一种可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈制备方法
【专利摘要】本发明属于光纤陀螺【技术领域】，具体涉及一种可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈制备方法。本发明的方法包括以下步骤：将半圆柱体填充于环圈骨架外圆周的凹槽内；用缠绕工装固定环圈骨架，缠绕工装的开孔部分与环圈骨架的凹槽错开安装；对保偏光纤和环圈骨架进行除潮处理；采用四极对称法将保偏光纤并排密绕在环圈骨架上，形成光纤环；固化光纤环，并在半凝固状态下，抽出半圆柱体；二次固化光纤环；拆卸缠绕工装，完成光纤传感环圈制作。本发明消除了缠绕应力对陀螺性能的不利影响，提高了温变环境下陀螺的工作稳定性和精度。
【专利说明】一种可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤陀螺【技术领域】，具体涉及一种可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈制备方法。
【背景技术】
[0002]光纤传感环圈是光纤陀螺中利用萨格奈克机制工作，敏感旋转角增量的核心部件，由于光纤本身是一种非常灵敏的传感器，它对温度、磁场、应力等作用因素都极为敏感，因此光纤传感环圈不可避免受到这些因素的影响。一直以来，温度性能是光纤陀螺研究和工程化应用中的重要指标，环境温度会直接和间接诱导产生附加相位误差，与旋转引入的相位差叠加起来无法区分，从而造成光纤陀螺的零位误差。
[0003]目前，普遍采用四极对称的方法缠绕光纤环圈，在《光纤陀螺敏感环圈的温度漂移特性机绕圈技术研究》中(中国惯性技术学报，1998年06期)详尽论述了四极对称绕法及其优点，极大抑制了环圈中因温度以及温度诱导应力引起的非互易相位误差，但是无法完全消除其影响。另外，在环圈缠绕过程中必须对光纤施加一定的张力才能够保证缠绕的排纤精度和四极对称性，然而，由于目前国内绕线机的精度不高，对张力的控制范围无法保证每段光纤所受张力均匀一致，整个光纤长度内张力波动很大，因此破坏了环圈的四极对称优势，损害了环圈的整体温度性能。
[0004]传感环圈主要由骨架、保偏光纤和固化胶构成，环圈骨架支撑缠绕光纤层并由固化胶固定成为整体，提高环圈机械强度。根据不同的机械强度、热参数和重量要求，骨架通常可以采用铝合金或者钛合金材料。光纤在一定的张力下缠绕于骨架表面，环圈固化完成后此张力固化在光纤中无法消除，光纤的光学性能指标下降，特别是当环圈在温变环境下，此张力随温度发生变化，导致整个陀螺输出不稳，并且由于骨架材料的圆柱特性，圆柱形缠绕表面受温度的影响将完全在径向伸缩，对缠绕其上的光纤施加额外应力，进一步破坏环圈稳定性，难以满足光纤陀螺温度性能的要求。
【发明内容】
[0005]本发明需要解决的技术问题为:提供一种可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈制备方法，消除缠绕应力对陀螺性能的不利影响，提高温变环境下陀螺的工作稳定性和精度。
[0006]本发明的技术方案如下所述:
[0007]一种可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈的制备方法，包括以下步骤:
[0008]步骤1.清洗环圈骨架，将半圆柱体填充于环圈骨架外圆周的凹槽内；
[0009]步骤2.用缠绕工装固定环圈骨架，缠绕工装的开孔部分与环圈骨架的凹槽错开安装，避免填充在凹槽中的半圆柱体滑出；
[0010]步骤3.对保偏光纤和环圈骨架进行除潮处理；
[0011]步骤4.采用四极对称法将保偏光纤并排密绕在环圈骨架上，形成光纤环；
[0012]步骤5.采用固化胶粘剂灌封光纤环；在固化胶粘剂半凝固状态下，沿圆周方向转动缠绕工装，使缠绕工装上的开孔与环圈骨架上的凹槽一一对应，进而将填充于凹槽内的半圆柱体抽出；
[0013]步骤6.将光纤环水平常温静置，直至固化胶粘剂完全凝固；
