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一种基于60um光纤的光纤陀螺系统及光纤熔接方法

阅读：234发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种基于60um光纤的光纤陀螺系统及光纤熔接方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于60um光纤的光纤陀螺系统及光纤熔接方法，本发明使用60光纤绕制的敏感光纤环，搭建一套高精度光纤陀螺，光纤环尺寸为Φ96.5×Φ109.5×16.5(内径×外径×厚度)，长度约为3400m，相比与同体积的80光纤环(2500m)，理论精度可达0.0005°/h。沿用尾纤为80或125的光源、Y 波导、耦合器、探测器，其中解决60光纤环与80波导的熔接匹配是关键。使用藤仓的FSM-100P保偏熔接机和GP公司的ERM-102型消光比测试仪，对60光纤和80波导纤手动对轴熔接，测试其消光比值，对比80光纤环和80波导熔接的消光比。完成整个光纤陀螺系统的连接，测试其零偏稳定性。本发明解决了60光纤和80光纤器件的匹配性问题，在选择制作陀螺的器件上更加灵活。，下面是一种基于60um光纤的光纤陀螺系统及光纤熔接方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于60um光纤的光纤陀螺系统，其特征在于，光纤陀螺中的光纤环为采用60um光纤绕制的光纤环；
光纤陀螺中Y波导的波导输出端均为80波导光纤；所述光纤环与所述Y波导的两个波导输出端的80波导光纤通过手动对轴熔接，熔接时，在熔接机上采用80光纤熔接程序进行熔接，修改放电量为180bit，修改放电参数为1800ms。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤陀螺包括光源板、ASE光源、2×2光纤耦合器、Y波导、探测器以及主板；
所述光源板用于驱动所述ASE光源发出光信号；
所述光信号通过80um光纤进入所述2×2光纤耦合器，经所述2×2光纤耦合器分光后，通过80um光纤进入所述Y波导的波导输入端；
所述Y波导对所述光信号进行起偏形成偏振光，由两个波导输出端分别输出两路偏振光，两路偏振光注入到所述光纤环；
所述光纤环为采用60um光纤绕制的光纤环，所述光纤环尺寸为内径96.5mm，外径
109.5mm，高16.5mm，长度为3.4km；
所述Y波导的两个波导输出端均为80波导光纤；所述光纤环与所述Y波导的两个波导输出端的80波导光纤通过手动对轴熔接；
所述两路偏振光分别经顺时针和逆时针方向绕所述光纤环一周后，回到所述Y波导内，顺时针偏振光和逆时针偏振光在Y波导内形成干涉光，所述干涉光再由波导入端输出，并经所述2×2光纤耦合器分光后，经80um光纤达到所述探测器；
所述探测器对所述干涉光进行光电转换得到电信号输入至所述主板；
所述主板解算所述电信号，通过解算顺时针偏振光和逆时针偏振光之间的位移差得到所述陀螺系统的转动角速度信息；
所述主板根据所述转动角速度信息生成大小想等方向相反的转动相位反馈给Y波导，对所述Y波导进行相位调制。
3.如权利要求2所述的陀螺系统，其特征在于，所述ASE光源与所述2×2光纤耦合器间
80um光纤、所述2×2光纤耦合器与所述Y波导之间的80um光纤、所述2×2光纤耦合器与所述探测器之间的80um光纤均使用FSM-100P型熔接机自动熔接。
4.一种60um光纤熔接方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、对所述60um光纤的部分涂覆层进行剥除；
步骤2、将带有涂覆层的60um光纤放入80um光纤的夹具上，使剥除涂覆层的部分处于切割刀面，进行切割；
步骤3、将切割好的60um光纤和80um光纤放入熔接机两侧，手动旋转熔接机马达驱动，使两侧光纤的应力区保持在同一水平线；
步骤4、在熔接机上采用80光纤熔接程序进行熔接，修改放电量为180bit，修改放电参数为1800ms，放电完成熔接；
熔接过程中，在熔接点处采用消光比测试仪测量熔接点的消光比值，比较80um光纤环和80波导熔接的消光比值，若二者相差在设定的经验误差范围内，则熔接成功，否则返回步骤1，直至熔接成功。

