一种提高光纤线圈性能的浸胶装置及方法
【专利说明】一种提高光纤线圈性能的浸胶装置及方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种提高光纤线圈性能的浸胶装置，具体涉及一种提高光纤线圈性能 的浸胶装置及方法。 【【背景技术】】
[0002] 光纤陀螺是一种基于萨格纳克效应（Sagnac效应）的角速度光纤传感器，主要由 光路和电路部分组成。光纤线圈是光纤陀螺光路部分的核心器件，其温度稳定性能和抗干 扰能力直接影响光纤陀螺的性能。光纤是一种敏感的光路传递介质，对应用的环境，尤其是 温度和振动环境非常敏感，微小的温度变化和振动都会引起光纤内部的结构变形，从而影 响光路的传递过程，引起光纤线圈非互易相移的产生，最终导致陀螺输出信号出现误差。
[0003] 光纤陀螺自1976年问世以来，得到了极大的发展。但是，光纤陀螺在技术上还存 在一系列问题，这些问题影响了光纤陀螺的精度和稳定性，进而限制了其应用的广泛性。主 要包括：
[0004] (1)温度瞬态的影响。理论上，环形干涉仪中的两个反向传播光路是等长的，但是 这仅在系统不随时间变化时才严格成立。实验证明，相位误差以及旋转速率测量值的漂移 与温度的时间导数成正比，这是十分有害的，特别是在预热期间。
[0005] (2)振动的影响。振动也会对测量产生严重影响，必须采用适当的封装以确保光纤 线圈良好的坚固性，防止产生不同步振动的现象。
[0006] 为了提高陀螺的性能，人们提出了各种解决办法，包括对光纤陀螺组成元器件的 改进以及用信号处理的方法的改进等。这些方法在很大程度上提高了光纤陀螺的精度和稳 定性能，目前一些发达国家如美、日、德、法、意、俄等在光纤陀螺的研宄方面取得了较大进 步，一些中低精度的陀螺已经实现了产品化，而少数高精度产品也开始在军方进行装备调 试。我国光纤陀螺的研宄相对起步较晚，但是在广大科研工作者的努力下，已经逐步拉近了 与发达国家间的差距。国内的光纤陀螺研制精度已经达到了惯导系统的中低精度要求，有 些技术甚至达到了国外同类产品的水平。但是国内的研宄仍然大多停留在实验室阶段，没 有形成产品，距离中高精度的应用还有差距。 【
【发明内容】
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[0007] 针对上述问题，本发明提供一种提高光纤线圈性能的浸胶装置及方法，通过将光 纤线圈放入真空压力浸渍罐体中，先抽真空除去线圈内部的空气，再加压将胶粘剂压入光 纤线圈内部，最后采用合理的固化和应力释放工艺条件使线圈内部均匀分布的胶粘剂固化 成型，得到温度和振动稳定性能优良的固化光纤线圈，解决现有技术中光纤陀螺精度和稳 定性能的不足。
[0008] 本发明提供一种提高光纤线圈性能的浸胶装置，包括：
[0009] 用于盛放光纤线圈的浸渍罐体；
[0010] 抽真空装置，其包括真空阀、真空泵，所述真空泵设于浸渍罐体上端，且该真空泵 与浸渍罐体通过管道连通，所述真空阀设于真空泵与浸渍罐体之间；
[0011] 加压装置，其包括加压阀、空气压缩机，所述空气压缩机设于浸渍罐体上端，且该 加压阀与浸渍罐体通过管道连通；
[0012] 所述加胶装置包括：盛胶容器、吸胶阀，所述盛胶容器设于浸渍罐体顶端、与浸渍 罐体通过管道连接，所述吸胶阀设于盛胶容器与浸渍罐体之间。
[0013] 特别的，还包括：最低端与盛胶容器顶端相平齐的搅拌器，该搅拌器与盛胶容器通 过管道相连通，所述浸渍罐体的底端设有循环泵，该循环泵与搅拌器通过管道相连通。
[0014] 本发明还提供一种提高光纤线圈性能的方法，包括以下步骤：
[0015] S1 :将光纤线圈放入胶粘剂中进行浸泡；
[0016] S2 :将浸泡后光纤线圈进行加热固化处理；
[0017] S3 :将固化后的光纤线圈进行应力释放处理，获得高性能的光纤线圈。
[0018] 特别的，所述步骤S1具体按照以下步骤实施：
[0019]S11:将胶粘剂加入搅拌机中搅拌10~30min;之后静置10~20min后放入真空脱 泡箱中脱泡10~20min，之后加入浸渍罐体上部的盛胶容器中，放置5~lOmin等待吸胶； 所述搅拌时间视胶粘剂粘度而定，若搅拌时间低于lOmin，则会造成胶黏剂搅拌不均匀，从 而影响施胶的均匀性，若搅拌时间高于30min，则会造成时间上的浪费，从而增加成本；所 述脱泡时间视胶粘剂粘度而定，若脱泡时低于lOmin则会使气泡脱除不尽，从而影响施胶 的均匀性，若脱时间高于20min，则会造成时间上的浪费，从而增加成本；由于胶粘剂在转 移过程会混入少量空气，放置时间少于5min，则不能使新混入的空气消去，若放置时间多于 lOmin，则会造成时间上的浪费，从而增加成本；
