CN112525183A - 一种提升光纤陀螺应力和温度性能的光纤环绕制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升光纤陀螺应力和温度性能的光纤环绕制方法，包括如下步骤：计算并切割所需长度的保偏光纤、单模光纤和多孔空心光纤，并绕制6个分纤盘上；将磁屏蔽环和6个分纤盘安装到绕制设备上，绕制光纤c段和光纤d段，然后绕制光纤环e段和光纤环f段，再绕制光纤a段和b段，直至保偏光纤绕制4N+4层，再绕制光纤环e段和光纤环f段，剪断多余的光纤c段、光纤d段、光纤e段和光纤f段，完成整个光纤环的绕制；最后，固化绕制完成的光纤环，完成U形磁屏蔽环与磁屏蔽盖的焊接。本发明能够提升光纤环的应力分布对称性和温度性能，提高光纤环对Shupe误差的抑制效果，最终提升光纤陀螺的应力分布和温度性能。
Description
技术领域
本发明涉及光纤环加工技术领域，尤其涉及一种提升光纤陀螺应力和温度性能的光纤环绕制方法。
背景技术
光纤环对环境温度和应力异常敏感，环境温度引起的相位误差与该段光纤上的温度变化率和与位置有关的权因子成正比；距离光纤环中点越远，权因子越大，应力分布的对称性和应力大小对光纤环的对称性具有较大的影响。当前阶段，普遍采用四极、八极和十六极对称绕制方法抑制光纤环的Shupe效应，并通过设计无骨架光纤环与磁屏蔽环的粘接实现低应力装配。这些绕制方法实现了对光纤环径向的温度良好抑制效果，也避免了骨架光纤环的巨大应力。随着光纤陀螺精度的逐渐提升，温度对光纤陀螺精度的影响愈发明显，且无骨架光纤环的粘接应力逐渐成为光纤环的主要应力源。
因此，需要开发出对光纤环整体温度具有良好抑制效果并具有低粘接应力的光纤环及其绕制方法。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种提升光纤陀螺应力和温度性能的光纤环绕制方法，能够提升光纤环的应力分布对称性和温度性能，提高光纤环对Shupe误差的抑制效果，最终提升光纤陀螺的应力分布和温度性能。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种提升光纤陀螺应力和温度性能的光纤环绕制方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）计算并切割所需长度的保偏光纤、单模光纤和多孔空心光纤，然后分别在保偏光纤、单模光纤和多孔空心光纤的中点进行标记，将保偏光纤中点两侧的保偏光纤分别记为光纤a段和光纤b段，将单模光纤中点两侧的单模光纤分别记为光纤c段和光纤d段，将多孔空心光纤中点两侧的多孔空心光纤分别记为光纤e段和光纤f段；再分别从保偏光纤、单模光纤和多孔空心光纤的两端向中点方向，分别将光纤a段、光纤b段、光纤c段、光纤d段、光纤e段和光纤f段分别绕设在6个分纤盘上，其中，光纤a段、光纤b段、光纤c段、光纤d段、光纤e段和光纤f段的端部分别留有一定长度的尾纤；
2）在多孔空心光纤内灌注隔热材料，使隔热材料将多孔空心光纤的内孔填满，然后将多孔空心光纤的两端熔融，使多孔空心光纤的各内孔的两端均与外界隔绝；
