CN1297800C - 以四极方式缠绕用于光纤陀螺的光纤传感器线圈的设备及方法 - Google Patents

以四极方式缠绕用于光纤陀螺的光纤传感器线圈的设备及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种以四极方式缠绕用于光纤陀螺的光纤传感器线圈的设备和方法。该设备包括架构在支撑部件上的中轴、所述中轴上的圆柱形线轴、一对分别位于所述线轴两端并可绕所述中轴转动的缠绕盘及一对所述缠绕盘连接面上的卷轴，待缠绕到线轴上的两部分光纤分别缠绕在所述卷轴上；所述缠绕盘可以相同转速相反方向转动；所述线轴可沿中轴的轴向移动；所述卷轴间保持预定的间隔。利用本发明的设备，可将具有相当长度的光纤同时缠绕成两层，减少了缠绕时间，并可实现光纤传感线圈的大量制造。

Description

以四极方式缠绕用于光纤陀螺的光纤 传感器线圈的设备及方法
技术领域
本发明涉及一种以四极方式缠绕光纤的设备及方法，其可制造用于光纤陀螺的光纤线圈。
背景技术
用于光纤陀螺的光纤传感器线圈应以四极方式缠绕，从而减少由于周围环境变化导致的误码率。为了达成四极缠绕，必须从光纤中部开始缠绕。
以下将介绍传统的缠绕方法。首先，将一段光纤分成相等的两段，并将这两段光纤分别缠绕在两个不同的卷轴上。然后，连接缠绕于不同卷轴上的光纤，使光纤缠绕于同一旋转线轴。此时，若将上述两卷轴皆固定，当线轴旋转时，一半的光纤被缠绕到线轴上，同时另一半光纤被从线轴展开。为了避免出现上述问题，当缠绕于第一卷轴的一半光纤被缠绕到线轴时，可将第二卷轴与线轴连接使之与线轴同时旋转。当完成第一层光纤的缠绕后，除去第二卷轴与线轴间的连接，同时连接线轴和已无光纤的第一卷轴，将第二卷轴上的光纤缠绕到线轴上。上述方法中，在缠绕线轴的任一层时，都将其中一个缠绕光纤的卷轴与线轴连接，同时将另一卷轴上的光纤缠绕到线轴上。上述传统方法存在以下不足：由于将光纤缠绕到线轴时两个卷轴必须交替地与线轴的转轴连接，在缠绕较长光纤时就变得相当麻烦。此外，由于同一时间内只有一层光纤被缠绕，使得缠绕速度相对较慢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种以四极方式缠绕用于光纤陀螺的光纤传感器线圈的设备和方法，其可不间断地以四极方式缠绕光纤线圈。
为解决本发明的第一个技术问题，本发明提供了一种以四极方式缠绕用于光纤陀螺的光纤传感器线圈的设备，其特征在于，包括一个架构在一对支撑部件上的中轴；设置于所述中轴上的圆柱形线轴；一对分别位于所述线轴两端并可绕所述中轴转动的缠绕盘；及一对分别设于两个缠绕盘的相对面上的卷轴，待缠绕到线轴上的两部分光纤分别缠绕在所述卷轴上；所述两个缠绕盘可以以相同转速、沿相反方向绕所述线轴转动；所述线轴可沿中轴的轴向移动；所述卷轴间保持一预定的间隔。
在本发明中，所述线轴两端分别具有倾斜突起以限制光纤的缠绕范围；所述两个缠绕盘的相对面上分别设有平衡装置，所述平衡装置与所述卷轴位于沿中轴相对的一侧；在所述支撑部件内设有驱动所述缠绕盘转动的装置。
为解决本发明的第二个技术问题，本发明提供了一种以四极方式缠绕用于光纤陀螺的光纤传感器线圈的方法，包括以下步骤：(a)将两部分光纤分别缠绕到第一、第二缠绕盘上的第一、第二卷轴；(b)分别将第一、第二卷轴上光纤的一端置于第一、第二缠绕盘间的线轴上；(c)使第一卷轴与线轴的一端对齐，而第二卷轴则在所述线轴端的外侧，同时使安装有第一卷轴的第一缠绕盘向第一方向转动，以将第一卷轴上的光纤作为第一缠绕层向线轴的中部方向缠绕到线轴上；(d)当第二卷轴与所述线轴的一端对齐时，使安装有第二卷轴的第二缠绕盘向与所述第一方向相反的第二方向转动，以同时将第二卷轴上的光纤作为第二缠绕层缠绕到所述第一缠绕层上；(e)当由第一缠绕盘缠绕成的第一缠绕层到达线轴的另一端时，停止第一缠绕盘的转动，同时继续转动第二缠绕盘直到第二缠绕层到达线轴的另一端，完成第一缠绕层及第二缠绕层光纤的缠绕；(f)以相反的顺序重复步骤(c)至步骤(e)在第一、第二缠绕层上同时形成第三、第四缠绕层。
本发明中，所述线轴的两端包括一对倾斜突起，当光纤缠绕至任一倾斜突起时，开始向相反方向缠绕另外一缠绕层；所述第一、第二缠绕盘的转动是根据感应装置感应的线轴位置和缠绕的层数自动控制。
