CN109737947A - 一种四环设计光纤陀螺用光纤环制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明光纤陀螺技术领域，具体涉及一种四环设计光纤陀螺用光纤环制备方法。通过将光纤标为等份四段，分别用中点两侧的四分之一长度的光纤按顺、逆时针方向绕制两个小环，剩余两段四分之一长度光纤绕制两个大环，将两个小环通过过纤豁口放入封装骨架上下对称的内环隔热腔中，将两个大环轴向交叉，通过过纤豁口放入骨架上下对称的外环隔热腔中，用胶对四个隔热腔中的光纤环及过纤豁口进行灌封，最后用螺丝将上下壳盖固定。本发明绕制及封装工艺简单，能保证光纤环无焊点且光纤中点两侧对称位置光纤具有温度对称性。

Description

一种四环设计光纤陀螺用光纤环制备方法

技术领域

本发明涉及光纤陀螺技术领域，具体涉及一种四环设计光纤陀螺用光纤环制备方法。

背景技术

光纤陀螺(FOG)是一种基于Sagnac效应的高性能角速率传感器，能够敏感载体相对于惯 性空间的旋转角速率。

由于光纤环是光纤陀螺的核心部件，其温度性能直接影响光纤陀螺的精度，因此，光纤 环抑制温度干扰的能力决定了光纤环的质量。光纤陀螺工作时的温度范围通常在-40℃到+60℃ 且有时还会伴随剧烈的温度变化即快速的升降温过程，温度变化会改变光纤的折射率、内部 应力甚至光纤长度，这些情况都会使陀螺的稳态输出中包含有不可忽略的热漂移旋转角速率 误差。

目前，对于通用的四极、八极、十六极对称绕法和交叉对称绕法绕制的光纤环，虽然能 很好的保证光纤环在中点处具有温度对称性，但操作工艺难度大，存在多次换层，需要实时 控制光纤的绕制张力。抑制外界温度引起的陀螺旋转角速率误差，除了提高线圈绕制技术外， 还可以从改善外部壳体的隔热结构设计入手。现有隔热腔结构的研究以不同隔热材料为研究 对象，使研制成本增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四环设计光纤陀螺用光纤环制备方法，以克服通用光纤环绕 制及封装方法的工艺繁琐和外部壳体隔热结构设计成本增加这两大问题，抑制温度变化引起 的误差对光纤陀螺性能的影响。

本发明实施例提供一种四环设计光纤陀螺用光纤环制备方法，包括：

步骤一：准备两种尺寸的光纤绕制骨架，对绕制骨架和光纤进行清洁处理，得到小半径 光纤绕制骨架、大半径光纤绕制骨架和洁净光纤；

步骤二：将所述光纤标为等长四段，以二分之一点为起点，分别按顺、逆时针在小半径 光纤绕制骨架上绕制小光纤环，顺时针绕制的小光纤环绕至光纤四分之一点处停止，逆时针 绕制的小光纤环绕至光纤四分之三点处停止，分别将两个小光纤环进行固化、脱骨架处理， 得到两个层数和匝数完全相同的小光纤环；

步骤三：将所述光纤分别以四分之一点、四分之三点为起点，分别按顺、逆时针在大半 径光纤绕制骨架上绕制大光纤环，绕制的大光纤环分别绕至光纤首、尾处停止，分别将两个 大光纤环进行固化、脱骨架处理，得到两个层数和匝数完全相同的大光纤环，最终得到四环 设计光纤环；

步骤四：将所述的两个小光纤环直接通过封装骨架上的径向过纤豁口放入骨架上下对称 的内环隔热腔中；将所述的两个大光纤环先沿骨架轴向交叉，然后通过封装骨架上的径向过 纤豁口放入骨架上下对称的外环隔热腔中；