3）将磁屏蔽环安装到绕制设备上，其中，所述磁屏蔽环包括内环、外环以及将内环与外环一侧相连的环形底板，使磁屏蔽环的断面呈U形，其中，内环和外环的内侧面均设有容纤环；然后在磁屏蔽环的内侧各面均涂覆胶水；再将6个分纤盘分别安装到绕制设备上，并使单模光纤的中点位于内环内侧面的外缘处，并与内环内侧面最外侧的容纤槽内；
4）先沿内环内侧面的容纤槽从内环的外缘向内缘方向绕制光纤c段，直至与底板接触后，再沿内环向外环的方向在底板上绕制光纤c段，直至与外环的内侧面接触后，沿外环内侧面的容纤槽从外环的内缘向外缘方向绕制光纤c段，直至光纤c段靠近外环的外缘，并位于外环内侧面最外侧的容纤槽，光纤环第一层绕制完成；绕制过程中，边绕制边固化；
5）在光纤环第一层的表面涂覆胶水，然后切换磁屏蔽环的旋转方向，在光纤环第一层上，先沿内环内侧的光纤环第一层从内环的外缘向内缘方向绕制光纤d段，直至与底板上的光纤环第一层接触后，再沿内环向外环的方向在底板的光纤环第一层上绕制光纤d段，直至与外环的内侧的光纤环第一层接触后，沿外环内侧的光纤环第一层从外环的内缘向外缘方向绕制光纤d段，直至光纤d段靠近外环的外缘，光纤环第二层绕制完成；绕制过程中，边绕制边固化；
6）在光纤环第二层的表面涂覆胶水，并使多孔空心光纤的中点位于内环内侧的光纤环第二层的外缘处；然后在光纤第二层上，先沿内环内侧的光纤环第二层从内环的外缘向内缘方向绕制光纤e段，直至与底板上的光纤环第二层接触后，再沿内环向外环的方向在底板的光纤环第二层上绕制光纤e段，直至与外环的内侧的光纤环第二层接触后，沿外环内侧的光纤环第二层从外环的内缘向外缘方向绕制光纤e段，直至光纤e段靠近外环的外缘，完成光纤环第三层绕制；绕制过程中，边绕制边固化；
7）在光纤环第三层的表面涂覆胶水，然后切换磁屏蔽环的旋转方向，在光纤环第三层上，先沿内环内侧的光纤环第三层从内环的外缘向内缘方向绕制光纤f段，直至与底板上的光纤环第三层接触后，再沿内环向外环的方向在底板的光纤环第三层上绕制光纤f段，直至与外环的内侧的光纤环第三层接触后，沿外环内侧的光纤环第三层从外环的内缘向外缘方向绕制光纤f段，直至光纤f段靠近外环的外缘，完成光纤环第四层绕制；绕制过程中，边绕制边固化；
8）对保偏光纤进行浸胶处理，然后使保偏光纤的中点位于底板上的光纤环第四层上，并与内环内侧的光纤环第四层贴合；
9）沿内环向外环的方向在底板的光纤环第四层上绕制光纤a段，直至与外环的内侧的光纤环第四层接触，完成光纤环第五层绕制；然后，切换磁屏蔽环的旋转方向，沿内环向外环的方向在底板的光纤环第五层上绕制光纤b段，直至与外环的内侧的光纤环第四层接触，完成光纤环第六层绕制；
10）沿外环向内环的方向在底板的光纤环第六层上绕制光纤b段，直至与内环的内侧的光纤环第四层接触，完成光纤环第七层绕制；然后，切换磁屏蔽环的旋转方向，沿外环向内环的方向在底板的光纤环第七层上绕制光纤a段，直至与内环的内侧的光纤环第四层接触，完成光纤环第八层绕制；
11）重复步骤9）-10），直至保偏光纤绕制4N+4层，其中，N为大于等于1的整数；此时，光纤a段和光纤b段的端部均位于内环外缘附近，光纤c段、光纤d段、光纤e段和光纤f段的端部均位于外环外缘附近；
12）沿外环向内环的方向在底板的光纤环第4N+4层上绕制光纤f段，直至与内环的内侧的光纤环第四层接触，边绕制边固化，完成光纤环第4N+5层绕制；然后，在光纤环第4N+5层的表面涂上胶水，切换磁屏蔽环的旋转方向，沿外环向内环的方向在底板的光纤环第4N+5层上绕制光纤e段，直至与内环的内侧的光纤环第四层接触，边绕制边固化，完成光纤环第4N+6层绕制；
