一種可釋放內(nèi)部纏繞應(yīng)力的光纖傳感環(huán)圈制備裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于光纖陀螺【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種可釋放內(nèi)部纏繞應(yīng)力的光纖傳感環(huán)圈制備裝置。本實(shí)用新型的裝置為環(huán)圈骨架，其主體為上、下端面開放的中空圓柱體；環(huán)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(yīng)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(bǔ)凹槽，半圓柱體另一部分的弧面作為光纖纏繞面，略高于環(huán)圈骨架非凹槽部分。本實(shí)用新型消除了纏繞應(yīng)力對陀螺性能的不利影響，提高了溫變環(huán)境下陀螺的工作穩(wěn)定性和精度。
【專利說明】一種可釋放內(nèi)部纏繞應(yīng)力的光纖傳感環(huán)圈制備裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光纖陀螺【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種可釋放內(nèi)部纏繞應(yīng)力的光纖傳感環(huán)圈制備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖傳感環(huán)圈是光纖陀螺中利用薩格奈克機(jī)制工作，敏感旋轉(zhuǎn)角增量的核心部件，由于光纖本身是一種非常靈敏的傳感器，它對溫度、磁場、應(yīng)力等作用因素都極為敏感，因此光纖傳感環(huán)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(yīng)用中的重要指標(biāo)，環(huán)境溫度會直接和間接誘導(dǎo)產(chǎn)生附加相位誤差，與旋轉(zhuǎn)引入的相位差疊加起來無法區(qū)分，從而造成光纖陀螺的零位誤差。
[0003]目前，普遍采用四極對稱的方法纏繞光纖環(huán)圈，在《光纖陀螺敏感環(huán)圈的溫度漂移特性機(jī)繞圈技術(shù)研究》中(中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào)，1998年06期)詳盡論述了四極對稱繞法及其優(yōu)點(diǎn)，極大抑制了環(huán)圈中因溫度以及溫度誘導(dǎo)應(yīng)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(huán)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，由于目前國內(nèi)繞線機(jī)的精度不高，對張力的控制范圍無法保證每段光纖所受張力均勻一致，整個光纖長度內(nèi)張力波動很大，因此破壞了環(huán)圈的四極對稱優(yōu)勢，損害了環(huán)圈的整體溫度性能。
[0004]傳感環(huán)圈主要由骨架、保偏光纖和固化膠構(gòu)成，環(huán)圈骨架支撐纏繞光纖層并由固化膠固定成為整體，提高環(huán)圈機(jī)械強(qiáng)度。根據(jù)不同的機(jī)械強(qiáng)度、熱參數(shù)和重量要求，骨架通?？梢圆捎娩X合金或者鈦合金材料。光纖在一定的張力下纏繞于骨架表面，環(huán)圈固化完成后此張力固化在光纖中無法消除，光纖的光學(xué)性能指標(biāo)下降，特別是當(dāng)環(huán)圈在溫變環(huán)境下，此張力隨溫度發(fā)生變化，導(dǎo)致整個陀螺輸出不穩(wěn)，并且由于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(yīng)力，進(jìn)一步破壞環(huán)圈穩(wěn)定性，難以滿足光纖陀螺溫度性能的要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問題為:提供一種可釋放內(nèi)部纏繞應(yīng)力的光纖傳感環(huán)圈制備裝置，消除纏繞應(yīng)力對陀螺性能的不利影響，提高溫變環(huán)境下陀螺的工作穩(wěn)定性和精度。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下所述:
