CN111239948A - 笔式排纤工具及基于笔式排纤工具的光纤精准排布方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及笔式排纤工具及基于笔式排纤工具的光纤精准排布方法，排纤工具包括排纤头、排纤舌、转接套、储胶胶囊、套杆、挂纤架和排纤帽；排纤头前端部设有连通的径向出胶水孔、纵向导胶中缝及挡纤口；排线舌上设有导胶槽，与径向出胶孔连通，储胶囊前端的出胶口与导胶槽后端连通；挂线架套装于转接外套上，挂线架下部一侧或两侧设有用于挂纤的挂钩孔；套杆前端与转接套后端可拆卸式连接，套杆前端面与挂线架的后端面压紧接触，方法步骤为：s1排纤准备；s2挂纤和挡纤；s3排纤。该排纤工具实现了一根或多根直径相同的光纤沿任何光滑曲面进行无交叉精确排布，并同时实现施胶固化，使精确排布的光纤得以固定。该排布方法操作简单、排纤效率高。

Description

笔式排纤工具及基于笔式排纤工具的光纤精准排布方法

技术领域

本发明属于光纤排布技术领域，具体涉及一种笔式排纤工具及基于笔式排纤工具的光纤精准排布方法。

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，基于光纤陀螺的捷联式惯性导航系统广泛应用于航天航空、舰艇导航等领域。随着高精度惯导技术发展，提高光纤陀螺精度的需求日益迫切。光纤环圈作为光纤陀螺中的敏感核心，其性能直接影响光纤陀螺的精度。光纤环圈的对称性对相向传播的光波的互易性影响较大，当光纤环圈中一段光纤(光纤环圈中点除外)存在时变温度扰动或振动扰动时，由于两束反向传播的光波在不同时间经过这段光纤，引起非互易Shupe误差，该误差大小与该段光纤上的温度变化率成正比，且距光纤环圈中点越远，影响因子越大。这种非互易性相位差和角速度引起的Sagnac相位差在解调过程中密不可分，直接影响光纤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关于光纤环圈中点两端长度和应力分布不对称现象，从而引起Shupe误差。

随着光纤陀螺环圈绕制工艺的不断成熟，其环圈内部的长度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。根据shupe误差的影响机理可知，处于光纤环圈末端的尾纤，其Shupe误差的影响因子最大，因此对光纤环圈尾纤和Y波导尾纤的熔接、排布、施胶、固化等工艺要求较高，以满足干涉仪该段尾纤的高对称度要求，提高陀螺的后续振动和温度性能。通常情况下，光纤环圈和Y波导熔接后的两根尾纤双纤并绕排布过程中随机易引入多个交叉点，每个交叉点实际上就是一个耦合点，在对尾纤施胶固化后随着外界环境因素变化(温度、振动等)交叉点位置所受的应力会相应改变，随机的多交叉点的应力变化会导致相向传播的两束光产生非互易相移，破坏了远离光纤环圈中点的两段尾纤的对称性，引入Shupe误差，增加了光纤陀螺的温度漂移。若要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，需要对光纤环圈和Y波导熔接后的尾纤进行精确排布定位，因此对精确排布光纤的方法研究非常有意义。

此外，除光纤陀螺装配有对光纤精确排布的需求外，在光纤通信、光纤传感等其他领域也有对光纤(裸光纤或带护套光纤等)精确排布的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种笔式排纤工具及基于笔式排纤工具的光纤精准排布方法，该笔式排纤工具可以实现一根或多根直径相同的光纤沿任何光滑曲面进行无交叉精确排布，并能在精确排布光纤的同时实现施胶固化，使精确排布的光纤得以固定。该排布方法操作简单、排纤效率高。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：

一种笔式排纤工具，其特征在：包括排纤头、排纤舌、转接套、储胶胶囊、套杆、挂纤架和排纤帽；所述排纤头和排纤舌的前端部为形状匹配的尖头状；排纤头的前端部设置有径向出胶水孔、连通径向出胶孔的纵向导胶中缝，纵向导胶中缝延伸至排纤头的前端，在排纤头的前端设置有与导胶中缝连通的挡纤口；在排纤舌上设置有与排纤舌后端连通的导胶槽；所述排纤头贴附在排纤舌的外部，排纤头上的径向出胶孔与排纤舌上的导胶槽连通；所述排纤头的后端部和排纤舌的后端部插装固定于转接套内，并与储胶胶囊的前端连接，储胶囊的前端设置有出胶口，出胶口与导胶槽的后端连通；所述挂纤架套装于转接套上，并通过设置在转接套上的限位面进行前限位，在挂纤架的下部一侧或两侧设置有用于挂纤的挂钩孔；所述套杆的前端与转接套的后端可拆卸式连接，套杆的前端面与挂纤架的后端面压紧接触；所述排纤帽与转接套前端套装配合，使排纤头和排纤舌在不使用时，密封于排纤帽内。

