一種可釋放內部纏繞應力的光纖傳感環圈製備裝置製造方法
2023-09-16 13:39:05 2
一種可釋放內部纏繞應力的光纖傳感環圈製備裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型屬於光纖陀螺【技術領域】，具體涉及一種可釋放內部纏繞應力的光纖傳感環圈製備裝置。本實用新型的裝置為環圈骨架，其主體為上、下端面開放的中空圓柱體；環圈骨架的外圓周上均勻分布若干個半圓柱形凹槽；每個凹槽還對應一個體積形狀與之相近的半圓柱體，此半圓柱體與凹槽相接觸的弧面與凹槽的弧面完全吻合，能夠在纏繞保偏光纖前填補凹槽，半圓柱體另一部分的弧面作為光纖纏繞面，略高於環圈骨架非凹槽部分。本實用新型消除了纏繞應力對陀螺性能的不利影響，提高了溫變環境下陀螺的工作穩定性和精度。
【專利說明】一種可釋放內部纏繞應力的光纖傳感環圈製備裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於光纖陀螺【技術領域】，具體涉及一種可釋放內部纏繞應力的光纖傳感環圈製備裝置。
【背景技術】
[0002]光纖傳感環圈是光纖陀螺中利用薩格奈克機制工作，敏感旋轉角增量的核心部件，由於光纖本身是一種非常靈敏的傳感器，它對溫度、磁場、應力等作用因素都極為敏感，因此光纖傳感環圈不可避免受到這些因素的影響。一直以來，溫度性能是光纖陀螺研究和工程化應用中的重要指標，環境溫度會直接和間接誘導產生附加相位誤差，與旋轉引入的相位差疊加起來無法區分，從而造成光纖陀螺的零位誤差。
[0003]目前，普遍採用四極對稱的方法纏繞光纖環圈，在《光纖陀螺敏感環圈的溫度漂移特性機繞圈技術研究》中(中國慣性技術學報，1998年06期)詳盡論述了四極對稱繞法及其優點，極大抑制了環圈中因溫度以及溫度誘導應力引起的非互易相位誤差，但是無法完全消除其影響。另外，在環圈纏繞過程中必須對光纖施加一定的張力才能夠保證纏繞的排纖精度和四極對稱性，然而，由於目前國內繞線機的精度不高，對張力的控制範圍無法保證每段光纖所受張力均勻一致，整個光纖長度內張力波動很大，因此破壞了環圈的四極對稱優勢，損害了環圈的整體溫度性能。
[0004]傳感環圈主要由骨架、保偏光纖和固化膠構成，環圈骨架支撐纏繞光纖層並由固化膠固定成為整體，提高環圈機械強度。根據不同的機械強度、熱參數和重量要求，骨架通常可以採用鋁合金或者鈦合金材料。光纖在一定的張力下纏繞於骨架表面，環圈固化完成後此張力固化在光纖中無法消除，光纖的光學性能指標下降，特別是當環圈在溫變環境下，此張力隨溫度發生變化，導致整個陀螺輸出不穩，並且由於骨架材料的圓柱特性，圓柱形纏繞表面受溫度的影響將完全在徑向伸縮，對纏繞其上的光纖施加額外應力，進一步破壞環圈穩定性，難以滿足光纖陀螺溫度性能的要求。
實用新型內容
[0005]本實用新型需要解決的技術問題為:提供一種可釋放內部纏繞應力的光纖傳感環圈製備裝置，消除纏繞應力對陀螺性能的不利影響，提高溫變環境下陀螺的工作穩定性和精度。
[0006]本實用新型的技術方案如下所述:
[0007]—種可釋放內部纏繞應力的光纖傳感環圈製備裝置，包括環圈骨架，其主體為上、下端面開放的中空圓柱體:環圈骨架的外圓周上均勻分布若干個半圓柱形凹槽；每個凹槽還對應一個體積形狀與之相近的半圓柱體，此半圓柱體與凹槽相接觸的弧面與凹槽的弧面完全吻合，能夠在纏繞保偏光纖前填補凹槽，半圓柱體另一部分的弧面作為光纖纏繞面，高於環圈骨架非凹槽部分。