[0007]—種可釋放內(nèi)部纏繞應(yīng)力的光纖傳感環(huán)圈制備裝置，包括環(huán)圈骨架，其主體為上、下端面開放的中空圓柱體:環(huán)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(yīng)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(bǔ)凹槽，半圓柱體另一部分的弧面作為光纖纏繞面，高于環(huán)圈骨架非凹槽部分。
[0008]作為優(yōu)選方案:所述環(huán)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(huán)圈骨架直徑為IOOmm,凹槽直徑為7mm ;半圓柱體填充在凹槽內(nèi)時(shí)，其不與凹槽接觸的弧面高于環(huán)圈骨架的非凹槽區(qū)0.2?0.5mm。
[0009]作為優(yōu)選方案:所述的可釋放內(nèi)部纏繞應(yīng)力的光纖傳感環(huán)圈制備裝置還包括纏繞工裝，其總體呈圓柱體，端面設(shè)有環(huán)狀凹槽，該環(huán)狀凹槽能夠卡住環(huán)圈骨架:所述環(huán)狀凹槽外緣均勻分布與所述環(huán)圈骨架半圓柱形凹槽數(shù)目相同的半圓形開孔，開孔的直徑比環(huán)圈骨架的半圓柱體稍大，在纏繞工裝的開孔與環(huán)圈骨架的凹槽位置相對應(yīng)時(shí)，能夠從該開孔抽出環(huán)圈骨架的半圓柱體。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0011]本實(shí)用新型的可釋放內(nèi)部纏繞應(yīng)力的光纖傳感環(huán)圈制備裝置，通過采用特殊的環(huán)圈骨架結(jié)構(gòu)和制作方法，消除纏繞應(yīng)力對環(huán)圈的影響，同時(shí)減小溫變環(huán)境下骨架施加在光纖上的熱應(yīng)力，提高陀螺的溫度性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的可釋放內(nèi)部纏繞應(yīng)力的光纖傳感環(huán)圈剖面圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型的可釋放內(nèi)部纏繞應(yīng)力的光纖傳感環(huán)圈骨架俯視圖；
[0014]圖3為本實(shí)用新型的可釋放內(nèi)部纏繞應(yīng)力的光纖傳感環(huán)圈纏繞工裝示意圖。
[0015]圖中，1-環(huán)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(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型的可釋放內(nèi)部纏繞應(yīng)力的光纖傳感環(huán)圈制備裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0017]一種可釋放內(nèi)部纏繞應(yīng)力的光纖傳感環(huán)圈的制備方法，包括以下步驟:
[0018]步驟I
[0019]利用有機(jī)溶劑清洗環(huán)圈骨架1，去除纏繞面上的附著物和污染物；將半圓柱體4填充于環(huán)圈骨架I的凹槽3內(nèi)。
[0020]步驟2
[0021]用兩個纏繞工裝5固定環(huán)圈骨架1，其中，纏繞工裝5的開孔6部分與環(huán)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(huán)圈骨架I均放入高溫實(shí)驗(yàn)箱中加熱至60?100°C，保溫5?20小時(shí)進(jìn)行除潮，去除材料表面的水汽，避免影響固化膠固化。本實(shí)施例中，加熱溫度為80°C，保溫時(shí)間為5小時(shí)。
[0024]步驟4
[0025]從高溫實(shí)驗(yàn)箱中取出除潮后的環(huán)圈骨架I和保偏光纖2，采用四極對稱法將保偏光纖2并排密繞在環(huán)圈骨架I上。
[0026]所述四極對稱法為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識:由整根光纖的中點(diǎn)繞起，順時(shí)針方向纏繞中點(diǎn)一側(cè)的光纖，完成第一層光纖繞制；而后將中點(diǎn)另一側(cè)的光纖按照逆時(shí)針方向纏繞，完成環(huán)圈的第二和第三層光纖繞制；然后繼續(xù)纏繞順時(shí)針方向的光纖形成環(huán)圈的第四層，如此即完成一個周期(4層)的光纖纏繞；如此反復(fù)最終完成4N層光纖纏繞，形成光纖環(huán)。
[0027]步驟5