进一步的：挡纤口采用中位双边直角缺口、右位单边直角缺口或左位单边直角缺口，三种挡纤口的挡边部分的宽度和深度均为单根光纤的直径值，排纤缺口部分的深度为单根光纤的直径值，排纤缺口部分的宽度值为整倍数根光纤的直径值。

一种基于笔式排纤工具的光纤精准排布方法，其特征在于，基于上述的笔式排纤工具，排纤步骤为：

S1排纤准备：首先清洁需要排布光纤的结构件，笔式工具吸入固化胶体，固化胶体的黏度低于1000cps；

S2挂纤和挡纤：在排纤起始部位附近将待排布光纤放入笔式工具挂纤架上的挂钩内，一个挂钩孔内放入一根光纤；然后将笔式工具排纤头移至光纤排布起始位置，通过挡纤口或挡纤口与排纤结构件的壁面对光纤进行限位；

S3排纤：轻压排纤头并沿着设定的排纤路径移动笔式工具，排纤头的纵向导胶中缝变大，胶体因表面张力变小自动缓慢地从笔式工具排纤头内流出，涂于光纤表面，通过酒精挥发或者紫外光照射等固化方式，将已经排布好的光纤固定，实现无交叉精确光纤排布。

进一步的：固化胶体采用酒精胶或光固胶。

本发明具有的优点和积极效果：

1、本笔式排纤工具，在现有钢笔的设计思路上增加了带有挂纤钩的挂纤架，用于挂纤，并在排纤头的前端设置挡纤口，用于定位排纤，可以实现一根或多根直径相同的光纤沿任何光滑曲面进行无交叉的精确排布，并能在精确排布光纤的同时实现施胶固化，使精确排布的光纤得以固定。

2、与传统光纤排布方法相比，基于笔式排纤工具的精确排布光纤方法具有以下优点：

1)解决了多根光纤排布时的交叉问题，消除了交叉点的应力耦合影响；

2)可以沿任何光滑曲面实现光纤排布的精确定位；

3)该方法操作简单，大大提高了光纤的排布效率；

4)可以推广至多个领域，应用范围广。

附图说明

图1是笔式排纤工具爆炸图；

图2是笔式排纤工具外形图；

图3是挂纤架结构示意图，3a为平面图，3b为立体图；

图4是排纤头示意图，a为右位单边直角缺口；b为中位双边直角缺口；c为右位单边直角缺口；

图5是精确排纤示意图，其中5a为沿排纤结构件外壁排纤示意图，5b为沿排纤结构件内壁排纤示意图，5c为沿平整结构面盘纤示意图。

具体实施方式

下面结合图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种笔式排纤工具，请参见图1-5，该笔式工具借鉴了钢笔的设计思路，主要包括排纤头2、排纤舌3、转接套4、储胶胶囊6、套杆7、挂纤架5和排纤帽1几部分。所述排纤头和排纤舌的前端部为形状匹配的尖头状，可参考笔尖和笔舌形状。排纤头的前端部设置有径向出胶水孔2.1、连通径向出胶孔的纵向导胶中缝2.2，纵向导胶中缝延伸至排纤头的前端，在排纤头的前端设置有与导胶中缝连通的挡纤口，在排纤舌上设置有与排纤舌后端连通的导胶槽3.1。所述排纤头贴附在排纤舌的外部，排纤头上的径向出胶孔与排纤舌上的导胶槽连通，所述排纤头的后端部和排纤舌的后端部插装固定于转接套内，并与储胶胶囊的前端连接，储胶囊的前端设置有出胶口，出胶口与导胶槽的后端连通。所述挂纤架套装于转接套上，并通过设置在转接套上的限位面进行前限位，在挂纤架的下部一侧或两侧设置有用于挂纤的挂钩孔5.1，用于挂纤，防止两根或多根尾纤分离太远，可以实现快速排纤。挂纤架可以根据需要排纤的数量进行相应更改。所述套杆的前端与转接套的后端通过螺纹配合可拆卸式连接，套杆的前端面与挂纤架的后端面压紧接触。所述排纤帽与转接套前端套装配合，使排纤头和排纤舌在不使用时，密封于排纤帽内。

上述排纤头和排纤舌的配合、两者与转接套的连接及排纤舌与储胶胶囊的连接可参考现有钢笔的对应结构件的连接。

排纤头可以根据实际工况采用不同结构形式以满足排纤要求，本专利中提供以下三种结构形式，但不仅限于该三种结构形状，具体为：

所述挡纤口采用中位双边直角缺口、右位单边直角缺口或左位单边直角缺口三种结构形式。图4中a为右位单边直角缺口，结构形式为左侧长、右侧短，左侧部位的宽度和深度均为一根光纤的直径，主要起挡纤作用。右侧部位的下方位置用于排放光纤，其宽度取决于所要排布光纤的数量。a结构形式的排纤头既可以适用于沿排纤结构件外壁逆时针方向排布光纤，也适用于沿排纤结构件内壁顺时针方向排布光纤；图4中b为中位双边直角缺口，结构形式左右两侧挡纤部位同样长，其宽度和深度均为一根光纤的直径，中间部位的宽度根据所需排布光纤的数量而定。该结构形式适合于结构件工装表面平整条件下的排纤情况；图4中c为左位单边直角缺口，结构形式与a的结构形式刚好相反，适用于沿排纤结构件外壁顺时针方向排布或者沿排纤结构件内壁逆时针方向排布光纤的情况。

