CN116819691A - 一种光纤环组件及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种光纤环组件及其制作方法，以解决现有技术中无骨架光纤环下表面与粘接胶直接接触，导致固化时存在粘接应力，影响光纤环组件温度性能，其距离安装法兰的距离较远，导致传力路径较长、整体刚度较低、力学性能差的问题。本发明的光纤环组件包括骨架、壳体、圆环上盖和光纤环，骨架为空心圆柱体结构，骨架的外侧圆柱面上由内到外依次绕制有保护层和光纤环；壳体与骨架的外侧圆柱面之间围成一个圆环柱状腔体；保护层和光纤环套设在圆环柱状腔体内；保护层和光纤环的热膨胀系数相同，壳体、圆环上盖与骨架进行固定连接完成整个光纤环组件的密封和磁屏蔽，因此本发明中的光纤环组件具有良好的温度性能和力学性能。

Description

一种光纤环组件及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种在光纤陀螺仪中所使用的光纤环，具体涉及一种光纤环组件及其制作方法。

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。近年来，随着惯性导航系统的快速发展，对光纤陀螺的性能要求越来越高。光纤环组件是光纤陀螺的核心组成部分，其温度性能和力学性能直接影响光纤陀螺性能，是制约高精度光纤陀螺进一步实现工程化的关键因素。

参见图1，目前应用于高精度光纤陀螺的光纤环组件，均采用无骨架光纤环结构。无骨架光纤环为空心圆柱体结构，光纤环5下表面通过粘接胶21固定在骨架1上，但由于粘接胶21与光纤环5直接接触，固化时存在粘接应力，影响光纤环组件温度性能；且光纤环5粘接在骨架1环形槽底面，距离安装法兰22远，传力路径长，整体刚度低，影响光纤环组件力学性能。

发明内容

本发明为解决现有技术中无骨架光纤环下表面与粘接胶直接接触，导致光纤环固化时存在粘接应力，影响光纤环组件温度性能，并且其距离安装法兰的距离较远，导致传力路径较长，整体刚度较低，力学性能差的问题，而提出一种光纤环组件及其制作方法，能够有效提高光纤环组件的温度性能和力学性能。

为实现上述技术目的，本发明提出的技术解决方案为：

一种光纤环组件，包括骨架、壳体、圆环上盖和光纤环，其特殊之处在于：所述骨架为空心圆柱体结构，骨架的外侧圆柱面上由内到外依次绕制有保护层和所述光纤环；

所述壳体包括圆环侧壁，以及分别连接在其上端和下端的圆环上盖和圆环底板，圆环上盖和圆环底板的内侧分别与骨架的上端面和下端面连接；壳体的圆环侧壁与骨架的外侧圆柱面之间围成一个圆环柱状腔体；

所述保护层和光纤环套设在圆环柱状腔体内；

所述保护层和光纤环的热膨胀系数相同。

其中将保护层和光纤环直接绕制在骨架上，光纤环除了与保护层固定接触的面之外，其余面均处于自由状态，能够有效提高光纤环组件的温度性能，壳体、圆环上盖与骨架连接完成整个光纤环组件的密封和磁屏蔽，所述保护层和光纤环具有相同的热膨胀系数，能有效减小由于热胀冷缩引入的内部应力，光纤环和保护层位于骨架的外侧圆柱面上，距离安装法兰较近、其传力路径短、整体刚度高，具有良好的力学性能。

进一步地，所述保护层为保护光纤，保护光纤通过绕环胶绕制在骨架的外侧圆柱面上；

所述光纤环通过绕环胶将构成光纤环的光纤绕制在保护层上形成；

所述保护光纤与构成光纤环的光纤的直径和材料均相同。

其中光纤环通过绕环胶直接绕制在保护层上，其两者之间没有粘接胶，不存在粘接应力的影响，并且保护层中的保护光纤和光纤环的光纤的直径和材料均相同，二者具有相同的热膨胀系数，能够有效减小光纤环组件由于热胀冷缩而引入的内部应力。

