CN102564413A

CN102564413A - 一种光纤环圈骨架及其绕法

Info

Publication number: CN102564413A
Application number: CN2012100007181A
Authority: CN
Inventors: 何元兵; 汪洪海; 皮亚斌
Original assignee: WUHAN YANGTZE OPTICAL ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: Wuhan changyingtong Optoelectronic Technology Co., Ltd
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-01-04
Also published as: CN102564413B

Abstract

一种光纤环圈骨架，包括轮缘带有环形凹槽的骨架本体，骨架本体的凹槽底部沿光纤绕制方向设有若干光纤槽，相邻光纤槽的距离与待绕制的光纤直径一致；骨架本体的侧壁沿光纤绕制方向设有若干凸凹相间的定位凸起和定位槽，定位凸起和定位槽直径为待绕制光纤直径的

两侧壁上、与凹槽底部距离相同处凸凹相反。利用上述骨架的光纤环圈绕法，包括：1)计算并准备足够长度的光纤，留足尾纤；2)在光纤上作出两端点及其中点的标记，并在骨架右侧外壁作对称中点标记；3)将光纤紧贴骨架右壁内侧并使其左右光纤对称中点对准骨架外壁的对称中点标记，按四极对称绕法绕制光纤直至两段光纤分别绕至各自终点；4)将尾纤固定在骨架上；5)后期固化处理。

Description

一种光纤环圈骨架及其绕法

技术领域

本发明涉及光纤陀螺，具体地指一种光纤环圈骨架及其绕法。

背景技术

光纤陀螺诞生于1976年，是一种基于Sagnac(萨格奈克)效应的全固态惯性仪表，自问世以来，就以其突出的性能特点和良好的应用前景引起世界大国的普遍重视。基于光纤陀螺的捷联式惯性系统具有可靠性高、寿命长、启动快、功耗低、生产工艺相对简单等多方面的优势，因而在军事装备及民用领域都有十分重要的使用价值和推广前景。

由于光纤陀螺在工作原理、结构组成、制造方式、性能指标及其测试与评估等方面与其他类型的陀螺仪表都存在明显差异，因而在光纤陀螺捷联惯性系统的设计、研制、生产、测试与试验等过程中也有值得关注的不同技术途径与实现方法。环境因素可以通过改变光纤环圈中正反两束光的相位差来影响光纤陀螺的输出，当这些环境因素随时间变化且在整段光纤中不对称分布时，沿光纤正反两方向传输的光将经历不同的相位，产生与环圈旋转无关的相移，这个相移与旋转引起的萨格奈克相移无法区分从而造成系统误差。例如：环境温度变化时，除在光纤中存在时变非对称温度场外，光纤陀螺的光纤环圈与金属骨架之间的热膨胀性能不匹配将导致光纤中存在附加热应力，并且这种附加热应力也是时变非对称的，从而造成光纤陀螺的温度敏感性。光纤陀螺的温度敏感性已成为制约其广泛应用的主要因素。

现有降低光纤陀螺温度敏感性的方法为在矩形截面的承绕面基础上使用各种增强互异性的对称绕法绕制矩形截面的光纤环，使光纤中温度场及附加热应力分布尽量对称，如公布号为CN 102116623 A的中国发明专利申请《一种光纤环绕制方法》中，使用四极对称绕法绕制的光纤陀螺环圈已显示出比原有螺线形绕法更优良的温度特性，但现有的四极对称绕法与理想的完全互易四极对称还是有差距的，由于实际绕制过程中不能保证每层匝数的一致性。如上述文献所示，现阶段光纤环圈骨架的矩形承绕面会导致相邻两层中一层比另一层多一匝的情况，进而对互易性和绕制工艺的一致性造成影响。此外，常规的光纤环圈骨架为铝合金材质，和金属骨架直接接触也会导致光纤环圈的温度敏感性。目前的主要解决方法是在骨架底面使用打底光纤或其它隔热材料，其工艺复杂，且骨架侧面与光纤直接接触，仍然无法避免光纤环圈的温度敏感性。

总之，虽然目前已有大量的改进型光纤环圈绕法来减少环境温度对光纤陀螺的影响，但这些方法都是建立在矩形承绕面的基础上，不能充分发挥四极对称及改进型绕法的优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种光纤环圈骨架及其绕法，能够使绕制的光纤环圈互异性强，温度敏感性低。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种光纤环圈骨架，包括轮缘带有环形凹槽的骨架本体，其特别之处在于：所述骨架本体的凹槽底部沿光纤绕制方向设有若干光纤槽，相邻光纤槽的距离与待绕制的光纤直径一致；所述骨架本体的侧壁沿光纤绕制方向设有若干凸凹相间的定位凸起和定位槽，定位凸起和定位槽直径为待绕制光纤直径的两侧壁上、与凹槽底部距离相同处凸凹相反。

