CN106595627A - 一种光纤环圈骨架及其浸胶固化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤环圈骨架及其浸胶固化方法，该方法采用具有水平通孔的光纤环圈骨架，骨架内表面等距地分布着直通中心孔的水平方向通孔，且其上下表面均有螺孔，可以使用密封橡胶垫、螺丝将骨架上表面密封层和骨架下表面密封层固定在骨架上，并保持接触面的密封性，骨架上的通气孔通过通气管路连接真空泵；光纤环圈浸胶过程中利用光纤环圈骨架的水平通孔、骨架通气孔，通过真空室和真空泵的组合控制，基于气体压强差实现抽空浸胶和加压浸胶两种方式的结合；光纤环圈固化过程通过加热室和加热棒的同步温差式加温，降低光纤环圈固化时引入的温度应力。采用该方法封装的光纤环圈，可以有效地提高温度稳定性，提高光纤陀螺的稳定性和测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及光纤陀螺制备领域，特别是涉及一种光纤环圈骨架及其浸胶固化方法。
背景技术
光纤陀螺是一种利用Sagnac效应测量旋转角速度的新型全固态惯性仪表，与传统陀螺相比，光纤陀螺无运动部件和磨损部件，具有精度高、可靠性好、抗冲击、抗振动、动态范围宽、寿命长、质量轻、体积小等优点，它在航空航天、武器导航、机器人控制、石油钻井、雷达探测等领域获得了广泛的应用。干涉型光纤陀螺是研究开发最早、技术最成熟的光纤陀螺，主要分为两个光路和电路两个部分，光路由宽带光源、起偏器、耦合器、光纤环圈、光电探测器、光学芯片组成。从光源发出的光经过起偏器后变为线偏光，被耦合器分为两束光后输入到光纤环圈中，这两束光分别沿逆时针和顺时针方向在光纤环圈中传输，然后在耦合器处合并为一束光并输出，最后被光电探测器探测转换为电信号。根据Sagnac效应，当一个闭合环形光路在惯性空间内绕垂直于光路平面的轴转动时，光路内相向传播的两列光波之间将由于光波的惯性运动而产生光程差，导致合成光波发生干涉现象，该光程差与旋转角速度有一定的内在关系，通过对干涉光强信号的检测和解调，即可确定旋转角速度。
光纤环圈是光纤陀螺的传感部分，由一根保偏光纤按照特定的方法缠绕在骨架上构成，作为干涉型陀螺仪的核心部件，它的好坏直接影响陀螺仪的整体性能，并制约着光纤陀螺精度的提高。由于外界环境温度、振动、压力、电磁场等因素的变化会影响光纤环圈中相向传播的两束波之间的相位差，进而影响光纤陀螺的测量准确性；其中温度变化是影响光纤陀螺测量准确性的重要因素，由于光纤环圈的光纤绕制长度长、结构尺寸大、精度要求高，根据温度Shupe效应，当光纤环圈中一段光纤存在温度变化的扰动时，除非这段光纤位于线圈中部，否则由于两束反向传播光波在不同时间经过这段光纤，就会因温度扰动而经历不同的相移，它与旋转引起的Sagnac相移无法区分，会引起光纤陀螺的偏置误差；另外，由于光纤、骨架、封装胶三者的热膨胀系数、热传导率不同，温度变化时会形成内部温度应力，影响光纤环圈特性。
现有的光纤环圈浸胶方案大多采用抽空注胶方案，保偏光纤的缝隙间容易存在微型气泡，降低光纤环圈对温度变化的抗干扰能力；光纤环圈固化方案多采用加热室单独加热方式，在固化过程中会引入较大的内部应力，影响光纤环圈的性能。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种光纤环圈骨架及其浸胶固化方法。通过该方法，可以提高光纤环圈的温度稳定性，提高光纤陀螺的稳定性和测量精度。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种光纤环圈骨架，其特征在于，所述骨架的内表面等距设有直通骨架中心孔的水平方向通孔。
本发明所述骨架内表面等距设有直通骨架中心孔的水平方向通孔的直径范围是0.5mm-3mm，通孔间距范围是4mm-10mm。
