CN111879337A - 光纤陀螺用涂层敏感环的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光纤陀螺用涂层敏感环的制作方法，该方法包括，对待加工的保偏光纤进行检验，包括保偏光纤的光学检测、几何检测、外观检测、可靠性检测。通过上述保偏光纤的几何检测，获得光纤的平均外径值；获取保偏光纤的涂层性质，测试保偏光纤的全温串音；设置待绕制敏感环的信息，包括骨架环、无骨环、半脱环、环长、环圈直径信息。设置敏感环的应用条件，根据流程及条件匹配，根据匹配结果进行软件仿真检验，判断是否满足预设的敏感环要求，如满足则转入光纤环的正常生产制作过程。本发明方法改善保偏光纤敏感环生产制造工艺，使光纤陀螺用敏感环大幅缩短生产周期、降低生产成本、改善产品质量。

Description

光纤陀螺用涂层敏感环的制作方法
技术领域
本发明属于光纤陀螺敏感环制造技术领域，尤其涉及一种光纤陀螺用涂层敏感环的制作方法。
背景技术
光纤陀螺(FOG)是利用萨格奈克效应，其将引入的旋转角速率转换为相位漂移的一种新型角速率传感器。二十世纪初，物理学家Sagnac在实验中发现了光干涉现象受旋转角速率的影响，由此启发了人们通过光干涉现象来进行旋转角速率的测量。上世纪70年代，随着低损耗单模光纤的问世，使得光纤陀螺的诞生成为了可能。1976年Vali和Shorthill首次对敏感环形干涉仪进行了描述，并研制出了全世界首个光纤陀螺样机，宣告了光纤陀螺的正式诞生。光纤陀螺应用在惯性导航系统中，用来测量沿所有三个正交运动轴上的旋转角速率。结合三个加速度计给出的距离信息，通过该数据可以计算出移动装置的位置。
其中，光纤敏感环是光纤陀螺的核心元器件，其制备过程受到保偏光纤、绕环胶水、打底纤、绕环机、绕环工艺、操作人员的诸多因素影响。目前行业内的研究重点主要集中在敏感环圈的绕制方法、设计方法以及光纤涂料、绕环胶水等的开发。其中CN 106556387A，《一种光纤陀螺用光器件匹配方案》，采用了干涉式光纤陀螺的设计理论，实现了光纤类型、光功率、光波偏振态、光谱的相互匹配，但制作效率与成品质量还有待继续提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种光纤陀螺用涂层敏感环的制作方法，提高了光纤陀螺的成品率和产品质量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光纤陀螺用涂层敏感环的制作方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：对待加工的保偏光纤进行检验；
步骤2：通过上述保偏光纤的几何检测，获得光纤的平均外径值；
步骤3：获取保偏光纤的涂层性质；
步骤4：测试保偏光纤的全温串音；
步骤5：设置待绕制敏感环的信息；
步骤6：设置敏感环的应用条件；
步骤7：根据流程及条件匹配，根据匹配结果进行软件仿真检验，判断是否满足预设的敏感环要求。
按上述技术方案，所述步骤2中，打底光纤的外径比保偏光纤大0.5-1.0μm。
按上述技术方案，所述步骤3中，保偏光纤的涂层性质包括内、外涂层的模量、玻璃转变温度、全温热膨胀系数、外涂的表面固化度。
按上述技术方案，所述步骤7中，光纤内涂层的Tg点(玻璃态转变温度)低于环境工作温度最低的温度值，而外涂的Tg点高于环境工作温度最高的温度值。
所述步骤7中，绕环胶水的常温(25℃)模量满足和光纤的外涂层常温模量比值范围在0.8-1.6之间。
按上述技术方案，所述步骤7中，胶水与外涂的膨胀系数匹配，其两者比值范围为0.5-1.5倍。
按上述技术方案，所述步骤7中，光纤外涂层表面固化度小于97％，同时光纤表面光滑无发粘。
本发明产生的有益效果是：本发明方法改善保偏光纤敏感环生产制造工艺，使光纤陀螺用敏感环大幅缩短生产周期、降低生产成本、改善产品质量。
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是本发明光纤陀螺用敏感环制作方法实施例的流程图；
图2是本发明实施例中干涉型光纤陀螺仪基本结构；
图3是本发明实施例中光纤的全温消光比曲线图。
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。
本实施例中选用长盈通PM15G-80-U13保偏光纤，也即工作波长为1550nm,玻璃包层直径为80μm,涂层直径为135μm，是一种性能优良且占据较大市场份额的细径熊猫保偏光纤。保偏光纤型号可以根据实际情况进行挑选，不影响本方法的通用性。本实施例敏感环制作方法中包括以下步骤。如图1、图2所示。
步骤1：待测试保偏光纤的测试结果如下表1所示。
表1待测试保偏光纤的测试结果
Figure BDA0002603425320000031
步骤2：该保偏光纤的外径为135.7μm，则匹配的打底纤外径范围为136.2-136.7μm。
步骤3：该保偏光纤的涂层材料信息如下表2所示。
表2待测试保偏光纤的涂层材料信息
Figure BDA0002603425320000032
上表所示的玻璃转变温度Tg采用的是动态热机械分析法(DMA)测试获取。
上表外涂层的表面固化度采用傅里叶变换红外光谱仪FTIR法,该方法采用FTIR测量最终反应的丙烯酸酯不饱和基团的百分率ΦRAU对UV涂层固化度进行评定即根据FTIR得到的UV涂覆光纤的红外图谱按照不同涂料的变化峰和参考峰的峰面积计算光纤UV涂层的固化度。
步骤4：测得光纤的全温消光比曲线如图3所示，图中“TMP”为温度，“PER”为消光比。
步骤5：待绕制的敏感环为内径7cm,长度1500mm的全脱环。
步骤6：该待绕制敏感环的工作温度为-40℃-75℃。
步骤7：确定选用的打底纤外径范围为136.2-136.7μm之间，最佳值为136.5μm，打底纤的涂层材料同保偏光纤一致最佳。该光纤内涂层的Tg点低于环境工作温度最低的温度值-40℃，而外涂的Tg点高于环境工作温度最高的温度值75℃，在工作温度范围内内涂层和外涂层性质比较稳定基本不会发生材料性质上的大幅突变。且该光纤的全温消光比曲线在-50℃-105℃范围的波动在5dB以内满足工作温度要求。绕环胶水的常温模量和光纤外涂层常温模量的比值一般在0.8-1.6倍之间，其中绕环胶水模量比光纤外涂层模量稍高更佳。本实施例中的胶水常温模量的取值范围为1080-2160Mpa。光纤内涂的热膨胀系数大于外涂和胶水的热膨胀系数，光纤绕制成敏感环后，环体中外涂占据的体积最大，内涂和胶水的体积占比接近，因此在做材料匹配时还要考虑胶水与外涂的膨胀系数匹配，其两者比值一般在0.5-1.5倍之间。因此，本实施例中的胶水热膨胀系数取值范围在45.8-137.3*10-6/K之间。本实施例中光纤外涂层表面固化度为94％，说明光纤表面低聚物和活性稀释剂单体未完全在光纤表面发生交联形成致密薄膜，这为后面绕环过程胶水和外涂层的稳固粘连提供条件。一般的要求光纤外涂层表面固化度在90％-97％之间。
检测确定了该光纤满足使用要求，匹配136.2-136.7μm的打底纤，选择常温模量取值范围在1080-2160Mpa之间，且热膨胀系数取值范围在45.8-137.3*10-6/K之间的胶水。
步骤8：根据上述匹配结果进行软件仿真计算，判断是否满足敏感环设计要求。
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 (6)