13）剪断多余的光纤c段、光纤d段、光纤e段和光纤f段，并重新将多孔空心光纤的两端熔融，使各孔均与外界隔绝，完成整个光纤环的绕制；
14）最后，固化绕制完成的光纤环，并通过激光焊接完成U形磁屏蔽环与磁屏蔽盖的焊接。
进一步地，光纤环的相邻两层的各匝光纤均错位分布。
进一步地，固化过程中，固化处理方式采用加热固化或紫外固化。
进一步地，步骤11）中，采用交叉对称绕制、八极对称绕制或十六级对称绕制方式绕制保偏光纤。
进一步地，步骤3）-7）中，采用四极对称绕制、八极对称绕制或十六级对称绕制方式绕制单模光纤和多孔空心光纤。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、将光纤环直接绕制在磁屏蔽环上，并使敏感角速率的光纤环周围由内向外依次被隔热光纤环和阻应力光纤环包覆，从而将粘接应力、外界温度都隔绝于光纤环之外，从而降低外界温度、应力对光纤环的影响。
2、简化光纤陀螺中光纤环的装配流程，能够通过全包围的隔热光纤圈和阻应力光纤圈大幅度缓冲外界温度、应力对光纤环的作用，从而能够提升光纤环的应力分布对称性和温度性能，提高光纤环对Shupe误差的抑制效果，最终提升光纤陀螺的应力分布和温度性能。
附图说明
图1为通过本方法绕制形成的光纤环的结构图。
图中：1—光纤a段，2—光纤b段，3—光纤c段，4—光纤d段，5—光纤e段，6—光纤f段，7—内环，8—外环，9—底板。
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1，一种提升光纤陀螺应力和温度性能的光纤环绕制方法，包括如下步骤：
1）计算并切割所需长度的保偏光纤、单模光纤和多孔空心光纤，然后分别在保偏光纤、单模光纤和多孔空心光纤的中点进行标记；将保偏光纤中点两侧的保偏光纤分别记为光纤a段1和光纤b段2，将单模光纤中点两侧的单模光纤分别记为光纤c段3和光纤d段4，将多孔空心光纤中点两侧的多孔空心光纤分别记为光纤e段5和光纤f段6；再分别从保偏光纤、单模光纤和多孔空心光纤的两端向中点方向，分别将光纤a段1、光纤b段2、光纤c段3、光纤d段4、光纤e段5和光纤f段6分别绕设在6个分纤盘上，其中，光纤a段1、光纤b段2、光纤c段3、光纤d段4、光纤e段5和光纤f段6的端部分别留有一定长度的尾纤。
2）在多孔空心光纤内灌注纳米孔隙的多孔隔热材料，使隔热材料将多孔空心光纤的内孔填满，然后将多孔空心光纤的两端熔融，使多孔空心光纤的各内孔的两端均与外界隔绝。
3）将磁屏蔽环安装到绕制设备上，其中，所述磁屏蔽环包括内环7、外环8以及将内环7与外环8一侧相连的环形底板9，使磁屏蔽环的断面呈U形，其中，内环7和外环8的内侧面均设有容纤环；然后在磁屏蔽环的内侧各面均涂覆胶水。再将6个分纤盘分别安装到绕制设备上，并使单模光纤的中点位于内环7内侧面的外缘处，并与内环7内侧面最外侧的容纤槽内；其中，内环7内侧面和外环8内侧面均指位于磁屏蔽环内侧的侧面。
4）先沿内环7内侧面的容纤槽从内环7的外缘向内缘方向绕制光纤c段3，直至与底板9接触后；再沿内环7向外环8的方向在底板9上绕制光纤c段3，直至与外环8的内侧面接触后；沿外环8内侧面的容纤槽从外环8的内缘向外缘方向绕制光纤c段3，直至光纤c段3靠近外环8的外缘，并位于外环8内侧面最外侧的容纤槽，光纤环第一层绕制完成。绕制过程中，边绕制边固化；固化过程中需确保与绕制过程同步，未绕制区域的胶水不能固化。