[0008]作為優選方案:所述環圈骨架的外圓周上均勻分布16個半圓柱形凹槽；凹槽直徑與兩個凹槽之間的距離比為1:2 ;環圈骨架直徑為IOOmm,凹槽直徑為7mm ;半圓柱體填充在凹槽內時，其不與凹槽接觸的弧面高於環圈骨架的非凹槽區0.2?0.5mm。
[0009]作為優選方案:所述的可釋放內部纏繞應力的光纖傳感環圈製備裝置還包括纏繞工裝，其總體呈圓柱體，端面設有環狀凹槽，該環狀凹槽能夠卡住環圈骨架:所述環狀凹槽外緣均勻分布與所述環圈骨架半圓柱形凹槽數目相同的半圓形開孔，開孔的直徑比環圈骨架的半圓柱體稍大，在纏繞工裝的開孔與環圈骨架的凹槽位置相對應時，能夠從該開孔抽出環圈骨架的半圓柱體。
[0010]本實用新型的有益效果為:
[0011]本實用新型的可釋放內部纏繞應力的光纖傳感環圈製備裝置，通過採用特殊的環圈骨架結構和製作方法，消除纏繞應力對環圈的影響，同時減小溫變環境下骨架施加在光纖上的熱應力，提高陀螺的溫度性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型的可釋放內部纏繞應力的光纖傳感環圈剖面圖；
[0013]圖2為本實用新型的可釋放內部纏繞應力的光纖傳感環圈骨架俯視圖；
[0014]圖3為本實用新型的可釋放內部纏繞應力的光纖傳感環圈纏繞工裝示意圖。
[0015]圖中，1-環圈骨架，2-保偏光纖，3-凹槽，4-半圓柱體，5-纏繞工裝，6_開孔。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實施例對本實用新型的可釋放內部纏繞應力的光纖傳感環圈製備裝置進行詳細說明。
[0017]一種可釋放內部纏繞應力的光纖傳感環圈的製備方法，包括以下步驟:
[0018]步驟I
[0019]利用有機溶劑清洗環圈骨架1，去除纏繞面上的附著物和汙染物；將半圓柱體4填充於環圈骨架I的凹槽3內。
[0020]步驟2
[0021]用兩個纏繞工裝5固定環圈骨架1，其中，纏繞工裝5的開孔6部分與環圈骨架I的凹槽3錯開安裝，避免填充在凹槽3中的半圓柱體4滑出。
[0022]步驟3
[0023]將保偏光纖2和環圈骨架I均放入高溫實驗箱中加熱至60?100°C，保溫5?20小時進行除潮，去除材料表面的水汽，避免影響固化膠固化。本實施例中，加熱溫度為80°C，保溫時間為5小時。
[0024]步驟4
[0025]從高溫實驗箱中取出除潮後的環圈骨架I和保偏光纖2，採用四極對稱法將保偏光纖2並排密繞在環圈骨架I上。
[0026]所述四極對稱法為本領域技術人員公知常識:由整根光纖的中點繞起，順時針方向纏繞中點一側的光纖，完成第一層光纖繞制；而後將中點另一側的光纖按照逆時針方向纏繞，完成環圈的第二和第三層光纖繞制；然後繼續纏繞順時針方向的光纖形成環圈的第四層，如此即完成一個周期(4層)的光纖纏繞；如此反覆最終完成4N層光纖纏繞，形成光纖環。
[0027]步驟5
[0028]將繞制完成的光纖環進行灌封，填充固化膠粘劑於光纖環的空隙中；在固化膠粘劑處於半凝固狀態下，沿圓周方向轉動纏繞工裝5，使纏繞工裝5上的開孔6與環圈骨架I上的凹槽3--對應,進而將填充於凹槽3內的半圓柱體4抽出。
[0029]步驟6
