一種可分離式骨架及利用該骨架實現(xiàn)的光纖線圈制備方法

1.一種采用可分離式骨架實現(xiàn)的光纖線圈制備方法，其特征在于包括下列步驟：
(1)在可分離式骨架表面涂覆一層熱溶膠；所述可分離式骨架包括輪轂和兩個法蘭，兩個法蘭分別安裝在輪轂兩側，輪轂上加工有凸臺，該凸臺與法蘭上相應孔配合，當將法蘭與輪轂分離后，通過拖動該凸臺將輪轂與光纖線圈分離；或者所述可分離式骨架包括輪轂、兩個法蘭和至少兩塊楔形塊；輪轂由兩個對稱的半圓構成，兩個半圓接合處加工有楔形槽；
輪轂或楔形塊上加工有凸臺，該凸臺與法蘭上相應孔或槽相配合，兩個法蘭分別安裝在輪轂兩側，組成所述骨架；
(2)繞制線圈，將繞制的光纖線圈置于真空壓力裝置中，并進行真空壓力浸漬；
(3)將浸漬完成后的光纖線圈置于離心機上進行甩膠；
(4)固化光纖線圈；
(5)對固化后的光纖線圈進行加熱，取下骨架，并在光纖線圈的最內(nèi)層和最外層涂覆一種隔熱膠，完成無骨架光纖環(huán)的制備。
2.根據(jù)權利要求1所述的光纖線圈制備方法，其特征在于：所述步驟(4)固化后還采用小量級的振動對光纖線圈進行應力釋放，所述的振動量級控制在2～6g。
3.根據(jù)權利要求2所述的光纖線圈制備方法，其特征在于：所述的振動時間控制在
30～60分鐘。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的光纖線圈制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中的熱溶膠的厚度為0.5～1mm。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的光纖線圈制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中的繞制線圈過程為：根據(jù)光纖線圈的層數(shù)及骨架的外徑，確定繞制第一層所采用的張力，繞制的過程中逐層線性減小繞纖的張力，直至繞完整個線圈。
6.根據(jù)權利要求5所述的光纖線圈制備方法，其特征在于：所述的繞制第一層所采用的張力
其中， 為光纖的外徑；
Y為光纖允許的最大張力，Y通常小于30g；
D為骨架的內(nèi)徑。
7.根據(jù)權利要求5所述的光纖線圈制備方法，其特征在于：所述的逐層線性減小繞纖的張力的遞減系數(shù)為x滿足nx+2＜F；
其中，n為線圈繞制層數(shù)；
F為第一層的繞纖張力。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的光纖線圈制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中的壓力浸漬時的壓力控制在0.5～2Mpa之間。
9.根據(jù)權利要求1或2所述的光纖線圈制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中的浸-4
漬所采用固化膠的硬度低于25度、熱脹系數(shù)低于5×10 。
10.根據(jù)權利要求9所述的光纖線圈制備方法，其特征在于：所述的固化膠中可以加入導熱物質，使光纖線圈在溫度環(huán)境內(nèi)快速達到熱平衡。
11.根據(jù)權利要求1或2所述的光纖線圈制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中的離心機的轉速控制在500～2000轉/分鐘，時間控制在2～5分鐘。
12.根據(jù)權利要求1或2所述的光纖線圈制備方法，其特征在于：所述步驟(4)中的固化一般采用加熱，或常溫放置或紫外光照射的方法。
13.根據(jù)權利要求1或2所述的光纖線圈制備方法，其特征在于：所述的步驟(5)中加熱溫度40～60℃。

一種可分離式骨架及利用該骨架實現(xiàn)的光纖線圈制備方法\n技術領域\n[0001] 本發(fā)明涉及一種繞制光纖線圈用的骨架及光纖線圈的制備方法。\n背景技術\n[0002] 近年來，國內(nèi)光纖陀螺發(fā)展迅速，中低精度光纖陀螺基本實現(xiàn)工程化，在多個領域得到成功應用，高精度光纖陀螺的研制也開展得如火如荼，但總體來說距離國外的水平還有很大差距。根據(jù)光纖陀螺的基本工作原理：\n[0003] \n[0004] 其中，L為光纖線圈的長度，D為光纖線圈的平均直徑，λ為光波波長，C為光波在真空中的傳播速度。光纖陀螺的精度與光纖線圈圈的長度和平均直徑的乘積LD成正比，因而高精度光纖陀螺中除采用加大光纖線圈骨架的直徑外，還會采用相對較長的光纖來繞制光纖線圈，光纖線圈中相向傳輸?shù)膬墒庵g的非互易相位差是光纖陀螺的主要誤差源之一，光纖越長這種非互易誤差產(chǎn)生的幾率就越大，由于光纖線圈受力不均勻導致的偏振交叉耦合、由于熱場不均勻導致的非互易相位誤差等問題必須通過工藝改進來克服。在高精度光纖陀螺中，如何減小骨架對光纖線圈的影響，光纖線圈如何達到快速的熱平衡，如何減小外界環(huán)境對光纖線圈的影響都非常重要，高精度光纖陀螺在國內(nèi)還沒有取得突破性進展的主要原因之一就是光纖線圈的技術還沒有完全解決。