無交叉光纖線圈傳感器和卷繞方法

2023-05-02 07:02:46 2

專利名稱：無交叉光纖線圈傳感器和卷繞方法
技術領域：
本公開涉及光纖領域。更具體地，本發明涉及巻繞光纖和光纖傳感器 的領域。
背景技術：
光纖陀螺("FOG")利用光纖的帶巻長度來檢測微小的旋轉量。光源 的輸出被分割，由此形成兩個光束，並且指向光纖電纜的帶巻長度的相反 端。當FOG被旋轉時，逆旋轉方向傳播的光束將經歷比沿旋轉方向傳播的 光束短的光程，從而導致兩個光束之間的相移。這種相移可通過包括幹涉 測量法的各種手段來測量，以確定FOG經歷的旋轉量。
近來，FOG的發展集中在系統最小化和成本縮減上以便用於許多應用， 包括戰術武器系統和慣性制導系統。在不犧牲性能的情況下減小光纖陀螺 的大小要求對包括傳感器的一巻巻繞光纖給予相當的重視。這是因為減 小使用常規巻繞配置製成的光纖線圈的大小會極大地增加"交叉"部位的數 目。在常規巻繞方案(即，光纖在一層上軸向巻繞在巻軸上，並且隨後將 後續層構建在第一層上)中，交叉部位是一層上的光纖以對光纖施加應力 的角度與下層光纖交叉的位置。這些交叉部位被發現在單模光纖線圈中導 致隨機偏振交叉耦合，這極大地降級光纖陀螺技術性能，從而在去偏振FOG
中導致偏振非互易("PNR")偏移誤差。
在過去，導航級性能FOG設計已要求使用相對昂貴的保偏("PM") 光纖。消除交叉允許廉價的單模("SM")光纖解決方案，這降低FOG的整 體成本。由於SM光纖的顯著成本優勢，去偏振幹涉測量FOG具有很大的 成本降低潛力。
關於常規FOG的另一個問題是存在時變熱梯度，它是較大的FOG誤 差源。時變熱梯度導致稱為Shupe效應的現象，即由於線圈的不同段所經 歷的時變溫度而導致的相移，並導致增加的偏移。減小變化的熱梯度要求 確保相移對稱且不導致偏移的複雜、成本高且耗時的巻繞模式。這些類型 的巻繞模式與自動化高速巻繞系統不相兼容。
在Ruffin的美國專利No. 5，781,30 ("'301專利")中公開了巻繞光纖傳 感器線圈的無交叉且熱對稱方法。

圖1中給出了'301專利中公開的方法的 示例性例示。該方法通過在徑向上層疊的由外向內和由內向外的層上巻繞 光纖——替代按照慣例進行的在重疊的層上軸向地巻繞——來消除傳統的 交叉。在'301專利公開的方法中，兩個饋送巻軸各自用光纖總長度的一半 用來巻繞，並且光纖的第一層是以從盤的內逕到盤外徑的螺旋模式巻繞在 空心盤狀線圈架的平面側上。用粘合劑將光纖固定到線圈架上。第二螺旋 層是第一層的鏡像，並且被應用到線圈架的相反平面側上。後續螺旋層被 巻繞成使得位於與光纖線圈的中心等距處的光纖環路為細空心盤的相反側 上的光纖環路的鏡像。這種技術旨在最小化徑向上的時變熱梯度。
'301專利中公開的發明也提供用於成對巻繞光纖層，並順序地交替成 對的層，這些層是由從兩個光纖饋送巻軸牽拉出的、繞過細線圈架的每側 的光纖形成，以最小化軸向上的時變熱梯度。每個光纖螺旋對具有從內到 外巻繞的層，以及從外到內巻繞的另一層。結果線圈由此提供熱對稱性， 這極大地減小時變熱梯度的徑向和軸向分量。儘管'301專利中公開的巻繞方法和光纖線圈是對現有技術的改進，但 是存在對現有技術的實質性改進的可能性。'301專利中公開的巻繞方法的 一個缺點在於，線圈第一層之後在線圈架的任一側上的後續層直接位於先 前層之上，實際上將導致光纖的滑落和鬆弛。另外，由於各層位於彼此之 上，因此每一巻光纖中的接觸層之間存在類似於常規巻繞方案中的交叉部
位、但未受到比這些交叉點更小的應力的"接觸點"。(參見'301專利，第4 巻，第13-30行)。然而，如果沒有此類交叉或接觸點，則會是合需的。 此外，巻繞模式中的誤差隨著層數的增加快速增加，因為每一個先前層直 接影響後續層的定位。
另外，'301專利中公開的過程始於最初通過線圈架的中心巻繞光纖， 並且在線圈架的兩側上巻繞是從內到外執行的。為了在生產中實現這種情 況，將需要或者通過線圈架的中心孔將光纖纏繞在巻繞機上或者在線圈架 中切出從外逕到內徑的通道，以使得預纏繞的光纖能夠從線圈架主體通到 中心。當使用自動化巻繞配置時，通過中心孔纏繞光纖從製造觀點看來， 並不實際，並且在線圈架中切出通道損害線圈架的結構穩定性和對稱性。 因此，期望具有無需將預纏繞的光纖穿過線圈架的中心的巻繞方法。

