CN108592901B - 一种双柱型光纤环的绕环骨架 - Google Patents

一种双柱型光纤环的绕环骨架 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双柱型光纤环的绕环骨架，双柱型光纤环的绕环骨架包括底座和绕环骨架，绕环骨架固定安装在底座上；绕环骨架包括挡板、上挡板、下挡板以及设置在其中的四片半圆形骨架；其中两片半圆形骨架设置在挡板与上挡板之间，另外两片半圆形骨架设置在挡板与下挡板之间；挡板上设置有豁口；绕环骨架内部设置有放置光纤环的双腔体结构，双腔体结构包括圆环形的内腔体和外腔体；将光纤环分纤后的中点固定在挡板上的豁口处，并绕制光纤使双柱型光纤环的两个小柱型光纤环分别固定在内腔体和外腔体内。本发明为光纤环提供一个安全、均衡、平稳的温度环境，新型腔体结构和安装骨架结构能够解决上下面非对称温度扰动的问题。

Description

一种双柱型光纤环的绕环骨架
技术领域
本发明涉及光纤陀螺惯性仪表技术领域，尤其涉及一种双柱型光纤环的绕环骨架。
背景技术
陀螺仪作为角位移和角速度传感器，用于测量载体的姿态角和角速度，是武器系统重要的信息源和核心技术，经过近几年的发展，因其自身具备成本低、寿命长、质量轻、体积小、动态范围大、精度高等特点，已经成为惯性导航系统组成中不可或缺的惯性器件。围绕飞机、卫星、军舰、潜艇等平台对更高精度、更高稳定、更高可靠的惯性导航系统的总体需求，急需提高组成系统所用惯性器件的稳定性和精度。
现有光纤陀螺技术在稳定性和精度方面仍然存在不足，尤其是其温度的稳定性。而造成其温度稳定性表现较差的原因是有多方面因素，因为光纤陀螺的组成部件对温度扰动都存在不同程度的敏感性，尤其是温度扰动对光纤环的影响最为严重。光纤环作为光纤陀螺的核心部件，其制备的过程中仍然存在很多问题没有解决，例如：光纤环绕环方法、刷胶工艺、装配方式等。而这些问题处理不好，光纤环抵抗温度扰动能力就会减弱，最终会影响光纤陀螺的稳定性和精度。
针对现有技术的缺点与不足，本发明要解决以下存在的各种技术问题。
①传统的光纤环绕环骨架在同一时间下只能绕制一个光纤环，而针对双柱型光纤环，其需要在同一时间下绕制两个光纤环。
②考虑到双柱型的绕制结构特点可知，采用此类方法绕制的光纤环，其具备中点两侧任一匝光纤片段，在空间上都相互对称的特点，但如果不对其提供一个空间对称的温度环境，那么此类光纤环绕制方法的优势将无法充分发挥。
③考虑到双柱型光纤环的绕制结构特点可知，此类光纤环对上下面非对称的温度扰动较为敏感，而此类光纤陀螺在实际装配应用时，大多都是将光纤环组件的一面作为接触面固定到骨架底座上，从而会存在非对称的接触热传导，进而影响光纤陀螺的温度性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中缺乏双柱型光纤环的绕环骨架设计，且常规的绕环骨架会影响光纤陀螺的温度性能的缺陷，提供一种双柱型光纤环的绕环骨架。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种双柱型光纤环的绕环骨架，用于对光纤陀螺中的光纤环进行固定安装，光纤环为双柱型光纤环，双柱型光纤环的绕环骨架包括底座和绕环骨架，绕环骨架固定安装在底座上；其中：
绕环骨架包括挡板、上挡板、下挡板以及设置在其中的四片半圆形骨架；其中两片半圆形骨架设置在挡板与上挡板之间，另外两片半圆形骨架设置在挡板与下挡板之间；挡板上设置有豁口；
绕环骨架内部设置有放置光纤环的双腔体结构，双腔体结构包括圆环形的内腔体和外腔体，内腔体套装在外腔体内部；内腔体包括内腔体底座和内腔体上盖，外腔体包括外腔体底座和外腔体上盖；内腔体底座与外腔体底座之间设置有下硬质绝热垫，内腔体上盖和外腔体上盖之间设置有上硬质绝热垫，内腔体的侧壁和外墙体的侧壁之间设置有空气层；
将光纤环分纤后的中点固定在挡板上的豁口处，并绕制光纤使双柱型光纤环的两个小柱型光纤环分别固定在内腔体和外腔体内。
进一步地，本发明的上挡板和下挡板上均设置有多个通光孔，在对光纤进行紫外固化时，紫外光通过通光孔射入双腔体结构内。