利用本发明的用于缠绕光纤线圈的设备及方法，可将具有相当长度的光纤同时缠绕成两层，减少了缠绕时间，并可实现光纤传感线圈的大量制造。此外，由于无需轮流将两个卷轴连接到线轴的中轴以将卷轴上的光纤缠绕到线轴，可减少连接及拆除卷轴和圆盘时出现光纤折断的情况，且可保持光纤的张力。由于本发明的设备可完全自动控制整个缠绕过程，因此其可将任意长度的光纤缠绕成传感线圈。
附图说明
图1是本发明用于缠绕光纤线圈的设备的光纤四极缠绕设备的示意图。
图2A-2D是本发明用于缠绕光纤线圈的设备的光纤线圈缠绕状态的平面图。
图3是本发明用于缠绕光纤线圈的设备的部分光纤线圈的截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。在可能的情况下，各图冲以及说明书中，相同或相似的部件将使用相同的标号。
如图1所示，缠绕设备包括安装于中轴10上的线轴11。线轴11包括用于缠绕光纤的圆柱形构造，以及分别位于线轴11两端的用于限制光纤缠绕范围的倾斜突起。在中轴10两端各有一个支撑部件12。在本实施方式中，线轴11以可沿中轴10的轴向移动的方式安装于中轴，而中轴10和线轴11不以支撑部件12的连接点为圆心转动。
线轴11两端与对称地安装于中轴10的缠绕盘13、14相邻。缠绕盘13、14在可驱动装置(图中未画出)带动下以相同转速、相反方向转动，上述驱动装置可以是传统的驱动机械装置。驱动装置可分别安装于支撑部件12内。卷轴15、16设置于分别与缠绕盘13、14外缘相对并相邻的位置。待缠绕到线轴11的两段光纤开始时分别缠绕在卷轴15、16上。特别地，与卷轴15、16一同设于缠绕盘13、14上的还有各自的压力调节器，压力调节器在图中表示为盒体。卷轴15、16保持一定的间隔“d”。当缠绕盘13、14分别绕线轴11朝相反方向转动的时候，缠绕盘13、14上的卷轴15、16亦随之转动以展开光纤。由于线轴11以可沿中轴10轴向滑动方式安装于中轴10，当缠绕盘13、14分别转动一周，线轴11随着光纤的在线轴11上缠绕的宽度移动一定距离。一对平衡装置17、18分别设于缠绕盘13、14的相对面上，如此，平衡装置17、18可以分别与卷轴15、16相对地绕中轴10转动。平衡装置17、18与卷轴15、16具有相同的形状及重量，以防止当缠绕盘13、14转动时由于卷轴15、16的重量造成的摆动。每一缠绕盘上的平衡装置的数量不限于一个，可根据实际情况设置一个、二个或多个。
如图2A-2D所示，以下将描述利用图1所示设备进行四极缠绕光纤的方法。首先，将缠绕在左右卷轴15、16上的光纤的一端置于线轴11。此时左卷轴15的右端与线轴11右端对齐，右卷轴16的左端与线轴11的右端间隔的距离为“d”。转动左缠绕盘13将左卷轴15上的光纤“L”缠绕到线轴11。同时保持右缠绕盘14固定。当光纤“L”缠绕到线轴11上，线轴11随之向中轴10的右侧移动，此时缠绕到线轴11上的光纤与左卷轴15的位置关系如图2B所示。每当缠绕盘转动一周，线轴11可通过外加的驱动装置移动预定的距离，或依靠光纤在线轴11上缠绕产生的压力在中轴10上滑动。
左缠绕盘13转动而右缠绕盘14不动使光纤“L”从左卷轴15上缠绕到线轴11的过程直到线轴11右端与右卷轴16左端齐平为止。如图2B所示，左缠绕盘13继续转动，将左卷轴15上的光纤缠绕到线轴11的左端。同时右缠绕盘14开始做与左缠绕盘13转动方向相反的转动，将右卷轴16上的光纤“R”缠绕到线轴11的第二层，即来自左卷轴15的光纤的上一层。如图2C所示，第二层光纤与第一层光纤一样，向线轴11的左侧缠绕。在图2C所示过程中，两部分光纤“L”、“R”分别从左卷轴15和右卷轴16缠绕到线轴11，分别作为线轴11的第一层和第二层。图2C所示缠绕过程直到左卷轴15的右端与线轴11的左端齐平为止。当左卷轴15的右端与线轴11的左端齐平时，左缠绕盘13停止转动，而右缠绕盘14继续转动，直到线轴11的第二层缠绕完成。该缠绕过程完成时，如图2D所示，右卷轴16的左端与线轴11的左端齐平。
