CN107621260A - 一种光纤环圈骨架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤环圈骨架，包括左挡板、右挡板和缠绕环，左挡板的一侧且垂直于左挡板面设有中空螺杆，左挡板上环绕所述中空螺杆均匀布置有若干定位螺孔，右挡板设有与中空螺杆匹配的螺孔，缠绕环上设有与所述定位螺孔相对应的用于将缠绕环固定在左挡板上的安装孔，缠绕环位于左挡板和右挡板之间，左挡板和右挡板上分别设有出纤孔；在左挡板、右挡板以及缠绕环的表面均涂覆有绝热材料，在缠绕环上缠绕4层骨架垫纤，缠绕环上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；左挡板、右挡板的内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。本发明降低了光纤环圈的损耗，改善了光纤环圈零漂性。

Description

一种光纤环圈骨架

技术领域

本发明涉及光纤环技术领域，特别是一种光纤环圈骨架。

背景技术

光纤环在光传输、光纤陀螺、光延时、光传感、非线性效应积累等方面有着广泛的应用，但光纤环损耗的存在限制了其在各种场合下的应用性。光纤环圈用于干涉型光纤陀螺，是光纤陀螺中的一个组件，根据干涉性光纤陀螺仪的原理，来自同一光源的两束光沿相反的方向传播，重新汇合后相互干涉，两束干涉光的相位差与光传播所经的光路的旋转角速率成正比，因而，通过探测干涉的光强可测出旋转角速率。

光纤陀螺诞生于1976 年，是利用光纤传感技术测量空间惯性转动速率的一种新型传感器，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。目前已发展成为惯性技术领域具有划时代特征的新型主流仪表，它与通常使用的机械陀螺和近年来开发的激光陀螺相比，适用范围更大，且成本低，体积小，重量轻。光纤陀螺的应用前景十分广阔，它不仅用于飞机、船舶的导航，导弹制导，宇宙飞船的高精度姿势控制，而且在民用上还可以应用于高级轿车的导向，以及机器人和自动化控制系统等等。光纤陀螺是一种基于Sagnac 效应的光纤角速度传感器，因其具有体积小，精度高、无机械传动部件、不存在磨损问题、使用寿命长等一系列优点，广泛应用于军事和民用领域。为了满足实际应用中的需求，在震动、冲击、温度急剧变化等各种恶劣环境下，光纤陀螺应具有较高的工作稳定性，而光纤陀螺中的主要敏感部件——光纤环圈，直接决定了光纤陀螺的工作稳定性，因此如何改进光纤环圈的各项性能指标是改进光纤陀螺工作稳定性的一个突破口。

光纤环圈是光纤陀螺的传感元件，对它的基本要求是消光比要大，互易性要好。光纤陀螺是一种测量姿态方位的高精度惯性传感器，由于它具备体积小、精度高、启动快、动态范围大、无机械转动结构等一系列优点，已经被广泛应用于机器人、舰艇、飞机、导弹等多种领域。根据光纤陀螺的型号不同，常常需要制备各种不同规格的光纤环圈。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。

传统的光纤环圈制备方法是将光纤直接绕制并固定在骨架上，这样不仅限制了光纤陀螺中其它器件的布局，而且制约了光纤陀螺体积和重量的进一步减小，更重要的是，由于光纤环圈与骨架之间的热膨胀性能不匹配，将导致光纤陀螺在温度变化之下产生应力变化，从而产生非互易相位误差，造成光纤陀螺的温度敏感性。在中高精度光纤陀螺中，光纤陀螺的温度敏感性已经成为制约其发展的主要因素，目前的光纤环圈的温度漂移（零漂）仍很大，光纤环损耗大。如何提高无骨架光纤环圈的品质已经成为制备无骨架光纤环圈的关键问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种光纤环圈骨架，能够较好的隔绝外界温度影响，降低了光纤环圈的损耗，提高光纤环圈的温度稳定性，改善了光纤环圈零漂性。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种光纤环圈骨架，包括左挡板、右挡板和缠绕环，左挡板的一侧且垂直于左挡板面设有中空螺杆，左挡板上环绕所述中空螺杆均匀布置有若干定位螺孔，右挡板设有与中空螺杆匹配的螺孔，缠绕环上设有与所述定位螺孔相对应的用于将缠绕环固定在左挡板上的安装孔， 缠绕环位于左挡板和右挡板之间，左挡板和右挡板上分别设有出纤孔，出纤孔的直径大于光纤直径，缠绕环是由2个半圆环组合而成，半圆环之间设有缝隙；在左挡板、右挡板以及缠绕环的表面均涂覆有绝热材料，在缠绕环上缠绕4层骨架垫纤，缠绕环上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；左挡板、右挡板的内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，左挡板、右挡板的内侧壁上、与凹槽底部距离相同处的凸凹相反。