[0028]將繞制完成的光纖環(huán)進(jìn)行灌封，填充固化膠粘劑于光纖環(huán)的空隙中；在固化膠粘劑處于半凝固狀態(tài)下，沿圓周方向轉(zhuǎn)動纏繞工裝5，使纏繞工裝5上的開孔6與環(huán)圈骨架I上的凹槽3--對應(yīng),進(jìn)而將填充于凹槽3內(nèi)的半圓柱體4抽出。
[0029]步驟6
[0030]將光纖環(huán)水平常溫靜置，直至固化膠粘劑完全凝固。光纖中的纏繞應(yīng)力得到緩慢釋放，并且光纖環(huán)在環(huán)圈骨架I和固化膠粘劑的束縛下能夠保持初始纏繞結(jié)構(gòu)。
[0031]步驟7
[0032]將光纖環(huán)整體重新放入固化膠粘劑中進(jìn)行二次灌封，填充由半圓柱體4抽出而出現(xiàn)的附加空隙；然后再次進(jìn)行光纖環(huán)的溫度環(huán)境固化工藝操作，即將光纖環(huán)水平常溫靜置，直至固化膠粘劑完全凝固；光纖環(huán)固化為一個低應(yīng)力、互易性較高的整體，最后拆卸纏繞工裝5，完成光纖傳感環(huán)圈制作。
[0033]實(shí)現(xiàn)該方法的裝置如圖1~圖3所示。
[0034]所述環(huán)圈骨架I主體為上、下端面開放的中空圓柱體，在環(huán)圈骨架I的外圓周上均勻分布η個半圓柱形 凹槽3,本實(shí)施例中，η=16。凹槽3的半徑根據(jù)環(huán)圈的徑向厚度確定，優(yōu)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(shí)施例中，環(huán)圈骨架I直徑為100mm，則凹槽3直徑約為7mm。每個凹槽3對應(yīng)一個體積形狀相近的半圓柱體4，用于纏繞前填補(bǔ)凹槽3，此半圓柱體4的弧形部分應(yīng)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，略微高于兩側(cè)的非凹槽3部分，本實(shí)施例中，半圓柱體4的表面應(yīng)略高于環(huán)圈骨架I的非凹槽3區(qū)0.2~0.5mm。在纏繞之前,將16個半圓柱體4填補(bǔ)于骨架凹槽3中。
[0035]所述纏繞工裝5總體呈圓柱體，其端面設(shè)有環(huán)狀凹槽，該環(huán)狀凹槽能夠卡住上述環(huán)圈骨架I ;所述環(huán)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(huán)圈骨架I的凹槽3位置相對應(yīng)時(shí)，能夠從開孔6抽出半圓柱體4。
【權(quán)利要求】
1.一種可釋放內(nèi)部纏繞應(yīng)力的光纖傳感環(huán)圈制備裝置，包括環(huán)圈骨架(1)，其主體為上、下端面開放的中空圓柱體，其特征在于:環(huán)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(yīng)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(bǔ)凹槽(3)，半圓柱體(4)另一部分的弧面作為光纖纏繞面，高于環(huán)圈骨架(I)非凹槽(3)部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可釋放內(nèi)部纏繞應(yīng)力的光纖傳感環(huán)圈制備裝置，其特征在于:所述環(huán)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(huán)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(nèi)時(shí)，其不與凹槽(3)接觸的弧面高于環(huán)圈骨架(I)的非凹槽(3)區(qū)0.2?0.Smnin
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可釋放內(nèi)部纏繞應(yīng)力的光纖傳感環(huán)圈制備裝置，其特征在于:還包括纏繞工裝(5)，其總體呈圓柱體，端面設(shè)有環(huán)狀凹槽，該環(huán)狀凹槽能夠卡住環(huán)圈骨架(1)，所述環(huán)狀凹槽外緣均勻分布與所述環(huán)圈骨架(I)半圓柱形凹槽(3)數(shù)目相同的半圓形開孔(6)，開孔(6)的直徑比環(huán)圈骨架(I)的半圓柱體(4)稍大，在纏繞工裝(5)的開孔(6)與環(huán)圈骨架(I)的凹槽(3)位置相對應(yīng)時(shí)，能夠從該開孔(6)抽出環(huán)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(yōu)先權(quán)日:2013年6月28日
【發(fā)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(shè)備研究所