一种提高光纤水听器一致性的光纤绕制方法及模具与流程

本发明涉及光纤传感领域，尤其涉及一种提高光纤水听器一致性的光纤绕制方法及模具。

背景技术：

基于光纤传感原理的光纤水听器作为一种新型水声探测器件，与传统的压电水听器相比，具有灵敏度高、频响特性好、频带宽、“湿端”全光、抗电磁干扰、传输距离远以及便于大规模复用等优点，是现代声纳的一个重要发展方向。干涉型光纤水听器通过水下声波对光纤的应力作用改变光纤纤芯的折射率或长度，从而引起在光纤中传播光束的光程改变，导致相位发生变化，并得到有关水声信息。因此，光纤环是光纤水听器核心器件之一，它的稳定性直接影响光纤水听器的性能，光纤环绕制的好坏对光纤水听器频响一致性有着很大的影响，光纤环的绕制技术是光纤水听器的关键技术之一。光纤环的绕制是把一段完整的光纤通过胶粘剂绕在固定的弹性臂骨架上，这其中光纤的排布，张力的选取，涂胶的均匀性等都将成为影响光纤环因素的重要技术环节。在传统的绕纤过程中，光纤排布间隙可能不尽相同，并且张力的选取也没有明确的依据，涂胶过程中利用一直刷子将光纤表面涂均匀，然后将多余的胶擦去，这种方式存在弊端：1.光纤如果排列不紧密，会导致绕第二层光纤时，存在搭纤的现象，导致整个光纤环上的光纤高低不平2.张力过小不能保证光纤与弹性筒的紧密耦合,张力过大，光纤在绕制过程中会被损坏3.人为利用刷子除去多余的胶液时，由于不能保证胶液除去干净，造成光纤环表面不平整；4.只能将光纤绕制层表面的胶液去掉，不能将绕制层下面的多余的胶液去掉，从而造成胶液堆积；5.工作时存在掉毛的风险，使光纤环内残留杂物。

光纤水听器是通过光纤环中光纤长度的变化来获取声信息的，经上述分析，按照传统制作光纤环的方法会导致光纤水听器获取声信息的能力不均匀，不稳定，导致整个水听器频响一致性的降低。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：相比于现有技术，提供了一种提高光纤水听器一致性的光纤绕制方法，使得光纤环上的光纤排列紧密，并且光纤的外表面涂胶均匀。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：根据本发明一个方面，提供了一种提高光纤水听器一致性的光纤绕制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：测量光纤环的横截面的直径，根据所述直径得出横截面的周长，设定所绕光纤的匝数，根据横截面的周长和所绕光纤的匝数得出所绕光纤的长度；

步骤二：根据光纤环的弹性壁壁厚和光纤长度确定光纤绕制张力；

步骤三：从载纤盘导出的具有步骤二中的光纤绕制张力的光纤绕于导纤轮，并通过导纤轮的导向经过进胶轮使得光纤的外表面涂覆有胶，然后进入光纤环芯轴的进纤槽；

步骤四：将进纤槽的光纤引入到弹性壁一端设置的第一卡槽的槽内，转动光纤环，光纤从弹性壁的一端向弹性壁的另一端并排绕设于弹性壁的光纤绕制区的外表面，形成第一光纤层，然后光纤经过弹性壁另一端设置的第二卡槽的槽继续从弹性壁的另一端并排绕回到弹性壁的一端，依次循环缠绕，直到设定光纤的匝数绕完为止。

