CN102967302A - 一种光纤陀螺用骨架及其制造方法和封装光纤环圈方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能隔热隔振的光纤陀螺用骨架及其制造方法和封装光纤环圈方法。光纤陀螺用骨架包括一个由外壁、内壁和槽底组成的骨架本体；环形槽为一个用于安装光纤环圈的开口空腔，其内侧面及底面上有阻燃隔热隔振材料层，该材料层上涂有胶层；槽底上的胶层上有下防振垫圈；环形槽上部开口处还有上防振垫圈；环形槽开口端面上有光纤陀螺顶盖。制造方法步骤包括制作骨架本体、加工阻燃隔热隔振材料层、涂覆胶层及铺防振垫圈。本发明优点是：屏蔽了环境温度和振动影响，避免了骨架变形及因接触热传导所带来的光纤陀螺一系列误差，从而提高了陀螺的环境适应能力和使用寿命；骨架制造方法和封装光纤环圈方法易于操作，成本低，效率高，质量稳定可靠。

Description

一种光纤陀螺用骨架及其制造方法和封装光纤环圈方法

技术领域

本发明涉及一种能隔热隔振的光纤陀螺用骨架及其制造方法和封装光纤环圈方法，特别涉及一种船用航姿或惯性导航系统应用的中高精度光纤陀螺用隔热隔振骨架及其制造方法和封装光纤环圈方法。

背景技术

光纤陀螺是测量载体相对惯性空间角速率的装置，它消除了传统机械陀螺与激光陀螺存在运动机构的弊端，以其全固态、高可靠性、大动态范围、快速启动、高灵敏度等优点，可广泛应用于航海、航空、航天、石油勘探等领域。作为新一代的重要惯性测量器件，中低精度的光纤陀螺已经批量生产并大量应用。而在舰船导航等中高精度应用领域，由于光纤陀螺对温度、振动等环境因素的敏感，迟迟不能确保它在实际应用中的性能。

光纤陀螺的精度要求越高，环境中的温度、振动等对陀螺的影响就越显得突出，造成这些干扰的最重要的原因是陀螺核心部件——光纤环圈对环境因素的敏感。目前的光纤陀螺中骨架及常用的封装光纤环圈方法如图1所示，光纤环圈2直接缠绕在“工”字形金属骨架1上。受到绕制及封装工艺的限制，光纤环圈的上下两端及内侧面均会受到骨架的约束，在环境温度或振动影响下会使骨架出现变形，对光纤环圈产生挤压或拉拽现象，同时金属骨架会传导不合理的热流方向，导致光纤环圈温度场分布不均匀，在内部产生干扰应力作用。这些应力会在光纤环圈中调制出一个非互易相移，构成光纤陀螺与瞬态现象相关寄生效应的一个潜在来源。应力变化又会引起光纤传播常数和光纤尺寸的变化，使光接收器件产生相位噪声。因此，较高效的屏蔽环境因素的影响已经成为中高精度光纤陀螺进入实际应用的一项重要关键技术。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的缺点，提供一种能隔热隔振的光纤陀螺用骨架，能屏蔽环境温度和振动影响，避免骨架变形及因接触热传导所带来的光纤陀螺一系列误差，从而提高陀螺的环境适应能力和使用寿命；骨架制造方法和光纤环圈封装方法易于操作，成本低，效率高，质量稳定可靠。

本发明的光纤陀螺用骨架技术方案：它是一种能隔热隔振的光纤陀螺用骨架，包括一个由外壁、内壁和槽底组成的骨架本体；外壁与内壁及槽底构成的环形槽为一个用于安装光纤环圈的开口空腔；环形槽的内侧面及底面上有阻燃隔热隔振材料层，在阻燃隔热隔振材料层上涂有胶层；槽底上的胶层上还有下防振垫圈；环形槽上部开口处还有用于光纤环圈安装后覆盖在其上的上防振垫圈；在上防振垫圈之上有固定在环形槽开口端面上的光纤陀螺顶盖。

