CN113124848B - 一种提升光纤环温度性能的粘接装置及粘接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升光纤环温度性能的粘接装置及粘接方法，该装置包括底座、定位卡座以及压块，底座包括底板以及定位轴；底板上设有用于盘绕光纤环尾纤的第一环形凹槽以及用于安装骨架的第二环形凹槽；定位卡座包括定位盘以及锥形定位片；锥形定位片与光纤环内圆柱面上棱边紧密配合保证了底座定位轴与光纤环轴线同轴；压块避开光纤尾纤和锥形定位片后压装在光纤环上；定位轴依次与所述定位孔和中心通孔配合，用于确保光纤环、骨架、定位卡座以及压块之间保持同轴；使用本发明的装置可有效的减少引入的非互异性相位差，提升光纤环的温度性能，并且采用该粘接装置可以有效提高批次光纤环粘接质量的一致性，提高生产效率，降低生产成本。

Description

一种提升光纤环温度性能的粘接装置及粘接方法

技术领域

本发明涉及光纤陀螺，具体涉及一种提升光纤环温度性能的粘接装置及粘接方法。

背景技术

光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的全固态惯性测量仪表，具有抗冲击、灵敏度高、寿命长、动态范围大、启动时间短等优点，已被广泛应用于惯性导航系统中。由于构成光纤陀螺的核心部件光纤环对温度极为敏感，当沿着光纤存在一个随时空变化的温度分布梯度时，会产生热致非互易相位差，影响光纤陀螺的温度性能。

为降低光纤环与骨架之间由于温度变化产生变形挤压而导致的非互易相位差，高精度光纤环均采用无骨架光纤，装配时只将光纤环底面与骨架的环形槽底面通过粘接胶粘接固定。

如图1、图2、图3所示，但由于光纤环内、外圆柱面与骨架环形槽内、外圆柱面之间均存在间隙，在光纤环粘接时不能有效保证光纤环轴线与骨架轴线同轴，造成光纤环与骨架环形槽之间形成的内部间隙以及外部间隙分布不均匀，且光纤环粘接质量的一致性难以保证。当外界环境温度变化时，这种间隙分布不均匀会引起光纤环温度分布不均匀，进而引入非互异性相位差，降低光纤环的温度性能。

发明内容

为了解决现有光纤环粘接时不能有效保证光纤环轴线与骨架轴线同轴，造成光纤环与骨架环形槽之间形成的内外部间隙分布不均匀，且光纤环粘接质量的一致性难以保证，从而导致当外界环境温度变化时，这种间隙分布不均匀会引起光纤环温度分布不均匀，进而引入非互异性相位差，降低光纤环的温度性能的问题，本发明提供了一种提升光纤环温度性能的粘接装置。

另外，本发明还提供了使用该粘接装置进行粘接的方法。

本发明的具体技术方案如下：

提供了一种提升光纤环温度性能的粘接装置，包括底座、定位卡座以及压块；

底座包括底板以及垂直固连于底板中心位置的定位轴；

底板上设有第一环形凸起和第二环形凸起，第一环形凸起与定位轴之间设有用于盘绕光纤环尾纤的第一环形凹槽，第一环形凸起和第二环形凸起之间设有用于安装骨架的第二环形凹槽；第一环形凸起上设置过纤口；第二环形凹槽和定位轴保持同轴；

定位卡座包括定位盘以及锥形定位片；定位盘上开设有定位孔；

锥形定位片的数量至少为三个，且沿圆周方向均匀分布；锥形定位片的一端与定位盘的外边缘固连，另一端用于伸入光纤环内圆表面和骨架中环形槽内圆柱面形成的环形间隙中，用于确保光纤环与骨架保持同轴；压块包括圆盘以及第三环形凸起；圆盘中心位置开设有中心通孔；第三环形凸起上端与圆盘边缘固连，第三环形凸起下表面用于和光纤环上表面接触；所述第三环形凸起上开设有用于避让光纤尾纤的第一缺口以及与用于避让锥形定位片的至少三个第二缺口；