上述提高光纤水听器一致性的光纤绕制方法中，在所述步骤二中，根据光纤环的弹性壁壁厚和光纤长度采用L4(3)正交试验方法确定光纤绕制张力。

上述提高光纤水听器一致性的光纤绕制方法中，在所述步骤三中，经过进胶轮后的光纤的外表面涂覆胶的厚度为0.5mm-1mm。

上述提高光纤水听器一致性的光纤绕制方法中，在所述步骤三中，所述胶为紫外胶。

上述提高光纤水听器一致性的光纤绕制方法中，在所述步骤四中，利用玻璃棒的一端将光纤引入到第一卡槽的槽内。

上述提高光纤水听器一致性的光纤绕制方法中，在所述步骤四中，在光纤缠绕的过程中，玻璃棒的表面与正在缠绕的光纤相接触。

上述提高光纤水听器一致性的光纤绕制方法中，在所述步骤四中，在所述步骤四中，使用CCD观测光纤的缠绕过程。

上述提高光纤水听器一致性的光纤绕制方法中，在所述步骤四中，所述第一卡槽的数量为若干个，若干个第一卡槽沿着弹性壁一端的周向均匀分布。

上述提高光纤水听器一致性的光纤绕制方法中，在所述步骤四中，所述第二卡槽的数量为若干个，若干个第二卡槽沿着弹性壁另一端的周向均匀分布。

根据本发明另一个方面，还提供了一种提高光纤水听器一致性的光纤绕制模具，所述模具包括：光纤环、载纤盘、导纤轮和进胶轮；其中所述光纤环包括光纤环芯轴和弹性壁，其中，所述弹性壁套设于所述光纤环芯轴；所述光纤环芯轴的一端开设有进纤槽；所述弹性壁的一端设置有第一卡槽，第一卡槽的长度方向与弹性壁的轴向垂直；所述弹性壁的另一端设置有第二卡槽，第二卡槽的长度方向与弹性壁的轴向垂直。

上述提高光纤水听器一致性的光纤绕制模具中，所述第一卡槽的数量为若干个，若干个第一卡槽沿着弹性壁一端的周向均匀分布；所述第二卡槽的数量为若干个，若干个第二卡槽沿着弹性壁另一端的周向均匀分布。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明有效的控制了光纤环上光纤间隙的问题，既能满足光纤紧密贴合，又不会出现搭线的现象；

(2)本发明有效的解决了由于机械加工精度及其它因素,每层绕纤开始时光纤与弹性壁紧密贴合较困难造成两端的光纤高于其他部位的光纤的问题；

(3)本发明利用正交实验的方法，选取弹性筒壁厚、光纤绕制张力、传感光纤长度3个因素，采用L4(3)正交试验确定合理张力，既保证了光纤与弹性壁的紧密耦合,又防止了制作过程中光纤张力过大容易损坏的问题；

(4)本发明解决了传统的人为涂胶存在各种缺点：人为利用刷子除去多余的胶液时，不能保证胶液除去干净，造成光纤环表面不平整，并且刷子掉毛的风险，使光纤环内残留杂物；只能将光纤绕制层表面的胶液去掉，不能将绕制层下面的多余的胶液去掉，从而造成胶液堆积。

附图说明

图1示出了本发明实施例提供的提高光纤水听器一致性的光纤绕制方法的示意图；

图2示出了本发明实施例提供的光纤环的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1示出了本发明实施例提供的提高光纤水听器一致性的光纤绕制方法的示意图。提高光纤水听器一致性的光纤绕制方法包括以下步骤：

步骤一：测量光纤环1的横截面的直径，根据所述直径得出横截面的周长，设定所绕光纤的匝数，根据横截面的周长和所绕光纤的匝数得出所绕光纤的长度；

步骤二：根据光纤环1的弹性壁12壁厚和光纤长度确定光纤绕制张力；

步骤三：从载纤盘2导出的具有步骤二中的光纤绕制张力的光纤绕于导纤轮3，并通过导纤轮3的导向经过进胶轮8使得光纤的外表面涂覆有胶，然后进入光纤环芯轴11的进纤槽4；

步骤四：将进纤槽4的光纤引入到弹性壁12一端设置的第一卡槽71的槽内，转动光纤环1，光纤从弹性壁12的一端向弹性壁12的另一端并排绕设于弹性壁12的光纤绕制区5的外表面，形成第一层光纤，然后光纤经过弹性壁12另一端设置的第二卡槽72的槽继续从弹性壁12的另一端并排绕回到弹性壁12的一端，依次循环缠绕，直到设定光纤的匝数绕完为止。

在步骤一中，如图1和2所示，光纤环1的横截面为圆，用卡尺精确测量光纤环1的横截面的直径，计算出横截面的周长，设定好光纤环1上所绕光纤的匝数，以此精确计算光纤环1上光纤的长度，从而保证每个光纤环1上所绕光纤的总长度一致。