作为本发明所述的一种光纤环圈骨架进一步优化方案，半圆环之间设有0.5-2mm的间隙。

作为本发明所述的一种光纤环圈骨架进一步优化方案，绝热材料为聚氨酯材料。

作为本发明所述的一种光纤环圈骨架进一步优化方案，缠绕环的材质与待缠绕的光纤材质一样。

作为本发明所述的一种光纤环圈骨架进一步优化方案，在缠绕环上缠绕4层骨架垫纤是通过以下方法缠绕：由整根光纤的中点绕起，顺时针方向缠绕中点一侧的光纤，完成第一层光纤绕制；而后将中点另一侧的光纤按照逆时针方向缠绕，完成环圈的第二和第三层光纤饶制；然后继续缠绕顺时针方向的光纤形成环圈的第四层。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本发明提供一种绝热性好的光纤环圈，能够较好的隔绝外界温度影响，降低了光纤环圈的损耗，改善光纤环圈的应力和温度敏感性，提高光纤环圈的温度稳定性；

（2）本发明的保温隔热处理明显，改善了光纤环圈零漂性，减小了光纤环圈的温度漂移，较好地解决了因温差造成带骨架光纤环损耗增加的问题；

（3）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；

（4）本发明可消除温差带来的两者形变差异和相互挤压，减小光纤环应变，降低光纤环损耗，提高光纤环的使用性能。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

一种光纤环圈骨架，包括左挡板、右挡板和缠绕环，左挡板的一侧且垂直于左挡板面设有中空螺杆，左挡板上环绕所述中空螺杆均匀布置有若干定位螺孔，右挡板设有与中空螺杆匹配的螺孔，缠绕环上设有与所述定位螺孔相对应的用于将缠绕环固定在左挡板上的安装孔， 缠绕环位于左挡板和右挡板之间，左挡板和右挡板上分别设有出纤孔，出纤孔的直径大于光纤直径，缠绕环是由2个半圆环组合而成，半圆环之间设有缝隙；在左挡板、右挡板以及缠绕环的表面均涂覆有绝热材料，在缠绕环上缠绕4层骨架垫纤，缠绕环上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；左挡板、右挡板的内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，左挡板、右挡板的内侧壁上、与凹槽底部距离相同处的凸凹相反。

半圆环之间设有0.5-2mm的间隙。

绝热材料为聚氨酯材料。

缠绕环的材质与待缠绕的光纤材质一样。这样即使光纤环的工作环境与制作环境存在温差，由于材料一样，线膨胀系数相同，挡板和缠绕环之间也不会有相互挤压，因而也不会增大光纤环的损耗。

在缠绕环上缠绕4层骨架垫纤是通过以下方法缠绕：由整根光纤的中点绕起，顺时针方向缠绕中点一侧的光纤，完成第一层光纤绕制；而后将中点另一侧的光纤按照逆时针方向缠绕，完成环圈的第二和第三层光纤饶制；然后继续缠绕顺时针方向的光纤形成环圈的第四层

采用导热系数小的绝热材料聚氨酯材料既能够减小外界温度变化对绕制的光纤环性能的影响，又能在光纤环外围起到一定的支撑作用，且密封环境可以使光纤不受水汽、灰尘等影响，确保光纤环圈的光学性能，进而保证了光纤陀螺的工作稳定性。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。

本发明提供一种绝热性好的光纤环圈，能够较好的隔绝外界温度影响，降低了光纤环圈的损耗，改善光纤环圈的应力和温度敏感性，提高光纤环圈的温度稳定性；本发明的保温隔热处理明显，改善了光纤环圈零漂性，减小了光纤环圈的温度漂移，较好地解决了因温差造成带骨架光纤环损耗增加的问题；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；本发明可消除温差带来的两者形变差异和相互挤压，减小光纤环应变，降低光纤环损耗，提高光纤环的使用性能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替代，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种光纤环圈骨架，其特征在于，包括左挡板、右挡板和缠绕环，左挡板的一侧且垂直于左挡板面设有中空螺杆，左挡板上环绕所述中空螺杆均匀布置有若干定位螺孔，右挡板设有与中空螺杆匹配的螺孔，缠绕环上设有与所述定位螺孔相对应的用于将缠绕环固定在左挡板上的安装孔， 缠绕环位于左挡板和右挡板之间，左挡板和右挡板上分别设有出纤孔，出纤孔的直径大于光纤直径，缠绕环是由2个半圆环组合而成，半圆环之间设有缝隙；在左挡板、右挡板以及缠绕环的表面均涂覆有绝热材料，在缠绕环上缠绕4层骨架垫纤，缠绕环上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；左挡板、右挡板的内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，左挡板、右挡板的内侧壁上、与凹槽底部距离相同处的凸凹相反。

2.根据权利要求1所述的一种光纤环圈骨架，其特征在于，半圆环之间设有0.5-2mm的间隙。

3.根据权利要求1所述的一种光纤环圈骨架，其特征在于，绝热材料为聚氨酯材料。

4.根据权利要求1所述的一种光纤环圈骨架，其特征在于，缠绕环的材质与待缠绕的光纤材质一样。

5.根据权利要求1所述的一种光纤环圈骨架，其特征在于，在缠绕环上缠绕4层骨架垫纤是通过以下方法缠绕：由整根光纤的中点绕起，顺时针方向缠绕中点一侧的光纤，完成第一层光纤绕制；而后将中点另一侧的光纤按照逆时针方向缠绕，完成环圈的第二和第三层光纤饶制；然后继续缠绕顺时针方向的光纤形成环圈的第四层。