CN110926505B - 一种提升光纤环应力分布对称性的光纤环绕制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升光纤环应力分布对称性的光纤环绕制方法，包括如下步骤：1）将保偏光纤从两端开始绕制到两个保偏分纤盘上，将单模光纤绕制到单模分纤盘上；2）将单模分纤盘和两个保偏分纤盘上安装到绕制设备上，并使保偏光纤的中点与绕制工装固定；3）绕制光纤第一层，4）绕制光纤第二层，5）绕制光纤第三层，6）绕制光纤第四层，7）重复步骤3至步骤6，直至光纤环绕制完毕；8）固化绕制完成的光纤环，并从绕制工装上拆下。本发明能够提升光纤环粘接后的应力分布对称性，从而提升光纤陀螺的性能。

Description

一种提升光纤环应力分布对称性的光纤环绕制方法

技术领域

本发明涉及光纤陀螺技术领域，尤其涉及一种提升光纤环应力分布对称性的光纤环绕制方法。

背景技术

光纤陀螺是一种敏感角速率的惯性仪表，凭借其自主性高、全固态结构、动态范围宽、启动时间短、抗冲击能力强和抗干扰能力强的特点，广泛应用于惯性导航及制导、姿态控制、定位定向等国防工业领域。光纤陀螺主要由光纤环、光源、Y波导、探测器和耦合器五大器件组成，其中，光源和光纤环受温度的影响较大，温度的轻微变化会使光源和光纤环的输出发生明显漂移。同时，光纤陀螺中的光路对外界应力异常敏感，局部的应力会使得通过此处的光信号相位发生漂移，进而造成干涉信号的漂移，最终影响陀螺输出。为了解决光纤环受温度和应力变化的影响，通常在光纤环绕制时采用四极对称的绕法，这样可以使得距离中点相等距离的光纤处于紧邻的位置，从而具有接近相等的温度、温度梯度和应力。光纤环绕制完成后，需要进行光纤环的粘接。粘接过程是将光纤环的一个侧面与结构件的表面固定在一起，固定的介质通常使用粘接力强的环氧树脂胶水。这种粘接的方式保持了传统光纤陀螺的全固态结构，可以保证光纤陀螺在强的振动、冲击环境下不会发生大的输出信号漂移。但随之产生了另外一个问题：光纤环应力分布对称性不高。粘接后的光纤环只有一个侧面被环氧树脂胶水固定在了结构件上，因此，被粘接的侧面上的光纤受到了很大的应力，而其他位置的光纤没有受到粘接应力的影响，造成了光纤环应力分布的对称性被破坏，最终影响光纤陀螺的性能。

为了提升光纤环的温度性能和因粘接造成的应力分布对称性，目前主要的方式有：在环氧树脂胶水中加入一层缓冲隔热层（CN109405848A），对光纤环粘接方式的改进（CN109405849A）、（CN109578401A），以及对光纤环粘接故障的分析方法（CN109141480A）等，总体上对光纤环的粘接应力起到一定的优化效果，并提出了分析、检测的方法，但还不能够从根本上消除粘接应力，对光纤陀螺的性能提升是有限的，同时，在光纤环粘接面采用缓冲层粘接，会降低光纤陀螺抗振动、冲击的性能，进而限制光纤陀螺的应用。

因此，如何提供一种能够从根本上消除光纤环粘接应力、提升光纤环应力分布对称性的技术，已成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于如何提供一种提升光纤环应力分布对称性的光纤环绕制方法，以提升光纤环粘接后的应力分布对称性，从而提升光纤陀螺的性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种提升光纤环应力分布对称性的光纤环绕制方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）根据光纤环的设计要求，剪切所需长度的保偏光纤和单模光纤，并标记保偏光纤的中点和两端：a端和b端；然后将保偏光纤从两端开始绕制到两个保偏分纤盘上，绕制完成后，保偏光纤的中点到两保偏分纤盘之间的距离相等；将单模光纤绕制到单模分纤盘上，单模光纤的外端也留有尾纤；

