一种光纤环组件及其制作方法与流程

本发明涉及一种在光纤陀螺仪中所使用的光纤环，具体涉及一种光纤环组件及其制作方法。

背景技术：

1、光纤陀螺是一种基于sagnac效应的全固态惯性测量仪表，具有抗冲击、灵敏度高、寿命长、动态范围大、启动时间短等优点，已被广泛应用于惯性导航系统中。近年来，随着惯性导航系统的快速发展，对光纤陀螺的性能要求越来越高。光纤环组件是光纤陀螺的核心组成部分，其温度性能和力学性能直接影响光纤陀螺性能，是制约高精度光纤陀螺进一步实现工程化的关键因素。

2、参见图1，目前应用于高精度光纤陀螺的光纤环组件，均采用无骨架光纤环结构。无骨架光纤环为空心圆柱体结构，光纤环5下表面通过粘接胶21固定在骨架1上，但由于粘接胶21与光纤环5直接接触，固化时存在粘接应力，影响光纤环组件温度性能；且光纤环5粘接在骨架1环形槽底面，距离安装法兰22远，传力路径长，整体刚度低，影响光纤环组件力学性能。

技术实现思路

1、本发明为解决现有技术中无骨架光纤环下表面与粘接胶直接接触，导致光纤环固化时存在粘接应力，影响光纤环组件温度性能，并且其距离安装法兰的距离较远，导致传力路径较长，整体刚度较低，力学性能差的问题，而提出一种光纤环组件及其制作方法，能够有效提高光纤环组件的温度性能和力学性能。

2、为实现上述技术目的，本发明提出的技术解决方案为：

3、一种光纤环组件，包括骨架、壳体、圆环上盖和光纤环，其特殊之处在于：所述骨架为空心圆柱体结构，骨架的外侧圆柱面上由内到外依次绕制有保护层和所述光纤环；

4、所述壳体包括圆环侧壁，以及分别连接在其上端和下端的圆环上盖和圆环底板，圆环上盖和圆环底板的内侧分别与骨架的上端面和下端面连接；壳体的圆环侧壁与骨架的外侧圆柱面之间围成一个圆环柱状腔体；

5、所述保护层和光纤环套设在圆环柱状腔体内；

6、所述保护层和光纤环的热膨胀系数相同。

7、其中将保护层和光纤环直接绕制在骨架上，光纤环除了与保护层固定接触的面之外，其余面均处于自由状态，能够有效提高光纤环组件的温度性能，壳体、圆环上盖与骨架连接完成整个光纤环组件的密封和磁屏蔽，所述保护层和光纤环具有相同的热膨胀系数，能有效减小由于热胀冷缩引入的内部应力，光纤环和保护层位于骨架的外侧圆柱面上，距离安装法兰较近、其传力路径短、整体刚度高，具有良好的力学性能。

8、进一步地，所述保护层为保护光纤，保护光纤通过绕环胶绕制在骨架的外侧圆柱面上；

9、所述光纤环通过绕环胶将构成光纤环的光纤绕制在保护层上形成；

10、所述保护光纤与构成光纤环的光纤的直径和材料均相同。

11、其中光纤环通过绕环胶直接绕制在保护层上，其两者之间没有粘接胶，不存在粘接应力的影响，并且保护层中的保护光纤和光纤环的光纤的直径和材料均相同，二者具有相同的热膨胀系数，能够有效减小光纤环组件由于热胀冷缩而引入的内部应力。

12、进一步地，所述构成光纤环的光纤和保护光纤为直径相同的熊猫型保偏光纤。

13、进一步地，所述骨架上端面还设置有出纤口，出纤口用于引出光纤环的尾纤；

14、所述圆环上盖上还设置有环形凸台，环形凸台用于盘绕光纤环的尾纤。

15、进一步地，所述骨架、壳体和圆环上盖均为铁镍软磁合金材料。

16、同时，本发明还提供了一种光纤环组件的制作方法，用于制作上述一种光纤环组件，其特殊之处在于，包括以下步骤：

17、步骤一、按设计要求加工制作出骨架、壳体和圆环上盖；

18、步骤二、在骨架上制作绕制工装，形成绕环装置；

19、步骤三、利用绕环装置将保护层绕制在骨架的外侧圆柱面上；

20、步骤四、采用对称绕法将构成光纤环的光纤绕制在保护层上；

21、步骤五、将绕制完成的保护层和光纤环进行固化，然后拆除绕环装置，得到由骨架、保护层和光纤环组成的整体；

22、步骤六、将骨架、保护层和光纤环组成的整体套设在壳体内；

23、步骤七、圆环上盖的内侧与骨架的上端面、圆环上盖的外侧与圆环侧壁的上端、骨架的下端面与圆环底板的内侧面通过激光焊接进行固定，完成光纤环组件的制作。

24、进一步地，所述步骤二中所述的绕环装置包括骨架及位于骨架上端、下端的底座和挡板，底座和挡板的直径均大于骨架的外侧圆柱面的直径，底座、骨架和挡板形成u型槽，通过u型槽将保护层和光纤环依次绕制在骨架的外侧圆柱面上；底座和挡板通过螺钉固定连接在骨架上。