發明內容
相應地，本公開針對無交叉光纖線圈傳感器及其巻繞方法，它們基本 上避免了由相關領域的限制和缺陷導致的諸問題中的一個或多個。
在以下描述中將闡述本發明的附加特徵和優點，並且根據本公開，或 通過本發明的實踐的示教，部分將變得顯而易見。本發明的目的和其它優 點可通過所撰寫的說明書——包括本文所包含的任何權利要求和附圖—— 中特別指出的結構來實現和獲得。
因此，本發明的目的是提供一種徑向巻繞的疊層光纖線圈，以及一種 便於經由自動化巻繞工藝來製造的用於巻繞光纖線圈的方法。
本發明的另一目的是提供一種徑向巻繞的光纖線圈，以及一種基本上 消除了光纖之間的交叉部位或接觸點的、用於巻繞光纖線圈的方法。
本發明的另一目的是提供一種巻繞的光纖線圈，以及一種無需將預巻繞光纖穿過線圈架的中心的、用於巻繞光纖線圈的方法。
本發明的又一目的是提供一種巻繞的光纖線圈，以及減小時變熱梯度 的巻繞方法。
在某些實施例中，本發明提供一種用於巻繞無交叉光纖線圈傳感器的 方法，包括將光纖電纜巻繞到第一供應巻軸和第二供應巻軸上；將光纖 電纜附連到線圈架的外邊緣，其中該線圈架包括第一側和第二側；使用第 一巻繞頭來在線圈架的第一側上形成第一由外向內線圈層，其中第一供應 巻軸向第一巻繞頭提供光纖電纜；將第一由內向外分隔器附連到第一由外 向內線圈層之上；使用第一巻繞頭來在第一由內向外分隔器上形成第一由 內向外線圈層，其中第一供應巻軸向第一巻繞頭提供光纖電纜；使用第二 巻繞頭來在線圈架的第二側上形成第二由外向內線圈，其中第二供應巻軸 向第二巻繞頭提供光纖電纜；將第二由內向外分隔器附連到第二由外向內 線圈層之上；以及使用第二巻繞頭來在第二由內向外分隔器上形成第二由 內向外線圈層，其中第二供應巻軸向第二巻繞頭提供光纖電纜。
在某些實施例中，本發明提供一種用於巻繞無交叉光纖線圈傳感器的 方法，還包括將第一由外向內分隔器附連到所述第二由內向外線圈層之 上；使用第一巻繞頭來在第一由外向內分隔器上形成第三由外向內線圈層， 其中第一供應巻軸向第一巻繞頭提供光纖電纜；將第三由內向外分隔器附 連到第三由外向內線圈層之上；以及使用第一巻繞頭來在第三由內向外分 隔器上形成第三由內向外線圈層，其中第一供應巻軸向第一巻繞頭提供光 纖電纜。
在某些實施例中，本發明提供一種用於巻繞無交叉光纖線圈傳感器的 方法，還包括將第二由外向內分隔器附連到所述第一由內向外線圈層之 上；使用第二巻繞頭來在第二由外向內分隔器上形成第四由外向內線圈層， 其中第二供應巻軸向第二巻繞頭提供光纖電纜；將第四由內向外分隔器附 連到第四由外向內線圈層之上；以及使用第二巻繞頭來在第四由內向外分 隔器上形成第四由內向外線圈層，其中第二供應巻軸向第二巻繞頭提供光 纖電纜。
在某些實施例中，本發明提供一種無交叉光纖線圈傳感器，包括線圈架，其中線圈架包括第一側、第二側和外邊緣；包括第一光纖部分和第 二光纖部分的光纖電纜，其中該光纖電纜的至少一部分被附連到線圈架的 外邊緣；第一由外向內線圈層，其形成於線圈架的第一側上，其中第一由 外向內線圈層是由第一光纖部分形成的；第一由內向外分隔器，其被附連 到第一由外向內線圈層之上；第一由內向外線圈層，其形成於第一由內向 外分隔器上，其中第一由內向外線圈層是由第一光纖部分形成的；第二由 外向內線圈層，其形成於線圈架的第二側上，其中第二由外向內線圈層是 由第二光纖部分形成的；第二由內向外分隔器，其被附連到第二由外向內 線圈層之上；以及第二由內向外線圈層，其形成於第二由內向外分隔器之 上，其中第二由內向外線圈層是由第二光纖部分形成的。
在某些實施例中，本發明提供一種無交叉光纖線圈傳感器，還包括 第一由外向內分隔器，其被附連到第二由內向外線圈層之上；第三由外向 內線圈層，其形成於第一由外向內分隔器之上，其中該第三由外向內線圈 層是由第一光纖部分形成的；第三由內向外分隔器，其被附連到第三由外 向內線圈層之上；第三由內向外線圈層，其形成於第二由內向外分隔器上， 其中第三由內向外線圈層是由第一光纖部分形成的；第二由外向內分隔器， 其被附連到第一由內向外線圈層之上；第四由外向內線圈層，其形成於第 二由外向內分隔器上，其中第四由外向內線圈層是由第二光纖部分形成的； 第四由內向外分隔器，其被附連到第四由外向內線圈層之上；以及第四由 內向外線圈層，其形成於第四由內向外分隔器上，其中該第四由內向外線 圈層是由第二光纖部分形成的。