上述的技术方案中，所述环形槽空腔其深度和宽度与以整体用胶粘剂固化成一体的脱骨架的光纤环圈相匹配；所述相匹配包括：光纤环圈与环形槽内侧面上的胶层的间隙小于等于1.5毫米；光纤环圈6下端面及上端面分别紧贴下防振垫圈4.1的上平面及上防振垫圈下平面；上防振垫圈的下端嵌入环形槽开口端内，上端平面高出环形槽开口端面。

上述的技术方案中，所述的内壁上部端面上有斜孔或斜口，用于将光纤环圈尾纤引入到环形槽的内壁所围成的尾纤安置腔内，并固定尾纤。

上述的技术方案中，所述的环形槽的高度和宽度分别大于光纤环圈的宽度及厚度6～12毫米。

上述的技术方案中，所述的阻燃隔热隔振材料层的厚度为2～4毫米。

上述的技术方案中，所述的阻燃隔热隔振材料层的表面上的胶层厚度为0.5～1.5毫米。

上述的技术方案中，所述的上防振垫圈和下防振垫圈的厚度为1.5～4毫米。

上述的技术方案中，所述的骨架本体的材料为金属，阻燃隔热隔振材料层的材料为阻燃型聚氨酯材料，胶层为硅胶，下防振垫圈和上防振垫圈的材料为橡胶。

本发明的光纤陀螺用骨架的制造方法技术方案，其步骤包括：首先采用机械加工或模制成骨架本体，包括环形槽和尾纤通过的斜孔或斜口，及骨架本体的固定孔；然后在骨架本体的环形槽内均匀注入填充阻燃隔热隔振材料并固化，待固化成型后将阻燃隔热隔振材料进一步加工成为环形槽内侧面和底面的一定厚度的阻燃隔热隔振材料层；然后在平整的阻燃隔热隔振材料层上均匀涂覆一层胶层，并在室温下固化，用于将阻燃隔热隔振材料层完全覆盖密封；最后将下防振垫圈铺在环形槽的槽底的胶层上；还有，按环形槽的槽宽制作上防振垫圈，按环形槽的外壁的外径制作光纤陀螺顶盖。

本发明的一种将光纤环圈封装到本发明光纤陀螺用骨架中的方法，其步骤包括：首先将匹配的光纤环圈放入加工好的具有阻燃隔热隔振材料层和胶层的环形槽中，然后调整光纤环圈的位置，使尾纤位置与尾纤通过的斜孔或斜口相对应；然后将尾纤引入环形槽的内壁所围成的尾纤安置腔内，并用胶粘剂将尾纤与斜孔或斜口固定；再将上防振垫圈覆盖在光纤环圈上端面上；最后将光纤陀螺顶盖紧压在上防振垫圈上并通过环形槽的内壁内侧上端的凸台和螺钉与环形槽固定。

本发明的优点在于：（1）消除了“工”字形封装结构在温变或振动情况下出现的变形对光纤环圈的应力作用和尺寸影响；（2）避免了环圈与骨架直接热传导带来的不合理的热流方向，环圈的温度场分布更加均匀合理；（3）环境中温变、振动等因素以及陀螺自身发热对环圈本身的影响被隔热隔振材料大大减弱；（4）利用泡沫材料的吸音功能有效降低环境噪音对环圈的声压干扰。

附图说明

图1为现有技术的“工”字形光纤陀螺用骨架剖视示立体意图；

图2为本发明光纤陀螺用骨架的骨架本体剖视立体示意图（未含顶盖）；

图3为本发明光纤陀螺用骨架在环形槽中注入保温隔热材料并固化成型的剖视立体示意图；

图4为对图3中间产品环形槽中的阻燃隔热隔振材料进行加工后的剖视立体示意图；

图5为对图4产品的阻燃隔热隔振材料层上再涂覆胶层后的剖视立体示意图；

图6为图7的A-A剖视图，为光纤环圈封装到本发明光纤陀螺用骨架中并加顶盖固定的结构剖视立体示意图；

图7为图6的立体示意图。

图中各附图标记名称称为：

1－骨架本体， 1.1－环形槽， 1.2－外壁，1.3－内壁， 1.4－槽底，  2－阻燃隔热隔振材料层，3 －胶层，4.1－下防振垫圈， 4.2－上防振垫圈，  5－光纤陀螺顶盖， 6－光纤环圈， 7 －尾纤安置腔。

