光纤陀螺仪用传感线圈及其制造方法
光纤陀螺仪用传感线圈及其制造方法
【专利摘要】做成一种光纤的卷绕操作简单并且还能够减少发生起因于卷绕的串扰、而且使温度灵敏度的影响得到降低的光纤陀螺仪用传感线圈。线圈主体(13)由两个封装线圈(12、12)构成，该两个封装线圈(12、12)是通过以同一张力和同一输送速度排列卷绕光纤并由灌封材料(16)进行封装而成的。各封装线圈的侧端面(12b、12b)彼此利用灌封材料(16)进行粘接而重叠在一起，从各封装线圈(12)的最外层导出的光纤(14)的卷绕结束部分(余留长度部(12c))的端部彼此通过熔接连接在一起，由此线圈主体(13)由具有一个旋转方向的连续的光纤构成。
【专利说明】光纤陀螺仪用传感线圈及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及耐环境性优良且能够简单地进行制造的光纤陀螺仪用传感线圈及其制造方法。
【背景技术】
[0002]以往，光纤陀螺仪用传感线圈容易受温度、振动这样的环境要素的影响，而存在耐环境性较差这样的问题。
[0003]例如，在光纤陀螺仪用传感线圈发生温度变化的情况下，穿过传感线圈的左旋光、右旋光在不同的时刻受到该温度变化的影响，因此存在这样的问题:在左旋光、右旋光之间产生除想要检测的萨格纳克相位差以外的相位差。因该温度变化而产生的误差被称作温度微分灵敏度(或者舒珀效应(Shupe effect)).
[0004]为了降低这样的温度微分灵敏度的影响，以往，提出了各种向传感线圈卷绕光纤的卷绕方法。
[0005]作为代表性的卷绕方法，已知有图12的(a)、(b)所示的二极卷绕和四极卷绕。二极卷绕和四极卷绕被称作对称卷绕法，均是以自长条状的光纤的中点起朝向相反方向的等距离的光纤部分相互靠近的方式卷绕光纤的方法。
[0006]具体的操作为:将长条状的光纤卷绕于两个预备卷轴，预先找出该光纤的中点，并将该中点固定于制品用卷轴的最内层，之后，一边交替更换供给侧的预备卷轴，一边将光纤卷绕于制品用卷轴。
[0007]在二极卷绕的情况下，每一层更换一次供给侧的预备卷轴，在从中点进行观察时右旋方向的卷绕(例如图12的(a)中的白圈)和左旋方向的卷绕(例如图12的(a)中的黑圈)每一层交替一次。另外，在四极卷绕的情况下，每两层更换一次供给侧的预备卷轴，在从中点进行观察时右旋方向的卷绕(例如图12的(b)中的白圈)和左旋方向的卷绕(例如图12的(b)中的黑圈)每两层交替一次。
[0008]在该对称卷绕法中，通过使自光纤的中点起朝向相反方向的等距离的两点处的温度变化尽可能相同，来使左旋光、右旋光彼此的相位误差量相同而相抵消，从而确保相反性。
[0009]然而，对称卷绕法存在这样的问题:自光纤中点起朝向相反方向的等距离的光纤部分位于不同的层，因此在各层的温度变化不一样时，无法彻底抵消产生的相位误差。
[0010]因此，在专利文献I?2中，提出了图12的(C)所示那样的另一卷绕法。
[0011]专利文献I所提出的卷绕法为这样的方法:对于基底安装部，以从光纤的中点进行观察时右旋方向的卷绕(例如图12的(c)中的白圈)和左旋方向的卷绕(例如图12的(c)中的黑圈)构成为上下对称构造、自中点起朝向相反方向的等距离的两点位于同一层的上下对称位置的方式整体按一定方向卷绕光纤。专利文献2也公开了同样的卷绕法。
[0012]具体的操作为:将长条状的光纤卷绕于两个预备卷轴，预先找出该光纤的中点，并将该中点固定于制品用卷轴的最内层，之后，一边交替更换供给侧的预备卷轴，一边将光纤卷绕于制品用卷轴，在这方面，与对称卷绕法相同。
[0013]另外，在专利文献3中，在两个预备卷轴上分别卷绕L/2的光纤，找出光纤的中点，在该中点处使光纤折回而将两根作为一组，并从制品用卷轴的凸缘孔向外部导出，之后，一边更换预备卷轴一边对称卷绕光纤，在卷绕结束之后，通过熔接将光纤的末端彼此连接起来，在从制品用卷轴的凸缘孔向外部导出的光纤的折回点进行切断。