本发明所述的一种光纤环圈骨架的浸胶固化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）、使用光纤陀螺绕线机将保偏光纤按照四级对称方式绕制到光纤环圈骨架上，形成光纤环圈；
（2）、使用上表面密封层、下表面密封层、密封橡胶垫、螺丝将绕制好保偏光纤的整体光纤环圈骨架的上下表面密封，然后整体放置在真空室中，将上表面密封层上的骨架通气孔通过通气管路连接真空泵；
（3）、真空室和真空泵同时抽真空，真空度达到1pa，保持一小时后，将带有骨架的光纤环圈缓慢地浸入环氧树脂封装胶中；保持光纤环圈的完全浸没状态，真空泵持续抽真空，保持通气管路和骨架中心孔的真空度，通过调节真空室的抽气速率，以每小时半个大气压的速度增加真空室的气压，利用真空室和真空泵之间不断增强的气体压强差使环氧树脂封装胶均匀完全的浸入到光纤环圈内部，两个小时后浸胶完成，真空泵和真空室停止工作；
（4）、从真空室中取出光纤环圈和密封后的骨架，断开通气管路，拧下螺丝，去除骨架上的密封橡胶垫、上表面密封层、下表面密封层，将光纤环圈和骨架置于加热室内，加热棒穿过骨架中心孔；采用加热室和加热棒的同步温差式加热的固化方式，即加热棒和加热室温度同步变化，加热棒和加热室同步加热且保持8℃-15℃的温度差，对光纤环圈进行固化处理；
（5）、光纤环圈固化完成后，将骨架从光纤环圈上卸下，获得无骨架的光纤环圈。
本发明所述步骤（4）中，在对光纤环圈进行固化处理过程中，加热棒的温度比加热室的温度高10℃。
光纤环圈浸胶过程中利用光纤环圈骨架的水平通孔、骨架通气孔通过真空室和真空泵的组合控制，基于气体压强差实现抽空浸胶和加压浸胶两种方式的结合。光纤环圈固化过程通过加热室和加热棒的同步温差式加温，降低光纤环圈固化时引入的温度应力。
本发明的有益效果是：1、利用具有水平通孔的光纤环圈骨架，在浸胶过程中通过抽空浸胶与加压浸胶的配合使用，使光纤环圈内部浸胶更加均匀，避免产生不规则应力。2、采用加热棒与加热室的同步温差式加热固化方案，降低光纤环圈固化时引入的温度应力。采用该方法封装的光纤环圈，可以有效地提高温度稳定性，提高光纤陀螺的稳定性和测量精度。
附图说明
图1是本发明实施例中一种具有水平通孔的光纤环圈骨架示意图；
图2是本发明实施例中一种具有水平通孔的光纤环圈骨架固定上表面密封层和下表面密封层后的示意图；
图3是图2的侧视图；
图4是本发明实施例中一种光纤环圈浸胶系统示意图；
图5 是本发明实施例中一种光纤环圈固化系统剖面示意图；
图6是本发明实施例中一种加热室和加热棒的温度变化曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，光纤环圈骨架的内表面1等距设有直通骨架中心孔的水平方向通孔1-1，骨架的上表面2、下表面3均设有螺孔。
光纤环圈骨架内表面1等距设有直通骨架中心孔的水平方向通孔1-1的直径范围是0.5mm-3mm，通孔间距范围是4mm-10mm。
下面以具体实例进行详细说明光纤环圈骨架的浸胶固化方法：
（1）、使用光纤环圈绕线机将保偏光纤按照四级对称方式绕制到具有水平通孔的光纤环圈骨架上，形成光纤环圈12。光纤环圈骨架内表面1等距分布着直通中心孔的水平方向通孔1-1，通孔1-1直径2mm，通孔1-1间距5mm，通孔1-1个数40个；其上下表面均有螺孔，使用密封橡胶垫6、螺丝、骨架上表面密封层4、骨架下表面密封层5组合密封，如图1所示。其中骨架的上表面2和下表面3用螺丝通过螺孔分别固定上表面密封层4和下表面密封层5，在骨架的上表面2与上表面密封层4之间以及骨架的下表面3与下表面密封层5之间分别有密封橡胶垫6加以密封，骨架的上表面2以及上表面密封层4上均设有骨架中心孔，在上表面密封层4的骨架中心孔上固定安装通气管7作为骨架通气孔8。其中的光纤环圈骨架、上表面密封层、下表面密封层均为铝合金材料制成。