进一步地，本发明的每片半圆形骨架的中间位置均设置有一个圆形的按压孔；半圆环骨架的圆心位置均设置有一个半圆形的工装孔，工装孔用于固定绕环骨架；每一侧的两片半圆形骨架之间均设置有缺口；在进行脱骨架时，通过将手指放入按压孔中，用力向内按压半圆形骨架，使半圆形骨架与绕环骨架相互分离。
进一步地，本发明的上挡板和下挡板上均设置有多个螺钉孔，通过螺钉穿过螺钉孔，使上挡板、半圆环骨架、挡板和下挡板之间相互固定。
进一步地，本发明的内腔体上设置有内腔体光纤引出孔，外腔体上设置有外腔体光纤引出孔，光纤绕制在绕环骨架后，通过内腔体光纤引出孔和外腔体光纤引出孔引出光纤。
进一步地，本发明的内腔体上设置有内腔体螺丝钉孔，外腔体上设置有外腔体螺丝钉孔，通过内腔体螺丝钉孔对内腔体底座和内腔体上盖进行固定，通过外腔体螺丝钉孔对外腔体底座和外腔体上盖进行固定；双腔体结构的侧面还设置有用于固定整个双腔体结构的固定孔。
进一步地，本发明的双腔体结构的接口处设置有凹槽，凹槽内设置有密封圈。
进一步地，本发明的底座为矩形结构，四周设置有四个突起台，通过突起台将光纤的绕环骨架悬起；突起台上设置有螺丝孔，通过螺丝孔将双腔体结构与底座进行固定；底座上还设置有底座固定孔；并且底座中间挖空，设置为底座挖空孔。
本发明产生的有益效果是：本发明的双柱型光纤环的绕环骨架，在传统绕环骨架的基础上进行改进设计，并增加了一个挡板部件，从而实现双柱型光纤环的绕制工艺问题；本发明设计的密闭的双层腔体用来放置光纤环，内外腔体之间通过硬质绝热材料支撑，此腔体具备较优温度均化、减缓温度刺入的特性，从而可降低温度扰动对光纤陀螺的影响；本发明的新型装配骨架，光纤陀螺固定在此骨架上在一定程度上可以降低上下面温度扰动的差异性；所以，本发明首先从绕环工艺、绕环骨架设计入手，绕制新型高品质光纤环；然后从优化放置光纤环的腔体结构入手，实现为光纤环提供一个安全、均衡、平稳的温度环境；最后又从安装骨架入手，通过优化光纤环组件的安装放置位置，减小非对称热传导，从而实现进一步减小非对称温度扰动对光纤环的影响。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的光纤陀螺基本组成结构示意图；
图2是本发明实施例的双柱型光纤环；
图3是本发明实施例的绕环骨架设计原理图；
图4是本发明实施例的绕环骨架组装原理图；
图5是本发明实施例的腔体结构原理图；
图6是本发明实施例的腔体结构分解图；
图7是本发明实施例的底座示意图；
图8是本发明实施例的整体装配图；
图9是本发明实施例的双柱型光纤环绕制示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的双柱型光纤环的绕环骨架，用于对光纤陀螺中的光纤环6进行固定安装。光纤陀螺主要有光源1、检测器2、耦合器3、信号处理板4、Y波导5、光纤环6六大部件组成，如图1所示。除了光纤环以外，其它五大部件都已有较成熟的解决方案，而光纤环是由几百米到几千米的光纤绕制而成，在绕环过程中任何一个环节出现问题都将严重影响光纤环的品质，进而影响光纤陀螺的稳定性和精度。因此为了进一步提高光纤陀螺的稳定性和精度，从绕环骨架设计、腔体设计、安装骨架设计三方面着手进行研究设计
光纤环6为双柱型光纤环，双柱型光纤环的绕环骨架包括底座和绕环骨架，绕环骨架固定安装在底座上；其中：
绕环骨架包括挡板301、上挡板306、下挡板307以及设置在其中的四片半圆形骨架；其中两片半圆形骨架设置在挡板301与上挡板306之间，另外两片半圆形骨架设置在挡板301与下挡板306之间；挡板301上设置有豁口308；
绕环骨架内部设置有放置光纤环6的双腔体结构，双腔体结构包括圆环形的内腔体和外腔体，内腔体套装在外腔体内部；内腔体包括内腔体底座501和内腔体上盖502，外腔体包括外腔体底座508和外腔体上盖509；内腔体底座501与外腔体底座508之间设置有下硬质绝热垫505，内腔体上盖502和外腔体上盖509之间设置有上硬质绝热垫506，内腔体的侧壁和外墙体的侧壁之间设置有空气层507；
将光纤环6分纤后的中点固定在挡板301上的豁口308处，并绕制光纤使双柱型光纤环的两个小柱型光纤环分别固定在内腔体和外腔体内。