[0014]另外，在专利文献4和5中提出了这样的技术:针对振动的影响，通过利用灌封材料封装光纤的构成各层的多个匝来减小振动的影响。在专利文献4中提出了该灌封材料使用弹性模量较高、即较硬的材料较好，另一方面，为了不暴露在热应力下，弹性模量的优选范围为100psi (7MPa)?20000psi (138MPa)。此外，在专利文献5中提出了这样的技术:为了避免在动作温度范围内灌封材料的弹性模量急剧变化，而采用具有动作温度范围外的一55°C以下的玻璃化转变温度的硅混合物，而且，仅采用硅材料，弹性模量小于所述范围，因此通过含有炭黑填充材料来维持硬度。
[0015]现有技术文献
[0016]专利文献
[0017]专利文献1:日本特开平2 - 212712号公报
[0018]专利文献2:日本特开平4 - 198903号公报
[0019]专利文献3:日本特开平9 - 53945号公报
[0020]专利文献4:日本特许第3002095号公报
[0021]专利文献5:日本特许第2708370号公报
【发明内容】
[0022]发明要解决的问题
[0023]然而，在专利文献I?3所示的卷绕法中，卷绕操作均需要大致相同的操作，一边交替更换预备卷轴一边在一个制品用卷轴上进行卷绕，因此存在这样的问题:更换操作非常困难，为了实现自动化，而将卷取机构成复杂的构造，在通过手动进行时操作工时较多且花费操作时间。
[0024]此外，在对称卷绕法中，在从中点进行观察时右旋方向的卷绕和左旋方向的卷绕交替重叠，因此彼此发生用于越过彼此的跳越(在两极卷绕的情况下发生与一层相当的一层跳越，在四极卷绕的情况下发生与两层相当的两层跳越)，而出现交叉点。存在这样的问题:在该交叉点处的应力的影响下，光纤中的传输光发生反射、损失，而且在传输光为偏振光的情况下，发生偏振光串扰，而成为出现误差的原因。
[0025]另一方面，在专利文献4、5所示的卷绕法中，存在这样的问题:由于是单纯的排列卷绕，因此因温度变化而产生的误差较大。
[0026]本发明是鉴于该问题而做成的，其目的在于提供一种能够简单地进行光纤的卷绕操作、能够减少操作工时且以低成本进行制造并且还能够减少发生起因于卷绕的串扰、而且使温度灵敏度和振动的影响得到降低的高精度的光纤陀螺仪用传感线圈及其制造方法。
[0027]用于解决问题的方案
[0028]为了达到所述目的，本发明提供一种光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于，
[0029]该光纤陀螺仪用传感线圈具有线圈主体，该线圈主体由两个封装线圈构成，该两个封装线圈是通过以同一张力和同一输送速度排列卷绕光纤并由灌封材料进行封装而成的，
[0030]该线圈主体的各封装线圈的侧端面彼此利用所述灌封材料粘接而重叠在一起，所述各封装线圈的一侧的光纤端彼此通过熔接连接在一起，从而该线圈主体由具有一个旋转方向的连续的光纤构成。
[0031]能够是，所述两个封装线圈的线圈的卷绕以作为接合面的侧端面为中心对称。
[0032]能够是，从所述两个封装线圈的最外层导出的光纤彼此熔接在一起，从两个封装线圈的最内层导出的光纤部分为传感线圈的一端部和另一端部。
[0033]能够是，线圈主体的仅一侧面以隔着绝热隔离件的方式呈悬臂状弹性支承于支承体。
[0034]能够是，所述线圈主体配置在多层金属壳体内，多层金属壳体是通过将内侧壳体包围在外侧壳体内而构成的，封装线圈与最内侧壳体之间以及内侧壳体与外侧壳体之间形成有不发生对流的程度的空隙。
[0035]能够是，在所述多层金属壳体中，内侧壳体由导热率比外侧壳体的导热率高的材料构成。
[0036]也可以是，所述灌封材料为常温固化型的柔软性粘接剂。
[0037]能够是，对于所述灌封材料，在玻璃化转变温度以上时，弹性模量为0.1MPa?5MPa，在玻璃化转变温度以下时，弹性模量为0.1MPa?3GPa。
[0038]能够是，所述灌封材料的玻璃化转变温度在常温范围内。
[0039]也可以是，所述灌封材料为柔软性环氧系粘接剂。
[0040]另外，本发明是一种光纤陀螺仪用传感线圈的制造方法，
[0041]将涂布有灌封材料的光纤排列卷绕于夹具，
[0042]在灌封材料固化后自夹具卸下，从而制作出两个由灌封材料封装的封装线圈，