應當理解，前述一般描述和以下詳細描述兩者皆是示例性和說明性的， 並且旨在提供對所公開的無交叉光纖線圈傳感器和巻繞方法的進一步解 釋。
附圖簡述
在被包括以提供對所公開的無交叉光纖線圈傳感器和巻繞方法的進一 步理解且被納入本說明書並構成其一部分的附圖，例示了各個實施例，並 連同描述用於解釋所公開的無交叉光纖傳感器和巻繞方法的至少一個實施例的原理。
在附圖中
圖1是示出了涉及美國專利No. 5,781,301公開的巻繞方法中的步驟的示圖。
圖2是示出了根據本發明的實施例的光纖傳感器的製造的示圖。 圖3是示出了根據本發明的實施例製造的部分光纖傳感器線圈的分解 圖的示圖。
圖4是示出了根據本發明的實施例製造的部分光纖傳感器線圈的分解 圖的示圖。
圖5是示出了根據本發明的實施例的、在多巻光纖之間具有分隔片的 光纖傳感器線圈的部分分解圖的示圖。
圖6A是根據本發明的實施例的用於製造光纖傳感器的裝置的示意性 例示。
圖6B是示出了根據本發明的實施例的示意巻繞頭的示圖。 圖7是根據體現本發明的方法製造的光纖線圈層的圖示。 圖8和9是分發光纖電纜以形成根據本發明的光纖線圈層的巻繞頭的 圖示。
圖10和11是示出了根據本發明的實施例的用於製造光纖傳感器的裝 置的總體圖的圖示。
圖12是根據本發明的實施例的光纖線圈層以及用於其間的裂開的分 隔片的圖示。
圖13是圖3的部分光纖傳感器線圈的尺寸圖。
本發明實施例的詳細描述
現在詳細參照所公開的無交叉光纖線圈傳感器和巻繞方法的實施例， 在附圖中例示了這些實施例的示例。
圖2是示出了本發明的各個實施例的示圖，其中線圈架ll (類似於平 坦環狀墊圈)提供了對光纖線圈10的結構支承。光纖線圈IO包括由從第 一供應巻軸17和第二供應巻軸19分別提供的光纖電纜1形成的多個線圈層12a到12e以及14a到14e。
在某些實施例中，光纖線圈IO的巻繞是通過將光纖電纜巻繞到第一供 應巻軸17和第二供應巻軸19上開始的。在優選實施例中，光纖電纜的巻 繞到光纖第一供應巻軸17上的量和光纖電纜巻繞到第二供應巻軸19上的 量在長度上基本相同。光纖電纜的巻繞到第一供應巻軸17上的量和光纖電 纜巻繞到第二供應巻軸19上的量在長度上可以不同而不背離本發明的精神 和範圍。光纖電纜可包括單條連續的光纖電纜或者由多個光纖電纜段構成。 在某些實施例中，光纖電纜可包括單模光纖電纜。合適的單模光纖電纜包 括例如由GA的Norcross的OFS製造的GyroSil Clearlite BF06158，當然， 可使用任何單模光纖電纜或保偏光纖電纜，而不背離本發明的精神和範圍。
在某些實施例中，光纖電纜的一部分在隨後被附連到線圈架11的外邊 緣。在某些實施例中，光纖電纜附連到線圈架的外邊緣的部分可以是光纖 電纜的中心15。線圈架11還包括第一側、第二側和內部小孔20，如圖3 中所示。線圈架ll可由剛性材料形成以向光纖線圈提供機械強度。線圈架 11還可包括諸如銅的導熱材料以提供增強的熱特性。當然，線圈架11可由 其它材料形成而不背離本發明的精神和範圍。
在某些實施例中，如圖13中所示的，內部小孔20的直徑可為15毫米。 線圈架11的直徑可為80毫米，而厚度可為1.2毫米。當然，這些尺寸可根 據光纖線圈IO的期望性能特性顯著變化，而不背離本發明的精神和範圍。
在某些實施例中，使用第一巻繞頭在線圈架11的第一側上形成第一由 外向內線圈層12a。第一供應巻軸17向第一巻繞頭提供光纖電纜。術語"由 外向內"指示線圈層從線圈架11的外邊緣開始並向線圈架11的內部小孔20 巻繞。相反，"由內向外"指示線圈層從線圈架11的內部小孔20開始並向 線圈架11的外邊緣巻繞。第一由外向內線圈層12a是由第一巻繞頭形成的， 該巻繞頭將由第一供應巻軸17提供的光纖電纜精確地定位到線圈架11的 表面上，成為一系列緊密巻繞的螺旋環路，以使得線圈架11的中心與這些 環路的中心相一致。第一由外向內線圈層12a是使用低張力巻繞方案來形 成的，該低張力巻繞方案要求光纖電纜如同敷設在線圈架11上那樣被"附 加"到位置上。