定位轴依次与所述定位孔和中心通孔配合，用于确保光纤环、骨架、定位卡座以及压块之间保持同轴。

进一步地，该粘接装置还包括放置于在压块上，用于通过自重提供粘接保持力的配重块。

进一步地，该粘接装置还包括用于提供粘接保持力的自动压机。

进一步地，上述锥形定位片的外表面与光纤环内圆柱面相适配，即就是锥形定位片的外表面为弧形。

进一步地，上述第一环形凹槽内设置有用于固定定位卡座的第一螺纹孔。

进一步地，上述第二环形凹槽内设置有用于固定骨架的第二螺纹孔。

基于以上对粘接装置结构的描述，现对采用该粘接装置对光纤环和骨架进行粘接的具体实现过程介绍如下：

步骤1：将骨架通过螺钉固定在底座的第二环形凹槽内，并确保骨架外圆柱面与第二环形凸起的内圆柱面紧密配合安装；

步骤2：将光纤环粘接胶均匀涂在光纤环底面上，然后将光纤环放置在骨架环形槽中，光纤环尾纤盘绕在所述第一环形凹槽内；

步骤3：将定位卡座自上而下安装，使定位卡座的定位孔与底座上的定位轴紧密配合安装；

步骤4：调整定位卡座位置，使锥形定位片与光纤环内圆柱面的上棱边紧密配合，确保光纤环与骨架同轴，再通过螺栓和螺母将底座和定位卡座固定连接；

步骤5：安装压块，使压块避让开锥形定位片和光纤环尾纤后放置于光纤环上；

步骤6：通过放置配重块或者采用自动压机给光纤环提供粘接保持力；

步骤7：依次拆除压块、定位卡座和底座，得到同轴粘接的光纤环和骨架。

本发明的有益效果是：

本发明采用底座、定位卡座以及压块构成的粘接装置，通过底座上的第二环形凸起保证骨架与底座上的第二环形凹槽同轴，进而使骨架与底座定位轴同轴；底座定位轴与定位卡座定位孔紧密配合安装，可以保证底座定位轴与定位卡座定位孔同轴，进而使底座定位轴与定位卡座锥形定位片轴线同轴；定位卡座锥形定位片与光纤环内圆柱面上棱边紧密配合可以保证定位卡座锥形定位片与光纤环轴线同轴，进而使底座定位轴与光纤环轴线同轴；底座定位轴与骨架轴线以及光纤环轴线均同轴，因此可以保证光纤环与骨架轴线同轴，确保了光纤环与骨架环形槽之间形成的内外间隙分布均匀，当外界环境温度变化时，可有效的减少引入的非互异性相位差，提升光纤环的温度性能，并且采用该粘接装置可以有效提高批次光纤环粘接质量的一致性，提高生产效率，降低生产成本，同时利用粘接装置进行的粘接方法操作简单。

附图说明

图1为光纤环的结构图；

图2为骨架的结构图；

图3为光纤环和骨架粘接后的结构图；

图4为粘接装置使用时的装配图；

图5为底座的结构图；

图6为定位卡座的结构图；

图7为压块的结构图；

图8为粘接方法的流程图；

图9为光纤环和骨架同轴时的温度场分布仿真图；

图10为光纤环和骨架轴线方向偏移1mm时的温度场分布仿真图。

附图标记如下：

1-底座、11-底板、111-第一环形凸起、112-第二环形凸起、113- 第一环形凹槽、114-第二环形凹槽、115-过纤口、12-定位轴、2-定位卡座、21-定位盘、211-定位孔、22-锥形定位片、3-压块、31-圆盘、 311-中心通孔、312-通孔、32-第三环形凸起、321-第一缺口、322-第二缺口、4-光纤环、5-骨架、6-配重块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

如图4所示，本实施例提供了一种提升光纤环温度性能的粘接装置的具体结构，该装置主要包括底座1、定位卡座2以及压块3。

如图5所示，底座1包括底板11以及垂直固连于底板11中心位置的定位轴12；底板11上设有第一环形凸起111和第二环形凸起112，第一环形凸起111与定位轴12之间设有用于盘绕光纤环4尾纤的第一环形凹槽113，第一环形凸起111和第二环形凸起112之间设有用于安装骨架的第二环形凹槽114；第一环形凸起111上设置过纤口115；