进一步地，所述构成光纤环的光纤和保护光纤为直径相同的熊猫型保偏光纤。

进一步地，所述骨架上端面还设置有出纤口，出纤口用于引出光纤环的尾纤；

所述圆环上盖上还设置有环形凸台，环形凸台用于盘绕光纤环的尾纤。

进一步地，所述骨架、壳体和圆环上盖均为铁镍软磁合金材料。

同时，本发明还提供了一种光纤环组件的制作方法，用于制作上述一种光纤环组件，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤一、按设计要求加工制作出骨架、壳体和圆环上盖；

步骤二、在骨架上制作绕制工装，形成绕环装置；

步骤三、利用绕环装置将保护层绕制在骨架的外侧圆柱面上；

步骤四、采用对称绕法将构成光纤环的光纤绕制在保护层上；

步骤五、将绕制完成的保护层和光纤环进行固化，然后拆除绕环装置，得到由骨架、保护层和光纤环组成的整体；

步骤六、将骨架、保护层和光纤环组成的整体套设在壳体内；

步骤七、圆环上盖的内侧与骨架的上端面、圆环上盖的外侧与圆环侧壁的上端、骨架的下端面与圆环底板的内侧面通过激光焊接进行固定，完成光纤环组件的制作。

进一步地，所述步骤二中所述的绕环装置包括骨架及位于骨架上端、下端的底座和挡板，底座和挡板的直径均大于骨架的外侧圆柱面的直径，底座、骨架和挡板形成U型槽，通过U型槽将保护层和光纤环依次绕制在骨架的外侧圆柱面上；底座和挡板通过螺钉固定连接在骨架上。

进一步地，所述步骤三和步骤四中保护层和光纤环的绕制起点均为底座与骨架连接所形成的圆周上与出纤口对应的位置。

进一步地，步骤四中，所述对称绕法为四极、八极或十六极环绕法。

进一步地，步骤二中，所述底座和挡板均为铁镍软磁合金。

其中底座、挡板和骨架材料相同，均为热膨胀系数低的铁镍软磁合金材料，能够有效减小光纤环的固化应力。

本发明的有益效果在于：

【1】本发明中的光纤环组件由骨架、保护层和光纤环组成整体套设在壳体内，光纤环距离骨架上的安装法兰的距离较近，且保护层和光纤环具有相同的热膨胀系数，因此本发明中的光纤环组件具有良好的温度性能和力学性能，且制作方法简单，生产效率高、生产成本低。

【2】本发明中构成光纤环的光纤直接绕制在保护层上，二者之间没有粘接胶，不存在粘接应力；保护层所使用的保护光纤和构成光纤环的光纤直径和材料均相同，具有相同的热膨胀系数，能有效减小由于热胀冷缩引入的内部应力，提高光纤环组件的温度性能。

【3】本发明方法中绕环装置的底座、挡板和骨架材料相同，均为热膨胀系数低的铁镍软磁合金材料，能有效减小光纤环固化应力。

【4】本发明中光纤环、保护层和骨架构成一个整体结构，光纤环和保护层固定在骨架的外侧圆柱面上，其距离安装法兰近、传力路径短、整体刚度高，具有良好的力学性能。

【5】本发明的光纤环组件整体结构简单，骨架的外侧圆柱面加工精度易于保证；绕环装置结构简单，只需配置挡板和底座即可完成，保证了绕制精度。

【6】本发明中光纤环、保护层和骨架构成一个整体结构，制作光纤环组件的步骤较为简洁，便于操作，大大提高了产品的生产效率高，降低了生产成本。

附图说明

图1为背景技术中无骨架光纤环粘接结构的剖面示意图；

图2为本发明光纤环组件实施例的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例中骨架的立体结构示意图；

图4为本发明实施例中骨架的剖面结构示意图；

图5为本发明实施例中圆环上盖的结构示意图；

图6为本发明实施例中壳体的结构示意图；

图7为本发明实施例中绕环装置的剖面结构示意图；

图8为本发明实施例中底座的结构示意图；

图9为本发明实施例中挡板的结构示意图。

附图标记：1-骨架；2-壳体；3-圆环上盖；4-保护层；5-光纤环；6-圆环侧壁；7-圆环底板；8-出纤口；9-底座；10-挡板；11-U型槽；12-环形凸台；13-底座环形槽；14-底座安装凸台；15-底座螺纹孔；16-底座安装孔；17-底板；18-挡板安装孔；19-挡板环形槽；20-下底板；21-粘接胶；22-安装法兰；23-安装孔。

