CN109186583B - 一种改善光纤陀螺环圈性能的尾纤施胶工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改善光纤陀螺环圈性能的尾纤施胶工艺方法，首先，用一种打底胶进行铺底，形成底层胶层；然后在打底胶上层进行中间胶层光纤胶粘接光纤尾纤；最后在最上层加入保温隔热胶，形成顶层胶层。本发明所提出的尾纤施胶工艺方法是一种先进的工艺设计理念，具有适应面广、操作性强的特点，对降低环圈环境干扰具有较强应用价值，该成果具有创新性，适合推广应用。

Description

一种改善光纤陀螺环圈性能的尾纤施胶工艺方法
技术领域
本发明涉及光纤陀螺技术领域，尤其是一种改善光纤陀螺环圈性能的尾纤施胶工艺方法。
背景技术
光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的光纤角速率传感器，具有体积小、精度高、全固态、使用寿命长、动态范围大等优点。基于光纤陀螺的捷联式惯性导航系统已被广泛应用于航天航空、舰艇导航等领域。
光纤环圈作为光纤陀螺中的敏感核心，其性能直接影响陀螺的精度。当光纤环圈所处的环境因素发生变化时，在光纤环圈中反向传播的两束光波将产生非互易性相位差，这种非互易性相移与角速度引起的Sagnac相移在解调过程中不可分离，直接影响环圈的敏感角速度的准确性。造成上述非互易性误差的根本原因是光纤敏感环圈存在应力分布不对称，从而引起环圈相移发生变化。
随着光纤陀螺环圈绕制工艺的不断成熟，其环圈内部的不对称性以及应力分布均匀性日渐提高，但环圈的尾纤处理仍然需要正确和细致的工艺加以保证，以便获得更为优异的应用性能。然而，光纤陀螺尾纤和波导熔接完毕通常需要施胶加以固定，以便满足后续振动和温变性能要求。根据shupe公式，由于尾纤处于环圈的末端，影响因子最大，且靠近干涉仪终端对陀螺最后的性能影响至关重要。尾纤施胶后胶体内部通常会产生气泡，那么如何施胶将其气泡去除干净同时又不影响后端工序显得尤为重要。特别是当有外界温度变化或者是气流扰动过程中，尾纤中因为胶体施加不均匀或者因为有残余气泡存在，会在陀螺输出中出现尖刺，甚至是在长期应用过程中产生可靠性隐患。通常需要对胶体进行抽真空和脱泡处理。即便经过脱泡处理后仍然会有较大的热应力，特别是在温度变化较为剧烈的情况下，陀螺的漂移仍然很严重。我们知道，一般情况下光纤陀螺很少将其裸环圈进行直接应用，通常需要对环圈整体磁屏蔽后再将尾纤由磁屏蔽盒引出后再与Y波导进行熔接。这样就有一部分与波导衔接光纤会爆露在相对密闭的磁屏蔽盒外，上述尾纤如果不进行任何处理的话，直接暴露在应用环境下，其感受的温度变化以及受到的扰动会非常剧烈。要想有效地减小陀螺输出误差以及降低陀螺环境干扰的敏感性，有必要对上述尾纤进行加固处理。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种改善光纤陀螺环圈性能的尾纤施胶工艺方法。该方法是一种低应力尾纤加固方法，可以有效降低环圈对环境干扰的灵敏度，提升光纤陀螺的温度和振动性能，进而提升光纤陀螺的工程应用。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的：
一种改善光纤陀螺环圈性能的尾纤施胶工艺方法，其特征在于：首先，用一种打底胶进行铺底，形成底层胶层；然后在打底胶上层进行中间胶层光纤胶粘接光纤尾纤；最后在最上层加入保温隔热胶，形成顶层胶层。
而且，所述的打底胶可选用环氧树脂类胶体，上述打底胶的厚度不宜过厚，原则上不超过0.2mm。
而且，所述的光纤胶可以为一般类型的丙烯酸酯，要求胶体的玻璃化温度点高于陀螺正常工作范围，层胶层厚度约为一根光纤量，其线胀系数以及模量等参数与光纤相匹配。
而且，所述的顶层胶宜选用硅胶，胶层厚度小于0.2mm。
而且，在中间胶层的胶水上排好待固化的尾纤后，对每层胶体进行单独真空脱泡处理。
本发明的优点和积极效果是：
本发明是一种采取三明治胶体材料结构的环圈尾纤胶的全新固化方法，本方法使用三种胶水分为三层，分别起到底面应力消减、中间应力缓冲以及顶层的保护作用，有效的起到对气流、振动和温度场的缓冲及尾纤加固作用。
本发明所提出的尾纤施胶工艺方法是一种先进的工艺设计理念，具有适应面广、操作性强的特点，对降低环圈环境干扰具有较强应用价值，该成果具有创新性，适合推广应用。
附图说明
图1是光纤环圈截面示意图；
图2是三明治结构尾纤施胶方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细叙述本发明的实施例，需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种改善光纤陀螺环圈性能的尾纤施胶工艺方法，其具体流程为：
首先，用一种打底胶8进行铺底，形成底层胶层。打底胶可选用环氧树脂类胶体，该胶体具有良好的粘接牢固性和金属材料的粘接稳定性好，上述打底胶的厚度不宜过厚，原则上不超过0.2mm。打底胶主要作用是缓冲光纤与磁屏蔽盒之间的热应力。
然后，在打底胶上层均布光纤胶7，进行中间胶层光纤胶粘接光纤尾纤1。光纤胶可以为一般类型的丙烯酸酯，推荐用光纤匹配的紫外固化胶水，如光纤涂敷层胶。要求胶体的玻璃化温度点高于陀螺正常工作范围，例如高于85℃。在中间胶层的胶水上排好待固化的尾纤，然后进行脱泡固化。中间层胶的主要作用是将光纤粘附于打底胶之上，该层胶层厚度约为一根光纤量，如200μm，其线胀系数以及模量等参数与光纤相匹配，这样在变温过程中会产生较小应力，同时可对振动扰动实现良好的缓冲作用。
最后，在最上层加入保温隔热胶6，形成顶层胶层。即：在中间层光纤胶之上，进一步均布一层顶层胶，顶层胶的主要作用是隔离空气气流扰动以及消减温度速率，同时具有一定的对光纤保护作用，如耐亲水OH吸附，以及耐候性。该层胶宜选用硅胶，胶层厚度小于0.2mm。
为了防止施胶层出现气泡或者裂纹必须在尾纤固化前对每层胶体进行单独真空脱泡处理。这里为了论述简化，假设后续使用的胶体在固化前都已经完成脱泡处理。
本发明的设计原理和设计过程为：
如图1所示为放置在磁屏蔽盒内的光纤敏感环圈的截面图。其中裸环圈2通过底面粘接胶3粘接固化在磁屏蔽盒5内。其尾纤1通过磁屏蔽盒5后盘绕在磁屏蔽盒5上表面，为了有效降低尾纤1的应力以及减少外界干扰，我们研发了一种新型尾纤施胶固化方式4，该施胶方法将光纤与磁屏蔽盒以及外界环境相隔离，同时具有低应力特性。
如图2所示，本发明提供一种光纤陀螺尾纤施胶固化工艺方法——三明治式分层固化工艺方法，该分层固化方法有别于传统一层胶水直接尾纤固化方式：采用三种胶水分为三层，分别完成底面应力消减、中间应力缓冲以及顶层的保护作用，具有更优良的结构和抗干扰特征。本发明中要求的三层胶水分别为环氧树脂胶、丙烯酸酯胶以及硅胶。上述胶水的厚度通常均不超过0.2mm，具体实施应根据光纤的实际并不局限于上述胶体厚度。本发明提到的工艺方法尤其适合批量生产的工程化光纤陀螺，环圈尾纤操作简单，实用性强，可有效改善环圈温度性能和振动性能，尤其对气流扰动引起的跳刺等效果显著。