（2）、将组合密封且绕制好光纤环圈12的光纤环圈骨架整体放置在真空室11中，如图3所示。骨架通气孔8通过通气管路9连接真空泵10。
（3）、真空室11和真空泵10同时抽真空，真空度达到1pa，保持一小时后，将光纤环圈12和密封后的骨架缓慢地浸入环氧树脂封装胶13中；保持光纤环圈12的完全浸没状态，真空泵10持续抽真空，保持通气管路和骨架中心孔的真空度，通过调节真空室的抽气速率，以每小时半个大气压的速度增加真空室11的气压，利用真空室和真空泵之间不断增强的气体压强差使环氧树脂封装胶13均匀完全的浸入到光纤环圈12内部，两个小时后浸胶完成，真空泵10和真空室11停止工作。
（4）、从真空室11中取出光纤环圈12和密封后的骨架，断开通气管路9，去除骨架上的螺丝、密封橡胶垫6、骨架上表面密封层4、骨架下表面密封层5，将光纤环圈12和骨架置于加热室14内，加热棒15穿过骨架的中心孔，如图4所示；采用加热室和加热棒的同步温差式加热的固化方式，即加热棒和加热室温度同步变化，加热棒和加热室同步加热且保持8℃-15℃的温度差，对光纤环圈进行固化处理。本实施例在对光纤环圈进行固化处理过程中，加热棒的温度比加热室的温度高10℃。
加热棒15和加热室14的温度变化曲线如图5所示，加热室的温度以20℃/h的速率由室温20℃增加到30℃，保持1h后，以10℃/h的速率增加到60℃，保持1.5h后，以10℃/h的速率增加到80℃，保持1.5h后，以20℃/h的速率降低到50℃，保持0.5h后，以20℃/h的速率降低到20℃，加热棒的温度要一直比加热室的温度高10℃。
（5）、光纤环圈12固化完成后，将光纤环圈骨架从光纤环圈12上卸下，获得无骨架的光纤环圈12。
采用本方法封装的光纤环圈装配到光纤陀螺系统中，光纤陀螺系统在工作温度范围下精度为0.4°/h，好于常规封装方法的0.8°/h。
Claims (4)
1.一种光纤环圈骨架，其特征在于，所述骨架的内表面等距设有直通骨架中心孔的水平方向通孔。
2.如权利要求1所述的一种光纤环圈骨架，其特征在于，所述骨架内表面等距设有直通骨架中心孔的水平方向通孔的直径范围是0.5mm-3mm，通孔间距范围是4mm-10mm。
3.一种如权利要求1所述的光纤环圈骨架的浸胶固化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）、使用光纤陀螺绕线机将保偏光纤按照四级对称方式绕制到光纤环圈骨架上，形成光纤环圈；
（2）、使用上表面密封层、下表面密封层、密封橡胶垫、螺丝将绕制好保偏光纤的整体光纤环圈骨架的上下表面密封，然后整体放置在真空室中，将上表面密封层上的骨架通气孔通过通气管路连接真空泵；
（3）、真空室和真空泵同时抽真空，真空度达到1pa，保持一小时后，将带有骨架的光纤环圈缓慢地浸入环氧树脂封装胶中；保持光纤环圈的完全浸没状态，真空泵持续抽真空，保持通气管路和骨架中心孔的真空度，通过调节真空室的抽气速率，以每小时半个大气压的速度增加真空室的气压，利用真空室和真空泵之间不断增强的气体压强差使环氧树脂封装胶均匀完全的浸入到光纤环圈内部，两个小时后浸胶完成，真空泵和真空室停止工作；
（4）、从真空室中取出光纤环圈和密封后的骨架，断开通气管路，拧下螺丝，去除骨架上的密封橡胶垫、上表面密封层、下表面密封层，将光纤环圈和骨架置于加热室内，加热棒穿过骨架中心孔；采用加热室和加热棒的同步温差式加热的固化方式，即加热棒和加热室温度同步变化，加热棒和加热室同步加热且保持8℃-15℃的温度差，对光纤环圈进行固化处理；
（5）、光纤环圈固化完成后，将骨架从光纤环圈上卸下，获得无骨架的光纤环圈。
4.如权利要求3所述的一种光纤环圈骨架的浸胶固化方法，其特征在于，步骤（4）中，在对光纤环圈进行固化处理过程中，加热棒的温度比加热室的温度高10℃。
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