具体实施方式

由图2可以看出，本发明的光纤环组件包括骨架1、壳体2、圆环上盖3、保护层4和光纤环5，骨架1为空心圆柱体结构，骨架1的外侧圆柱面上由内到外依次绕制有保护层4和所述光纤环5；

由图5和图6可以看出，壳体2包括圆环侧壁6，以及分别连接在其上端和下端的圆环上盖3和圆环底板7，圆环上盖3和圆环底板7的内侧分别与骨架1的上端面和下端面连接；壳体2的圆环侧壁6与骨架1的外侧圆柱面之间围成一个圆环柱状腔体；保护层4和光纤环5套设在圆环柱状腔体内；保护层4和光纤环5的热膨胀系数相同。

圆环上盖3的内侧与骨架1的上端面、圆环上盖3的外侧与圆环侧壁6的上端、骨架1的下端面与圆环底板7内侧面通过激光焊接进行固定。

保护层4为保护光纤，保护光纤通过绕环胶直接绕制在骨架1的外侧圆柱面上；光纤环5通过绕环胶将构成光纤环5的光纤绕制在保护层4上形成；壳体2和圆环上盖3完成对整个光纤环组件的密封和磁屏蔽；光纤环5的光纤除了固定在保护层4上的连接面外，光纤环5的光纤的其他面均处于自由状态。

由图3和图4可以看出，骨架1的上端面还设置有出纤口8，出纤口8用于引出光纤环5的尾纤；骨架1空心圆柱体内部还设置有安装法兰22和安装孔23，安装法兰22和安装孔23为光纤陀螺的外部机械安装接口，用于和外部设备固定连接；骨架1、壳体2和圆环上盖3均为铁镍软磁合金材料，保护层4的保护光纤与光纤环5的光纤的直径和材料均相同，优选的保护光纤与光纤环5的光纤都选择直径相同的熊猫型保偏光纤。

由图5可以看出，圆环上盖3上还设置有环形凸台12，环形凸台12用于盘绕光纤环5的尾纤。

光纤环组件制作方法具体如下：

步骤一、按照设计要求加工制作处骨架、壳体和圆环上盖；

步骤二、制作绕环装置

由图7可以看出，绕环装置主要包括骨架1、底座9和挡板10。骨架1位于中间，底座9和挡板10分别位于骨架1的上下两侧，通过螺钉将底座9、挡板10和骨架1固连在一起，在三者形成的U型槽11内绕制保护层4和光纤环5。底座9和挡板10的材料与骨架1相同，均为铁镍软磁合金材料。

由图8可以看出，其中底座9主要包括底板17、底座环形槽13、底座安装凸台14、底座螺纹孔15和底座安装孔16。底座环形槽13的外圆柱面和骨架1的外侧圆柱面紧密配合安装；底座环形槽13底面和骨架1上端面配合安装；底座安装凸台14上的底座螺纹孔15用于和挡板10上的挡板安装孔18配合安装；底座9上的底座安装孔16用于和绕环机配合安装。

由图9可以看出，挡板10主要包括下底板20、挡板环形槽19和挡板安装孔18。挡板环形槽19的外圆柱面和骨架1的外侧圆柱面紧密配合安装；挡板环形槽19底面和骨架1下端面配合安装；挡板安装孔18用于和底座9上的底座螺纹孔15配合安装。

步骤三、绕制保护层，利用绕环装置将保护层5通过绕环胶绕制在骨架1的外侧圆柱面上，即保护光纤通过绕环胶绕制在绕环装置的底座9、挡板10和骨架1三者形成的U型槽11中，保护光纤的绕制层数为整层，绕制起始点为底座9与骨架1连接所形成的圆周上与出纤口8对应的位置。

步骤四、绕制光纤环组件，采用对称绕法，利用四极、八极或十六极将光纤环5的光纤通过绕环胶绕制在保护层4上，绕制起始点为底座9与骨架1连接所形成的圆周上与出纤口8对应的位置；

步骤五、将绕制完成的保护层4和光纤环5进行固化，然后拆除绕环装置，得到由骨架1、保护层4和光纤环5组成的整体；

步骤六、将骨架1、保护层4和光纤环5组成的整体套设在壳体2内；

步骤七、圆环上盖3的内侧与骨架1的上端面、圆环上盖3的外侧与圆环侧壁6的上端、骨架1的下端面与圆环底板7内侧面通过激光焊接进行固定，完成光纤环组件的制作。

其中底座9、挡板10和骨架1材料相同，均为热膨胀系数低的铁镍软磁合金材料。

Claims (10)