因此，在形成線圈層之前施加粘合劑22。合適的粘合劑包括諸如由MN的St.Paul的3M公司製造的部件444的雙面粘合帶。當然，可 使用其它粘合劑而不背離本發明的精神和範圍。圖3示意性示出了使用粘 合層22將兩個熱對稱線圈層12a、 14a固定到線圈架11。在一個實施例中， 第一由外向內線圈層12a是通過第一巻繞頭在線圈架11的第一側上形成 的，而第二由外向內線圈層14a是通過第二巻繞頭在線圈架11的第二側上 形成的。每個由外向內線圈層有益地與由內向外線圈層相組合，如以下詳 述的。
圖4是根據本發明的實施例的具有四個熱對稱層(線圈架11的每側兩 個)的光纖線圈傳感器的示意性分解圖。在某些實施例中，第一由內向外 分隔器23被附連到第一由外向內線圈層12a之上。第一由內向外分隔器23 可包括前半部和後半部以改進光纖線圈IO的可製造性。第一由內向外分隔 器23可包括導熱材料，例如銅，以改進光纖線圈IO的熱平衡。使用第一 巻繞頭在第一由內向外分隔器23之上形成第一由內向外線圈層12b。第一 由內向外線圈層12b可通過裂開的粘合片24粘合到第一由內向外分隔器。 裂開的粘合片24可包括諸如由MN的St. Paul的3M公司製造的部件444 的雙面粘合帶。(當然，還可使用其它粘合劑，而不背離本發明的精神和 範圍。)在一實施例中，在形成線圈層12b之後，將線圈架翻轉，並且使 用第二巻繞頭形成第二由外向內線圈層14a。使用粘合層22將線圈層14a 粘合到線圈架11的第二側。第二由內向外分隔器23在隨後被放置在線圈 層14a上；該分隔器較佳地分成前半部和後半部，以使得光纖電纜可通過 其中心小孔。然後，第二由內向外線圈層14b形成於分隔器上，並通過另 一裂開的粘合片24粘合於此。隨後，將線圈架ll再次翻轉，以在線圈架 的第一側上形成附加線圈層。應當領會，可通過重複上述步驟製造所要求 那麼多的熱對稱線圈層。重複由外向內和由內向外線圈巻繞，連同使用粘 合層和分隔器，確保了已完成的光纖線圈傳感器是無交叉、熱對稱的且在 結構上是穩定的。如圖4中所示，體現本發明的光纖線圈傳感器在線圈架 的第一側上具有一組線圈層，而在線圈架的第二側上具有第二組線圈層； 第一組和第二組具有相等數目的層以及基本相等的光纖電纜長度。應當注 意，第一組和第二組之間的光纖電纜連接僅位於線圈架的圓周的外部；艮口，沒有電纜穿過線圈架的中心小孔。
線圈架和分隔器可包括用於將線圈層保持在適當位置的法蘭，如圖5 中所示的。在圖5中所示的實施例中，線圈架11在其外邊緣具有法蘭llf，
以使得第一由外向內線圈層12a適配於法蘭內部。第一由內向外分隔器23 具有圍繞中心小孔的法蘭23f;繞法蘭23f形成第一由內向外線圈層12b。 附加的由外向內分隔器25在其圓周處具有法蘭25f，以使得第三由外向內 線圈層12c適配於法蘭25f內部。
在其它實施例中，第一由內向外分隔器23可包括孔眼。灌封材料可被 應用於第一由外向內線圈層12a。合適的灌封材料包括例如可從Master Bond購買到的EP29LPSP環氧樹脂。當然，可使用另一灌封材料而不背離 本發明的精神和範圍。當第一由內向外分隔器23包括孔眼時，來自第一由 外向內線圈層12a的過剩的灌封材料將通過孔眼，並在形成第一由內向外 線圈層12b期間充當粘合劑，從而導致裂開分隔片24變得多餘。
圖6A是根據本發明的實施例的用於形成光纖線圈傳感器的裝置的示 意性例示。連續光纖電纜1可從兩個巻繞頭61-1、 61-2的任一個饋送出。 每個巻繞頭包括光纖巻軸63和用於通過光纖施放器部分71將光纖電纜從 巻軸饋送出的饋送電機62。線圈架11安置於支承面(未示出)上，而巻繞 頭使用機械平臺(未示出)相對於線圈架移動。圖6A將巻繞頭61-1示為 其在由箭頭所示的方向上以基本為平面螺旋的方式將電纜1饋送到線圈架 11 (較佳地在其表面上已具有粘合層22)上，以形成第一由外向內線圈層 12a。在線圈架被翻轉之後，巻繞頭61-2被用於在線圈架11的另一側上形 成線圈層。應當領會，通過使用兩個巻繞頭饋送連續光纖電纜，允許形成 穩定的熱對稱線圈傳感器而沒有交叉或電纜折斷。
