CN115143995A - 一种消除光纤环圈局部应力畸变的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤陀螺制造领域，尤其涉及一种消除光纤环圈局部应力畸变的方法及其装置，在绕环模具的外侧固定超声振动装置，并使超声振动装置的后面板与绕环模具的绕环法兰贴合,在绕环模具内进行涂胶后的光纤环圈的绕制，启动超声振动装置，并在线的实时跟踪监测光纤环圈内局部应力畸变，当绕制的光纤环圈内局部应力畸变充分释放后停止超声振动装置，对绕环模具内绕制的光纤环圈进行固化，脱模，得到光纤环圈，执行上述方法的装置结构简单、易于维护、适应性强，可有效的提高光纤环圈产品的温度性能及标度因数长期稳定性且与现有方法相较，其用时更短、能耗更小、效果更好。

Description

一种消除光纤环圈局部应力畸变的方法及其装置
技术领域
本发明涉及光纤陀螺制造领域，尤其涉及一种消除光纤环圈局部应力畸变的方法及其装置。
背景技术
光纤环圈是由光纤缠绕并经胶液固化而成的环状光学敏感元件，是光纤陀螺、光纤电流互感器等仪器的核心。其性能的优劣直接决定了前述仪器仪表的表现。
由于光纤本身的高敏感性，当光纤环圈所处的环境发生变化，在光纤中反向传播的两束光会产生非互易相差，进而影响环圈对角速率的敏感度，究其根本是由于光纤环圈内局部存在应力分布不对称所导致的。现有的以多极对称绕法为基础的成环工艺是以增加环体结构的对称性来抑制非互易相差的产生，但在制作成环的过程中由于张紧力的波动、边缘光纤处理不当以及渡越区域宽度控制的不均匀等原因造成的局部应力畸变，在经胶液固化后便被“封冻”在光纤环圈内，在较短的时间维度内，该畸变会破坏整个环体结构的对称性表达，从而导致光纤环圈的温度性能劣化，从较长的时间维度考量，由于胶液本身的物理性质，“封冻”的畸变不会一直稳定存在，而是会慢慢释放、扩散，进而改变环体的等效直径和光程，影响光纤环圈的标度因数长期稳定性。
目前，国内外在应对光纤环圈的局部应力畸变方面办法不多，基本上采用热处理或自然放置两种，此类方法均是在光纤环圈成环固化后进行。热处理是将光纤环圈成品放入专业高低温试验箱进行有条件的温度冲击，从而起到释放局部应力畸变的作用，该方法能耗大且效果不佳；自然放置即是通过长时间的放置使得光纤环圈内的局部应力畸变得到释放，该方法用时过长不适合现代化的规模生产。
发明内容
本发明提出了一种基于超声振动的消除光纤环圈局部应力畸变的方法和装置，该方法和装置针对现有的成环工艺中光纤环圈的局部应力畸变无法充分释放的问题，在创造性的引入超声振动的同时进一步优化工艺流程，可有效的提高光纤环圈产品的温度性能及标度因数长期稳定性且与现有方法相较，其用时短、效果好、能耗小。
为了实现本发明目的技术方案， 本发明提供了一种消除光纤环圈局部应力畸变的方法，包括依次执行的如下步骤：
S1.在绕环模具的外侧固定超声振动装置，并使超声振动装置的后面板与绕环模具的绕环法兰贴合, 启动超声振动装置；
S2.在绕环模具内进行涂胶后的光纤环圈的绕制,并在线的实时跟踪监测绕制的光纤环圈内局部应力畸变，当绕制的光纤环圈内局部应力畸变充分释放后停止超声振动装置；
S3.对绕环模具内绕制的光纤环圈进行固化，脱模。
步骤S2中，使用基于布里渊光时域反射的分布式光纤传感系统对绕制的光纤环圈内局部应力状态进行在线的实时跟踪监测。
本发明还提供了一种装置，用于执行上述消除光纤环圈局部应力畸变的方法，包括绕环模具及超声振动装置，所述绕环模具中部设有旋转孔，所述超声振动装置包括前面板、后面板、控制面板、电池板及超声发生器，所述前面板与后面板互相扣合，前面板、后面板的中心对应位置设有与旋转孔对应的通孔，控制面板、电池板及超声发生器固定安装在前面板与后面板之间，其中控制面板对超声发生器进行控制，电池板为控制面板及超声发生器供电。
所述超声发生器设置有多个，并以通孔为中心环周均匀设置。
所述超声发生器固定安装在后面板上。
所述绕环模具的相对两侧为带有旋转孔的绕环法兰。
所述后面板与一侧所述绕环法兰贴合固定。
本发明的有益效果是：
本发明提出了该方法和装置可有效地解决现有光纤环圈产品因局部应力畸变无法充分释放导致的温度性能及标度因数长期稳定性劣化问题。其核心为超声振动，即在光纤环圈产品成环但尚未固化时，对光纤环体施加超声振动并以此对成环过程中由于张紧力的波动、边缘光纤处理不当以及渡越区域宽度控制的不均匀等原因造成的环体内的局部应力畸变进行调整释放，待释放充分后再对环体固化，实现提高光纤环圈产品的温度性能及标度因数长期稳定性的作用。
附图说明
图1是本发明的光纤环圈绕制后但尚未固化示意图；
图2是本发明的超声振动装置的结构爆炸图；
图3是本发明的整体旋转示意图；