1.一种光纤环组件，包括骨架(1)、壳体(2)、圆环上盖(3)和光纤环(5)，其特征在于：所述骨架(1)为空心圆柱体结构，骨架(1)的外侧圆柱面上由内到外依次绕制有保护层(4)和所述光纤环(5)；

所述壳体(2)包括圆环侧壁(6)，以及分别连接在其上端和下端的圆环上盖(3)和圆环底板(7)，圆环上盖(3)和圆环底板(7)的内侧分别与骨架(1)的上端面和下端面连接；壳体(2)的圆环侧壁(6)与骨架(1)的外侧圆柱面之间围成一个圆环柱状腔体；

所述保护层(4)和光纤环(5)套设在圆环柱状腔体内；

所述保护层(4)和光纤环(5)的热膨胀系数相同。

2.根据权利要求1所述一种光纤环组件，其特征在于：所述保护层(4)为保护光纤，保护光纤通过绕环胶绕制在骨架(1)的外侧圆柱面上；

所述光纤环(5)通过绕环胶将构成光纤环(5)的光纤绕制在保护层(4)上形成；

所述保护光纤与构成光纤环(5)的光纤的直径和材料均相同。

3.根据权利要求2所述一种光纤环组件，其特征在于：所述构成光纤环(5)的光纤和保护光纤为直径相同的熊猫型保偏光纤。

4.根据权利要求1-3任一所述一种光纤环组件，其特征在于：所述骨架(1)的上端面还设置有出纤口(8)，出纤口(8)用于引出光纤环的尾纤；

所述圆环上盖(3)上还设置有环形凸台(12)，环形凸台(12)用于盘绕光纤环的尾纤。

5.根据权利要求4所述一种光纤环组件，其特征在于：所述骨架(1)、壳体(2)和圆环上盖(3)均为铁镍软磁合金材料。

6.一种光纤环组件的制作方法，用于制作权利要求1-5任一所述一种光纤环组件，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、按设计要求加工制作出骨架(1)、壳体(2)和圆环上盖(3)；

步骤二、在骨架(1)上制作绕制工装，形成绕环装置；

步骤三、利用绕环装置将保护层(4)绕制在骨架(1)的外侧圆柱面上；

步骤四、采用对称绕法将构成光纤环(5)的光纤绕制在保护层(4)上；

步骤五、将绕制完成的保护层(4)和光纤环(5)进行固化，然后拆除绕环装置，得到由骨架(1)、保护层(4)和光纤环(5)组成的整体；

步骤六、将骨架(1)、保护层(4)和光纤环(5)组成的整体套设在壳体(2)内；

步骤七、圆环上盖(3)的内侧与骨架(1)的上端面、圆环上盖(3)的外侧与圆环侧壁(6)的上端、骨架(1)的下端面与圆环底板(7)的内侧面通过激光焊接进行固定，完成光纤环组件的制作。

7.根据权利要求6所述一种光纤环组件的制作方法，其特征在于：所述步骤二中所述的绕环装置包括骨架(1)及位于骨架(1)上端、下端的底座(9)和挡板(10)，底座(9)和挡板(10)的直径均大于骨架(1)的外侧圆柱面的直径，底座(9)、骨架(1)和挡板(10)形成U型槽(11)，通过U型槽(11)将保护层(4)和光纤环(5)依次绕制在骨架(1)的外侧圆柱面上；底座(9)和挡板(10)通过螺钉固定连接在骨架(1)上。

8.根据权利要求7所述一种光纤环组件的制作方法，其特征在于：所述步骤三和步骤四中保护层(4)和光纤环(5)的绕制起点均为底座(9)与骨架(1)连接所形成的圆周上与出纤口(8)对应的位置。

9.根据权利要求8所述一种光纤环组件的制作方法，其特征在于：步骤四中，所述对称绕法为四极、八极或十六极环绕法。

10.根据权利要求9所述一种光纤环组件的制作方法，其特征在于：步骤二中，所述底座(9)和挡板(10)均为铁镍软磁合金。