光纤陀螺中的Shupe误差及八极绕环技术研究

摘要

干涉式光纤陀螺是惯性元件家族中最具优势、最有发展前景的角速度传感器之一。国外研制的光纤陀螺已经在各个领域得到应用，但是国内光纤陀螺的研制现状还远远落后于世界先进水平。国内光纤陀螺存在的主要问题是高精度光纤陀螺受温度变化或温度梯度影响，陀螺温漂非常显著，极大地限制了高精度光纤陀螺的工程应用。
　　 本文首先对光纤环引入的各种非互易性误差进行机理研究，光纤环引入的非互易误差包括：光学克尔效应、瑞利背向散射、磁光法拉第效应、偏振噪声、Shupe温度效应等，这些光学效应引起的非互易性都将使光纤环传输的光信息发生变化，引起陀螺噪声。在光纤环产生的所有非互易性误差中，保偏光纤环的Shupe温度效应是产生光纤陀螺零偏随温度或温度梯度变化的关键原因。在详细研究由温度变化引起的Shupe非互易性误差机理的理论基础上，指出使用特殊的环圈绕制方式可以抑制陀螺的温漂问题。
　　 普通光纤环绕制方式包括柱形绕法、单极绕法、两极绕法和四极绕法，通过理论推导，四极对称绕法对抑制Shupe误差最有效。但是由于绕制过程中存在一些非理想因素，并不能完全消除光纤环圈中温度梯度的影响，而且随着光纤长度的增加，这种的残余效应会越来越明显，限制了光纤陀螺精度的进一步提高。鉴于四极对称方式绕制的环圈仍然存在残余的温度误差，必须提出新的绕制方式进一步降低Shupe误差的影响。通过对几种新绕制方法的对比，包括绕制难度和可操作性等，首次采取八极对称方式绕制光纤环圈，在确定并解决绕制工艺难点的前提下，利用现有绕线机成功绕制一支八极绕法环圈。
　　 本文中搭建了光纤环圈温度性能测试系统，通过该系统的测试和陀螺的最终测试结果对八极环圈与四极环圈温度性能进行了对比，进一步验证了八极绕法对抑制Shupe误差的有效应和优越性，为下一步光纤陀螺温度性能的提升打下了重要基础。