上述结构件使用的材料要求不与储胶胶囊内的固化胶体发生化学反应。为保证固化胶体能够从排纤头顺利流出，要求胶体的黏度低于1000cps。光纤精确排布前先在笔式排纤工具储胶囊内吸入固化胶体，固化胶体优选但不限于酒精胶、光固胶等可以快速固化的胶体。

一种基于笔式排纤工具的光纤精准排布方法，排纤步骤为：

S1排纤准备：首先清洁需要排布光纤的结构件，笔式工具吸入固化胶体，固化胶体的黏度低于1000cps；

S2挂纤和挡纤：在排纤起始部位附近将待排布光纤放入笔式工具挂纤架上的挂钩内，一个挂钩孔内放入一根光纤，以两根光纤为例，将待排布光纤分别放入笔式工具挂纤架上的两侧挂钩内(如图3所示)；然后将笔式工具排纤头移至光纤排布起始位置，通过挡纤口或挡纤口与排纤结构件的壁面对光纤进行限位；以图4中a结构形式的排纤头为例，光纤左侧轻靠排纤头的挡纤部位，右侧轻靠在光纤环圈尾纤排布结构件的内壁(见图5b)。

S3排纤：轻压排纤头并沿着设定的排纤路径移动笔式工具，排纤头的纵向导胶中缝变大，胶体因表面张力变小自动缓慢地从笔式工具排纤头内流出，涂于光纤表面，通过酒精挥发或者紫外光照射等固化方式，将已经排布好的光纤固定，实现无交叉精确光纤排布。当第一圈光纤精确排布完成后，第二圈光纤需要轻靠第一圈尾纤继续盘纤，以此类推，就可以实现多圈光纤边排布边施胶边固化的精确排布。

运用本精确排布光纤方法，对笔式工具的排纤头进行适当的改变，可以实现单双根、三根，甚至多根光纤沿各种光滑曲面进行精确排布，具有较广的适用范围。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和图所公开的内容。

Claims (4)

1.一种笔式排纤工具，其特征在：包括排纤头、排纤舌、转接套、储胶胶囊、套杆、挂纤架和排纤帽；所述排纤头和排纤舌的前端部为形状匹配的尖头状；排纤头的前端部设置有径向出胶水孔、连通径向出胶孔的纵向导胶中缝，纵向导胶中缝延伸至排纤头的前端，在排纤头的前端设置有与导胶中缝连通的挡纤口；在排纤舌上设置有与排纤舌后端连通的导胶槽；所述排纤头贴附在排纤舌的外部，排纤头上的径向出胶孔与排纤舌上的导胶槽连通；所述排纤头的后端部和排纤舌的后端部插装固定于转接套内，并与储胶胶囊的前端连接，储胶囊的前端设置有出胶口，出胶口与导胶槽的后端连通；所述挂纤架套装于转接套上，并通过设置在转接套上的限位面进行前限位，在挂纤架的下部一侧或两侧设置有用于挂纤的挂钩孔；所述套杆的前端与转接套的后端可拆卸式连接，套杆的前端面与挂纤架的后端面压紧接触；所述排纤帽与转接套前端套装配合，使排纤头和排纤舌在不使用时，密封于排纤帽内。

2.根据权利要求1所述的笔式排纤工具，其特征在于：挡纤口采用中位双边直角缺口、右位单边直角缺口或左位单边直角缺口，三种挡纤口的挡边部分的宽度和深度均为单根光纤的直径值，排纤缺口部分的深度为单根光纤的直径值，排纤缺口部分的宽度值为整倍数根光纤的直径值。

3.一种基于笔式排纤工具的光纤精准排布方法，其特征在于，基于权利要求1或2所述的笔式排纤工具，排纤步骤为：

S1排纤准备：首先清洁需要排布光纤的结构件，笔式工具吸入固化胶体，固化胶体的黏度低于1000cps；

S2挂纤和挡纤：在排纤起始部位附近将待排布光纤放入笔式工具挂纤架上的挂钩内，一个挂钩孔内放入一根光纤；然后将笔式工具排纤头移至光纤排布起始位置，通过挡纤口或挡纤口与排纤结构件的壁面对光纤进行限位；

S3排纤：轻压排纤头并沿着设定的排纤路径移动笔式工具，排纤头的纵向导胶中缝变大，胶体因表面张力变小自动缓慢地从笔式工具排纤头内流出，涂于光纤表面，通过酒精挥发或者紫外光照射等固化方式，将已经排布好的光纤固定，实现无交叉精确光纤排布。

4.根据权利要求3所述的基于笔式排纤工具的光纤精准排布方法，其特征在于：固化胶体采用酒精胶或光固胶。

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