第三层和第四层的光纤同样以图2A-2D所示方法缠绕。即当缠绕至图2D所示状态时，左缠绕盘13停止转动，而右缠绕盘14继续转动将右卷轴16上的光纤向线轴11的右端缠绕成线轴11上的第三层。在右缠绕盘14转动过程中，若第二层缠绕完成，即线轴11左端的倾斜突起阻止光纤继续向左方缠绕时，改变光纤的缠绕方向使光纤向线轴11的右端缠绕。因此，线轴11上的第二层和第三层都是由右卷轴16上的光纤缠绕而成。当左卷轴15的右端与线轴11的左端齐平时，左缠绕盘13开始做与右缠绕盘14相反方向的转动，将左卷轴15上的光纤缠绕成线轴11的第四层。
如图3所示，部分光纤线圈的截面示意图。线轴11上缠绕光纤的第一层来自于左卷轴15，而第二层、第三层来自于右卷轴16。同理，第四层和第五层来自于左卷轴。
在本发明中，左右缠绕盘13、14可根据线轴11的缠绕状态手动控制。同样地，还可通过感应装置感应线轴11的位置和层数，或者根据卷轴15、16的间距分别计算左右缠绕盘13、14转动的圈数和在线轴上缠绕的宽度，自动控制左右缠绕盘13、14的转动方向。
尽管本发明使用一个典型实施例来说明本发明，但是可以预见，本领域的技术人员根据本发明可以做出许多变化、添加或替代，只要不脱离本发明的权利要求所体现的精神实质，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1、一种以四极方式缠绕用于光纤陀螺的光纤传感器线圈的设备，包括中轴；绕所述中轴设置的线轴；设置得靠近所述线轴的第一端的第一缠绕盘，所述第一缠绕盘可绕中轴旋转；设置得靠近所述线轴的第二端的第二缠绕盘，所述第二缠绕盘可绕中轴旋转；用来可拆卸地安装到第一缠绕盘上的第一卷轴，一半光纤缠绕到所述第一卷轴上；用来可拆卸地安装到第二缠绕盘上的第二卷轴，另一半光纤缠绕到所述第二卷轴上，当两个卷轴都安装到缠绕盘上时，第二卷轴与第一卷轴分开预定的间隔；以及驱动机构，用来使第一和第二缠绕盘以相同的速率、反向绕中轴旋转，从而将光纤缠绕到线轴上；其特征在于，
所述中轴被一对支撑部件支撑，且线轴可沿着中轴轴向滑动；
所述驱动机构不使第二缠绕盘旋转，直至在光纤从线轴的第二端缠绕至线轴的第一端的过程中、通过旋转第一缠绕盘、第二卷轴与所述线轴的第二端平齐，且
所述驱动机构不使第一缠绕盘旋转，直至在光纤从线轴的第一端缠绕至线轴的第二端的过程中、通过旋转第二缠绕盘、第一卷轴与所述线轴的第一端平齐。
2、根据权利要求1所述的以四极方式缠绕用于光纤陀螺的光纤传感器线圈的设备，其特征在于，所述线轴两端分别具有倾斜突起以限制光纤的缠绕范围。
3、根据权利要求1所述的以四极方式缠绕用于光纤陀螺的光纤传感器线圈的设备，其特征在于，所述两个缠绕盘的相对面上分别设有平衡装置，所述平衡装置与所述卷轴位于沿中轴相对的一侧。
4、根据权利要求1所述的以四极方式缠绕用于光纤陀螺的光纤传感器线圈的设备，其特征在于，在所述支撑部件内设有驱动所述缠绕盘转动的装置。
5、一种以四极方式缠绕用于光纤陀螺的光纤传感器线圈的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)将两部分光纤分别缠绕到第一、第二缠绕盘上的第一、第二卷轴；
(b)分别将第一、第二卷轴上光纤的一端置于第一、第二缠绕盘间的线轴上；
(c)使第一卷轴与线轴的一端对齐，而第二卷轴则在所述线轴端的外侧，同时使安装有第一卷轴的第一缠绕盘向第一方向转动，以将第一卷轴上的光纤作为第一缠绕层向线轴的中部方向缠绕到线轴上；
(d)当第二卷轴与所述线轴的一端对齐时，使安装有第二卷轴的第二缠绕盘向与所述第一方向相反的第二方向转动，以同时将第二卷轴上的光纤作为第二缠绕层缠绕到所述第一缠绕层上；
(e)当由第一缠绕盘缠绕成的第一缠绕层到达线轴的另一端时，停止第一缠绕盘的转动，同时继续转动第二缠绕盘直到第二缠绕层到达线轴的另一端，完成第一缠绕层及第二缠绕层光纤的缠绕；
(f)以相反的顺序重复步骤(c)至步骤(e)在第一、第二缠绕层上同时形成第三、第四缠绕层。
6、根据权利要求5所述的以四极方式缠绕用于光纤陀螺的光纤传感器线圈的方法，其特征在于，所述线轴的两端包括一对倾斜突起，当同时缠绕的两层中的最外层光纤缠绕层缠绕至任一倾斜突起时，该同时缠绕的两层中的最外层光纤开始向相反方向缠绕另外一缠绕层。
7、根据权利要求5所述的以四极方式缠绕用于光纤陀螺的光纤传感器线圈的方法，其特征在于，所述第一、第二缠绕盘的转动是根据感应装置感应的线轴位置和缠绕的层数自动控制。
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