上述技术方案中，所述骨架本体为石英材质。

上述技术方案中，所述骨架本体的内圆面上设有凸缘。

本发明提供的一种利用上述骨架的光纤环圈绕法，包括如下步骤：

1)计算所需光纤长度，准备足够长度的光纤并留足尾纤；

2)在光纤上依照光纤长度作出两个端点及其中点的标记，三处标记分别为右段光纤终点、左段光纤终点和左右光纤对称中点，并在骨架右侧外壁作对称中点标记；

3)将光纤以垂直于骨架中轴线的方式紧贴骨架右壁内侧，并使光纤的左右光纤对称中点对准骨架外壁的对称中点标记，按四极对称绕法绕制光纤，直至右段光纤和左段光纤分别绕至右段光纤终点和左段光纤终点；

4)将右段光纤和左段光纤的尾纤分别固定在骨架上；

5)将步骤4)绕制好的光纤环圈进行后期固化处理。

上述技术方案的所述步骤3)中，从骨架左侧沿骨架中轴线向右侧看，按四极对称绕法绕制光纤的具体过程为：

3.1)将左段光纤以垂直于骨架中轴线的方式按逆时针方向绕制第一层，直至骨架最左侧；

3.2)将右段光纤以垂直于骨架中轴线的方式按顺时针方向绕制第二层，直至骨架左侧、距离骨架侧壁等于光纤直径长度的地方；

3.3)将右段光纤以垂直于骨架中轴线的方式按顺时针方向绕制第三层，直至骨架最右侧；

3.4)将左段光纤按逆时针方向沿骨架侧壁绕至第三层上方，然后以垂直于骨架中轴线的方式按逆时针方向绕制第四层，直至骨架右侧、距离骨架侧壁等于光纤直径长度的地方；

3.5)重复上述步骤3.1)至3.4)，直至绕制了4N层光纤，且右段光纤和左段光纤分别绕至右段光纤终点和左段光纤终点；4N层光纤的每一层匝数相等；所述N为不小于1的整数。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：根据待绕制的光纤直径，在骨架凹槽底部上设置的光纤槽，以及在侧壁上设置的定位凸起和定位槽，便于光纤在绕制过程中的定位，可高效的实现批量绕制，也使得绕制后每层光纤的匝数相等；与普通铝合金材质的骨架相比，骨架本体采用石英等与光纤材料物理特性接近的材质，既能够很好的对外界起到隔热、缓冲保护作用，也能与光纤有很好的温度匹配性能，因为二者在温度变化时的胀缩接近；利用本发明骨架的四极对称绕法绕制光纤环圈，一方面，由于每层的匝数相等，其互易性更好，减小了非互易性对光纤环圈温度性能的影响，另一方面，该方法有效减少了人员的干预，更趋近于自动化绕法，对绕环设备的自动化工艺具有促进作用。

附图说明

图1为本发明光纤环圈骨架一个实施例的结构示意图；

图2为利用图1骨架绕制的成品的截面图；

图中：1-骨架本体，2-凹槽底部，3-侧壁，4-凸缘，5-左段光纤，6-右段光纤，7-左右光纤对称中点，8-右段光纤终点，9-左段光纤终点。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细描述：

如图1和图2所示，本发明的一种光纤环圈骨架，包括轮缘带有环形凹槽的骨架本体1，骨架本体1的凹槽底部2沿光纤绕制方向设有若干光纤槽，相邻光纤槽的距离与待绕制的光纤直径一致；骨架本体1的侧壁3沿光纤绕制方向设有若干凸凹相间的定位凸起和定位槽，定位凸起和定位槽直径为待绕制光纤直径的

且两侧壁3上、与凹槽底部2距离相同处凸凹相反。为便于光纤环圈的后续使用，在骨架本体1的内圆面上设有凸缘4，可用于同其他部件固定。为使骨架与光纤有很好的温度匹配性能，并隔热，采用了石英等与光纤材料物理特性接近的材质制作骨架本体1。