步骤五：将四个隔热腔中的光纤环及径向过纤豁口用胶进行灌封固定处理，将上壳盖和 下壳盖通过螺丝固定于封装骨架上，完成四环设计光纤环封装；

所述步骤一，其中：

所述光纤为按照种类分为保偏光纤，包括：熊猫型、领结型、椭圆形保偏光纤或新型光 子晶体光纤，并且光纤规格为：80/165光纤、80/135光纤或60/100光纤；

所述步骤二与步骤三，其中：

所述绕制过程在每次的起点处预留有对称的5cm余量，并且绕制过程采用的方法均为 柱型绕法；

所述步骤四，其中：

所述封装骨架为上下对称结构，包含：径向过纤豁口、上下对称分布的内环隔热腔和外 环隔热腔，并且径向过纤豁口为沿封装骨架径向的一条贯通上下隔热腔的细槽，仅允许单匝 光纤通过；

所述封装骨架的骨架材料为其热膨胀系数与光纤纤芯的热胀系数一致的材料。

本发明的有益效果在于：

1.本方法中光纤环圈仅采用柱型绕法，操作工艺简化，且整个四环结构光纤环无焊点；

2.本方法通过对四个光纤环的放置位置进行合理设计，使得光纤中点两侧相同位置光 纤关于中点所在的径向平面对称，具有温度对称性；

3.本方法配合四环设计光纤环的隔热结构，从结构上突破了隔热腔的单腔体结构，减 少使用复杂的隔热材料，降低成本。

附图说明

图1为本发明光纤标段示意图；

图2为本发明四环设计光纤陀螺用光纤环绕制结构图；

图3为本发明光纤环封装整体结构示意图；

图4为本发明光纤环封装组件结构示意图；

图5为本发明光纤环封装剖面结构示意图；

图6为本发明光纤环封装骨架径向豁口处剖面结构示意图；

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明做进一 步描述：

其中，附图标记：小光纤环1，小光纤环2，大光纤环3，大光纤环4，光纤二分之一中点5，光纤四分之一点6，光纤四分之三点7，封装骨架8，上壳盖9，下壳盖10，封装螺钉 孔11，径向过纤豁口12。

本发明的技术方案是这样实现的：

步骤一、准备两种尺寸的光纤绕制骨架备用，并对绕制骨架和光纤进行清洁处理；将光 纤从二分之一中点5处分成两等分，分别绕在两个供纤轮上，一个供纤轮负责顺时针供纤， 另一个供纤轮负责逆时针供纤；

步骤二、将光纤标为等长的四段，本实施例中，光纤总长度为1000m，每段光纤长度均 为250m；先以光纤二分之一中点5为起点，分别绕动两个供纤轮，将中点两侧光纤在小半径光纤绕制骨架上绕制相同的小光纤环1和小光纤环2，两个光纤环的层数和匝数完全相同， 小光纤环1顺时针绕制至光纤四分之一点6处停止，小光纤环2逆时针绕制至光纤四分之三 点7处停止，将两个光纤环进行固化、脱骨架处理；

步骤三、以光纤四分之一点6为起点，在大半径光纤绕制骨架上继续以顺时针方向绕动 供纤轮，绕制大光纤环3；同时以光纤四分之三点7为起点，在另一个大半径光纤绕制骨架 上继续以逆时针方向绕动另一个供纤轮，绕制大光纤环4，两个光纤环的层数和匝数完全相 同，最后将两个光纤环进行固化、脱骨架处理，完成四环设计的光纤环绕制过程；

步骤四、将绕制好的小光纤环1和小光纤环2通过封装骨架8上的径向过纤豁口12分 别放入骨架上下对称的内环隔热腔中；将大光纤环3和大光纤环4沿骨架轴向交叉，通过径 向过纤豁口12分别放入骨架上下对称的外环隔热腔中；