图中：1、前面板；2、后面板；3、控制面板；4、电池板；5、超声发生器；6、通孔；7、旋转孔，8、绕环法兰。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，光纤环圈绕制后但尚未固化，此阶段，光纤环圈虽然已经绕制成环但因胶液还是液态，其环体内的局部应力畸变存在调整释放的可能。这也是本发明的基础。光纤环圈在绕环模具中进行绕制，绕环模具两侧为带有旋转孔7的绕环法兰8。
如图2所示，超声振动装置包括：前面板1、后面板2、控制面板3、电池板4、超声发生器5，所述前面板与后面板互相扣合，前面板、后面板的中心对应位置设有与旋转孔6对应通孔6，控制面板、电池板及超声发生器固定安装在前面板与后面板之间，其中控制面板对超声发生器进行信号控制，电池板为控制面板及超声发生器供电。
如图3所示，将与未固化的光纤环圈的绕环模具与超声振动装置固接在一起并保证同轴（绕环法兰的旋转孔与超声振动装置前面板及后面板的通孔相对），并使得超声振动装置的后面板与绕环模具的一侧绕环法兰贴合固定，在控制面板3上定时、开启，电池板4提供能源，控制面板3控制超声发生器5的功率，超声发生器5产生超声振动，超声发生器5与金属材质的后面板2固定安装，超声振动可轻易透过后面板2传导至未固化的光纤环圈。最后，使两者绕固定轴匀速旋转（均匀胶液，不使之因重力作用而积于一处）。
使用基于布里渊光时域反射（BOTDR）的分布式光纤传感系统可对绕制光纤环圈的内局部应力状态进行在线的实时跟踪监测，待光纤环圈内局部应力畸变得到充分释放，再将绕制光纤环圈取下进行后续的固化等工序，固化完成后脱模形成产品。本发明可通过调整超声振动的频率、幅值来适应不同尺寸的绕制的光纤环圈的去应力畸变的需求，对于同需求的不同产品具有普适性，为了保证工作的效率和均质性，超声发生器沿以通孔为中心环周均匀设置有多个，本例中为4个。
综上，本发明提出一种基于超声振动的消除光纤环圈局部应力畸变的方法和装置，该装置结构简单、易于维护、适应性强，可有效的提高光纤环圈产品的温度性能及标度因数长期稳定性且与现有方法相较，其用时更短、能耗更小、效果更好。
本发明提出了该方法和装置可有效地解决现有光纤环圈产品因局部应力畸变无法充分释放导致的温度性能及标度因数长期稳定性劣化问题。其核心为超声振动，即在光纤环圈产品成环但尚未固化时，对光纤环体施加超声振动并以此对成环过程中由于张紧力的波动、边缘光纤处理不当以及渡越区域宽度控制的不均匀等原因造成的环体内的局部应力畸变进行调整释放，待释放充分后再对环体固化，实现提高光纤环圈产品的温度性能及标度因数长期稳定性的作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种消除光纤环圈局部应力畸变的方法，其特征在于，包括依次执行的如下步骤：
S1.在绕环模具的外侧固定超声振动装置，并使超声振动装置的后面板与绕环模具的绕环法兰贴合, 启动超声振动装置；
S2.在绕环模具内进行涂胶后的光纤环圈的绕制，并在线的实时跟踪监测绕制的光纤环圈内局部应力畸变，当绕制的光纤环圈内局部应力畸变充分释放后停止超声振动装置；
S3.对绕环模具内绕制的光纤环圈进行固化，脱模。
2.根据权利要求1所述的消除光纤环圈局部应力畸变的方法，其特征在于，步骤S2中，使用基于布里渊光时域反射的分布式光纤传感系统对绕制的光纤环圈内局部应力状态进行在线的实时跟踪监测。
3.一种装置，用于执行权利要求1或2所述的消除光纤环圈局部应力畸变的方法，其特征在于，包括绕环模具及超声振动装置，所述绕环模具中部设有旋转孔，所述超声振动装置包括前面板、后面板、控制面板、电池板及超声发生器，所述前面板与后面板互相扣合，前面板、后面板的中心对应位置设有与旋转孔对应的通孔，控制面板、电池板及超声发生器固定安装在前面板与后面板之间，其中控制面板对超声发生器进行信号控制，电池板为控制面板及超声发生器供电。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述超声发生器设置有多个，并以通孔为中心环周均匀设置。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述超声发生器固定安装在后面板上。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述绕环模具的相对两侧为带有旋转孔的绕环法兰。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述后面板与一侧所述绕环法兰贴合固定。
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