5）在光纤环第一层的表面涂覆胶水，然后切换磁屏蔽环的旋转方向；在光纤环第一层上，先沿内环7内侧的光纤环第一层从内环7的外缘向内缘方向绕制光纤d段4，直至与底板9上的光纤环第一层接触后，再沿内环7向外环8的方向在底板9的光纤环第一层上绕制光纤d段4，直至与外环8的内侧的光纤环第一层接触后，沿外环8内侧的光纤环第一层从外环8的内缘向外缘方向绕制光纤d段4，直至光纤d段4靠近外环8的外缘，光纤环第二层绕制完成。绕制过程中，边绕制边固化；固化过程中需确保与绕制过程同步，未绕制区域的胶水不能固化。
6）在光纤环第二层的表面涂覆胶水，并使多孔空心光纤的中点位于内环7内侧的光纤环第二层的外缘处；然后在光纤第二层上，先沿内环7内侧的光纤环第二层从内环7的外缘向内缘方向绕制光纤e段5，直至与底板9上的光纤环第二层接触后，再沿内环7向外环8的方向在底板9的光纤环第二层上绕制光纤e段5，直至与外环8的内侧的光纤环第二层接触后，沿外环8内侧的光纤环第二层从外环8的内缘向外缘方向绕制光纤e段5，直至光纤e段5靠近外环8的外缘，完成光纤环第三层绕制。绕制过程中，边绕制边固化；固化过程中需确保与绕制过程同步，未绕制区域的胶水不能固化。
7）在光纤环第三层的表面涂覆胶水，然后切换磁屏蔽环的旋转方向，在光纤环第三层上，先沿内环7内侧的光纤环第三层从内环7的外缘向内缘方向绕制光纤f段6，直至与底板9上的光纤环第三层接触后，再沿内环7向外环8的方向在底板9的光纤环第三层上绕制光纤f段6，直至与外环8的内侧的光纤环第三层接触后，沿外环8内侧的光纤环第三层从外环8的内缘向外缘方向绕制光纤f段6，直至光纤f段6靠近外环8的外缘，完成光纤环第四层绕制。绕制过程中，边绕制边固化；固化过程中需确保与绕制过程同步，未绕制区域的胶水不能固化。
8）对保偏光纤进行浸胶处理，然后使保偏光纤的中点位于底板9上的光纤环第四层上，并与内环7内侧的光纤环第四层贴合。
9）沿内环7向外环8的方向在底板9的光纤环第四层上绕制光纤a段1，直至与外环8的内侧的光纤环第四层接触，完成光纤环第五层绕制。然后，切换磁屏蔽环的旋转方向，沿内环7向外环8的方向在底板9的光纤环第五层上绕制光纤b段2，直至与外环8的内侧的光纤环第四层接触，完成光纤环第六层绕制。
10）沿外环8向内环7的方向在底板9的光纤环第六层上绕制光纤b段2，直至与内环7的内侧的光纤环第四层接触，完成光纤环第七层绕制。然后，切换磁屏蔽环的旋转方向，沿外环8向内环7的方向在底板9的光纤环第七层上绕制光纤a段1，直至与内环7的内侧的光纤环第四层接触，完成光纤环第八层绕制。
11）重复步骤9）-10），直至保偏光纤绕制4N+4层，其中，N为大于等于1的整数；此时，光纤a段1和光纤b段2的端部均位于内环7外缘附近，光纤c段3、光纤d段4、光纤e段5和光纤f段6的端部均位于外环8外缘附近。
12）沿外环8向内环7的方向在底板9的光纤环第4N+4层上绕制光纤f段6，直至与内环7的内侧的光纤环第四层接触，边绕制边固化，完成光纤环第4N+5层绕制。然后，在光纤环第4N+5层的表面涂上胶水，切换磁屏蔽环的旋转方向，沿外环8向内环7的方向在底板9的光纤环第4N+5层上绕制光纤e段5，直至与内环7的内侧的光纤环第四层接触，边绕制边固化，完成光纤环第4N+6层绕制。固化过程中需确保与绕制过程同步，未绕制区域的胶水不能固化。