具体实施方式

结合附图和实例对本发明作进一步说明如下：

如图2－7所示，是本发明的光纤陀螺用骨架的实施例，它是一种能隔热隔振的光纤陀螺用骨架，包括一个由外壁1.2、内壁1.3和槽底1.4组成的骨架本体1；外壁1.2与内壁1.3及槽底1.4构成的环形槽1.1为一个用于安装光纤环圈6的开口空腔；环形槽1.1的内侧面及底面上有阻燃隔热隔振材料层2，在阻燃隔热隔振材料层2上涂有胶层3；槽底1.4上的胶层3上还有下防振垫圈4.1；环形槽1.1上部开口处还有用于光纤环圈6安装后覆盖在其上的上防振垫圈4.2；在上防振垫圈4.2之上有固定在环形槽1.1开口端面上的光纤陀螺顶盖5。所述环形槽1.1空腔其深度和宽度与以四极对称绕法绕成并整体用胶粘剂固化成一体的脱骨架的光纤环圈6相匹配；所述相匹配包括：光纤环圈6与环形槽1.1内侧面上的胶层3的间隙小于等于1.5毫米；光纤环圈6下端面及上端面分别紧贴下防振垫圈4.1的上平面及上防振垫圈4.2下平面；上防振垫圈4.2的下端嵌入环形槽1.1开口端内，上端平面高出环形槽1.1开口端面。所述四极对称绕法绕成并整体用胶粘剂固化成一体的脱骨架的光纤环圈6，已由专利号为200810137518.4、名称为“光纤陀螺脱骨架光纤环拆卸装置”中国专利所公开，是一种能将绕制完成的光纤环圈脱离其金属骨架的机械装置，使光纤环圈从骨架独立出来。所述的内壁1.3上部端面上有斜孔或斜口，用于将光纤环圈6尾纤引入到环形槽1.1的内壁1.3所围成的尾纤安置腔7内，并固定尾纤。尾纤长度为1米 ～2米。所述的环形槽1.1的高度和宽度分别大于光纤环圈6的宽度及厚度6～12毫米。所述的阻燃隔热隔振材料层2的厚度为2～4毫米。所述的阻燃隔热隔振材料层2的表面上的胶层3厚度为0.5～1.5毫米。所述的上防振垫圈4.2和下防振垫圈4.1的厚度为1.5～4毫米。所述的骨架本体3的材料为金属，选自铝合金，阻燃隔热隔振材料层2的材料为阻燃型聚氨酯材料，胶层3为硅胶，下防振垫圈4.1和上防振垫圈4.2的材料为橡胶。

结合本发明的光纤陀螺用骨架技术方案、原理，对本发明的技术效果进一步说明如下：

铝合金的骨架本体1的环形槽1.1内侧面及槽底1.4有阻燃隔热隔振材料层，具体是聚氨酯材料层，其上有下防振垫圈4.1，从而将脱骨架的光纤环圈6密闭封装在一个隔热、防震的环境中，避免了传统“工”字形金属骨架变形、直接热传导所带来的一系列陀螺误差问题，并在很大程度上屏蔽了外界环境因素的影响。其中，聚氨酯材料导热系数在0.02W/(m·K) ～0.03W/(m·K)之间，保温效果与空气接近，甚至优于空气，与同体积的空气相比，它还消除了热对流的影响，隔热效果更加显著。聚氨酯材料与橡胶的下防振垫圈4.1及上防振垫圈4.2一起形成减振器的效果，降低环境中传入光纤环圈6的振动能量。光纤陀螺在噪音环境下，会产生与振动环境相似的误差，其原理是声压通过弹光效应在光纤环圈6中产生的瞬时相位变化，噪音通过空气传播。聚氨酯材料具有较强的隔音功能，有效阻断噪音通过空气传至光纤环圈6的路径，从而抑制了噪音对光纤环圈6的影响。