[0043]使两个封装线圈的侧端面彼此重叠并利用灌封材料进行粘接，此时，线圈的卷绕以作为接合面的侧端面为中心对称，
[0044]将各封装线圈的一侧的光纤端彼此熔接在一起，
[0045]从而制作由具有一个旋转方向的连续的光纤构成的线圈主体。
[0046]各封装线圈的一侧的光纤端彼此的熔接包括从两个封装线圈的最外层导出的光纤彼此的熔接。
[0047]各封装线圈的一侧的光纤端彼此的熔接包括以两个封装线圈的最外层与熔接部之间的长度在两个封装线圈中互不相同的方式进行的熔接。
[0048]发明的效果
[0049]采用本发明，由灌封材料封装已排列卷绕的光纤线圈而成的两个封装线圈粘接、重叠在一起，因此不需要以往的卷绕那样的复杂的工序，能够简单地进行卷绕操作。因而，能够实现自动化，即使在通过手动进行操作的情况下也能够减少操作工时、以低成本进行制造。并且，还能够降低发生卷乱的可能性。能够使从中点起朝向相反方向的等距离的两点位于各自对应的线圈的同一层且位于以两个线圈的结合中心面为基准对称的位置，从而确保温度对称性，能够使左旋光、右旋光彼此的相位误差量相同，而使相位误差量相抵消。
[0050]而且，没有以往的两极卷绕或四极卷绕那样的跳越，因此不会出现交叉点，能够减少周期性应力集中的部位的出现，能够抑制在该应力的影响下发生的光纤中的传输光的反射、损失以及在传输光为偏振光的情况下发生的偏振光串扰，从而能够减少误差的产生，实现高精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0051]图1是本发明的光纤陀螺仪用传感线圈的线圈主体的立体图。
[0052]图2的(a)是构成线圈主体的一个封装线圈的半剖视图，图2的(b)是线圈主体的半剖视图。
[0053]图3是表示用于制造本发明的光纤陀螺仪用传感线圈的制造装置的说明图。
[0054]图4是用于制造本发明的光纤陀螺仪用传感线圈的夹具的侧视图。
[0055]图5是表示本发明的光纤陀螺仪用传感线圈的制造顺序的说明图。
[0056]图6是表示继图5之后的光纤陀螺仪用传感线圈的制造顺序的说明图。
[0057]图7是表示继图6之后的光纤陀螺仪用传感线圈的制造顺序的说明图。
[0058]图8的(a)是继图7之后的通过制造光纤陀螺仪用传感线圈而制造出的线圈主体的侧视图，图8的(b)是俯视图。
[0059]图9是本发明的光纤陀螺仪用传感线圈的剖视图。
[0060]图10是表示优选的灌封材料的弹性模量一温度特性的图表。
[0061]图11是使用本发明的光纤陀螺仪用传感线圈的情况下的补正后的偏置特性。
[0062]图12是通过以往的光纤的卷绕方法得到的光纤陀螺仪用传感线圈的主要部分剖视图。
[0063]图13是使用非柔软性灌封材料的情况下的温度特性。
【具体实施方式】
[0064]以下，基于【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0065]图1和图2表示本发明的光纤陀螺仪用传感线圈的线圈主体。
[0066]光纤陀螺仪用传感线圈10的线圈主体13具有两个封装线圈12、12。
[0067]如图2所示，各封装线圈12是通过以同一张力和同一输送速度排列卷绕光纤14而成的，通过利用灌封材料16将相邻的光纤14彼此粘接在一起来进行封装。光纤14能够采用单模光纤(SM光纤)或偏振保持光纤(PM光纤)。
[0068]灌封材料16由常温固化型的柔软性粘接剂构成。柔软性是指具有挠性的程度，硬度以肖氏A硬度表示大致为50度?80度，弹性模量(杨氏模量)在常温(例如20°C?250C )下小于7MPa，优选为5MPa以下较好。另外，玻璃化转变温度在常温(例如20°C?250C )时较好，在玻璃化转变温度以上时弹性模量(杨氏模量)为0.1MPa?5MPa，在玻璃化转变温度以下时弹性模量为0.1MPa?3GPa较好。作为灌封材料16的具体例，能够采用柔软性环氧系粘接剂，其玻璃化转变温度为22°C左右，且弹性模量的温度特性沿着图10所示的曲线。