[0020] S12:将光纤线圈放置在浸渍罐体的底部，关盖密封后，开启真空泵并打开真空阀 对浸渍罐体内部抽真空，当真空度达到10-2~130Pa后继续抽真空2~4h;之后打开上部 连接盛胶容器的吸胶阀，将胶粘剂缓慢注入浸渍罐体直至完全浸没光纤线圈；之后关闭吸 胶阀，对罐体继续抽真空0. 5~lh后，关闭抽真空阀，开启空气压缩机并打开加压阀，对浸 渍罐体内部加压2~5h，使压力范围控制在0. 4~0. 8MPa;于步骤S12中，真空气压越低越 好，若高于130Pa，则会使光纤线圈内部的空气难以抽除干净，从而影响光纤线圈的固化，通 过继续抽真空2~4h，可以进一步抽除光纤线圈内部的空气，从而使光纤线圈内部的空气 去除干净；罐体内部压力将会影响胶黏剂的渗入，若罐体内部压力低于0. 4MPa，则会使胶 粘剂渗入光纤线圈内部的难度大，不利于浸渍透彻，若高于〇. 8MPa，则会影响光纤的排列， 引起非互易相移。
[0021] S13 :在步骤S12的条件下将光纤线圈浸泡2~4h后取出；若浸泡时间低于2h，会 使胶粘剂渗透不充分，高于4h，会造成时间上的浪费。
[0022] 特别的，所述胶粘剂为硅橡胶胶粘剂、环氧树脂胶粘剂中的一种，所述硅橡胶胶 粘剂模量为1~lOMPa，玻璃化转变温度< -50°C;所述环氧树脂胶粘剂模量为500~ lOOOMPa，玻璃化转变温度彡80°C;由于光纤线圈的工作温度为-50~80°C，故玻璃化转变 温度应在工作温度区间之外，才能保证在工作温度区间内使用时胶粘剂的弹性模量不会发 生明显的剧烈变化，从而避免非互易相移的增大。
[0023] 特别的，所述步骤S2具体按照以下步骤实施：
[0024]S21:将浸渍完成后的光纤线圈从浸渍罐体取出，清除表面多余的胶粘剂；
[0025]S22:将步骤S21清除表面胶粘剂后的光纤线圈在常温下固化8~16h，使线圈内 部的胶粘剂表干固化；表干固化后才能使光纤线圈后续高温固化以减小固化应力，于该步 骤中，固化时间少于8h，则不能进行表干固化或表干固化不彻底，固化时间高于16h，在表 干固化彻底的同时造成时间上的浪费；
[0026]S23:将步骤S22处理后光纤线圈放入温箱中加热固化，在30~40°C固化8~12h， 再以0. 5~2°C/min的升温速率将温度升至60°C并保温0. 5~8h，然后再以0. 5~2°C/ min的升温速率将温度升至80°C并保温1~4h，然后再以0. 5~2°C/min的升温速率将温 度升至80°C并保温1~4h，之后按0. 5~2°C/min的速率下降至60°C，在60°C持续0. 5~ lh，之后按0. 5~2°C/min速率继续降至30°C，之后取出光纤线圈；于该步骤中，首先选用 低温慢速固化以减小固化应力，最初固化温度不宜高于40°C，同时若低温固化时间太短就 进行高温固化，将会产生较大的固化应力会，从而影响光纤线圈的温度性能；于本发明中， 变温速率视不同的胶粘剂而定，由于硅橡胶胶粘剂保温时间长，环氧树脂胶保温时间短，因 此若选用硅橡胶胶粘剂，则选择高变温速率，若选用脆性较大的环氧树脂胶粘剂，则选用低 变温速率。
[0027] 特别的，所述胶粘剂为紫外光固化环氧丙烯酸树脂胶粘剂，所述紫外光固化环氧 丙烯酸树脂胶粘剂模量为200~2000MPa，玻璃化转变温度在多80°C;胶黏剂模量会影响光 纤线圈的性能，若模量小于200MPa，光纤线圈固化后容易变形，若模量高于2000MPa，则会 使固化应力增大，从而影响光纤线圈的温度性能。
[0028] 特别的，所述步骤S2具体按照以下步骤实施：
[0029]S021 :将浸渍完成后的光纤线圈从浸渍罐体取出，清除表面多余的胶粘剂；
[0030] S022 :将步骤S021清除表面胶粘剂后的光纤线圈在常温下放置8~16h，使光纤 线圈内部的胶粘剂达到稳定分布；于步骤S022中，固化时间少于8h，则胶粘剂在光纤线圈 内部不能达到稳定分布，固化时间高于16h，在胶粘剂分布稳定的同时造成时间上的浪费； 待胶粘剂稳定分布于光纤线圈内部后，通过紫外固化以增大胶粘剂在光纤线圈内部的分布 均匀性，从而减小固化应力；
[0031]S023 :将步骤S022处理后光纤线圈放入紫外固化箱中固化，先在50~200W紫外 光下照射3~lOmin，关闭紫外灯等待10~20min待紫外箱内的温度冷却至室温后，再调整 紫外光功率至250~500W高功率紫外光继续照射3~5min，关闭紫外灯等待10~20min， 再用250~500W紫外光照射3~5min，如此反复循环照射5~10次，直至光纤线圈内部胶 粘剂完全固化；于该步骤中，首先选用小功率（50~200W)紫光缓慢固化，以减小固化应力， 若功率低于50W，则难以发生固化反应，若高于20