13）剪断多余的光纤c段3、光纤d段4、光纤e段5和光纤f段6，并重新将多孔空心光纤的两端熔融，使各孔均与外界隔绝，完成整个光纤环的绕制。
14）最后，固化绕制完成的光纤环，并通过激光焊接完成U形磁屏蔽环与磁屏蔽盖的焊接。
在绕制过程中，光纤环的相邻两层的各匝光纤均错位分布。其中，固化过程中，根据不同的胶水，固化处理方式采用加热固化或紫外固化，以使固化更快，固化效果更好。
在实施过程中，绕制保偏光纤时，还可采用交叉对称绕制、八极对称绕制或十六级对称绕制方式绕制保偏光纤。在绕制单模光纤和多孔空心光纤时，还可采用四极对称绕制、八极对称绕制或十六级对称绕制方式绕制单模光纤和多孔空心光纤。
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 (5)
1.一种提升光纤陀螺应力和温度性能的光纤环绕制方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）计算并切割所需长度的保偏光纤、单模光纤和多孔空心光纤，然后分别在保偏光纤、单模光纤和多孔空心光纤的中点进行标记，将保偏光纤中点两侧的保偏光纤分别记为光纤a段和光纤b段，将单模光纤中点两侧的单模光纤分别记为光纤c段和光纤d段，将多孔空心光纤中点两侧的多孔空心光纤分别记为光纤e段和光纤f段；再分别从保偏光纤、单模光纤和多孔空心光纤的两端向中点方向，分别将光纤a段、光纤b段、光纤c段、光纤d段、光纤e段和光纤f段分别绕设在6个分纤盘上，其中，光纤a段、光纤b段、光纤c段、光纤d段、光纤e段和光纤f段的端部分别留有一定长度的尾纤；
2）在多孔空心光纤内灌注隔热材料，使隔热材料将多孔空心光纤的内孔填满，然后将多孔空心光纤的两端熔融，使多孔空心光纤的各内孔的两端均与外界隔绝；
3）将磁屏蔽环安装到绕制设备上，其中，所述磁屏蔽环包括内环、外环以及将内环与外环一侧相连的环形底板，使磁屏蔽环的断面呈U形，其中，内环和外环的内侧面均设有容纤环；然后在磁屏蔽环的内侧各面均涂覆胶水；再将6个分纤盘分别安装到绕制设备上，并使单模光纤的中点位于内环内侧面的外缘处，并与内环内侧面最外侧的容纤槽内；
4）先沿内环内侧面的容纤槽从内环的外缘向内缘方向绕制光纤c段，直至与底板接触后，再沿内环向外环的方向在底板上绕制光纤c段，直至与外环的内侧面接触后，沿外环内侧面的容纤槽从外环的内缘向外缘方向绕制光纤c段，直至光纤c段靠近外环的外缘，并位于外环内侧面最外侧的容纤槽，光纤环第一层绕制完成；绕制过程中，边绕制边固化；
5）在光纤环第一层的表面涂覆胶水，然后切换磁屏蔽环的旋转方向，在光纤环第一层上，先沿内环内侧的光纤环第一层从内环的外缘向内缘方向绕制光纤d段，直至与底板上的光纤环第一层接触后，再沿内环向外环的方向在底板的光纤环第一层上绕制光纤d段，直至与外环的内侧的光纤环第一层接触后，沿外环内侧的光纤环第一层从外环的内缘向外缘方向绕制光纤d段，直至光纤d段靠近外环的外缘，光纤环第二层绕制完成；绕制过程中，边绕制边固化；
