将光纤环接入光纤陀螺系统,用全温零偏极差评价其温度性能是光纤环常用的评价方法。针对全温零偏极差因仅能判断光纤环温度性能而对后期应用指导作用不明显的问题,提出光纤环等效不对称长度的概念和基于此判据的光纤环温度性能评价方法。通过量化分析,明确了等效不对称长度的测试方法,验证了等效不对称长度用于评价光纤环温度性能的可行性以及该参数对应用的指导效果。实验结果显示,光纤环等效不对称长度与全温零偏极差近似线性相关,根据该参数对称性调整3只光纤陀螺,在温度变化率为1 ℃/min和2 ℃/min下测试时,其温度性能均得到明显改善。由此表明等效不对称长度不仅能准确评估光纤环温度性能,同时对光纤环应用具有较强的指导意义。

Shupe误差是影响高精度光纤陀螺工程应用的主要技术瓶颈之一,针对高精度光纤陀螺装配封装后温度性能劣化的问题,对光纤陀螺光路进行了温度误差分析,揭示了干涉光路装配应力对Shupe误差的影响机理,并对不同状态下装配应力引入的温度误差进行了测试,选取初装全温零偏极差均为0.11 (°)/h的3只光纤陀螺,并以粘接光纤环和Y波导尾纤的方式控制装配应力对称性,当尾纤粘接长度为30 cm时,2只装配应力对称性较差的光纤陀螺全温零偏极差变为0.24 (°)/h和0.43 (°)/h,温度性能出现明显劣化,装配应力对称性较好的光纤陀螺全温零偏极差为0.13 (°)/h,温度性能未出现明显劣化。实验结果表明,干涉光路装配应力不对称会引起光纤陀螺温度性能出现明显劣化,且劣化程度与装配应力对称性直接相关,装配应力对称性越好,温度性能劣化越小。

主要针对光纤环在变化的温度场中产生的热致非互易性旋转速率误差(shupe误差)进行了仿真分析, 并且提出了一种新的光纤环绕制方法以减小shupe误差。首先建立了3种对称绕法下带骨架光纤环的有限元模型并对它们施加相同的随时间变化的均匀温度场载荷, 经分析计算得到了光纤环中各匝的温度变化率数据。再利用精确到匝的光纤环热致旋转速率误差数学模型进行计算, 最后得出3种绕法下光纤环的shupe误差。仿真分析的结果表明采用新提出的反交叉对称绕法的光纤环对shupe误差的抑制效果最好。

对由Shupe效应引起的误差进行了理论分析, 光纤环径向温阶会产生光纤陀螺零偏漂移。设计和完成了测量环境温度对光纤温度的影响试验, 环境温度变化率与Shupe效应误差存在线性关系。在此基础上, 设计和完成了在测量环境温度变化时光纤陀螺输出的试验, 分别使用环境温度变化率的一阶、二阶和三阶项对陀螺输出的变化趋势进行建模, 对模型的有效性进行了验证。结果表明: 一阶模型与二阶、三阶模型相比, 模型更简单、稳定性更高, 能够准确地反映由Shupe效应引起的误差值, 补偿效果好, 与理论分析结果相符。