25、进一步地，所述步骤三和步骤四中保护层和光纤环的绕制起点均为底座与骨架连接所形成的圆周上与出纤口对应的位置。

26、进一步地，步骤四中，所述对称绕法为四极、八极或十六极环绕法。

27、进一步地，步骤二中，所述底座和挡板均为铁镍软磁合金。

28、其中底座、挡板和骨架材料相同，均为热膨胀系数低的铁镍软磁合金材料，能够有效减小光纤环的固化应力。

29、本发明的有益效果在于：

30、【1】本发明中的光纤环组件由骨架、保护层和光纤环组成整体套设在壳体内，光纤环距离骨架上的安装法兰的距离较近，且保护层和光纤环具有相同的热膨胀系数，因此本发明中的光纤环组件具有良好的温度性能和力学性能，且制作方法简单，生产效率高、生产成本低。

31、【2】本发明中构成光纤环的光纤直接绕制在保护层上，二者之间没有粘接胶，不存在粘接应力；保护层所使用的保护光纤和构成光纤环的光纤直径和材料均相同，具有相同的热膨胀系数，能有效减小由于热胀冷缩引入的内部应力，提高光纤环组件的温度性能。

32、【3】本发明方法中绕环装置的底座、挡板和骨架材料相同，均为热膨胀系数低的铁镍软磁合金材料，能有效减小光纤环固化应力。

33、【4】本发明中光纤环、保护层和骨架构成一个整体结构，光纤环和保护层固定在骨架的外侧圆柱面上，其距离安装法兰近、传力路径短、整体刚度高，具有良好的力学性能。

34、【5】本发明的光纤环组件整体结构简单，骨架的外侧圆柱面加工精度易于保证；绕环装置结构简单，只需配置挡板和底座即可完成，保证了绕制精度。

35、【6】本发明中光纤环、保护层和骨架构成一个整体结构，制作光纤环组件的步骤较为简洁，便于操作，大大提高了产品的生产效率高，降低了生产成本。

技术特征：

1.一种光纤环组件，包括骨架(1)、壳体(2)、圆环上盖(3)和光纤环(5)，其特征在于：所述骨架(1)为空心圆柱体结构，骨架(1)的外侧圆柱面上由内到外依次绕制有保护层(4)和所述光纤环(5)；

2.根据权利要求1所述一种光纤环组件，其特征在于：所述保护层(4)为保护光纤，保护光纤通过绕环胶绕制在骨架(1)的外侧圆柱面上；

3.根据权利要求2所述一种光纤环组件，其特征在于：所述构成光纤环(5)的光纤和保护光纤为直径相同的熊猫型保偏光纤。

4.根据权利要求1-3任一所述一种光纤环组件，其特征在于：所述骨架(1)的上端面还设置有出纤口(8)，出纤口(8)用于引出光纤环的尾纤；

5.根据权利要求4所述一种光纤环组件，其特征在于：所述骨架(1)、壳体(2)和圆环上盖(3)均为铁镍软磁合金材料。

6.一种光纤环组件的制作方法，用于制作权利要求1-5任一所述一种光纤环组件，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述一种光纤环组件的制作方法，其特征在于：所述步骤二中所述的绕环装置包括骨架(1)及位于骨架(1)上端、下端的底座(9)和挡板(10)，底座(9)和挡板(10)的直径均大于骨架(1)的外侧圆柱面的直径，底座(9)、骨架(1)和挡板(10)形成u型槽(11)，通过u型槽(11)将保护层(4)和光纤环(5)依次绕制在骨架(1)的外侧圆柱面上；底座(9)和挡板(10)通过螺钉固定连接在骨架(1)上。

8.根据权利要求7所述一种光纤环组件的制作方法，其特征在于：所述步骤三和步骤四中保护层(4)和光纤环(5)的绕制起点均为底座(9)与骨架(1)连接所形成的圆周上与出纤口(8)对应的位置。

9.根据权利要求8所述一种光纤环组件的制作方法，其特征在于：步骤四中，所述对称绕法为四极、八极或十六极环绕法。

10.根据权利要求9所述一种光纤环组件的制作方法，其特征在于：步骤二中，所述底座(9)和挡板(10)均为铁镍软磁合金。

技术总结
本发明提出了一种光纤环组件及其制作方法，以解决现有技术中无骨架光纤环下表面与粘接胶直接接触，导致固化时存在粘接应力，影响光纤环组件温度性能，其距离安装法兰的距离较远，导致传力路径较长、整体刚度较低、力学性能差的问题。本发明的光纤环组件包括骨架、壳体、圆环上盖和光纤环，骨架为空心圆柱体结构，骨架的外侧圆柱面上由内到外依次绕制有保护层和光纤环；壳体与骨架的外侧圆柱面之间围成一个圆环柱状腔体；保护层和光纤环套设在圆环柱状腔体内；保护层和光纤环的热膨胀系数相同，壳体、圆环上盖与骨架进行固定连接完成整个光纤环组件的密封和磁屏蔽，因此本发明中的光纤环组件具有良好的温度性能和力学性能。

技术研发人员：张培,吴一尘,洪伟,黄博,黎坤,潘子军,任宾
受保护的技术使用者：西安航天精密机电研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15