在步骤二中，选取弹性壁12的壁厚、光纤绕制张力、光纤长度3个因素，采用L4(3)正交试验方法确定合理的光纤绕制张力，既保证了光纤与弹性壁12的紧密耦合,又防止了制作过程中光纤张力过大容易损坏的问题。

在步骤三中，如图1和图2所示，从载纤盘2上缓慢抽出部分光纤，通过导纤轮3后，与光纤环1的轴向成垂直角度，缓慢旋转载纤盘2使得光纤稍稍绷紧，然后到达进胶轮8，调整进胶轮8与光纤接触面积，保证胶在光纤的外表面涂覆均匀，从而降低了后续的光纤环1由于胶量不均匀导致的应力。光纤经过进胶轮8后进入光纤环芯轴11的进纤槽4，通过进纤槽4能够利于光纤缠绕，并且保持光纤的张力。

在步骤四中，如图1和图2所示，用玻璃棒6的一端缓慢拨起引入进纤槽4的光纤，将光纤引入第一卡槽71的槽内，使光纤与第一卡槽71紧密贴合，使光纤稍稍承力，避免光纤环1上的光纤过于松散导致排列不紧密；设定低转速，使光纤环1非常缓慢的转动，光纤从弹性壁12的左端开始向弹性壁12的右端无间隙的并排缠绕，同时用玻璃棒6一直挡着所绕的光纤，使光纤与弹性壁12起始端(图1所示的左端)紧密贴合，其中，在弹性壁12起始端开始缓慢绕过几圈光纤后，逐步提高光纤环1的转速，同时继续用玻璃棒6轻轻地挡着正在绕制的光纤，避免由于光纤环1的转动，导致光纤排布时出现较大的缝隙，同时通过CCD观测，保证光纤紧密排布，又不能由于排布过密出现搭纤的现象，直到缠绕到弹性壁12的末端(图1所示的右端)，形成第一光纤层，再次降低转速，用玻璃棒6将光纤引入到弹性壁12另一端设置的第二卡槽72的槽内，然后将光纤从弹性壁12的右端向弹性壁12的左端并排缠绕于第一光纤层的外表面，直到光纤再次引入第一卡槽71的槽内，依次循环缠绕，直到设定光纤的匝数绕完为止。本实施例中第一卡槽71和第二卡槽72使光纤稍稍承力，避免光纤环1上的光纤过于松散导致排列不紧密。

本实施例有效的控制了光纤环上光纤间隙的问题，既能满足光纤紧密贴合，又不会出现搭线的现象；并且本实施例通过卡槽和玻璃棒有效的解决了由于机械加工精度及其它因素,每层绕纤开始时光纤与弹性壁紧密贴合较困难造成两端的光纤高于其他部位的光纤的问题；并且本实施例利用正交实验的方法，选取弹性筒壁厚、光纤绕制张力、传感光纤长度3个因素，采用L4(3)正交试验确定合理张力，既保证了光纤与弹性壁的紧密耦合,又防止了制作过程中光纤张力过大容易损坏的问题；并且本实施例解决了传统的人为涂胶存在各种缺点：人为利用刷子除去多余的胶液时，不能保证胶液除去干净，造成光纤环表面不平整，并且刷子掉毛的风险，使光纤环内残留杂物；只能将光纤绕制层表面的胶液去掉，不能将绕制层下面的多余的胶液去掉，从而造成胶液堆积。

上述实施例中，在所述步骤三中，经过进胶轮8后的光纤的外表面涂覆胶的厚度为0.5mm-1mm。具体的，通过进胶轮8将光纤的外表面涂覆胶的厚度选择为0.5mm-1mm，从而使得即保证光纤在有效的与光纤环粘接，又不会使得胶过量而使得光纤层下面有多余的胶。

上述实施例中，在步骤三中，所述胶为紫外胶。具体的，紫外胶物理性能均匀稳定，频率响应均匀，有利于光纤水听器一致性的提高。

上述实施例中，在步骤四中，在光纤缠绕的过程中，玻璃棒6的表面与正在缠绕的光纤相接触。具体的，玻璃棒6的内表面始终紧贴住正在缠绕的光纤，即玻璃棒6的内表面与弹性壁12之间的距离大约等于光纤直径，从而避免由于光纤环1的转动，导致光纤排布时出现较大的缝隙，保证光纤紧密排布，又不能由于排布过密出现搭纤的现象。