2）将单模分纤盘和两个保偏分纤盘上安装到绕制设备上，并使保偏光纤的中点与绕制工装固定；其中，所述绕制工装包括绕纤环和与绕纤环可拆卸连接的两侧挡板：A侧挡板和B侧挡板；所述保偏光纤的中点与绕纤环靠近A侧挡板处固定，并与A侧挡板接触；然后将单模光纤的外端绕过绕线环靠近B侧挡板处后与B侧挡板外缘固定，且单模光纤与绕在绕纤环上的部分与B侧挡板接触；

3）将保偏光纤的a端一侧沿绕纤环从A侧挡板向B侧挡板绕制光纤第一层，其中，光纤第一层的匝数为M-1匝，其中，M为光纤环各层的标准匝数；然后，用单模光纤按照单极绕法绕制光纤第一层的最后1匝，完成光纤第一层的绕制；

4）用单模光纤按照单极绕法在光纤第一层的上方绕制1匝；然后，按照四极对称绕法将保偏光纤的b端一侧沿绕纤环从A侧挡板向B侧挡板绕制，直至绕完M-2匝，保偏光纤与单模光纤相接，完成光纤第二层绕制；其中，光纤第二层的各匝保偏光纤及单模光纤与光纤第一层的各匝保偏光纤及单模光纤错位分布；即光纤第二层的单模光纤位于光纤第一层的单模光纤与相邻的保偏光纤之间，光纤第二层的各匝保偏光纤对应位于光纤第一层的相邻两匝保偏光纤之间；

5）用单模光纤按照单极绕法在光纤第一层的上方绕制1匝；然后，按照四极对称绕法将保偏光纤的b端一侧沿绕纤环从B侧挡板向A侧挡板绕制，直至绕完M-1匝，保偏光纤与A侧挡板接触，完成光纤第三层绕制；其中，光纤第三层的各匝保偏光纤及单模光纤与光纤第二层的各匝保偏光纤及单模光纤错位分布；即光纤第三层的单模光纤位于光纤第二层的单模光纤与B侧挡板之间，光纤第三层的各匝保偏光纤对应位于光纤第二层的单模光纤与相邻的保偏光纤之间、相邻两匝保偏光纤之间以及保偏光纤与A侧挡板之间；

6）用单模光纤按照单极绕法在光纤第一层的上方绕制1匝；然后，按照四极对称绕法将保偏光纤的a端一侧沿绕纤环从B侧挡板向A侧挡板绕制，直至绕完M-2匝，完成光纤第四层绕制；其中，光纤第四层的各匝保偏光纤及单模光纤与光纤第三层的各匝保偏光纤及单模光纤错位分布；即光纤第四层的单模光纤位于光纤第二层的单模光纤与相邻的保偏之间，光纤第四层的各匝保偏光纤对应位于光纤第三层的相邻两匝保偏光纤之间；

7）重复步骤3至步骤6，直至绕制完成4N层保偏光纤和单模光纤，其中，N为不小于1的整数，预留足够长的保偏光纤和单模光纤，形成光纤环的尾纤，光纤环绕制完毕；

8）固化绕制完成的光纤环，并从绕制工装上拆下。

进一步地，所述保偏光纤和单模光纤的直径相等。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：采用本方法在光纤环装配使用时，光纤环上的单模光纤通过粘结剂与结构件相连，这样，从根本上消除了光纤环粘接应力，保证了光纤环粘接后的（保偏光纤）应力分布对称性，从而大大提升光纤陀螺的性能。

附图说明

图1为利用本方法绕制后的光纤分布结构示意图。

图2为图1中的局部放大图。

图中：1—保偏光纤，2—单模光纤，3—绕纤环，4—A侧挡板，5—B侧挡板。

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、图2，一种提升光纤环应力分布对称性的光纤环绕制方法，包括如下步骤：

1）根据光纤环的设计要求，剪切所需长度的保偏光纤1和单模光纤2，并标记保偏光纤1的中点和两端：a端和b端。其中，所述保偏光纤1和单模光纤2的直径相等；这样，能够更好的控制绕制时一层光纤的匝数，保证绕制时各层的平整性和一致性。然后将保偏光纤1从两端开始绕制到两个保偏分纤盘上，并且，保偏光纤1的a端和b端均留有相同长度的尾纤；绕制完成后，保偏光纤1的中点到两保偏分纤盘之间的距离相等。将单模光纤2绕制到单模分纤盘上，单模光纤2的外端也留有尾纤。