如图2所示，由双柱型光纤环的绕环特点可知，其由两个小柱型光纤环组合而成，包括第一柱型光纤环101和第二柱型光纤环102，每一匝光纤103，环形硬质薄塑料垫片104。
如果要实现无拼接一体化绕制，需要对传统的绕环骨架做改进设计，具体设计方法如图3所示，由图3可知，其在传统的绕环骨架中间增加了一个带豁口的挡板301，内骨架由带缺口的四个半月形骨架组成，包括第一半月形骨架302，第二半月形骨架303，第三半月形骨架304和第四半月形骨架305。
如图4所示，上挡板306和下挡板307上均设置有多个通光孔309，在对光纤进行紫外固化时，紫外光通过通光孔309射入双腔体结构内。每片半圆形骨架的中间位置均设置有一个圆形的按压孔310；半圆环骨架的圆心位置均设置有一个半圆形的工装孔312，工装孔312用于固定绕环骨架；每一侧的两片半圆形骨架之间均设置有缺口313；在进行脱骨架时，通过将手指放入按压孔310中，用力向内按压半圆形骨架，使半圆形骨架与绕环骨架相互分离。上挡板306和下挡板307上均设置有多个螺钉孔311，通过螺钉穿过螺钉孔311，使上挡板306、半圆环骨架、挡板301和下挡板307之间相互固定。
如图5所示，针对放置光纤环的腔体结构，其采用内外双腔体密闭的设计方案。内腔体上设置有内腔体光纤引出孔503，外腔体上设置有外腔体光纤引出孔510，光纤绕制在绕环骨架后，通过内腔体光纤引出孔503和外腔体光纤引出孔510引出光纤。内腔体上设置有内腔体螺丝钉孔504，外腔体上设置有外腔体螺丝钉孔511，通过内腔体螺丝钉孔504对内腔体底座501和内腔体上盖502进行固定，通过外腔体螺丝钉孔511对外腔体底座508和外腔体上盖509进行固定；双腔体结构的侧面还设置有用于固定整个双腔体结构的固定孔512。双腔体结构的接口处设置有凹槽513，凹槽513内设置有密封圈。
如图5和图6所示，当温度扰动作用到外腔体底座508和外腔体上盖509时，外腔壁的金属材质能迅速均化外界复杂的温度扰动，中间密封的空气层507、下硬质绝热垫505和上硬质绝热垫506起到减缓温度扰动刺入的速度，内部的内腔体底座501和内腔体上盖502能够对温度扰动做进一步的均化，当作用到光纤环6本身上时，其基本上能够为光纤环提供一个空间对称的温度环境。
针对双柱型光纤环对上下面温度扰动存在较敏感的特点，为了减小接触传热的非对称性，需要对安装骨架做进一步的优化改进，其设计思想是针对光纤环组件采用中间面固定的方式，原理图设计如图7所示。由图7可知，底座为矩形结构，四周设置有四个突起台701，通过突起台701将光纤的绕环骨架悬起，使光纤环组件的上下面与外界无直接接触传热，接触传热只发生在中间层面的4个突出端子上面；突起台701上设置有螺丝孔702，通过螺丝孔702将双腔体结构与底座进行固定；底座上还设置有底座固定孔703；并且底座中间挖空，设置为底座挖空孔704；与腔体结构的整体装配图如图8所示。此种设计能最大程度抑制通过非对称接触传热造成的光纤环上下温度失衡，进而可最大程度为光纤环组件提供上下面对称的外部温度环境。
在本发明的另一个具体实施例中：
①双柱型光纤环的制备过程
当进行光纤环绕制时，将分纤后的光纤中点601置于绕环骨架中间挡板的豁口308处，一端固定，另一端沿顺时针方向开始绕制，绕到边缘处暂停固定，按逆时针方向再绕回起始固定的那一端，光纤两端分别在挡板两侧做往复绕制，直至绕制完成，具体绕制示意图如图9所示。将绕制完成的光纤环放置到紫外箱中固化。固化后，首先去掉上挡板307和下挡板308上的螺丝钉，之后去掉上下两个挡板，然后光纤环放到一个平面上，一面向上，手指放到两个按压孔310中，用力向内按压半月形骨架，去掉这两个骨架，然后把光纤环另一面放到上面，用力向内按压另外两个半月形骨架，去掉这两个骨架，最后再去掉中间挡板301，在两个小柱型光纤环相邻面铺垫一个环形的硬质薄塑料片104，对两个小光纤环采用背靠背方式粘合，粘合效果如图2所示。
②双柱型光纤环的安装装配过程