以下为本发明的光纤陀螺用骨架的制造方法的实施例：

制造方法的步骤为：首先采用机械加工或模制成骨架本体1，包括环形槽1.1和尾纤通过的斜孔或斜口，及骨架本体1的固定孔；然后在骨架本体1的环形槽1.1内均匀注入填充体积70～80%的阻燃隔热隔振材料并固化，待固化成型后将阻燃隔热隔振材料进一步加工成为环形槽1.1内侧面和槽底1.4均具有的一定厚度的阻燃隔热隔振材料层2；然后在平整的阻燃隔热隔振材料层2上均匀涂覆一层胶层3，并在室温下固化20～30小时，用于将阻燃隔热隔振材料层2完全覆盖密封；最后将下防振垫圈4.1铺在环形槽1.1的槽底1.4的胶层3上；还有，按环形槽1.1的槽宽制作上防振垫圈4.2，按环形槽1.1的外壁1.2的外径制作光纤陀螺顶盖5。

上述步骤中，在向环形槽1.1中注入阻燃隔热隔振材料之前，用清洗剂清除环形槽1.1内的污物、油脂，并用少许水润湿环形槽1.1内表面，但不能积水。在有防护措施的情况下，在通风良好场所缓慢均匀向环形槽1.1内注入阻燃型聚氨酯发泡剂硬质，聚氨酯材料具有后发性，因此，注入量为环形槽1.1深度的70～80%即可，完成后，将光纤陀螺用骨架放在通风位置固化20～30小时左右。固化完成效果如图3所示。在涂覆胶层材料前，先打磨聚氨酯材料内表面及上表面，然后均匀涂覆一层硅胶材料，将聚氨酯泡沫完全覆盖密封，在室温下固化20～30小时，其效果如图5所示。上述的对固化成型的聚氨酯泡沫材料进行切割和打磨方法是利用刀具和打磨机，加工成如图4所示的环形槽1.1，该环形槽1.1内侧面和开口端平面的表面平整，槽底与内侧面上的聚氨酯厚度选为相同，也可以有区别。

以下为本发明的一种将光纤环圈封装到本发明光纤陀螺用骨架中的方法的实施例：

封装步骤包括：首先将匹配的光纤环圈6放入加工好的具有阻燃隔热隔振材料层2和胶层3的环形槽1.1中，然后调整光纤环圈6的位置，使尾纤位置与尾纤通过的斜孔或斜口相对应；然后将尾纤引入环形槽1.1的内壁1.3所围成的尾纤安置腔7内，并用胶粘剂将尾纤与斜孔或斜口固定；再将上防振垫圈4.2覆盖在光纤环圈5上端面上；最后将光纤陀螺顶盖5紧压在上防振垫圈4.2上并通过环形槽1.1的内壁1.3内侧上端的凸台和螺钉与环形槽1.1固定。

在环形槽1.1内放入厚度为1毫米的环形的下防振垫圈4.1，小心放入光纤环圈6，并调整光纤环圈6的位置，光纤环圈6与环形槽1.1内侧面保留约1毫米间隙，尾纤位置与尾纤通过的斜孔或斜口对应，将尾纤引入尾纤安置腔7中并用胶粘剂在尾纤通过的斜孔或斜口处固定。在光纤环圈6上端平整地放入和环形槽1.1的槽口等宽的2毫米厚的上防振垫圈4.2，然后将加工好的光纤陀螺顶盖5均匀压紧在上防振垫圈4.2上并固定，至此，光纤环圈6封装完成，效果如图6、7所示。

本发明权利要求保护范围不限于上述实施例。

Claims (10)

1.一种光纤陀螺用骨架，其特征在于：包括一个由外壁（1.2）、内壁（1.3）和槽底（1.4）组成的骨架本体（1）；外壁（1.2）与内壁（1.3）及槽底（1.4）构成的环形槽（1.1）为一个用于安装光纤环圈（6）的开口空腔；环形槽（1.1）的内侧面及底面上有阻燃隔热隔振材料层（2），在阻燃隔热隔振材料层（2）上涂有胶层（3）；槽底（1.4）上的胶层（3）上还有下防振垫圈（4.1）；环形槽（1.1）上部开口处还有用于光纤环圈（6）安装后覆盖在其上的上防振垫圈（4.2）；在上防振垫圈（4.2）之上有固定在环形槽（1.1）开口端面上的光纤陀螺顶盖（5）。