\n[0005] 為解決高精度光纖陀螺用光纖線圈的技術問題，各研制單位大多采用四極對稱繞法繞制光纖環(huán)，然后對光纖線圈進行固化，對光纖線圈進行固化是為了提高線圈的振動特性，提高光纖陀螺多次通電的重復性，四極對稱繞法的目的是使光纖環(huán)相對于中點對稱的兩段光纖經(jīng)歷相同的溫度場，從而減小由于溫度引起的非互易相位誤差。光纖環(huán)內(nèi)部的溫度場與光纖的空間位置和時間相關，溫度場影響光纖的折射率和線膨脹系數(shù)等物理參數(shù)。\n以溫度導致的折射率變化為例：\n[0006] 考慮圖1中長度為L的光纖環(huán)上，距離光纖一端為z的一小段光纖δz上存在一個溫度擾動(圖中M代表長度中點)，該擾動引入的非互易相位誤差可以表示為：\n[0007] \n[0008] \n[0009] 式中，λ為光波波長，dn/dT為光纖折射率對溫度的變化率，dT/dt為δz處溫度的時間變化率，n為光纖折射率，C為真空中的光速。從(2)式中可以看出，受溫度擾動的微元距離光纖中點越遠，引入的非互易相位越大。在線圈的全長范圍內(nèi)積分，得到溫度擾動引入的總相位誤差為：\n[0010] \n[0011] 如果相對線圈中點對稱的兩段光纖經(jīng)歷了相同的溫度變化，則(4)式的積分結果為零，溫度擾動引入的相位差為零。應力導致的折射率變化同溫度引起的折射率變化的原理是一樣的，如果相對線圈中點對稱的兩段光纖經(jīng)歷了相同的應力變化，應力擾動引入的相位差也為零。\n[0012] 采用上述技術方案的主要問題在于：在實際情況下，由于繞制的不理想性(如繞制的不完全對稱、光纖線圈中有每層光纖的交叉現(xiàn)象)、浸膠工藝的不完善(膠的厚度不均勻、光纖的熱平衡時間長、溫度梯度非線性等)導致相對線圈中點對稱的兩段光纖不可能經(jīng)歷完全相同的溫度場，由于浸膠使光纖線圈中光纖受力的不均勻，骨架熱脹冷縮對光纖施加的應力等，光纖線圈也不會經(jīng)歷完全相同的應力場，在溫度和力學振動的環(huán)境下，光纖線圈還不能達到高精度光纖陀螺的精度要求，因此還必須在現(xiàn)有的基礎上進一步改進設計、改善工藝，提高光纖線圈的性能，進而提高光纖陀螺的精度。\n[0013] 目前，國外關于光纖線圈繞制方法的專利和文章，均只是描述了一種四極對稱的繞制方法，沒有公開無骨光纖線圈的制備方法。\n[0014] 關于骨架方面的報道，國內(nèi)專利公開號CN 101275835A，發(fā)明名稱“用于光纖陀螺無上沿光纖環(huán)的脫骨架繞環(huán)夾具”，該申請中通過夾具的形式將骨架兩側的法蘭取下，使光纖線圈的上部無上沿約束，呈自由狀態(tài)。但是該申請采用夾具的方式實現(xiàn)起來比較復雜，并且骨架中的輪轂與線圈沒有分離，不能消除輪轂對光纖線圈徑向產(chǎn)生的應力。\n發(fā)明內(nèi)容\n[0015] 本發(fā)明的技術解決問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種可分離式骨架及利用該骨架實現(xiàn)的光纖線圈制備方法，提高了光纖線圈的溫度特性和振動特性。\n[0016] 本發(fā)明的可分離式骨架的技術解決方案一是：一種可分離式骨架包括：輪轂和兩個法蘭，兩個法蘭分別安裝在輪轂兩側，輪轂上加工有凸臺，該凸臺與法蘭上相應孔配合，當將法蘭與輪轂分離后，通過拖動該凸臺將輪轂與光纖線圈分離。\n[0017] 本發(fā)明的可分離式骨架的技術解決方案二是：一種可分離式骨架包括：輪轂、兩個法蘭和至少兩塊楔形塊；輪轂由兩個對稱的半圓構成，兩個半圓接合處加工有楔形槽；\n輪轂或楔形塊上加工有凸臺，該凸臺與法蘭上相應孔或槽相配合，兩個法蘭分別安裝在輪轂兩側，組成所述骨架。\n[0018] 本發(fā)明方法的技術解決方案是：無骨架光纖線圈制備方法，包括下列步驟：\n[0019] (1)在權利要求1或權利要求2所述的骨架的表面涂覆一層熱溶膠；\n[0020] (2)繞制線圈，將繞制的光纖線圈置于真空壓力裝置中，并進行真空壓力浸漬；\n[0021] (3)將浸漬完成后的光纖線圈置于離心機上進行甩膠；\n[0022] (4)固化光纖線圈；\n[0023] (5)對固化后的光纖線圈進行加熱，取下骨架，并在光纖線圈的最內(nèi)層和最外層涂覆一種隔熱膠，完成無骨架光纖環(huán)的制備。\n[0024] 所述步驟(4)固化后還采用小量級的振動對光纖線圈進行應力釋放。\n[0025] 所述的振動量級控制在2～6g，時間控制在30～60分鐘。\n[0026] 所述步驟(1)中的熱溶膠的厚度為0.5～1mm。\n[0027] 所述步驟(2)中的繞制線圈過程為：根據(jù)光纖線圈的層數(shù)及骨架的外徑，確定繞制第一層所采用的張力，繞制的過程中逐層線性減小繞纖的張力，直至繞完整個線圈。\n[0028] 所述的繞制第一層所采用的張力\n[0029] \n[0030] 其中， 為光纖的外徑；\n[0031] Y為光纖允許的最大張力，Y通常小于30g；\n[0032] D為骨架的內(nèi)徑。\n[0033] 所述的逐層線性減小繞纖的張力的遞減系數(shù)為x滿足nx+2