2）将单模分纤盘和两个保偏分纤盘上安装到绕制设备上，并使保偏光纤1的中点与绕制工装固定。其中，所述绕制工装包括绕纤环3和与绕纤环3可拆卸连接的两侧挡板：A侧挡板4和B侧挡板5；所述保偏光纤1的中点与绕纤环3靠近A侧挡板4处固定，并与A侧挡板4接触。然后将单模光纤2的外端绕过绕线环靠近B侧挡板5处后与B侧挡板5外缘固定，且单模光纤2与绕在绕纤环3上的部分与B侧挡板5接触。

3）将保偏光纤1的a端一侧沿绕纤环3从A侧挡板4向B侧挡板5绕制光纤第一层，其中，光纤第一层的匝数为M-1匝，其中，M为光纤环各层的标准匝数。然后，用单模光纤2按照单极绕法绕制光纤第一层的最后1匝，完成光纤第一层的绕制；。

4）用单模光纤2按照单极绕法在光纤第一层的上方绕制1匝。然后，按照四极对称绕法将保偏光纤1的b端一侧沿绕纤环3从A侧挡板4向B侧挡板5绕制，直至绕完M-2匝，保偏光纤1与单模光纤2相接，完成光纤第二层绕制。其中，光纤第二层的各匝保偏光纤1及单模光纤2与光纤第一层的各匝保偏光纤1及单模光纤2错位分布；即光纤第二层的单模光纤2位于光纤第一层的单模光纤2与相邻的保偏光纤1之间，光纤第二层的各匝保偏光纤1对应位于光纤第一层的相邻两匝保偏光纤1之间。

5）用单模光纤2按照单极绕法在光纤第一层的上方绕制1匝。然后，按照四极对称绕法将保偏光纤1的b端一侧沿绕纤环3从B侧挡板5向A侧挡板4绕制，直至绕完M-1匝，保偏光纤1与A侧挡板4接触，完成光纤第三层绕制。其中，光纤第三层的各匝保偏光纤1及单模光纤2与光纤第二层的各匝保偏光纤1及单模光纤2错位分布；即光纤第三层的单模光纤2位于光纤第二层的单模光纤2与B侧挡板5之间，光纤第三层的各匝保偏光纤1对应位于光纤第二层的单模光纤2与相邻的保偏光纤1之间、相邻两匝保偏光纤1之间以及保偏光纤1与A侧挡板4之间。

6）用单模光纤2按照单极绕法在光纤第一层的上方绕制1匝。然后，按照四极对称绕法将保偏光纤1的a端一侧沿绕纤环3从B侧挡板5向A侧挡板4绕制，直至绕完M-2匝，完成光纤第四层绕制。其中，光纤第四层的各匝保偏光纤1及单模光纤2与光纤第三层的各匝保偏光纤1及单模光纤2错位分布；即光纤第四层的单模光纤2位于光纤第二层的单模光纤2与相邻的保偏之间，光纤第四层的各匝保偏光纤1对应位于光纤第三层的相邻两匝保偏光纤1之间。

7）重复步骤3至步骤6，直至绕制完成4N层保偏光纤1和单模光纤2，其中，N为不小于1的整数，预留足够长的保偏光纤1和单模光纤2，形成光纤环的尾纤，光纤环绕制完毕。

