一种可分离式骨架及利用该骨架实现的光纤线圈制备方法

1.一种采用可分离式骨架实现的光纤线圈制备方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)在可分离式骨架表面涂覆一层热溶胶；所述可分离式骨架包括轮毂和两个法兰，两个法兰分别安装在轮毂两侧，轮毂上加工有凸台，该凸台与法兰上相应孔配合，当将法兰与轮毂分离后，通过拖动该凸台将轮毂与光纤线圈分离；或者所述可分离式骨架包括轮毂、两个法兰和至少两块楔形块；轮毂由两个对称的半圆构成，两个半圆接合处加工有楔形槽；
轮毂或楔形块上加工有凸台，该凸台与法兰上相应孔或槽相配合，两个法兰分别安装在轮毂两侧，组成所述骨架；
(2)绕制线圈，将绕制的光纤线圈置于真空压力装置中，并进行真空压力浸渍；
(3)将浸渍完成后的光纤线圈置于离心机上进行甩胶；
(4)固化光纤线圈；
(5)对固化后的光纤线圈进行加热，取下骨架，并在光纤线圈的最内层和最外层涂覆一种隔热胶，完成无骨架光纤环的制备。
2.根据权利要求1所述的光纤线圈制备方法，其特征在于：所述步骤(4)固化后还采用小量级的振动对光纤线圈进行应力释放，所述的振动量级控制在2～6g。
3.根据权利要求2所述的光纤线圈制备方法，其特征在于：所述的振动时间控制在
30～60分钟。
4.根据权利要求1或2所述的光纤线圈制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的热溶胶的厚度为0.5～1mm。
5.根据权利要求1或2所述的光纤线圈制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的绕制线圈过程为：根据光纤线圈的层数及骨架的外径，确定绕制第一层所采用的张力，绕制的过程中逐层线性减小绕纤的张力，直至绕完整个线圈。
6.根据权利要求5所述的光纤线圈制备方法，其特征在于：所述的绕制第一层所采用的张力
其中， 为光纤的外径；
Y为光纤允许的最大张力，Y通常小于30g；
D为骨架的内径。
7.根据权利要求5所述的光纤线圈制备方法，其特征在于：所述的逐层线性减小绕纤的张力的递减系数为x满足nx+2＜F；
其中，n为线圈绕制层数；
F为第一层的绕纤张力。
8.根据权利要求1或2所述的光纤线圈制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的压力浸渍时的压力控制在0.5～2Mpa之间。
9.根据权利要求1或2所述的光纤线圈制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的浸-4
渍所采用固化胶的硬度低于25度、热胀系数低于5×10 。
10.根据权利要求9所述的光纤线圈制备方法，其特征在于：所述的固化胶中可以加入导热物质，使光纤线圈在温度环境内快速达到热平衡。
11.根据权利要求1或2所述的光纤线圈制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的离心机的转速控制在500～2000转/分钟，时间控制在2～5分钟。
12.根据权利要求1或2所述的光纤线圈制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的固化一般采用加热，或常温放置或紫外光照射的方法。
13.根据权利要求1或2所述的光纤线圈制备方法，其特征在于：所述的步骤(5)中加热温度40～60℃。

一种可分离式骨架及利用该骨架实现的光纤线圈制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种绕制光纤线圈用的骨架及光纤线圈的制备方法。\n背景技术\n[0002] 近年来，国内光纤陀螺发展迅速，中低精度光纤陀螺基本实现工程化，在多个领域得到成功应用，高精度光纤陀螺的研制也开展得如火如荼，但总体来说距离国外的水平还有很大差距。根据光纤陀螺的基本工作原理：\n[0003] \n[0004] 其中，L为光纤线圈的长度，D为光纤线圈的平均直径，λ为光波波长，C为光波在真空中的传播速度。光纤陀螺的精度与光纤线圈圈的长度和平均直径的乘积LD成正比，因而高精度光纤陀螺中除采用加大光纤线圈骨架的直径外，还会采用相对较长的光纤来绕制光纤线圈，光纤线圈中相向传输的两束光之间的非互易相位差是光纤陀螺的主要误差源之一，光纤越长这种非互易误差产生的几率就越大，由于光纤线圈受力不均匀导致的偏振交叉耦合、由于热场不均匀导致的非互易相位误差等问题必须通过工艺改进来克服。在高精度光纤陀螺中，如何减小骨架对光纤线圈的影响，光纤线圈如何达到快速的热平衡，如何减小外界环境对光纤线圈的影响都非常重要，高精度光纤陀螺在国内还没有取得突破性进展的主要原因之一就是光纤线圈的技术还没有完全解决。