一种提升光纤陀螺中光纤环排纤均匀性的方法

技术领域

本发明涉及光纤陀螺技术领域，尤其涉及一种提升光纤陀螺中光纤环排纤均匀性的方法。

背景技术

光纤陀螺是一种测量角速度的惯性仪表，具有高度自主性的特性，可用于惯性导航系统，由于其全固态结构、动态范围宽、启动时间短、抗冲击能力强的特点，在现代航空、航天和国防工业等领域得到了广泛的应用。

光纤陀螺中的关键器件是光纤环，它是敏感角速度的光路核心。为了解决光纤环受温度和应力变化的影响，通常在光纤环绕制时采用四极对称的绕法，这样可以使得距离中点相等距离的光纤处于紧邻的位置，从而具有接近相等的温度、温度梯度和应力。四极对称包含了应力对称性和位置对称性，而位置对称性则与排纤均匀性紧密相关。四极对称的程度决定了光纤环受温度和应力变化影响的幅度，这使得光纤环的对称性在高精度光纤陀螺中成为一个重要的技术要求。由于光纤环需要保持全固态特性，因此，通常使用胶黏剂把排列好的光纤粘接为一个整体，这也就造成光纤排列并非完全紧贴的，而是填充了一定量的胶黏剂，使得绕制完成后的各圈光纤之间产生了间距，且间距大小不一，极大影响了光纤环的对称性，如图1所示。

为了提升排纤均匀性，光纤环绕制过程中采用了多种手段，如图像识别、采用垫层补偿、无胶绕制等，但仍存在光纤环层间、层内光纤排列间距均匀性不良、层间光纤间距与层内光纤间距不一致的问题，这些排纤不均匀的问题对高精度光纤陀螺的精度影响非常明显，尤其是距离中点较远的外层光纤，光纤间距不一致造成的位置不对称所占的比重显著增加，严重影响了高精度光纤陀螺的精度。

因此，需要通过技术研究建立一个提升高精度光纤陀螺中光纤环排纤均匀性的方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决光纤环绕制过程中光纤排布均匀性差的问题，提供一种提升光纤陀螺中光纤环排纤均匀性的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种提升光纤陀螺中光纤环排纤均匀性的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)在不同绕制张力T下绕制光纤环，绕制完成后，对各绕制完成的光纤环，在光纤环剖面测量层间光纤间距L1，获得光纤环绕制张力T与层间光纤间距L1的数学模型：

L1＝0.8738T

其中：L1为层间光纤间距；T为光纤环绕制张力；

2)在光纤环绕环工装的槽底设置断面呈圆弧形的螺旋槽，所述螺旋槽沿绕环工装的轴向延伸并绕设在绕环工装槽底，螺旋槽的相邻圈之间的间距为L，其中，L＜L1；

3)以间距L2为层内光纤间距，并使L2＝L1，根据步骤2)中的数学模型，计算得到所需的绕制张力；

4)按照四极对称方式进行光纤绕制，其中，绕制张力值采用步骤3)中计算得出的张力值，绕制完成后将光纤环表面固化；

5)对固化后的光纤环进行加热、旋转处理，最终完成光纤环的绕制。

进一步地，步骤1)中，按照四极对称绕制方法，在最小值为4g，最大值为7.5g的张力区间，以0.5g为张力增量，在不同张力绕制长度为600米的光纤环，固化完成后，将光纤环剖开，使用光学显微镜在光纤环剖面上测量层间光纤的间距平均值L1，最后根据绕制张力和层间光纤间距的关系拟合出所述数学模型。

进一步地，步骤4)中，固化过程中，转速为30rpm，转动角为1080度。

进一步地，步骤5)中，加热温度不低于50℃，转速为5rpm，处理时间不少于12h。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：解决了光纤环绕制过程中层内光纤排列控制手段缺乏、层内光纤排列间距与层间光纤排列间距相差大的问题，提升了光纤环内光纤各个方向上的间距一致性，能够显著地提升光纤环光纤排列的均匀性。

附图说明

图1为现有光纤绕制过程的光纤分布图。

图2为绕制张力和层间光纤间距的数学模型图。

图3为本发明中光纤绕制过程的光纤分布图。

图中：1-光纤，2-绕环工装。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图2、图3，一种提升光纤陀螺中光纤环排纤均匀性的方法，包括如下步骤：

1)在不同绕制张力T下绕制光纤环，绕制完成后，对各绕制完成的光纤环，在光纤环剖面测量层间光纤间距L1，获得光纤环绕制张力T与层间光纤间距L1的数学模型：

L1＝0.8738T

其中：L1为层间光纤间距；T为光纤环绕制张力。

获取上述数学模型的方法如下：

按照四极对称绕制方法，在最小值为4g，最大值为7.5g的张力区间，以0.5g为张力增量，其中，g表示克，由于张力大小以砝码重量来衡量，因此单位采用g，即表示挂在张力轮上的砝码重量。在不同张力绕制长度为600米的光纤环，固化完成后，将光纤环剖开，使用光学显微镜在光纤环剖面上测量层间光纤的间距平均值L1，最后根据绕制张力和层间光纤间距的关系拟合出所述数学模型。

实施过程中，具体获得的张力T与层间光纤间距L1的关系如下表：

2)在光纤环绕环工装2的槽底设置断面呈圆弧形的螺旋槽，所述螺旋槽沿绕环工装2的轴向延伸并绕设在绕环工装2槽底，螺旋槽的相邻圈之间的间距为L，其中，L＜L1。使用槽底设置成螺旋槽状的绕制工装后，底层光纤的层内光纤的间距被严格约束，保证了底层光纤排纤的均匀性，从而能够确保堆叠在其上方的光纤也能整齐排列。

3)以间距L2为层内光纤间距，并使L2＝L1，根据步骤2)中的数学模型，计算得到所需的绕制张力。

4)按照四极对称方式进行光纤1绕制，其中，绕制张力值采用步骤3)中计算得出的张力值，绕制完成后将光纤环表面固化；固化过程中，采用功率为20mW/cm

5)对固化后的光纤环进行加热、旋转处理，最终完成光纤环的绕制。其中，加热温度不低于50℃，转速为5rpm，处理时间不少于12h。从而对不再4)中因绕制张力波动、胶黏剂不均匀等异常因素产生应力导致的不均匀排列光纤进行应力松弛，使得光纤进行自然舒展，达到排列均匀的效果。

由于光纤绕制过程中，都会涂覆胶黏剂，使得光纤之间具有间隙，本方案解决了光纤环绕制过程中层内光纤排列控制手段缺乏、层内光纤排列间距与层间光纤排列间距相差大的问题，通过对张力的控制，对胶黏剂进行压缩，从而提升了光纤环内光纤各个方向上的间距一致性，能够显著地提升光纤环光纤排列的均匀性。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。