第二环形凸起112和定位轴12的轴线同轴，第二环形凸起112的内圆柱面与骨架5的外圆柱面紧密配合安装，保证第二环形凸起112 与骨架5轴线同轴，进而保证定位轴12与骨架5轴线同轴；使用时，通过螺钉将骨架5固定连接于底座1的第二环形凹槽114内，将光纤环尾纤通过第一环形凸起111的过纤口115盘绕在第一环形凹槽113中。

如图6所示，定位卡座2包括定位盘21以及锥形定位片22；定位盘21上开设有定位孔211；锥形定位片22的数量至少为三个(本实施例采用的数量为3个)，且沿圆周方向均匀分布；锥形定位片22的一端与定位盘21的外边缘固连，另一端用于伸入光纤环4内圆表面和骨架5中环形槽内圆柱面形成的环形间隙(图4的A处)中，用于保证光纤环4和骨架5保持同轴；在本实施例中锥形定位片22的外表面设置为弧形，且与光纤环内圆柱面相适配；锥形定位片的内表面也设置为弧形，且与骨架环形槽的的内圆柱面相适配；

使用时，定位盘21的定位孔211与底座1的定位轴12紧密配合安装，保证定位孔211与定位轴12轴线同轴，进而保证锥形定位片22与定位轴12同轴，进一步保证锥形定位片22与骨架5轴线同轴；

三个锥形定位片22均与光纤环内圆柱面上棱边紧密配合，保证锥形定位片22与光纤环4同轴；从而保证光纤环4与骨架5轴线同轴。

使用螺栓穿过底座1的螺纹孔和定位卡座2的通孔，用螺母将底座1和定位卡座2固定连接。

如图7所示，压块3包括圆盘31以及第三环形凸起32；圆盘31中心位置开设有中心通孔311；第三环形凸起32上端与圆盘31边缘固连，第三环形凸起32下表面用于光纤环4上表面接触；第三环形凸起32上开设有用于避让光纤尾纤的第一缺口321，其设置目的是用于防止压块与光纤环安装配合时压伤光纤环尾纤，以及用于避让定位片的三个第二缺口322，其目的是安装时避免与定位卡座出现干涉；为了实现压块的周向定位，圆盘31上对应于螺栓的位置处开设有通孔312，螺栓伸入通孔311内实现对压块3的周向定位。

为了确保光纤环4和骨架5之间具有良好的粘接效果，本实施例中还采用在压块3上方放置配重块6，根据配重块6的自重提供持续的粘接保持力。配重块6的结构参见4所示，其形状设置为圆形，其上设置有与定位轴配合安装的通孔，选用密度大的材料，如钢材。

当然，实际生产过程中也可采用自动压机替代配重块来为光纤环和骨架的粘接提供粘接保持力。

采用本实施例的粘接装置实现光纤环和骨架粘接的具体过程如图9所示：

步骤1：将骨架5通过螺钉固定在底座1的第二环形凹槽114内，并确保骨架5外圆柱面与第二环形凸起112的内圆柱面紧密配合安装；

步骤2：将光纤环粘接胶均匀涂在光纤环4底面上，然后将光纤环 4放置在骨架环形槽中，光纤环尾纤盘绕在所述第一环形凹槽113内；

步骤3：将定位卡座2自上而下安装，使定位卡座2的定位孔211 与底座1上的定位轴12紧密配合安装；

步骤4：调整定位卡座2位置，使三个锥形定位片22均与与光纤环内圆柱面的上棱边紧密贴合，从而保证光纤环4与骨架5同轴，再通过螺栓和螺母将底座和定位卡座固定连接；

步骤5：安装压块3，使压块3避让开锥形定位片22和光纤环4尾纤后放置于光纤环上；

步骤6：通过放置配重块6给光纤环提供粘接保持力；

步骤7：依次拆除配重块6、压块3、定位卡座2和底座1，得到同轴粘接的光纤环4和骨架5。

验证分析

为了验证光纤环和骨架的同轴度对粘接效果影响，本实施例还提供了以下仿真对比验证。

基于ANSYS仿真了光纤环与骨架轴线同轴及轴线偏移1mm时光纤环温度场分布。

根据现有光纤环封装结构分别建立光纤环与骨架轴线同轴及轴线偏移1mm的有限元模型，封装结构的内部间隙填充空气。骨架环形槽内、外圆柱面初始温度设为20℃，以1℃/min的升温速率升温。 10min后光纤环与骨架轴线同轴及轴线偏移1mm的光纤环温度场分布分别如下图9和图10所示。

