光纤环升降温过程温度对称性较高，为二级；
[0072]
3)3《a，说明光纤环零偏与温度的升降趋势一致，升降温过程温度对称性一般，为三级；
[0073]
4)a≤0，说明光纤环零偏与温度的升降趋势不一致，升降温过程温度对称性差，为四级。
[0074]
步骤4：根据βmax的数值与零偏极差之间的关系，对光纤环的温度敏感性进行等级评估。其具体评估方法如下(计算中取φmax、φmin、βmax的绝对值，且不取其单位)：
[0075]
1)0《(βmax/(φmax-φmin))≤0.3，说明光纤环在一定的温度变化速率下，最大零偏变化率显著小于零偏极值之差，光纤环升降温过程温度性能稳定，为一级；
[0076]
2)0.3《(βmax/(φmax-φmin))≤0.5，说明光纤环在一定的温度变化速率下，最大零偏变化率小于零偏极值之差，光纤环升降温过程温度性能较为稳定，为二级；
[0077]
3)0.5《(βmax/(φmax-φmin))≤1，说明光纤环在一定的温度变化速率下，最大零偏变化率接近零偏极值之差，光纤环升降温过程温度性能一般，为三级；
[0078]
4)1《(βmax/(φmax-φmin))，说明光纤环在一定的温度变化速率下，最大零偏变化率大于零偏极值之差，光纤环升降温过程温度性能差，为四级。
[0079]
步骤5：最后，根据光线环的温度对称性和温度敏感性，对光纤环的温度相关性进行等级评估。其具体评估方法如下：
[0080]
一级光纤环：温度对称性和温度敏感性评价均为一级；
[0081]
二级光纤环：温度对称性和温度敏感性评价均为二级及以上；
[0082]
三级光纤环：温度对称性和温度敏感性评价均为三级及以上；
[0083]
四级光纤环：温度对称性和温度敏感性评价均为四级及以上。
[0084]
最后，根据上述评估结果，被评为一级和二级的光纤环，可直接用于光纤陀螺仪的装配；其他级别的光纤环需要进行相应的技术、工艺处理，再次测试、评价，直至达到一级或二级标准，方可用于光纤陀螺仪的装配。
[0085]
通过本方案提出的光纤环温度相关性评估方法，能够实现光纤环温度性能的全面、快速评估；从而快速地对光纤环进行温度相关性方面的筛选，筛选出的温度相关性优良的光纤环用于光纤陀螺的装配，避免了因温度相关性不良的光纤环进入装配流程而造成报废或返工，从而提高生产进度和并降低生产成本，同时能够显著提升光纤陀螺的工程化水
平。
[0086]
具体地，本方案以某一98型光纤环为例：经过步骤1进行数据采集后，步骤2中，
[0087]
β1max＝max[|β
11
|:|β
1n
|]＝0.13
°
/h/s，β2max＝max[|β
21
|:|β
2m
|]＝0.15
°
/h/s，
[0088]
βmax＝max[β1max，β2max]＝0.15
°
/h/s；
[0089]
然后对比在-40℃～-30℃、-30℃～-20℃、-20℃～-10℃、-10℃～0℃、0℃～ 10℃、 10℃～ 20℃、 20℃～ 30℃、 30℃～ 40℃、 40℃～ 50℃和 50℃～ 60℃各温度区间内，α1、α2、β1、β2之间的关系，并求解a的数值：在上述各温度区间内，α1、α2、β1、β2的数值见下表：
[0090]
α1α2β1β2a-40℃～-30℃0.951.010.0660.0750.94-30℃～-20℃0.960.980.0510.0620.84-20℃～-10℃1.000.970.0570.0640.86-10℃～0℃0.991.030.0480.0550.910℃～ 10℃1.081.070.0640.0680.93 10℃～ 20℃1.091.080.0540.0540.99 20℃～ 30℃1.101.090.0480.0570.83 30℃～ 40℃1.011.060.0590.0700.88 40℃～ 50℃0.960.980.0570.0670.87 50℃～ 60℃0.950.980.0500.0540.96
[0091]
根据上表可知，此98型光纤环在全部测试温度区间内的a均小于1，温度对称性属于一级；并且，在全部测试温度区间内的(βmax/(φmax-φmin))小于0.3，温度敏感性属于一级；因此，98型光纤环的温度相关性为一级。
[0092]
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。