上述实施例中，在步骤四中，使用CCD观测光纤的缠绕过程。具体的，从光纤开始从弹性壁12缠绕的时刻开始直至结束，始终利用CCD观测，保证光纤紧密排布，又不能由于排布过密出现搭纤的现象。

上述实施例中，在步骤四中，第一卡槽71的数量为若干个，若干个第一卡槽71沿着弹性壁12一端的周向均匀分布。具体的，如图2所示，在弹性壁12的左端设置有多个凸起的第一卡槽71，多个第一卡槽71沿着弹性壁12的左端的周向均匀分布，由于光纤的循环缠绕，从而保证光纤在到达弹性壁12的左端时能够相对应的进入第一卡槽71内，利于光纤的缠绕，并且还保证了光纤的缠绕张力。

上述实施例中，在步骤四中，第二卡槽72的数量为若干个，若干个第二卡槽72沿着弹性壁12另一端的周向均匀分布。具体的，如图2所示，在弹性壁12的右端设置有多个凸起的第二卡槽72，多个第二卡槽72沿着弹性壁12的右端的周向均匀分布，由于光纤的循环缠绕，从而保证光纤在到达弹性壁12的右端时能够相对应的进入第二卡槽72内，利于光纤的缠绕，并且还保证了光纤的缠绕张力。

如图1所示，本发明还提供了一种提高光纤水听器一致性的光纤绕制模具，该模具包括：光纤环1、载纤盘2、导纤轮3和进胶轮8。具体的，载纤盘2和导纤轮3的设置位置可以根据人为设置在所需的位置，进胶轮8的右端可以与光纤环1的左端相对齐，从而使得经过进胶轮8的光纤走向与光纤环1的轴向相垂直

其中，光纤环1包括光纤环芯轴11和弹性壁12，其中，弹性壁12套设于光纤环芯轴11。具体的，弹性壁12套设于光纤环芯轴11的外表面，弹性壁12能够围绕光纤环芯轴11转动。

光纤环芯轴11的一端开设有进纤槽4。具体实施时，进纤槽4的数量可以为若干个，若干个进纤槽4沿光纤环芯轴11的一端的周向均匀分布。

弹性壁12的一端设置有第一卡槽71，第一卡槽71的长度方向与弹性壁12的轴向垂直。具体实施时，弹性壁12的左端设置有第一卡槽71，第一卡槽71的数量为若干个，若干个第一卡槽71沿着弹性壁12左端的周向均匀分布。第一卡槽71的长度方向与弹性壁12的轴向垂直，使得光纤绕设在第一卡槽71的方向与弹性壁12的轴向垂直，从而便于缠绕。

弹性壁12的另一端设置有第二卡槽72，第二卡槽72的长度方向与弹性壁12的轴向垂直。具体实施时，弹性壁12的右端设置有第二卡槽72，第二卡槽72的数量为若干个，若干个第二卡槽72沿着弹性壁12右端的周向均匀分布。第二卡槽72的长度方向与弹性壁12的轴向垂直，使得光纤绕设在第二卡槽72的方向与弹性壁12的轴向垂直，从而便于缠绕。

本发明有效的控制了光纤环上光纤间隙的问题，既能满足光纤紧密贴合，又不会出现搭线的现象；并且本发明通过卡槽和玻璃棒有效的解决了由于机械加工精度及其它因素,每层绕纤开始时光纤与弹性壁紧密贴合较困难造成两端的光纤高于其他部位的光纤的问题；并且本发明利用正交实验的方法，选取弹性筒壁厚、光纤绕制张力、传感光纤长度3个因素，采用L4(3)正交试验确定合理张力，既保证了光纤与弹性壁的紧密耦合,又防止了制作过程中光纤张力过大容易损坏的问题；并且本发明解决了传统的人为涂胶存在各种缺点：人为利用刷子除去多余的胶液时，不能保证胶液除去干净，造成光纤环表面不平整，并且刷子掉毛的风险，使光纤环内残留杂物；只能将光纤绕制层表面的胶液去掉，不能将绕制层下面的多余的胶液去掉，从而造成胶液堆积。

以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。