说明书全文

一种基于60um光纤的光纤陀螺系统及光纤熔接方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光纤技术领域，具体涉及一种基于60um光纤的光纤陀螺系统及光纤熔接方法。

背景技术

[0002] 光纤陀螺是测量载体角速度的传感器，主要由光纤环、光源、Y波导、耦合器和探测器五大光学器件组成，这些器件所使用的光纤有两种：包层直径为80um和125um的光纤，其技术较为成熟，有相配套的测试设备和熔接机。随着光纤陀螺应用领域的不断拓展，尤其是在战术级导弹、火箭队、火炮、无人机上的应用，系统对光纤陀螺精度要求较低，但对其体积要求非常高，光源、Y波导、耦合器、探测器等器件，在同等的性能指标下，体积已经做到了极限，只有通过优化光纤环尺寸达到光纤陀螺小型化目的。目前，已有光纤厂家研制出60光纤，其双折射性能和抗弯曲性能优异，可绕制小尺寸光纤环，相对于80光纤体积减小约50％。光纤陀螺功能实现的核心，是在Y波导和光纤环之间完成干涉，但是，市面上无匹配的
60光纤的波导，解决60光纤环和80波导纤的熔接匹配是目前亟待解决的问题。

发明内容

[0003] 有鉴于此，本发明提供了一种基于60um光纤的光纤陀螺系统及光纤熔接方法，能够解决60光纤环和80波导纤的熔接匹配。

[0004] 为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种基于60um光纤的光纤陀螺系统，其特征在于，光纤陀螺中的光纤环为采用60um光纤绕制的光纤环。

[0005] 光纤陀螺中Y波导的波导输出端均采用80波导光纤；光纤环与Y波导的两个波导输出端的80波导光纤通过手动对轴熔接，熔接时，在熔接机上采用80光纤熔接程序进行熔接，修改放电量为180bit，修改放电参数为1800ms。

[0006] 进一步地，光纤陀螺包括光源板、ASE光源、2×2光纤耦合器、Y波导、探测器以及主板。

[0007] 光源板用于驱动ASE光源发出光信号。

[0008] 光信号通过80um光纤进入2×2光纤耦合器，经2×2光纤耦合器分光后，通过80um光纤进入Y波导的波导输入端。

[0009] Y波导对光信号进行起偏形成偏振光，由两个波导输出端分别输出两路偏振光，两路偏振光注入到光纤环。

[0010] 光纤环为采用60um光纤绕制的光纤环，光纤环尺寸为内径96.5mm，外径109.5mm，高16.5mm，长度为3.4km。

[0011] Y波导的两个波导输出端均为80波导光纤；光纤环与Y波导的两个波导输出端的80波导光纤通过手动对轴熔接。

[0012] 两路偏振光分别经顺时针和逆时针方向绕光纤环一周后，回到Y波导内，顺时针偏振光和逆时针偏振光在Y波导内形成干涉光，干涉光再由波导输入端输出，并经2×2光纤耦合器分光后，经80um光纤达到探测器。

[0013] 探测器对干涉光进行光电转换得到电信号输入至主板。

[0014] 主板解算电信号，通过解算顺时针偏振光和逆时针偏振光之间的位移差得到陀螺系统的转动角速度信息。

[0015] 主板根据转动角速度信息生成大小想等方向相反的转动相位反馈给Y波导，对Y波导进行相位调制。

[0016] 进一步地，ASE光源与2×2光纤耦合器间80um光纤、2×2光纤耦合器与Y波导之间的80um光纤、2×2光纤耦合器与探测器之间的80um光纤均使用FSM-100P型熔接机自动熔接。

[0017] 本发明另一实施例还提供了一种60um光纤熔接方法，包括如下步骤：

[0018] 步骤1、对60um光纤的部分涂覆层进行剥除。

[0019] 步骤2、将带有涂覆层的60um光纤放入80um光纤的夹具上，使剥除涂覆层的部分处于切割刀面，进行切割。

[0020] 步骤3、将切割好的60um光纤和80um光纤放入熔接机两侧，手动旋转熔接机马达驱动，使左右光纤的应力区保持在同一水平线。

[0021] 步骤4、在熔接机上采用80光纤熔接程序进行熔接，修改放电量为180bit，修改放电参数为1800ms，放电完成熔接。

[0022] 熔接过程中，在熔接点处采用消光比测试仪测量熔接点的消光比值，比较80um光纤环和80波导熔接的消光比值，若二者相差在设定的经验误差范围内，则熔接成功，否则返回步骤1，直至熔接成功。

