CN108106636A - 一种光纤环绕制辅助排纤装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤环绕制辅助排纤装置，包括机架和排纤杆；所述配重块为铁块，在配重块的左右两侧对称分布有两电磁铁，在排纤杆的左右两侧对称分布有两拉力传感器，两拉力传感器分别通过一拉簧与排纤杆相连；在机架上设有一控制器，两拉力传感器与控制器相连，同时，控制器经侧向拉力变换开关后与两电磁铁相连，其中，左侧电磁铁、右侧拉力传感器与控制器形成一闭环控制回路，右侧电磁铁、左侧拉力传感器与控制器形成另一闭环控制回路。本发明能够实现光纤环中绕制过程中，光纤受到的压力均匀，从而提高光纤环的对称性，并光纤排列的自动化程度更高，从而提高光纤环绕制效率。

Description

一种光纤环绕制辅助排纤装置

技术领域

本发明涉及光纤陀螺技术领域，尤其涉及一种光纤环绕制辅助排纤装置。

背景技术

光纤陀螺仪是一种利用萨格纳克效应敏感旋转角速率的惯性仪表，是惯性导航领域的重要成员，因其长寿命、全固态、启动时间短、抗冲击能力强等特点，在航空、航天和国防军事工业等领域得到了广泛的应用，并在导航、测绘、石油勘探等民用领域逐渐得到应用。光纤陀螺仪由光源、光耦合器、Y波导集成光学器件、PIN探测器和光纤环组成，其中，光纤环是产生萨格纳克效应的器件。为了实现高的敏感精度，光纤环需要具有良好的光学互易性、应力分布对称性和温度不敏感性，为了实现这一要求，光纤环通常按照四极对称结构进行绕制，且需要保证光纤排列整齐、对称。

当前，光纤环的绕制设备是半自动化的，且无法在微米级别上对移动幅度实现精确控制，因此，光纤环的绕制需要人工和辅助装置配合完成，其中，辅助排纤装置便是常用的辅助排纤装置。辅助排线装置通过给光纤施加一定的压力，使光纤按照既定规则进行排列，在结构上实现光纤环的四极对称。由于光纤环绕制设备的种类不统一，辅助排纤装置也不尽相同，但都可以满足线圈中的光纤在结构上排列整齐。然而，由于该装置多是通过硬性固定或者自由固定，使得辅助排纤时对光纤产生的压力处于一种不均匀的状态，进而影响光纤环的应力分布对称性。对于硬性固定方式的辅助排纤装置，整个绕制过程都保持同样的压力，在换匝引起的排列错位区域，光纤会受到相对大的压力，使得光纤环的应力分布对称性受到严重影响；对于自由固定方式的辅助排纤装置，无法保证各层、各匝光纤所受压力的均匀、一致。为了使排纤杆对光纤的压力相对均匀，往往需要人工调节排纤装置的紧固程度，这种方式自动化程度不高，且影响了光纤环绕制的连续性，进而会破坏光纤环的四极对称性。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有光纤环绕制过程中压力分布均匀性差，使得光纤环对称性较差，并且绕制自动化程度低，效率低的问题，提供一种光纤环绕制辅助排纤装置，能够实现光纤环中绕制过程中，光纤受到的压力均匀，从而提高光纤环的对称性，并光纤排列的自动化程度更高，从而提高光纤环绕制效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种光纤环绕制辅助排纤装置，包括机架和排纤杆，所述排纤杆的一端与机架转动连接，另一端呈断面为T型的压纤头；所述配重块为铁块，并安装于排纤杆上；其特征在于：在配重块的左右两侧对称分布有两电磁铁，且两电磁铁位于同一水平面；在排纤杆的左右两侧对称分布有两拉力传感器，且两拉力传感器位于同一水平面，两拉力传感器分别通过一拉簧与排纤杆相连；

在机架上设有一控制器，两拉力传感器与控制器相连，以将拉力传感器检测到的拉力传递给控制器，同时，控制器经侧向拉力变换开关后与两电磁铁相连，以控制两电磁铁的输入电流的通断及大小；其中，左侧电磁铁、右侧拉力传感器与控制器形成一闭环控制回路，右侧电磁铁、左侧拉力传感器与控制器形成另一闭环控制回路。

进一步地，所述电磁铁和拉力传感器均通过水平设置的连杆和竖直设置的伸缩支撑杆与机架相连。

进一步地，在压纤头的两侧分布设有一光纤位置传感器，所述光纤位置传感器也与控制器相连。

进一步地，所述控制器的控制过程如下：

1）设定光纤排列规则区域拉力传感器所受拉力范围；

2）将排纤杆的压纤头压在光纤上；其中，当光纤环向右绕制时，光纤位于压纤头的左侧；当光纤环向左绕制时，光纤位于压纤头的右侧；

3）启动控制器；

4）根据光纤的位置，控制相对应的电磁铁通电；其中，光纤位于压纤头的左侧时，排纤杆左侧的电磁铁通电，其右侧的拉力传感器检测此时排纤杆收到的拉力，该拉力等效为为排列规则区域光纤受到的侧向压力；光纤位于压纤头的右侧时，同理；