2.根据权利要求1所述的光纤陀螺用骨架，其特征在于：所述环形槽（1.1）空腔其深度和宽度与以整体用胶粘剂固化成一体的脱骨架的光纤环圈（6）相匹配；所述相匹配包括：光纤环圈（6）与环形槽（1.1）内侧面上的胶层（3）的间隙小于等于1.5毫米；光纤环圈（6）下端面及上端面分别紧贴下防振垫圈（4.1）的上平面及上防振垫圈（4.2）下平面；上防振垫圈（4.2）的下端嵌入环形槽（1.1）开口端内，上端平面高出环形槽（1.1）开口端面。

3.根据权利要求1所述的光纤陀螺用骨架，其特征在于：内壁（1.3）上部端面上有斜孔或斜口，用于将光纤环圈（6）尾纤引入到环形槽（1.1）的内壁（1.3）所围成的尾纤安置腔（7）内，并固定尾纤。

4.根据权利要求2所述的光纤陀螺用骨架，其特征在于：环形槽（1.1）的高度和宽度分别大于光纤环圈（6）的宽度及厚度6～12毫米。

5.根据权利要求2所述的光纤陀螺用骨架，其特征在于：阻燃隔热隔振材料层（2）的厚度为2～4毫米。

6.根据权利要求2所述的光纤陀螺用骨架，其特征在于：阻燃隔热隔振材料层（2）的表面上的胶层（3）厚度为0.5～1.5毫米。

7.根据权利要求2所述的光纤陀螺用骨架，其特征在于：上防振垫圈（4.2）和下防振垫圈（4.1）的厚度为1.5～4毫米。

8.根据权利要求1所述的光纤陀螺用骨架，其特征在于：骨架本体（3）的材料为金属，阻燃隔热隔振材料层（2）的材料为阻燃型聚氨酯材料，胶层（3）为硅胶，下防振垫圈（4.1）和上防振垫圈（4.2）的材料为橡胶。

9.一种权利要求1光纤陀螺用骨架的制造方法，其特征在于：步骤包括：首先采用机械加工或模制成骨架本体（1），包括环形槽（1.1）和尾纤通过的斜孔或斜口，及骨架本体（1）的固定孔；然后在骨架本体（1）的环形槽（1.1）内均匀注入填充阻燃隔热隔振材料并固化，待固化成型后将阻燃隔热隔振材料进一步加工成为环形槽（1.1）内侧面和底面的一定厚度的阻燃隔热隔振材料层（2）；然后在平整的阻燃隔热隔振材料层（2）上均匀涂覆一层胶层（3），并在室温下固化，用于将阻燃隔热隔振材料层（2）完全覆盖密封；最后将下防振垫圈（4.1）铺在环形槽（1.1）的槽底（1.4）的胶层（3）上；还有，按环形槽（1.1）的槽宽制作上防振垫圈（4.2），按环形槽（1.1）的外壁（1.2）的外径制作光纤陀螺顶盖（5）。

10.一种将光纤环圈封装到权利要求1光纤陀螺用骨架中的方法，其特征在于：步骤包括：首先将匹配的光纤环圈（6）放入加工好的具有阻燃隔热隔振材料层（2）和胶层（3）的环形槽（1.1）中，然后调整光纤环圈（6）的位置，使尾纤位置与尾纤通过的斜孔或斜口相对应；然后将尾纤引入环形槽（1.1）的内壁（1.3）所围成的尾纤安置腔(7)内，并用胶粘剂将尾纤与斜孔或斜口固定；再将上防振垫圈（4.2）覆盖在光纤环圈（5）上端面上；最后将光纤陀螺顶盖（5）紧压在上防振垫圈（4.2）上并通过环形槽（1.1）的内壁（1.3）内侧上端的凸台和螺钉与环形槽（1.1）固定。

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