[0023] 有益效果：

[0024] 本发明使用60光纤绕制的敏感光纤环，搭建一套高精度光纤陀螺，光纤环尺寸为Φ96.5×Φ109.5×16.5(内径×外径×厚度)，长度约为3400m，相比与同体积的80光纤环(2500m)，理论精度可达0.0005°/h。沿用尾纤为80或125的光源、Y波导、耦合器、探测器，其中解决60光纤环与80波导的熔接匹配是关键。使用藤仓的FSM-100P保偏熔接机和GP公司的ERM-102型消光比测试仪，对60光纤和80波导纤手动对轴熔接，测试其消光比值，对比80光纤环和80波导熔接的消光比。完成整个光纤陀螺系统的连接，测试其零偏稳定性。本发明解决了60光纤和80光纤器件的匹配性问题，在选择制作陀螺的器件上更加灵活，拓展了光纤陀螺高精度、小型化市场。附图说明

[0025] 图1为本发明实施例提供的光纤陀螺系统示意图；

[0026] 图2为本发明实施例提供的60um光纤熔接方法流程图；

[0027] 图3为本发明实施例中针对的熊猫型保偏光纤端面结构；

[0028] 图4为本发明实施例中光纤切割侧面图

[0029] 图5为本发明实施例中60光纤与80光纤熔接示意图。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

[0031] 本发明提供了一种基于60um光纤的光纤陀螺系统，如图1所示，光纤陀螺中的光纤环为采用60um光纤绕制的光纤环；

[0032] 光纤陀螺中Y波导的波导输出端均为80波导光纤；光纤环与Y波导的两个波导输出端的80波导光纤通过手动对轴熔接，熔接时，在熔接机上采用80光纤熔接程序进行熔接，修改放电量为180bit，修改放电参数为1800ms。

[0033] 本发明实施例中，光纤陀螺包括光源板、ASE光源、2×2光纤耦合器、Y波导、探测器以及主板。

[0034] 光源板用于驱动ASE光源发出光信号。

[0035] 光信号通过80um光纤进入2×2光纤耦合器，经2×2光纤耦合器分光后，通过80um光纤进入Y波导的波导输入端。

[0036] Y波导对光信号进行起偏形成偏振光，由两个波导输出端分别输出两路偏振光，两路偏振光注入到光纤环。

[0037] 光纤环为采用60um光纤绕制的光纤环，光纤环尺寸为内径96.5mm，外径109.5mm，高16.5mm，长度为3.4km。

[0038] Y波导的两个波导输出端均为80波导光纤；光纤环与Y波导的两个波导输出端的80波导光纤通过手动对轴熔接。

[0039] 两路偏振光分别经顺时针和逆时针方向绕光纤环一周后，由两个波导输出端回到Y波导内，Y波导内部，对光的处理是可逆的，因此顺时针偏振光和逆时针偏振光在Y波导内可以形成干涉光，干涉光再由波导输入端进行输出，并经2×2光纤耦合器分光后，经80um光纤达到探测器。即对于Y波导，由于其内部的光处理是可逆的，因此其输入端也可以进行光信号输出，其输出端也可以进行光信号输入。