[0014]步骤7.采用固化胶粘剂对光纤环进行二次灌封，填充由半圆柱体抽出而出现的附加空隙；将光纤环水平常温静置，直至固化胶粘剂完全凝固；拆卸缠绕工装，完成光纤传感环圈制作。
[0015]步骤4中，所述四极对称法操作步骤如下所述:由整根保偏光纤的中点绕起，顺时针方向缠绕中点一侧的保偏光纤，完成第一层光纤绕制；而后将中点另一侧的保偏光纤按照逆时针方向缠绕，在第一层光纤外侧依次完成第二层、第三层光纤绕制；然后在第三层光纤外侧继续缠绕顺时针方向的保偏光纤形成第四层光纤，如此即完成一个周期4层的光纤缠绕；如此反复最终完成若干个周期的光纤缠绕，形成光纤环。
[0016]步骤3中，将保偏光纤和环圈骨架均放入高温实验箱中加热至60?100°C，保温5?20小时进行除潮。作为优选方案，加热温度为80°C，保温时间为5小时。
[0017]本发明的有益效果为:
[0018]本发明的可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈制备方法，能够消除缠绕应力对环圈的影响，同时减小温变环境下骨架施加在光纤上的热应力，提高陀螺的温度性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明的可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈剖面图；
[0020]图2为本发明的可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈骨架俯视图；
[0021]图3为本发明的可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈缠绕工装示意图。
[0022]图中，1-环圈骨架，2-保偏光纤，3-凹槽，4-半圆柱体，5-缠绕工装，6_开孔。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本发明的可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈制备方法进行详细说明。
[0024]一种可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈制备方法，包括以下步骤:
[0025]步骤I
[0026]利用有机溶剂清洗环圈骨架1，去除缠绕面上的附着物和污染物；将半圆柱体4填充于环圈骨架I的凹槽3内。
[0027]步骤2
[0028]用两个缠绕工装5固定环圈骨架1，其中，缠绕工装5的开孔6部分与环圈骨架I的凹槽3错开安装，避免填充在凹槽3中的半圆柱体4滑出。
[0029]步骤3
[0030]将保偏光纤2和环圈骨架I均放入高温实验箱中加热至60?100°C，保温5?20小时进行除潮，去除材料表面的水汽，避免影响固化胶固化。本实施例中，加热温度为80°C，保温时间为5小时。
[0031]步骤4
[0032]从高温实验箱中取出除潮后的环圈骨架I和保偏光纤2，采用四极对称法将保偏光纤2并排密绕在环圈骨架I上。
[0033]所述四极对称法为本领域技术人员公知常识:由整根光纤的中点绕起，顺时针方向缠绕中点一侧的光纤，完成第一层光纤绕制；而后将中点另一侧的光纤按照逆时针方向缠绕，完成环圈的第二和第三层光纤绕制；然后继续缠绕顺时针方向的光纤形成环圈的第四层，如此即完成一个周期(4层)的光纤缠绕；如此反复最终完成4N层光纤缠绕，形成光纤环。
[0034]步骤5
[0035]将绕制完成的光纤环进行灌封，填充固化胶粘剂于光纤环的空隙中；在固化胶粘剂处于半凝固状态下，沿圆周方向转动缠绕工装5，使缠绕工装5上的开孔6与环圈骨架I上的凹槽3--对应,进而将填充于凹槽3内的半圆柱体4抽出。
[0036]步骤6
[0037]将光纤环水平常温静置，直至固化胶粘剂完全凝固。光纤中的缠绕应力得到缓慢释放，并且光纤环在环圈骨架I和固化胶粘剂的束缚下能够保持初始缠绕结构。
[0038]步骤7