6）在光纤环第二层的表面涂覆胶水，并使多孔空心光纤的中点位于内环内侧的光纤环第二层的外缘处；然后在光纤第二层上，先沿内环内侧的光纤环第二层从内环的外缘向内缘方向绕制光纤e段，直至与底板上的光纤环第二层接触后，再沿内环向外环的方向在底板的光纤环第二层上绕制光纤e段，直至与外环的内侧的光纤环第二层接触后，沿外环内侧的光纤环第二层从外环的内缘向外缘方向绕制光纤e段，直至光纤e段靠近外环的外缘，完成光纤环第三层绕制；绕制过程中，边绕制边固化；
7）在光纤环第三层的表面涂覆胶水，然后切换磁屏蔽环的旋转方向，在光纤环第三层上，先沿内环内侧的光纤环第三层从内环的外缘向内缘方向绕制光纤f段，直至与底板上的光纤环第三层接触后，再沿内环向外环的方向在底板的光纤环第三层上绕制光纤f段，直至与外环的内侧的光纤环第三层接触后，沿外环内侧的光纤环第三层从外环的内缘向外缘方向绕制光纤f段，直至光纤f段靠近外环的外缘，完成光纤环第四层绕制；绕制过程中，边绕制边固化；
8）对保偏光纤进行浸胶处理，然后使保偏光纤的中点位于底板上的光纤环第四层上，并与内环内侧的光纤环第四层贴合；
9）沿内环向外环的方向在底板的光纤环第四层上绕制光纤a段，直至与外环的内侧的光纤环第四层接触，完成光纤环第五层绕制；然后，切换磁屏蔽环的旋转方向，沿内环向外环的方向在底板的光纤环第五层上绕制光纤b段，直至与外环的内侧的光纤环第四层接触，完成光纤环第六层绕制；
10）沿外环向内环的方向在底板的光纤环第六层上绕制光纤b段，直至与内环的内侧的光纤环第四层接触，完成光纤环第七层绕制；然后，切换磁屏蔽环的旋转方向，沿外环向内环的方向在底板的光纤环第七层上绕制光纤a段，直至与内环的内侧的光纤环第四层接触，完成光纤环第八层绕制；
11）重复步骤9）-10），直至保偏光纤绕制4N+4层，其中，N为大于等于1的整数；此时，光纤a段和光纤b段的端部均位于内环外缘附近，光纤c段、光纤d段、光纤e段和光纤f段的端部均位于外环外缘附近；
12）沿外环向内环的方向在底板的光纤环第4N+4层上绕制光纤f段，直至与内环的内侧的光纤环第四层接触，边绕制边固化，完成光纤环第4N+5层绕制；然后，在光纤环第4N+5层的表面涂上胶水，切换磁屏蔽环的旋转方向，沿外环向内环的方向在底板的光纤环第4N+5层上绕制光纤e段，直至与内环的内侧的光纤环第四层接触，边绕制边固化，完成光纤环第4N+6层绕制；
13）剪断多余的光纤c段、光纤d段、光纤e段和光纤f段，并重新将多孔空心光纤的两端熔融，使各孔均与外界隔绝，完成整个光纤环的绕制；
14）最后，固化绕制完成的光纤环，并通过激光焊接完成U形磁屏蔽环与磁屏蔽盖的焊接。
2.根据权利要求1所述的一种提升光纤陀螺应力和温度性能的光纤环绕制方法，其特征在于：光纤环的相邻两层的各匝光纤均错位分布。
3.根据权利要求1所述的一种提升光纤陀螺应力和温度性能的光纤环绕制方法，其特征在于：固化过程中，固化处理方式采用加热固化或紫外固化。
4.根据权利要求1所述的一种提升光纤陀螺应力和温度性能的光纤环绕制方法，其特征在于：步骤11）中，采用交叉对称绕制、八极对称绕制或十六级对称绕制方式绕制保偏光纤。
5.根据权利要求1所述的一种提升光纤陀螺应力和温度性能的光纤环绕制方法，其特征在于：步骤3）-7）中，采用四极对称绕制、八极对称绕制或十六级对称绕制方式绕制单模光纤和多孔空心光纤。
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