[0040] 探测器对干涉光进行光电转换得到电信号输入至主板；

[0041] 主板解算电信号，通过解算顺时针偏振光和逆时针偏振光之间的位移差得到陀螺系统的转动角速度信息；

[0042] 主板根据转动角速度信息生成大小想等方向相反的转动相位反馈给Y波导，对Y波导进行相位调制。

[0043] 本发明的光纤陀螺系统示意图见图1，完成Sagnac干涉和光强的探测，其中，Sagnac干涉是在波导和光纤环之间形成。ASE光源发出的光信号经过2×2光纤耦合器分光后达到波导输入端，通过Y波导起偏形成偏振光注入到60um光纤环，由于无匹配的60um光纤熔接设备，80um波导与60um光纤环需进行手动对轴熔接，完成光纤环3端口熔接后，将消光比测试仪接入端口4，记录光功率和消光比，测试完后熔接端口4。整个光路有五个熔接点，波导与光纤环之间需进行手动熔接，光源和耦合器、耦合器和Y波导、耦合器和探测器使用FSM-100P型熔接机自动熔接，每熔接一个点观察光信号的变化，熔好的尾纤用胶带固定在绝缘操作盘上。在系统测试过程中需给光纤环罩上磁屏蔽罩。

[0044] ASE光源与2×2光纤耦合器间80um光纤、2×2光纤耦合器与Y波导之间的80um光纤、2×2光纤耦合器与探测器之间的80um光纤均使用FSM-100P型熔接机自动熔接。

[0045] 测试结果分析：按照图1，在光纤环端口4接入GP/ERM-102型消光比测试仪，分别测试60um光纤环(3km)和80um光纤环(2.5km)，测试结果如表1，60um光纤环和80um光纤环的消光比大约是1：1，由于60um光纤环长度更长，其光功率损耗会稍大。陀螺系统测试60um光纤环的零偏稳定性在0.005°/h左右，80um光纤环零偏稳定性在0.01°/h左右，由于陀螺系统的分散式搭建和测试环境影响，测试结果与理论精度有偏差。通过对比消光比和陀螺的零偏稳定性数据，说明60um光纤环与80Y波导是可以匹配的，能够实现基于60um细径保偏光纤的光纤陀螺。

[0046] 表1

[0047] 测试项目 60光纤环(3.4km) 80光纤(2.5km)消光比(dB) 21.87 22.13
输出功率(dBM) -13.1 -12.52
陀螺系统零偏稳定性(°/h) 0.005(10s) 0.01(10s)

[0048] 本发明实施例还提供了一种60um光纤熔接方法，可以利用80um光纤熔接机完成60um光纤熔接，手动控制熔接机马达进行对轴，使左右两侧光纤应力区保持在同一水平线，修改放电时间和放电量，完成熔接。采用此方法熔接60um光纤可以达到熔接要求，提高保偏光纤熔接的成功率。该方法流程如图2所示，包括如下步骤：

[0049] 步骤1、对60um光纤的部分涂覆层进行剥除；即进行剥纤，保偏光纤由涂覆层、包层、应力区和纤芯组成，其端面结构如图3所示，光纤熔接是剥除光纤涂覆层进行包层间的连接，使用80um光纤剥纤钳斜向45°剥除60um光纤涂覆层，由于剥纤钳与光纤尺寸不匹配需进行多次剥纤，而后用无尘纸沾酒精擦拭干净。

[0050] 步骤2、将带有涂覆层的60um光纤放入80um光纤的夹具上，使剥除涂覆层的部分处于切割刀面，进行切割，将步骤1中带有涂覆层的60um光纤放入80um光纤的夹具，使剥好的那部分纤恰好在切割刀面，调整刀口间距进行切割，每切一次需放到熔接机上观察光纤端面平整度，由于切割刀尺寸不匹配，需多切几次，使光纤端面的角度误差控制在1°以内，即满足熔接要求。图4光纤切割侧面图，左端切割的不够平整，右端比较平滑。

[0051] 步骤3、将步骤2中切割好的60um光纤和80um光纤放入熔接机两侧，手动旋转熔接机马达驱动，使左右两侧光纤的应力区中心保持在同一水平线，如图5所示，可借助激光准直线来判定，减小误差角度。

[0052] 步骤4、在熔接机上采用80光纤熔接程序进行熔接，修改放电量为180bit，修改放电参数为1800ms，放电完成熔接。

[0053] 熔接过程中，在熔接点处采用消光比测试仪测量熔接点的消光比值，比较80um光纤环和80波导熔接的消光比值，若二者相差在设定的经验误差范围内，则熔接成功，否则返回步骤1，直至熔接成功。

[0054] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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