[0039]将光纤环整体重新放入固化胶粘剂中进行二次灌封，填充由半圆柱体4抽出而出现的附加空隙；然后再次进行光纤环的温度环境固化工艺操作，即将光纤环水平常温静置，直至固化胶粘剂完全凝固；光纤环固化为一个低应力、互易性较高的整体，最后拆卸缠绕工装5，完成光纤传感环圈制作。
[0040]实现本发明的可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈制备方法的装置如图1?图3所示。
[0041]所述环圈骨架I主体为上、下端面开放的中空圆柱体，在环圈骨架I的外圆周上均勻分布η个半圆柱形凹槽3,本实施例中，η=16。凹槽3的半径根据环圈的径向厚度确定，优选方案为凹槽3直径与两个凹槽3之间的距离比约为1:2，本实施例中，环圈骨架I直径为100mm，则凹槽3直径约为7mm。每个凹槽3对应一个体积形状相近的半圆柱体4，用于缠绕前填补凹槽3，此半圆柱体4的弧形部分应与凹槽3的弧形完全吻合，另一部分的弧面作为光纤缠绕面，略微高于两侧的非凹槽3部分,本实施例中，半圆柱体4的表面应略高于环圈骨架I的非凹槽3区0.2?0.5mm。在缠绕之前，将16个半圆柱体4填补于骨架凹槽3中。
[0042]所述缠绕工装5总体呈圆柱体，其端面设有环状凹槽，该环状凹槽能够卡住上述环圈骨架I ;所述环状凹槽外缘均匀分布η个半圆形的开孔6，开孔6的直径比半圆柱体4稍大，在缠绕工装5的开孔6与环圈骨架I的凹槽3位置相对应时，能够从开孔6抽出半圆柱体4。
【权利要求】
1.一种可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤1.清洗环圈骨架(1)，将半圆柱体(4)填充于环圈骨架(I)外圆周的凹槽(3)内；步骤2.用缠绕工装(5)固定环圈骨架(1)，缠绕工装(5)的开孔(6)部分与环圈骨架(O的凹槽(3)错开安装，避免填充在凹槽(3)中的半圆柱体(4)滑出； 步骤3.对保偏光纤(2)和环圈骨架(I)进行除潮处理； 步骤4.采用四极对称法将保偏光纤(2)并排密绕在环圈骨架(I)上，形成光纤环；步骤5.采用固化胶粘剂灌封光纤环；在固化胶粘剂半凝固状态下，沿圆周方向转动缠绕工装(5 )，使缠绕工装(5)上的开孔(6)与环圈骨架(I)上的凹槽(3) —一对应，进而将填充于凹槽(3)内的半圆柱体(4)抽出； 步骤6.将光纤环水平常温静置，直至固化胶粘剂完全凝固； 步骤7.采用固化胶粘剂对光纤环进行二次灌封，填充由半圆柱体(4)抽出而出现的附加空隙；将光纤环水平常温静置，直至固化胶粘剂完全凝固；拆卸缠绕工装(5)，完成光纤传感环圈制作。
2.根据权利要求1所述的可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈的制备方法，其特征在于: 步骤4中，所述四极对称法操作步骤如下所述:由整根保偏光纤(2)的中点绕起，顺时针方向缠绕中点一侧的保偏光纤(2),完成第一层光纤绕制；而后将中点另一侧的保偏光纤(2)按照逆时针方向缠绕，在第一层光纤外侧依次完成第二层、第三层光纤绕制；然后在第三层光纤外侧继续缠绕顺时针方向的保偏光纤(2)形成第四层光纤，如此即完成一个周期4层的光纤缠绕；如此反复最终完成若干个周期的光纤缠绕，形成光纤环。
3.根据权利要求1或2所述的可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈的制备方法，其特征在于: 步骤3中，将保偏光纤(2)和环圈骨架(I)均放入高温实验箱中加热至60?100°C，保温5?20小时进行除潮。
4.根据权利要求3所述的可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈的制备方法，其特征在于: 步骤3中，加热温度为80°C，保温时间为5小时。
【文档编号】G01C25/00GK104251709SQ201310267967
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年6月28日 优先权日:2013年6月28日
【发明者】毕聪志, 吴衍记, 徐广海, 孙国飞, 张丽哲 申请人:北京自动化控制设备研究所