5）当光纤绕完一周时，进入排列错位区域，即此时光纤环移动造成光纤挤压排纤杆，光纤受到的侧向压力增大，拉力传感器检测到的拉力减小；控制器根据拉力传感器检测到的拉力范围，减小电磁铁的通电电流，以使得拉力恢复至设定范围内；

6）当光纤再次进入排列规则区域时，光纤恢复至规则排列，光纤受到的侧向压力减小，拉力传感器检测到的拉力增大，控制器根据拉力传感器检测到的拉力，增大电磁铁的通电电流，以使得拉力恢复至设定范围内，并维持此拉力至整圈绕制完成；

7）重复步骤5）—6）直到该层光纤绕制完成；

8）调节排纤杆的位置，使光纤位于压纤头的另一侧，然后重复步骤4）—7），直到光纤环绕制完成。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：第一，通过控制器控制压力，保证了光纤受到压力的批次一致性；第二，通过闭环控制系统，兼顾了光纤排列规则区域和排列错位区域，并实现了两个区域压力的均匀性、一致性；第三，整个排纤过程实现了自动化，避免了人工干预，提升了光纤环绕制的连续性，均一性，提升了光纤环的四极对称程度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1—机架，2—排纤杆，3—支柱，4—配重块，5—电磁铁，6—拉力传感器，7—拉簧，8—控制器。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1，一种光纤环绕制辅助排纤装置，包括机架1和排纤杆2。所述排纤杆2的一端与机架1转动连接，另一端呈断面为T型的压纤头；其中，该机架1上具有一排纤杆支柱3，所述排纤杆2与该支柱3转动连接。所述配重块4为铁块，并安装于排纤杆2上，且配重块4靠近排纤杆2与支柱3相连的一端。

在配重块4的左右两侧对称分布有两电磁铁5：电磁铁Ⅰ和电磁铁Ⅱ，且两电磁铁5位于同一水平面；其中，电磁铁Ⅰ位于排纤杆2左侧，电磁铁Ⅱ位于排纤杆2右侧。在排纤杆2的左右两侧对称分布有两拉力传感器6，：拉力传感器Ⅰ和拉力传感器Ⅱ，其中，拉力传感器Ⅰ位于排纤杆2左侧，拉力传感器Ⅱ位于排纤杆2右侧。两拉力传感器6位于同一水平面，并且两拉力传感器6分别通过一拉簧8与排纤杆2相连。具体实施时，所述拉力传感器6位于电磁铁5与压纤头之间，所述电磁铁5和拉力传感器6均通过水平设置的连杆和竖直设置的伸缩支撑杆与机架1相连；从而能够通过调整伸缩支撑杆，实现两电磁铁5与配重块4位于同一水平面；同时，两拉簧8位于水平位置。

在机架1上设有一控制器8，两拉力传感器6与控制器8相连，以将拉力传感器6检测到的拉力传递给控制器8，同时，控制器8经侧向拉力变换开关后与两电磁铁5相连，以控制两电磁铁5的输入电流的通断及大小。其中，左侧电磁铁5、右侧拉力传感器6与控制器8形成一闭环控制回路，右侧电磁铁5、左侧拉力传感器6与控制器8形成另一闭环控制回路；即电磁铁Ⅰ、拉力传感器Ⅱ与控制器8形成闭环控制回路Ⅰ；电磁铁Ⅱ、拉力传感器Ⅰ与控制器8形成闭环控制回路Ⅱ；在任一闭环控制回路中，控制器8根据拉力传感器6检测到的拉力调节电磁铁5的输入电流大小，以使得拉力处于设定范围之中，调节侧向拉力变换开关，可对闭环控制回路Ⅰ、闭环控制回路Ⅱ进行切换。具体实施时，在压纤头的两侧分布设有一光纤位置传感器，所述光纤位置传感器也与控制器8相连；从而使控制其能够自动判断光纤的位置，从而自动控制电磁铁5的通断电。

其中，所述控制器8的控制过程如下：

1）设定光纤排列规则区域拉力传感器6所受侧向拉力范围；该侧向拉力范围通过试验进行标定。

2）将排纤杆2的压纤头压在光纤上；其中，当光纤环向右绕制时，光纤位于压纤头的左侧；当光纤环向左绕制时，光纤位于压纤头的右侧。

3）启动控制器8。

4）根据光纤的位置，控制相对应的电磁铁5通电；其中，光纤位于压纤头的左侧时，排纤杆2左侧的电磁铁5通电，其右侧的拉力传感器6检测此时排纤杆2收到的拉力，该拉力等效为为排列规则区域光纤受到的侧向压力；光纤位于压纤头的右侧时，同理。