步骤五、用胶对四个隔热腔中的光纤环及径向过纤豁口12进行灌封固定，用螺丝通过 螺丝孔11将上壳盖9和下壳盖10固定于封装骨架8上，完成四环设计的光纤环封装过程。

所述的光纤环所用光纤从光纤种类上，可采用保偏光纤，包括熊猫型、领结型、椭圆形 保偏光纤或者采用新型光子晶体光纤；

所述的光纤环所用光纤还可选用不同规格光纤，包括80/165光纤、80/135光纤或者60/100光纤；

所述的光纤环在绕制起点处可留出对称的5cm余量，方便光纤环绕制及封装；

所述的四环设计的光纤陀螺用光纤环的四个光纤环绕制方法相同，为简化工艺，均采用 柱型绕法；

所述的光纤环封装骨架为上下对称结构，包含径向过纤豁口和上下对称分布的内、外环 隔热腔；骨架材料的选取原则是其热膨胀系数尽量与光纤纤芯的热胀系数一致；另外，选取 传热系数尽量小的骨架材料可以有效地增大传热热阻，减小陀螺的零偏漂移；

所述的封装骨架的径向过纤豁口，即沿封装骨架径向开一条贯通上下隔热腔的细槽，从 封装骨架外侧延伸至内环隔热腔，细槽尺寸以允许单匝光纤通过为标准；

所述的光纤环的内环隔热腔与外环隔热腔截面尺寸相同，根据使用的光纤环尺寸设计内、 外环隔热腔及封装骨架的具体尺寸；封装上下壳盖前，用胶封住封装骨架径向过纤豁口以及 光纤环与隔热腔的缝隙。

Claims (5)

1.一种四环设计光纤陀螺用光纤环制备方法，其特征在于，包括：

步骤一：准备两种尺寸的光纤绕制骨架，对绕制骨架和光纤进行清洁处理，得到小半径光纤绕制骨架、大半径光纤绕制骨架和洁净光纤；

步骤二：将所述光纤标为等长四段，以二分之一点为起点，分别按顺、逆时针在小半径光纤绕制骨架上绕制小光纤环，顺时针绕制的小光纤环绕至光纤四分之一点处停止，逆时针绕制的小光纤环绕至光纤四分之三点处停止，分别将两个小光纤环进行固化、脱骨架处理，得到两个层数和匝数完全相同的小光纤环；

步骤三：将所述光纤分别以四分之一点、四分之三点为起点，分别按顺、逆时针在大半径光纤绕制骨架上绕制大光纤环，绕制的大光纤环分别绕至光纤首、尾处停止，分别将两个大光纤环进行固化、脱骨架处理，得到两个层数和匝数完全相同的大光纤环，最终得到四环设计光纤环；

步骤四：将所述的两个小光纤环直接通过封装骨架上的径向过纤豁口放入骨架上下对称的内环隔热腔中；将所述的两个大光纤环先沿骨架轴向交叉，然后通过封装骨架上的径向过纤豁口放入骨架上下对称的外环隔热腔中；

步骤五：将四个隔热腔中的光纤环及径向过纤豁口用胶进行灌封固定处理，将上壳盖和下壳盖通过螺丝固定于封装骨架上，完成四环设计光纤环封装。

2.根据权利要求1所述的一种四环设计光纤陀螺用光纤环制备方法，其特征在于，所述步骤一，其中：

所述光纤为按照种类分为保偏光纤，包括：熊猫型、领结型、椭圆形保偏光纤或新型光子晶体光纤，并且光纤规格为：80/165光纤、80/135光纤或60/100光纤。

3.根据权利要求1所述的一种四环设计光纤陀螺用光纤环制备方法，其特征在于：所述步骤二与步骤三，其中：

所述绕制过程在每次的起点处预留有对称的5cm余量，并且绕制过程采用的方法均为柱型绕法。

4.根据权利要求1所述的一种四环设计光纤陀螺用光纤环制备方法，其特征在于：所述步骤四，其中：

所述封装骨架为上下对称结构，包含：径向过纤豁口、上下对称分布的内环隔热腔和外环隔热腔，并且径向过纤豁口为沿封装骨架径向的一条贯通上下隔热腔的细槽，仅允许单匝光纤通过。

5.根据权利要求1所述的一种四环设计光纤陀螺用光纤环制备方法，其特征在于：所述步骤四，其中：

所述封装骨架的骨架材料为其热膨胀系数与光纤纤芯的热胀系数一致的材料。