1.一种光纤陀螺用涂层敏感环的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，
步骤1：对待加工的保偏光纤进行检验；
步骤2：通过上述保偏光纤的几何检测，获得光纤的平均外径值；
步骤3：获取保偏光纤的涂层性质；
步骤4：测试保偏光纤的全温串音；
步骤5：设置待绕制敏感环的信息；
步骤6：设置敏感环的应用条件；
步骤7：根据流程及条件匹配，根据匹配结果进行软件仿真检验，判断是否满足预设的敏感环要求。
2.根据权利要求1所述的光纤陀螺用涂层敏感环的制作方法，其特征在于，所述步骤2中，打底光纤的外径比保偏光纤大0.5-1.0μm。
3.根据权利要求1或2所述的光纤陀螺用涂层敏感环的制作方法，其特征在于，所述步骤3中，保偏光纤的涂层性质包括内、外涂层的模量、玻璃转变温度、全温热膨胀系数、外涂的表面固化度。
4.根据权利要求1或2所述的光纤陀螺用涂层敏感环的制作方法，其特征在于，所述步骤7中，光纤内涂层的Tg点低于环境工作温度最低的温度值，而外涂的Tg点高于环境工作温度最高的温度值。
5.根据权利要求1或2所述的光纤陀螺用涂层敏感环的制作方法，其特征在于，所述步骤7中，胶水与外涂的膨胀系数匹配，其两者比值范围为0.5-1.5倍。
6.根据权利要求1或2所述的光纤陀螺用涂层敏感环的制作方法，其特征在于，所述步骤7中，光纤外涂层表面固化度小于97％，同时光纤表面光滑无发粘。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116086496A (zh) * 2023-03-31 2023-05-09 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 一种用于提高集成光纤陀螺灵敏度的方法及系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102103228A (zh) * 2011-01-26 2011-06-22 武汉长盈通光电技术有限公司 一种双波导并列式保偏光纤及其制造方法
CN110793551A (zh) * 2019-11-26 2020-02-14 衡阳开拓光电科技有限公司 一种光纤绕环工艺
CN111089577A (zh) * 2019-12-20 2020-05-01 湖南航天机电设备与特种材料研究所 一种光纤环绕制方法、光纤环及光纤陀螺

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102103228A (zh) * 2011-01-26 2011-06-22 武汉长盈通光电技术有限公司 一种双波导并列式保偏光纤及其制造方法
CN110793551A (zh) * 2019-11-26 2020-02-14 衡阳开拓光电科技有限公司 一种光纤绕环工艺
CN111089577A (zh) * 2019-12-20 2020-05-01 湖南航天机电设备与特种材料研究所 一种光纤环绕制方法、光纤环及光纤陀螺

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
于中权: ""光纤环温度性能分析软件设计"", 《光学仪器》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116086496A (zh) * 2023-03-31 2023-05-09 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 一种用于提高集成光纤陀螺灵敏度的方法及系统

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