5）当光纤绕完一周时，进入排列错位区域，即此时光纤环移动造成光纤挤压排纤杆2，光纤受到的侧向压力增大，拉力传感器6检测到的拉力减小。控制器8根据拉力传感器6检测到的拉力范围，换算得到此时光纤受到的附加侧向压力，然后控制电磁铁5的通电电流减小，以抵消该附加侧向压力，以使得拉力恢复至设定范围内。

6）当光纤再次进入排列规则区域时，光纤恢复至规则排列，光纤受到的侧向压力减小，拉力传感器6检测到的拉力增大，控制器8根据拉力传感器6检测到的拉力，增大电磁铁5的通电电流，以使得拉力恢复至设定范围内，并维持此拉力至整圈绕制完成。

7）重复步骤5）—6）直到该层光纤绕制完成。

8）调节排纤杆2的位置，使光纤位于压纤头的另一侧，然后重复步骤4）—7），直到光纤环绕制完成。

作为一种具体实施方式，利用此装置进行光纤环的绕制过程中，首先，在控制器8上设定拉力控制范围，拉力范围需根据力矩平衡公式进行计算。随后，放下带有配重磁块的排纤杆2；然后启动控制器8，控制器8根据光纤位置传感器的检测信号启动闭环控制回路Ⅰ,给电磁铁Ⅰ供电，待拉力传感器Ⅱ示数稳定时，即等效为光纤受到的侧向压力，此时，完成了导纤杆侧向压力和正向压力的施加。最后，进行光纤环的绕制，在光纤排列规则区域，拉力稳定，在排列错位区域时，拉力持续变化，因受到控制器8的调控，使整个绕制过程光纤受到的侧向压力趋于恒定。绕制完一层光纤后，需要改变光纤的绕制方向，侧向压力的方向也需随之改变。通过侧向拉力变换开关，由闭环控制回路Ⅰ切换至闭环控制回路Ⅱ，电磁铁Ⅰ断电，电磁铁Ⅱ通电，拉力传感器Ⅰ显示拉力等效为光纤受到的侧向压力，待稳定下来，便可进行新一层光纤的绕制。后续光纤层绕制切换过程中，重复上述侧向压力开关变换操作即可，直至完成整个光纤环的绕制过程。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种光纤环绕制辅助排纤装置，包括机架和排纤杆，所述排纤杆的一端与机架转动连接，另一端呈断面为T型的压纤头；所述配重块为铁块，并安装于排纤杆上；其特征在于：在配重块的左右两侧对称分布有两电磁铁，且两电磁铁位于同一水平面；在排纤杆的左右两侧对称分布有两拉力传感器，且两拉力传感器位于同一水平面，两拉力传感器分别通过一拉簧与排纤杆相连；

在机架上设有一控制器，两拉力传感器与控制器相连，以将拉力传感器检测到的拉力传递给控制器，同时，控制器经侧向拉力变换开关后与两电磁铁相连，以控制两电磁铁的输入电流的通断及大小；其中，左侧电磁铁、右侧拉力传感器与控制器形成一闭环控制回路，右侧电磁铁、左侧拉力传感器与控制器形成另一闭环控制回路。

2.根据权利要求1所述的一种光纤环绕制辅助排纤装置，其特征在于：所述电磁铁和拉力传感器均通过水平设置的连杆和竖直设置的伸缩支撑杆与机架相连。

3.根据权利要求1所述的一种光纤环绕制辅助排纤装置，其特征在于：在压纤头的两侧分布设有一光纤位置传感器，所述光纤位置传感器也与控制器相连。

4.根据权利要求1所述的一种光纤环绕制辅助排纤装置，其特征在于：所述控制器的控制过程如下：

1）设定光纤排列规则区域拉力传感器所受拉力范围；

2）将排纤杆的压纤头压在光纤上；其中，当光纤环向右绕制时，光纤位于压纤头的左侧；当光纤环向左绕制时，光纤位于压纤头的右侧；

3）启动控制器；

4）根据光纤的位置，控制相对应的电磁铁通电；其中，光纤位于压纤头的左侧时，排纤杆左侧的电磁铁通电，其右侧的拉力传感器检测此时排纤杆收到的拉力，该拉力等效为为排列规则区域光纤受到的侧向压力；光纤位于压纤头的右侧时，同理；

5）当光纤绕完一周时，进入排列错位区域，即此时光纤环移动造成光纤挤压排纤杆，光纤受到的侧向压力增大，拉力传感器检测到的拉力减小；控制器根据拉力传感器检测到的拉力范围，减小电磁铁的通电电流，以使得拉力恢复至设定范围内；

6）当光纤再次进入排列规则区域时，光纤恢复至规则排列，光纤受到的侧向压力减小，拉力传感器检测到的拉力增大，控制器根据拉力传感器检测到的拉力，增大电磁铁的通电电流，以使得拉力恢复至设定范围内，并维持此拉力至整圈绕制完成；

7）重复步骤5）—6）直到该层光纤绕制完成；

8）调节排纤杆的位置，使光纤位于压纤头的另一侧，然后重复步骤4）—7），直到光纤环绕制完成。