[发明专利]一种可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤陀螺技术领域，具体涉及一种可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈制备方法。

背景技术

光纤传感环圈是光纤陀螺中利用萨格奈克机制工作，敏感旋转角增量的核心部件，由于光纤本身是一种非常灵敏的传感器，它对温度、磁场、应力等作用因素都极为敏感，因此光纤传感环圈不可避免受到这些因素的影响。一直以来，温度性能是光纤陀螺研究和工程化应用中的重要指标，环境温度会直接和间接诱导产生附加相位误差，与旋转引入的相位差叠加起来无法区分，从而造成光纤陀螺的零位误差。

目前，普遍采用四极对称的方法缠绕光纤环圈，在《光纤陀螺敏感环圈的温度漂移特性机绕圈技术研究》中（中国惯性技术学报，1998年06期）详尽论述了四极对称绕法及其优点，极大抑制了环圈中因温度以及温度诱导应力引起的非互易相位误差，但是无法完全消除其影响。另外，在环圈缠绕过程中必须对光纤施加一定的张力才能够保证缠绕的排纤精度和四极对称性，然而，由于目前国内绕线机的精度不高，对张力的控制范围无法保证每段光纤所受张力均匀一致，整个光纤长度内张力波动很大，因此破坏了环圈的四极对称优势，损害了环圈的整体温度性能。

传感环圈主要由骨架、保偏光纤和固化胶构成，环圈骨架支撑缠绕光纤层并由固化胶固定成为整体，提高环圈机械强度。根据不同的机械强度、热参数和重量要求，骨架通常可以采用铝合金或者钛合金材料。光纤在一定的张力下缠绕于骨架表面，环圈固化完成后此张力固化在光纤中无法消除，光纤的光学性能指标下降，特别是当环圈在温变环境下，此张力随温度发生变化，导致整个陀螺输出不稳，并且由于骨架材料的圆柱特性，圆柱形缠绕表面受温度的影响将完全在径向伸缩，对缠绕其上的光纤施加额外应力，进一步破坏环圈稳定性，难以满足光纤陀螺温度性能的要求。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：提供一种可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈制备方法，消除缠绕应力对陀螺性能的不利影响，提高温变环境下陀螺的工作稳定性和精度。

本发明的技术方案如下所述：

一种可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈的制备方法，包括以下步骤：

步骤1.清洗环圈骨架，将半圆柱体填充于环圈骨架外圆周的凹槽内；

步骤2.用缠绕工装固定环圈骨架，缠绕工装的开孔部分与环圈骨架的凹槽错开安装，避免填充在凹槽中的半圆柱体滑出；

步骤3.对保偏光纤和环圈骨架进行除潮处理；

步骤4.采用四极对称法将保偏光纤并排密绕在环圈骨架上，形成光纤环；

步骤5.采用固化胶粘剂灌封光纤环；在固化胶粘剂半凝固状态下，沿圆周方向转动缠绕工装，使缠绕工装上的开孔与环圈骨架上的凹槽一一对应，进而将填充于凹槽内的半圆柱体抽出；

步骤6.将光纤环水平常温静置，直至固化胶粘剂完全凝固；

步骤7.采用固化胶粘剂对光纤环进行二次灌封，填充由半圆柱体抽出而出现的附加空隙；将光纤环水平常温静置，直至固化胶粘剂完全凝固；拆卸缠绕工装，完成光纤传感环圈制作。

步骤4中，所述四极对称法操作步骤如下所述：由整根保偏光纤的中点绕起，顺时针方向缠绕中点一侧的保偏光纤，完成第一层光纤绕制；而后将中点另一侧的保偏光纤按照逆时针方向缠绕，在第一层光纤外侧依次完成第二层、第三层光纤绕制；然后在第三层光纤外侧继续缠绕顺时针方向的保偏光纤形成第四层光纤，如此即完成一个周期4层的光纤缠绕；如此反复最终完成若干个周期的光纤缠绕，形成光纤环。

步骤3中，将保偏光纤和环圈骨架均放入高温实验箱中加热至60～100℃，保温5～20小时进行除潮。作为优选方案，加热温度为80℃，保温时间为5小时。

本发明的有益效果为：

本发明的可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈制备方法，能够消除缠绕应力对环圈的影响，同时减小温变环境下骨架施加在光纤上的热应力，提高陀螺的温度性能。

附图说明

图1为本发明的可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈剖面图；

图2为本发明的可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈骨架俯视图；

图3为本发明的可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈缠绕工装示意图。

图中，1-环圈骨架，2-保偏光纤，3-凹槽，4-半圆柱体，5-缠绕工装，6-开孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈制备方法进行详细说明。

一种可释放内部缠绕应力的光纤传感环圈制备方法，包括以下步骤：

步骤1