\n[0005] 为解决高精度光纤陀螺用光纤线圈的技术问题，各研制单位大多采用四极对称绕法绕制光纤环，然后对光纤线圈进行固化，对光纤线圈进行固化是为了提高线圈的振动特性，提高光纤陀螺多次通电的重复性，四极对称绕法的目的是使光纤环相对于中点对称的两段光纤经历相同的温度场，从而减小由于温度引起的非互易相位误差。光纤环内部的温度场与光纤的空间位置和时间相关，温度场影响光纤的折射率和线膨胀系数等物理参数。\n以温度导致的折射率变化为例：\n[0006] 考虑图1中长度为L的光纤环上，距离光纤一端为z的一小段光纤δz上存在一个温度扰动(图中M代表长度中点)，该扰动引入的非互易相位误差可以表示为：\n[0007] \n[0008] \n[0009] 式中，λ为光波波长，dn/dT为光纤折射率对温度的变化率，dT/dt为δz处温度的时间变化率，n为光纤折射率，C为真空中的光速。从(2)式中可以看出，受温度扰动的微元距离光纤中点越远，引入的非互易相位越大。在线圈的全长范围内积分，得到温度扰动引入的总相位误差为：\n[0010] \n[0011] 如果相对线圈中点对称的两段光纤经历了相同的温度变化，则(4)式的积分结果为零，温度扰动引入的相位差为零。应力导致的折射率变化同温度引起的折射率变化的原理是一样的，如果相对线圈中点对称的两段光纤经历了相同的应力变化，应力扰动引入的相位差也为零。\n[0012] 采用上述技术方案的主要问题在于：在实际情况下，由于绕制的不理想性(如绕制的不完全对称、光纤线圈中有每层光纤的交叉现象)、浸胶工艺的不完善(胶的厚度不均匀、光纤的热平衡时间长、温度梯度非线性等)导致相对线圈中点对称的两段光纤不可能经历完全相同的温度场，由于浸胶使光纤线圈中光纤受力的不均匀，骨架热胀冷缩对光纤施加的应力等，光纤线圈也不会经历完全相同的应力场，在温度和力学振动的环境下，光纤线圈还不能达到高精度光纤陀螺的精度要求，因此还必须在现有的基础上进一步改进设计、改善工艺，提高光纤线圈的性能，进而提高光纤陀螺的精度。\n[0013] 目前，国外关于光纤线圈绕制方法的专利和文章，均只是描述了一种四极对称的绕制方法，没有公开无骨光纤线圈的制备方法。\n[0014] 关于骨架方面的报道，国内专利公开号CN 101275835A，发明名称“用于光纤陀螺无上沿光纤环的脱骨架绕环夹具”，该申请中通过夹具的形式将骨架两侧的法兰取下，使光纤线圈的上部无上沿约束，呈自由状态。但是该申请采用夹具的方式实现起来比较复杂，并且骨架中的轮毂与线圈没有分离，不能消除轮毂对光纤线圈径向产生的应力。\n发明内容\n[0015] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种可分离式骨架及利用该骨架实现的光纤线圈制备方法，提高了光纤线圈的温度特性和振动特性。\n[0016] 本发明的可分离式骨架的技术解决方案一是：一种可分离式骨架包括：轮毂和两个法兰，两个法兰分别安装在轮毂两侧，轮毂上加工有凸台，该凸台与法兰上相应孔配合，当将法兰与轮毂分离后，通过拖动该凸台将轮毂与光纤线圈分离。\n[0017] 本发明的可分离式骨架的技术解决方案二是：一种可分离式骨架包括：轮毂、两个法兰和至少两块楔形块；轮毂由两个对称的半圆构成，两个半圆接合处加工有楔形槽；\n轮毂或楔形块上加工有凸台，该凸台与法兰上相应孔或槽相配合，两个法兰分别安装在轮毂两侧，组成所述骨架。\n[0018] 本发明方法的技术解决方案是：无骨架光纤线圈制备方法，包括下列步骤：\n[0019] (1)在权利要求1或权利要求2所述的骨架的表面涂覆一层热溶胶；\n[0020] (2)绕制线圈，将绕制的光纤线圈置于真空压力装置中，并进行真空压力浸渍；\n[0021] (3)将浸渍完成后的光纤线圈置于离心机上进行甩胶；\n[0022] (4)固化光纤线圈；\n[0023] (5)对固化后的光纤线圈进行加热，取下骨架，并在光纤线圈的最内层和最外层涂覆一种隔热胶，完成无骨架光纤环的制备。\n[0024] 所述步骤(4)固化后还采用小量级的振动对光纤线圈进行应力释放。\n[0025] 所述的振动量级控制在2～6g，时间控制在30～60分钟。\n[0026] 所述步骤(1)中的热溶胶的厚度为0.5～1mm。\n[0027] 所述步骤(2)中的绕制线圈过程为：根据光纤线圈的层数及骨架的外径，确定绕制第一层所采用的张力，绕制的过程中逐层线性减小绕纤的张力，直至绕完整个线圈。\n[0028] 所述的绕制第一层所采用的张力\n[0029] \n[0030] 其中， 为光纤的外径；\n[0031] Y为光纤允许的最大张力，Y通常小于30g；\n[0032] D为骨架的内径。\n[0033] 所述的逐层线性减小绕纤的张力的递减系数为x满足nx+2