替換地，可按照可同時訪問線圈架的兩個平面表面的方式來支持線圈 架。在一實施例中，巻繞頭61-1在一個表面上形成線圈層，而巻繞頭61-2 在相反表面上形成另一線圈層。本領域技術人員應當理解，機械平臺可被 配置成使得每個巻繞頭可從線圈架的一側移至另一側而無需翻轉線圈架。
在圖6B中示意性地例示了巻繞頭61的某些細節；根據本發明的各個 實施例，巻繞頭61可被用作第一巻繞頭和第二巻繞頭。巻繞頭61包括饋送電機62、光纖巻軸63、光纖張緊輪64、光纖長度編碼器65、空轉輪66、 光纖導杆67、光纖施放器68、相機69、高度傳感器70。光纖巻軸63由饋 送電機62來驅動。光纖電纜通過光纖張緊輪64從光纖巻軸63饋送出、隨 後在光纖長度編碼器與空轉輪66之間饋送。當從光纖巻軸63饋送光纖電 纜，光纖張緊輪64向該光纖電纜提供例如小於35克的標稱張力，以控制 會導致饋送問題或光纖折斷的非希望巻軸"解開"。光纖張緊輪64在閉環中 與饋送電機62起作用。隨著光纖張緊輪64上張力的增大，饋送電機62的 旋轉速度增加。相反，當光纖張緊輪64上張力減小時，饋送電機62的旋 轉速度減小。光纖長度編碼器65提供對已經從光纖巻軸63饋送出的光纖 長度的測量。光纖長度編碼器65彈力加載到空轉輪66，以使得空轉輪66 將光纖電纜引導至光纖導杆67。光纖導杆67定向光纖電纜，以使其可被應 用到襯底。光纖導杆67可包括前半部和後半部，以使得光纖電纜可穿過光 纖導杆67而無需光纖電纜具有切割端。光纖施放器68是具有滾珠軸承安 裝輪、用於在光纖與襯底形成接觸時向光纖施加壓力的螺線管或氣缸操作 臂。相機69包括用於在施加光纖時觀測該光纖的至少一個相機。相機69 可由操作員使用或由視覺硬體/軟體使用以使生產自動化。高度傳感器70 提供相對於襯底獲得的巻繞頭高度。此高度可被用於確保光纖導杆67處於 恰當高度，或者用於將光纖電纜應用於具有變化高度的襯底。
圖7示出了根據以上所描述的方法製造的襯底上的光纖線圈層。圖8 和9示出了使用巻繞頭巻繞到襯底上的光纖線圈層。圖10和11示出了用 於巻繞光纖線圈層的自動化巻繞機器，包括用於相對於襯底移動巻繞頭的 機械平臺。圖12示出了根據本發明的實施例的、與線圈層聯用以形成光纖 線圈傳感器的一對裂開的分隔片。如圖13的尺寸圖中所示的，體現本發明 的典型傳感器具有外徑為80毫米的線圈架、直徑為15毫米且厚度為1.2 毫米的中心小孔。光纖電纜1的典型直徑為150n。
根據本發明的光纖線圈傳感器的應用包括但不限於FOG和慣性測量 單元(IMU)。
雖然本文已描述了無交叉光纖線圈傳感器和巻繞方法的詳細和特定實 施例，但是對於本領域技術人員顯而易見的是，可在其中作出各種改變和修改而不背離所公開的無交叉光纖線圈傳感器和巻繞方法的精神和範圍。 因此，本公開旨在涵蓋這些修改和變化，只要它們落在所附權利要求和/或 其等效方案的範圍內。
權利要求
1. 一種用於卷繞無交叉光纖線圈傳感器的方法，包括a)將光纖電纜卷繞到第一供應捲軸和第二供應捲軸上；b)將所述光纖電纜附連到線圈架的外邊緣，其中所述線圈架包括第一側和第二側；c)使用第一卷繞頭來在所述線圈架的所述第一側上形成第一由外向內線圈層，其中所述第一供應捲軸向所述第一卷繞頭提供光纖電纜；d)將第一由內向外分隔器附連到所述第一由外向內線圈層；e)使用所述第一卷繞頭在所述第一由內向外分隔器上形成第一由內向外線圈層；f)使用第二卷繞頭來在所述線圈架的所述第二側上形成第二由外向內線圈層，其中所述第二供應捲軸向所述第二卷繞頭提供光纖電纜；g)將第二由內向外分隔器附連到所述第二由外向內線圈層；以及h)使用所述第二卷繞頭在所述第二由內向外分隔器上形成第二由內向外線圈層。
2. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一巻繞頭的結構和所 述第二巻繞頭的結構基本上是相同的。
3. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述光纖電纜包括單條連續 的光纖電纜。
4. 如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述光纖電纜的中心被附連 到所述線圈架的所述外邊緣。
5. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，光纖電纜在所述第一供應巻 軸上的量與光纖電纜在所述第二供應巻軸上的量在長度上基本相等。
6. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述光纖電纜包括單模光纖 電纜。
7. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述光纖電纜包括保偏光纖 電纜。
8. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述由內向外分隔器各自包括前半部和後半部。
9. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述由內向外分隔器各自包 括雙面粘合片。
10. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述由內向外分隔器各自包 括導熱材料。
11. 如權利要求io所述的方法，其特徵在於，所述導熱材料包括銅。
12. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述由內向外分隔器的至少 之一還包括孔眼。
13. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括 將所述線圈架置於外殼中；以及 將所述線圈架封裝到灌封材料中。
14. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括i)將第一由外向內分隔器附連到所述第二由內向外線圈層； j)使用所述第一巻繞頭在所述第一由外向內分隔器上形成第三由外向內 線圈層；k)將第三由內向外分隔器附連到所述第三由外向內線圈層；以及 1)使用所述第一巻繞頭在所述第三由內向外分隔器上形成第三由內向外 線圈層。
15. 如權利要求14所述的方法，其特徵在於，還包括 m)翻轉所述線圈架；n)將第二由外向內分隔器附連到所述第一由內向外線圈層； o)使用所述第二巻繞頭在所述第二由外向內分隔器上形成第四由外向內 線圈層；p)將第四由內向外分隔器附連到所述第四由外向內線圈層；以及 q)使用所述第二巻繞頭在所述第四由內向外分隔器上形成第四由內向外 線圈層。
16. 如權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述由外向內分隔器包括 導熱材料。
17. 如權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述導熱材料包括銅。
18. 如權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述由外向內分隔器還包 括孔眼。
19. 如權利要求15所述的方法，其特徵在於，還包括反覆地重複步驟i) 到q)。
20. —種無交叉光纖線圈傳感器，包括線圈架，其中所述線圈架包括第一側、第二側和外邊緣；包括第一光纖部分和第二光纖部分的光纖電纜，其中所述光纖電纜的至少一部分被附連到所述線圈架的所述外邊緣；第一由外向內線圈層，其形成於所述線圈架的所述第一側上，其中所述第一由外向內線圈層是由所述第一光纖部分形成的；第一由內向外分隔器，其被附連到所述第一由外向內線圈層；第一由內向外線圈層，其形成於所述第一由內向外分隔器上，其中所述第一由內向外線圈層是由所述第一光纖部分形成的；第二由外向內線圈層，其形成於所述線圈架的所述第二側上，其中所述第二由外向內線圈層是由所述第二光纖部分形成的；第二由內向外分隔器，其被附連到所述第二由外向內線圈層；以及 第二由內向外線圈層，其形成於所述第二由內向外分隔器上，其中所述第二由內向外線圈層是由所述第二光纖部分形成的。
21. 如權利要求20所述的傳感器，其特徵在於，所述光纖電纜是單條連 續的光纖電纜。
22. 如權利要求20所述的傳感器，其特徵在於，所述第一光纖部分和所 述第二光纖部分具有基本相等的長度。
23. 如權利要求20所述的傳感器，其特徵在於，所述光纖電纜包括單模 光纖電纜。