[0030]將光纖環水平常溫靜置，直至固化膠粘劑完全凝固。光纖中的纏繞應力得到緩慢釋放，並且光纖環在環圈骨架I和固化膠粘劑的束縛下能夠保持初始纏繞結構。
[0031]步驟7
[0032]將光纖環整體重新放入固化膠粘劑中進行二次灌封，填充由半圓柱體4抽出而出現的附加空隙；然後再次進行光纖環的溫度環境固化工藝操作，即將光纖環水平常溫靜置，直至固化膠粘劑完全凝固；光纖環固化為一個低應力、互易性較高的整體，最後拆卸纏繞工裝5，完成光纖傳感環圈製作。
[0033]實現該方法的裝置如圖1~圖3所示。
[0034]所述環圈骨架I主體為上、下端面開放的中空圓柱體，在環圈骨架I的外圓周上均勻分布η個半圓柱形 凹槽3,本實施例中，η=16。凹槽3的半徑根據環圈的徑向厚度確定，優選方案為凹槽3直徑與兩個凹槽3之間的距離比約為1:2，本實施例中，環圈骨架I直徑為100mm，則凹槽3直徑約為7mm。每個凹槽3對應一個體積形狀相近的半圓柱體4，用於纏繞前填補凹槽3，此半圓柱體4的弧形部分應與凹槽3的弧形完全吻合，另一部分的弧面作為光纖纏繞面，略微高於兩側的非凹槽3部分，本實施例中，半圓柱體4的表面應略高於環圈骨架I的非凹槽3區0.2~0.5mm。在纏繞之前,將16個半圓柱體4填補於骨架凹槽3中。
[0035]所述纏繞工裝5總體呈圓柱體，其端面設有環狀凹槽，該環狀凹槽能夠卡住上述環圈骨架I ;所述環狀凹槽外緣均勻分布η個半圓形的開孔6，開孔6的直徑比半圓柱體4稍大，在纏繞工裝5的開孔6與環圈骨架I的凹槽3位置相對應時，能夠從開孔6抽出半圓柱體4。
【權利要求】
1.一種可釋放內部纏繞應力的光纖傳感環圈製備裝置，包括環圈骨架(1)，其主體為上、下端面開放的中空圓柱體，其特徵在於:環圈骨架(I)的外圓周上均勻分布若干個半圓柱形凹槽(3);每個凹槽(3)還對應一個體積形狀與之相近的半圓柱體(4)，此半圓柱體(4)與凹槽(3)相接觸的弧面與凹槽(3)的弧面完全吻合，能夠在纏繞保偏光纖(2)前填補凹槽(3)，半圓柱體(4)另一部分的弧面作為光纖纏繞面，高於環圈骨架(I)非凹槽(3)部分。
2.根據權利要求1所述的可釋放內部纏繞應力的光纖傳感環圈製備裝置，其特徵在於:所述環圈骨架(I)的外圓周上均勻分布16個半圓柱形凹槽(3);凹槽(3)直徑與兩個凹槽(3)之間的距離比為1:2 ;環圈骨架(I)直徑為IOOmm,凹槽(3)直徑為7mm ;半圓柱體(4)填充在凹槽(3)內時，其不與凹槽(3)接觸的弧面高於環圈骨架(I)的非凹槽(3)區0.2?0.Smnin
3.根據權利要求1或2所述的可釋放內部纏繞應力的光纖傳感環圈製備裝置，其特徵在於:還包括纏繞工裝(5)，其總體呈圓柱體，端面設有環狀凹槽，該環狀凹槽能夠卡住環圈骨架(1)，所述環狀凹槽外緣均勻分布與所述環圈骨架(I)半圓柱形凹槽(3)數目相同的半圓形開孔(6)，開孔(6)的直徑比環圈骨架(I)的半圓柱體(4)稍大，在纏繞工裝(5)的開孔(6)與環圈骨架(I)的凹槽(3)位置相對應時，能夠從該開孔(6)抽出環圈骨架(I)的半圓柱體(4)。
【文檔編號】G01C19/72GK203502022SQ201320383487
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年6月28日 優先權日:2013年6月28日
【發明者】畢聰志, 吳衍記, 徐廣海, 孫國飛, 張麗哲 申請人:北京自動化控制設備研究所