利用上述骨架的光纤环圈绕法具体为：

1)计算所需光纤长度，准备足够长度的光纤并留足尾纤；

2)在光纤上依照光纤长度作出两个端点及其中点的标记，三处标记分别为右段光纤终点8、左段光纤终点9和左右光纤对称中点7，并在骨架右侧外壁作对称中点标记；

3)将光纤以垂直于骨架中轴线的方式紧贴骨架右壁内侧，并使光纤的左右光纤对称中点7对准骨架外壁的对称中点标记，按四极对称绕法绕制光纤，即：3.1)将左段光纤5以垂直于骨架中轴线的方式按逆时针方向绕制第一层，直至骨架最左侧；3.2)将右段光纤6以垂直于骨架中轴线的方式按顺时针方向绕制第二层，直至骨架左侧、距离骨架侧壁3等于光纤直径长度的地方；3.3)将右段光纤6以垂直于骨架中轴线的方式按顺时针方向绕制第三层，直至骨架最右侧；3.4)将左段光纤5按逆时针方向沿骨架侧壁3绕至第三层上方，然后以垂直于骨架中轴线的方式按逆时针方向绕制第四层，直至骨架右侧、距离骨架侧壁3等于光纤直径长度的地方；3.5)重复上述步骤3.1)至3.4)，直至绕制了4N层光纤，且右段光纤6和左段光纤5分别绕至右段光纤终点8和左段光纤终点9；4N层光纤的每一层匝数相等；所述N为不小于1的整数。在该步骤中，依照常规操作，每绕制一层光纤均涂上固化胶，用于光纤的固定；

4)将右段光纤6和左段光纤5的尾纤分别固定在骨架上；

5)针对步骤4)绕制好的光纤环圈，其每一层光纤都采用了涂固化胶的方式使光纤之间固定，并使光纤与骨架固定。

由此方法绕制的光纤环圈，由于每层的匝数相等，其互易性较常规四极对称绕法绕制的光纤环圈更好，所以温度敏感性低。由于骨架的定位作用，绕制过程中减少了人工干预，其自动化程度更高，绕制的效率也得到了显著提高。

本发明的核心在于光纤环圈骨架的结构设计，使得采用四极对称绕法绕制的光纤环圈每层匝数相等，其互异性强，温度敏感性低，在全温下光纤环圈具有良好的稳定性。所以，其保护范围并不限于上述实施例。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神，例如：光纤槽不限于实施例中的弧形槽，只要间距与待绕制光纤一致、并能够对光纤进行良好的定位即可；骨架本体1优选采用石英材质是为了进一步提高其隔热性能、以及与光纤的温度匹配性，采用常规铝合金等材质也是可行的；光纤绕制完后，采用其他常规后期固化方式也都能够实现本发明技术方案等。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

Claims

1.一种光纤环圈骨架，包括轮缘带有环形凹槽的骨架本体(1)，其特征在于：所述骨架本体(1)的凹槽底部(2)沿光纤绕制方向设有若干光纤槽，相邻光纤槽的距离与待绕制的光纤直径一致；所述骨架本体(1)的侧壁(3)沿光纤绕制方向设有若干凸凹相间的定位凸起和定位槽，定位凸起和定位槽直径为待绕制光纤直径的

两侧壁(3)上、与凹槽底部(2)距离相同处凸凹相反。

2.根据权利要求1所述的光纤环圈骨架，其特征在于：所述骨架本体(1)为石英材质。

3.根据权利要求1或2所述的光纤环圈骨架，其特征在于：所述骨架本体(1)的内圆面上设有凸缘(4)。

4.一种利用权利要求1所述骨架的光纤环圈绕法，其特征在于，它包括如下步骤：

1)计算所需光纤长度，准备足够长度的光纤并留足尾纤；

2)在光纤上依照光纤长度作出两个端点及其中点的标记，三处标记分别为右段光纤终点(8)、左段光纤终点(9)和左右光纤对称中点(7)，并在骨架右侧外壁作对称中点标记；

3)将光纤以垂直于骨架中轴线的方式紧贴骨架右壁内侧，并使光纤的左右光纤对称中点(7)对准骨架外壁的对称中点标记，按四极对称绕法绕制光纤，直至右段光纤(6)和左段光纤(5)分别绕至右段光纤终点(8)和左段光纤终点(9)；

4)将右段光纤(6)和左段光纤(5)的尾纤分别固定在骨架上；

5)将步骤4)绕制好的光纤环圈进行后期固化处理。

5.根据权利要求4所述的光纤环圈绕法，其特征在于：所述步骤3)中，从骨架左侧沿骨架中轴线向右侧看，按四极对称绕法绕制光纤的具体过程为：

3.1)将左段光纤(5)以垂直于骨架中轴线的方式按逆时针方向绕制第一层，直至骨架最左侧；

3.2)将右段光纤(6)以垂直于骨架中轴线的方式按顺时针方向绕制第二层，直至骨架左侧、距离骨架侧壁(3)等于光纤直径长度的地方；

3.3)将右段光纤(6)以垂直于骨架中轴线的方式按顺时针方向绕制第三层，直至骨架最右侧；

3.4)将左段光纤(5)按逆时针方向沿骨架侧壁(3)绕至第三层上方，然后以垂直于骨架中轴线的方式按逆时针方向绕制第四层，直至骨架右侧、距离骨架侧壁(3)等于光纤直径长度的地方；

3.5)重复上述步骤3.1)至3.4)，直至绕制了4N层光纤，且右段光纤(6)和左段光纤(5)分别绕至右段光纤终点(8)和左段光纤终点(9)；4N层光纤的每一层匝数相等；所述N为不小于1的整数。