24. 如權利要求20所述的傳感器，其特徵在於，所述光纖電纜包括保偏 光纖電纜。
25. 如權利要求20所述的傳感器，其特徵在於，所述由內向外分隔器各 自包括前半部和後半部。
26. 如權利要求20所述的傳感器，其特徵在於，所述由內向外分隔器各自包括雙面粘合片。
27. 如權利要求20所述的傳感器，其特徵在於，所述由內向外分隔器各 自包括導熱材料。
28. 如權利要求27所述的傳感器，其特徵在於，所述導熱材料包括銅。
29. 如權利要求20所述的傳感器，其特徵在於，所述由內向外分隔器的 至少之一還包括孔眼。
30. 如權利要求20所述的傳感器，其特徵在於，還包括-外殼，其中所述線圈架位於所述外殼內；以及 灌封材料，其中所述灌封材料封裝所述線圈架。
31. 如權利要求20所述的傳感器，其特徵在於，還包括-第一由外向內分隔器，其被附連到所述第二由內向外線圈層； 第三由外向內線圈層，其形成於所述第一由外向內分隔器上，其中所述第三由外向內線圈層是由所述第一光纖部分形成的；第三由內向外分隔器，其被附連到所述第三由外向內線圈層； 第三由內向外線圈層，其形成於所述第三由內向外分隔器上，其中所述第三由內向外線圈層是由所述第一光纖部分形成的；第二由外向內分隔器，其被附連到所述第一由內向外線圈層； 第四由外向內線圈層，其形成於所述第二由外向內分隔器上，其中所述第四由外向內線圈層是由所述第二光纖部分形成的；第四由內向外分隔器，其被附連到所述第四由外向內線圈層；以及 第四由內向外線圈層，其形成於所述第四由內向外分隔器上，其中所述第四由內向外線圈層是由所述第二光纖部分形成的；
32. 如權利要求31所述的傳感器，其特徵在於，所述由外向內分隔器包 括導熱材料。
33. 如權利要求32所述的傳感器，其特徵在於，所述導熱材料包括銅。
34. 如權利要求32所述的傳感器，其特徵在於，所述由外向內分隔器還 包括孔眼。
35. —種用於製造光纖線圈傳感器的裝置，包括第一巻繞頭，用於以基本為平面螺旋的方式將光纖電纜施加到襯底的第一表面，所述第一巻繞頭包括第一光纖巻軸、第一饋送電機和第一施放器部分； 以及第二巻繞頭，用於以基本為平面螺旋的方式將所述光纖電纜施加到襯底的 第二表面，所述第二巻繞頭包括第二光纖巻軸、第二饋送電機和第二施放器部 分，其中所述光纖電纜是從所述第一巻軸延伸到所述第二巻軸的連續電纜。
36. 如權利要求35所述置，其特徵在於，所述第一巻繞頭被連接到第一平臺，用於相對於所述襯底移動所述第一巻 繞頭，以及所述第二巻繞頭被連接到第二平臺，用於相對於所述襯底移動所述第二巻 繞頭。
37. 如權利要求35所述的裝置，其特徵在於，所述第一施放器部分包括在所述光纖電纜被施加到所述第一表面時對所 述電纜施加壓力的第一壓輪，以及所述第二施放器部分包括用於在所述光纖電纜被施加到所述第二表面時 對所述電纜施加壓力的第二壓輪。
38. 如權利要求20所述的傳感器，其特徵在於，所述由內向外分隔器的 至少之一在其內部具有小孔並且在所述小孔的邊緣處具有法蘭。
39. 如權利要求31所述的傳感器，其特徵在於，所述由外向內分隔器的 至少之一在其外邊緣處具有法蘭。
40. 如權利要求22所述的傳感器，其特徵在於 第一組線圈層被置於所述線圈架的所述第一側上， 第二組線圈層被置於所述線圈架的所述第二側上，以及 所述第一組和第二組中的層數是相等的，以使得所述傳感器基本上熱對對稱。
41. 一種用於製造光纖線圈傳感器的方法，包括以下步驟-將光纖電纜在線圈架的外邊緣上的附著點處附連到所述外邊緣，其中所述線圈架具有第一側和第二側；使用第一巻繞頭從第一供應巻軸提供光纖電纜來在所述第一側上形成第一由外向內線圈層；隨後使用所述第一巻繞頭在所述第一側上形成第一由內向外線圈層； 使用第二巻繞頭從第二供應巻軸提供光纖電纜來在所述第二側上形成第二由外向內線圈層；隨後使用所述第二巻繞頭在所述第二側上形成第二由內向外線圈層； 由此在所述第一側上形成第一組線圈層，以及在第二側上形成第二組線圈層，這些線圈層在所述附著點處被連接，其中所述第一組與所述第二組之間的光纖電纜連接僅位於所述線圈架的圓周外部。