光纤环制备完成后，首先，将其放置到腔体结构的内腔体的底座中，将光纤的两端尾纤从内腔体上的光纤引出孔503引出，光纤环的下面刷胶后，找准底座圆心粘合，在光纤环上面刷胶，在凹槽513处放置橡胶密封圈，扣上内腔上盖502，用螺丝固定，之后对内腔体做密封处理。然后，将两个硬质绝热垫分别扣到内腔体组件的上下面后，将内腔体引出的尾纤从外腔体的引出孔510引出，把带有硬质绝热垫的内腔体组件放置到外腔体下座508中，同样在外腔体凹槽513位置处放置密封圈，扣紧上盖509，上螺丝固定密封。之后将腔体组件放置到安装骨架上，4个凸出端子螺孔512与4个凸台螺孔对应吻合，上螺丝固定。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种双柱型光纤环的绕环骨架结构，用于对光纤陀螺中的光纤环(6)进行固定安装，其特征在于，光纤环(6)为双柱型光纤环，该结构包括底座和绕环骨架，绕环骨架固定安装在底座上；其中：
绕环骨架包括挡板(301)、上挡板(306)、下挡板(307)以及设置在其中的四片半圆形骨架；其中两片半圆形骨架设置在挡板(301)与上挡板(306)之间，另外两片半圆形骨架设置在挡板(301)与下挡板(306)之间；挡板(301)上设置有豁口(308)；
绕环骨架内部设置有放置光纤环(6)的双腔体结构，双腔体结构包括圆环形的内腔体和外腔体，内腔体套装在外腔体内部；内腔体包括内腔体底座(501)和内腔体上盖(502)，外腔体包括外腔体底座(508)和外腔体上盖(509)；内腔体底座(501)与外腔体底座(508)之间设置有下硬质绝热垫(505)，内腔体上盖(502)和外腔体上盖(509)之间设置有上硬质绝热垫(506)，内腔体的侧壁和外墙体的侧壁之间设置有空气层(507)；
将光纤环(6)分纤后的中点固定在挡板(301)上的豁口(308)处，并绕制光纤使双柱型光纤环的两个小柱型光纤环分别固定在内腔体和外腔体内；
每片半圆形骨架的中间位置均设置有一个圆形的按压孔(310)；半圆环骨架的圆心位置均设置有一个半圆形的工装孔(312)，工装孔(312)用于固定绕环骨架；每一侧的两片半圆形骨架之间均设置有缺口(313)；在进行脱骨架时，通过将手指放入按压孔(310)中，用力向内按压半圆形骨架，使半圆形骨架与绕环骨架相互分离。
2.根据权利要求1所述的双柱型光纤环的绕环骨架结构，其特征在于，上挡板(306)和下挡板(307)上均设置有多个通光孔(309)，在对光纤进行紫外固化时，紫外光通过通光孔(309)射入双腔体结构内。
3.根据权利要求1所述的双柱型光纤环的绕环骨架结构，其特征在于，上挡板(306)和下挡板(307)上均设置有多个螺钉孔(311)，通过螺钉穿过螺钉孔(311)，使上挡板(306)、半圆环骨架、挡板(301)和下挡板(307)之间相互固定。
4.根据权利要求1所述的双柱型光纤环的绕环骨架结构，其特征在于，内腔体上设置有内腔体光纤引出孔(503)，外腔体上设置有外腔体光纤引出孔(510)，光纤绕制在绕环骨架后，通过内腔体光纤引出孔(503)和外腔体光纤引出孔(510)引出光纤。
5.根据权利要求1所述的双柱型光纤环的绕环骨架结构，其特征在于，内腔体上设置有内腔体螺丝钉孔(504)，外腔体上设置有外腔体螺丝钉孔(511)，通过内腔体螺丝钉孔(504)对内腔体底座(501)和内腔体上盖(502)进行固定，通过外腔体螺丝钉孔(511)对外腔体底座(508)和外腔体上盖(509)进行固定；双腔体结构的侧面还设置有用于固定整个双腔体结构的固定孔(512)。
6.根据权利要求1所述的双柱型光纤环的绕环骨架结构，其特征在于，双腔体结构的接口处设置有凹槽(513)，凹槽(513)内设置有密封圈。
7.根据权利要求1所述的双柱型光纤环的绕环骨架结构，其特征在于，底座为矩形结构，四周设置有四个突起台(701)，通过突起台(701)将光纤的绕环骨架悬起；突起台(701)上设置有螺丝孔(702)，通过螺丝孔(702)将双腔体结构与底座进行固定；底座上还设置有底座固定孔(703)；并且底座中间挖空，设置为底座挖空孔(704)。
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