8）通过胶水固化绕制完成的光纤环，使各光纤层之间通过胶水粘接固定形成整体，并从绕制工装上拆下。

本方案绕制的光纤环中，光纤环总层数为4N，N为不小于1的整数，每4层为一个绕制单元，每个绕制单元结构相同；并且，每层光纤均包含前部的保偏光纤1和最后一砸单模光纤2，保偏光纤1采用四极对称绕法绕制，单模光纤2采用单极绕法绕制；这样，通过单极绕法和四极对称绕法绕制而成的光纤环，由于包含了单模光纤2和保偏光纤1，且单模光纤2绕制于粘接面一侧。装配使用时，在光纤环的单模光纤2侧涂覆环氧树脂，并放置于结构件中，在合适的环境下，等待环氧树脂固化；由于光纤环的粘接面最外层光纤是单模光纤2，与光纤陀螺主要光路的保偏光纤1不在一个光路中，因此，粘接后的应力集中于单模光纤2上，作为光纤陀螺主要光路的保偏光纤1并没有受到粘接应力的影响，保证了光纤环的应力分布对称性；同时，这种包含单极绕法和四极对称绕法绕制而成的光纤环保持了全固态结构，保证了光纤陀螺的抗振动、冲击性能。

作为一种实施方式，所有奇数层的绕制匝数相等，所有偶数层的绕制匝数相等，且奇数层的绕制匝数比偶数层的绕制匝数大1。这样，采用这种匝数分布的光纤环在绕制时光纤排列更加整齐，有利于提升光纤环的对称程度，同时绕制难度更低，适合大批量生产。

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 (2)

1.一种提升光纤环应力分布对称性的光纤环绕制方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）根据光纤环的设计要求，剪切所需长度的保偏光纤和单模光纤，并标记保偏光纤的中点和两端：a端和b端；然后将保偏光纤从两端开始绕制到两个保偏分纤盘上，绕制完成后，保偏光纤的中点到两保偏分纤盘之间的距离相等；将单模光纤绕制到单模分纤盘上，单模光纤的外端也留有尾纤；

2）将单模分纤盘和两个保偏分纤盘上安装到绕制设备上，并使保偏光纤的中点与绕制工装固定；其中，所述绕制工装包括绕纤环和与绕纤环可拆卸连接的两侧挡板：A侧挡板和B侧挡板；所述保偏光纤的中点与绕纤环靠近A侧挡板处固定，并与A侧挡板接触；然后将单模光纤的外端绕过绕线环靠近B侧挡板处后与B侧挡板外缘固定，且单模光纤与绕在绕纤环上的部分与B侧挡板接触；

3）将保偏光纤的a端一侧沿绕纤环从A侧挡板向B侧挡板绕制光纤第一层，其中，光纤第一层的匝数为M-1匝，其中，M为光纤环各层的标准匝数；然后，用单模光纤按照单极绕法绕制光纤第一层的最后1匝，完成光纤第一层的绕制；

4）用单模光纤按照单极绕法在光纤第一层的上方绕制1匝；然后，按照四极对称绕法将保偏光纤的b端一侧沿绕纤环从A侧挡板向B侧挡板绕制，直至绕完M-2匝，保偏光纤与单模光纤相接，完成光纤第二层绕制；其中，光纤第二层的各匝保偏光纤及单模光纤与光纤第一层的各匝保偏光纤及单模光纤错位分布；

5）用单模光纤按照单极绕法在光纤第一层的上方绕制1匝；然后，按照四极对称绕法将保偏光纤的b端一侧沿绕纤环从B侧挡板向A侧挡板绕制，直至绕完M-1匝，保偏光纤与A侧挡板接触，完成光纤第三层绕制；其中，光纤第三层的各匝保偏光纤及单模光纤与光纤第二层的各匝保偏光纤及单模光纤错位分布；

6）用单模光纤按照单极绕法在光纤第一层的上方绕制1匝；然后，按照四极对称绕法将保偏光纤的a端一侧沿绕纤环从B侧挡板向A侧挡板绕制，直至绕完M-2匝，完成光纤第四层绕制；其中，光纤第四层的各匝保偏光纤及单模光纤与光纤第三层的各匝保偏光纤及单模光纤错位分布；

7）重复步骤3至步骤6，直至绕制完成4N层保偏光纤和单模光纤，其中，N为不小于1的整数，预留足够长的保偏光纤和单模光纤，形成光纤环的尾纤，光纤环绕制完毕；

8）固化绕制完成的光纤环，并从绕制工装上拆下。

2.根据权利要求1所述的一种提升光纤环应力分布对称性的光纤环绕制方法，其特征在于：所述保偏光纤和单模光纤的直径相等。

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