42. 如權利要求41所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟 在形成所述第一由內向外線圈層之前將第一分隔器附連到所述第一由外向內線圈層；以及在形成所述第二由內向外線圈層之前將第二分隔器附連到所述第二由外 向內線圈層，以使得每個組的兩個線圈層具有設置於其間的分隔器。
43. 如權利要求41所述的方法，其特徵在於，所述光纖電纜包括單條連 續的光纖電纜。
44. 如權利要求43所述的方法，其特徵在於，所述光纖電纜的中心在所 述附著點處被附連到所述線圈架的所述外邊緣。
45. 如權利要求42所述的方法，其特徵在於，所述分隔器各自包括前半 部和後半部。
46. 如權利要求42所述的方法，其特徵在於，還包括將每個分隔器設成 具有用於粘合到線圈層的粘合表面。
47. 如權利要求41所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟 在形成所述第一由外向內線圈層之前在所述線圈架的所述第一側上形成第一粘合層；以及在形成所述第二由外向內線圈層之前在所述線圈架的所述第二側上形成 第二粘合層。
48. 如權利要求42所述的方法，其特徵在於，至少一個分隔器包括導熱材料。
49. 如權利要求42所述的方法，其特徵在於，至少一個分隔器還包括孔眼。
50. 如權利要求41所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟 將所述線圈架置於外殼中；以及將所述線圈架封裝到灌封材料中。
51. —種無交叉光纖線圈傳感器，包括 線圈架，其具有第一側、第二側和外邊緣；分別置於所述第一側和所述第二側上的第一組線圈層和第二組線圈層，所 述線圈層的每一個具有布置成基本為平面螺旋的光纖電纜；分別散布所述第一側和所述第二側上的毗鄰線圈層之間的第一組分隔器和第二組分隔器；以及位於所述外邊緣處的、連接所述第一組中的線圈層與所述第二組中的線圈 層的光纖電纜部分。
52. 如權利要求51所述的傳感器，其特徵在於，所述光纖電纜部分的被 附連到所述線圈架的所述外邊緣。
53. 如權利要求51所述的傳感器，其特徵在於，所述第一組與所述第二 組之間的光纖電纜連接僅位於所述線圈架的圓周外部。
54. 如權利要求51所述的傳感器，其特徵在於，所述光纖電纜包括單條 連續光纖電纜。
55. 如權利要求51所述的傳感器，其特徵在於， 所述第一組和所述第二組具有基本相等的光纖電纜長度，並且 所述第一組和所述第二組中的線圈層的數目相等，以使得所述傳感器基本上熱對稱。
56. 如權利要求51所述的傳感器，其特徵在於，在所述第一組和所述第 二組的每一個中，所述線圈層包括交替的由外向內和由內向外層。
57. 如權利要求51所述的傳感器，其特徵在於，所述分隔器的每一個具 有用於粘合到線圈層的粘合層。
58. 如權利要求51所述的傳感器，其特徵在於，所述分隔器各自包括前半部和後半部。
59. 如權利要求51所述的傳感器，其特徵在於，具有形成於與所述線圈 架背向的表面上的由內向外線圈層的分隔器被表徵為由內向外分隔器，並且至 少一個由內向外分隔器在其內部具有小孔，並且在所述小孔的邊緣處具有法
60. 如權利要求51所述的傳感器，其特徵在於，具有形成於與所述線圈 架背向的表面上的由外向內線圈層的分隔器被表徵為由外向內分隔器，並且至 少一個由外向內分隔器在其外邊緣處具有法蘭。
全文摘要
一種用於卷繞無交叉光纖線圈傳感器的方法，包括將光纖電纜附連到線圈架外邊緣，其中線圈架(11，10)包括第一側、第二側；使用第一卷繞頭形成線圈架第一側的第一由外向內線圈層(12a-12e)；將第一由內向外分隔器(23)附連到第一由外向內線圈層(12a-12e)之上；使用第一卷繞頭在第一由內向外分隔器之上形成第一由內向外線圈層；使用第二卷繞頭在線圈架第二側上形成第二由外向內線圈層；將第二由內向外分隔器(23)附連到第二由外向內線圈層之上；以及使用第二卷繞頭在第二由內向外分隔器(23)之上形成第二由內向外線圈層。
文檔編號G02B6/00GK101548210SQ200780023314
公開日2009年9月30日 申請日期2007年4月30日 優先權日2006年4月28日
發明者M·R·威廉士 申請人:摩根研究股份有限公司