Claims (5)

1.一种改善光纤陀螺环圈性能的尾纤施胶工艺方法，其特征在于：首先，用一种打底胶进行铺底，形成底层胶层；然后在打底胶上层进行中间胶层光纤胶粘接光纤尾纤；最后在最上层加入保温隔热胶，形成顶层胶层；
所述的打底胶选用环氧树脂类胶体，所述的光纤胶为丙烯酸酯，所述的顶层胶层选用硅胶。
2.根据权利要求1所述的一种改善光纤陀螺环圈性能的尾纤施胶工艺方法，其特征在于：所述的环氧树脂类胶体的厚度不超过0.2mm。
3.根据权利要求1所述的一种改善光纤陀螺环圈性能的尾纤施胶工艺方法，其特征在于：所述的丙烯酸酯要求胶体的玻璃化温度点高于陀螺正常工作范围，中间胶层厚度为一根光纤量，其线胀系数以及模量参数与光纤相匹配。
4.根据权利要求1所述的一种改善光纤陀螺环圈性能的尾纤施胶工艺方法，其特征在于：所述的硅胶胶层厚度小于0.2mm。
5.根据权利要求1所述的一种改善光纤陀螺环圈性能的尾纤施胶工艺方法，其特征在于：在中间胶层的胶水上排好待固化的尾纤后，对每层胶体进行单独真空脱泡处理。
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