由以上仿真图可知，光纤环与骨架轴线同轴时光纤环温差为 0.227℃；光纤环与骨架轴线偏移1mm时光纤环温差为0.958℃；

因此可以得到的结论是：当外界环境变化时，采用本发明的粘接装置粘接的光纤环(光纤环与骨架轴线同轴)温度场分布更加均匀，可以有效减小引入的非互异性相位差，能有效提升光纤环的温度性能，而且可以提高光纤环粘接质量的一致性，提高生产效率，降低生产成本。

Claims (7)

1.一种提升光纤环温度性能的粘接装置，其特征在于：

包括底座、定位卡座以及压块；

底座包括底板以及垂直固连于底板中心位置的定位轴；

底板上设有第一环形凸起和第二环形凸起，第一环形凸起与定位轴之间设有用于盘绕光纤环尾纤的第一环形凹槽，第一环形凸起和第二环形凸起之间设有用于安装骨架的第二环形凹槽；第一环形凸起上设置过纤口；第二环形凹槽和定位轴保持同轴；

定位卡座包括定位盘以及锥形定位片；定位盘上开设有定位孔；

锥形定位片的数量至少为三个，且沿圆周方向均匀分布；锥形定位片的一端与定位盘的外边缘固连，另一端用于伸入光纤环内圆表面和骨架中环形槽内圆柱面形成的环形间隙中，用于确保光纤环与骨架保持同轴；

压块包括圆盘以及第三环形凸起；圆盘中心位置开设有中心通孔；第三环形凸起上端与圆盘边缘固连，第三环形凸起下表面用于和光纤环上表面接触；所述第三环形凸起上开设有用于避让光纤尾纤的第一缺口以及与用于避让定位片的至少三个第二缺口；

定位轴依次与所述定位孔和中心通孔配合，用于确保光纤环、骨架、定位卡座以及压块之间保持同轴。

2.根据权利要求1所述的提升光纤环温度性能的粘接装置，其特征在于：还包括放置于在压块上，用于通过自重提供粘接保持力的配重块。

3.根据权利要求1所述的提升光纤环温度性能的粘接装置，其特征在于：还包括用于提供粘接保持力的自动压机。

4.根据权利要求1或2或3所述的提升光纤环温度性能的粘接装置，其特征在于：所述锥形定位片的外表面与光纤环内圆柱表面相适配。

5.根据权利要求4所述的提升光纤环温度性能的粘接装置，其特征在于：所述第一环形凹槽内设置有用于固定定位卡座的第一螺纹孔。

6.根据权利要求5所述的提升光纤环温度性能的粘接装置，其特征在于：所述第二环形凹槽内设置有用于固定骨架的第二螺纹孔。

7.一种提升光纤环温度性能的粘接方法，其特征在于，采用如权利要求1-5所述的粘接装置，其具体实现步骤如下：

步骤1：将骨架通过螺钉固定在底座的第二环形凹槽内，并确保骨架外圆柱面与第二环形凸起的内圆柱面紧密配合安装；

步骤2：将光纤环粘接胶均匀涂在光纤环底面上，然后将光纤环放置在骨架环形槽中，光纤环尾纤盘绕在所述第一环形凹槽内；

步骤3：将定位卡座自上而下安装，使定位卡座的定位孔与底座上的定位轴紧密配合安装；

步骤4：调整定位卡座位置，使锥形定位片与光纤环内圆柱面的上棱边紧密配合，确保光纤环与骨架同轴，再通过螺栓和螺母将底座和定位卡座固定连接；

步骤5：安装压块，使压块避让开锥形定位片和光纤环尾纤后放置于光纤环上；

步骤6：通过放置配重块或者采用自动压机给光纤环提供粘接保持力；

步骤7：依次拆除压块、定位卡座和底座，得到同轴粘接的光纤环和骨架。

Images