[0069]这样的被封装的封装线圈12能够利用图3所示那样的制造装置100制作。制造装置100包括:卸卷机104，其具有卸卷轴104a，在该卸卷轴104a上设有预先卷绕有光纤14的预备卷轴102 ;卷取机106，其与卸卷机104相对地配置，具有卷取轴106a ;张力施加部108，其配置在卸卷机104与卷取机106之间；粘接剂涂布装置110，其配置在张力施加部108与卷取机106之间；以及引导部112。卷取轴106a与未图示的驱动源连结。
[0070]在卷取机106的卷取轴106a上设有卷取夹具120。如图4所示，卷取夹具120由如下部分构成，即:由剥离性良好且尺寸稳定性优良的材质(例如，PTFE等)形成的一对凸缘部120a和连结在一对凸缘部120a之间的主轴120b以及覆盖于凸缘部120a的内侧和主轴120b的表面的树脂衬垫120c。主轴120b与至少一凸缘部120a以能够装卸的方式连结在一起。另外，在主轴120b或凸缘部120a上设有能够引出光纤14的卷绕开始部分的贯通孔、槽或切缝120d。卷取轴106a插入主轴120b内，从而使主轴120b能够被驱动旋转。
[0071]粘接剂涂布装置110包括:罐116，其收容有液体状的作为灌封材料16的粘接剂；涂布辊118，其底部浸溃于罐116，构成为旋转自如。
[0072]弓丨导部112能够沿与卸卷轴104a和卷取轴106a平行的方向往复移动。
[0073]将自设于卸卷机104的预备卷轴102卸卷下来的光纤14的端部的卷绕开始部分经由张力施加部108和粘接剂涂布装置110引导至设于卷取机106的卷取夹具120的贯通孔、槽或切缝120d，驱动卷取轴106a旋转，使引导部112沿与卸卷轴104a和卷取轴106a平行的方向往复移动，从而将从预备卷轴102卸卷下来并在中途通过粘接剂涂布装置110涂布有粘接剂的光纤14常规、紧密贴合地卷绕(螺线管绕线)于主轴120b。S卩，光纤14 一层一层地卷绕于卷取夹具120，在一层结束时折回，在其上侧形成下一层。这样，能够通过使卷取轴106a旋转规定的次数，而在卷取夹具120上卷绕规定数量的光纤层。
[0074]优选的是，如图5所示，采用在卸卷轴104a并排设置两个预备卷轴102，在卷取轴106a并排设置两个卷取夹具120，粘接剂涂布装置110并列地配置有两个，驱动卷取轴106a的同轴同时绕线方式。由此，一边利用同一张力施加部108对光纤14施加同一张力一边将光纤14同时卷绕于两个卷取夹具120，从而能够以同一张力和同一输送速度进行卷取，能够自动制造具有相同的卷取特性且相同长度的沿相同方向卷绕的两个光纤线圈。
[0075]在卷取后的常温固化之后，如图6所示，通过使卷取夹具120的凸缘部120a与主轴120b分解，能够得到由灌封材料16固化而封装的封装线圈12、12。
[0076]被封装的各封装线圈12具有两个侧端面12a、12b。如图7所示，使两个封装线圈12中的一封装线圈12相对于另一封装线圈12绕与线圈中心轴线垂直的轴线旋转180°，利用同一灌封材料16将一封装线圈12的侧端面12b和另一封装线圈12的侧端面12b粘接在一起并使它们常温固化而成为一体。通过使一封装线圈12旋转180°，从而两个封装线圈12的线圈卷绕以成为粘接面的侧端面12b、12b为中心对称。
[0077]接着，如图8所示，将光纤14的自两个封装线圈12的最外层导出的卷绕结束部分(称作余留长度部12c)的端部彼此熔接在一起。此时，使两个封装线圈12的余留长度部12c的长度不相等，为了避免因反射光的变动、串扰所导致的假性误差，而使两个封装线圈12的余留长度部12c的长度之差为由光源的特性决定的相干长度的1/2以上。即，熔接部13a并不位于对称点，而是位于与对称点错开的位置。另外，在光纤14为偏振保持光纤(PM光纤)的情况下对余留长度部12c的端部进行熔接时，结合各光纤14彼此的偏振波轴进行熔接。
[0078]之后，将熔接后的余留长度部12c重叠在封装线圈12的侧端面12a并利用粘接剂16进行粘接，之后常温固化。这样，通过粘接而成为一体的两个封装线圈12、12构成线圈主体13。光纤14的自最内层导出的卷绕开始部分成为线圈主体13的一端部13b和另一端部13c并与干涉仪连接。
[0079]如图9所示，线圈主体13配置在作为支承体的金属壳体18内较好。金属壳体18为多层金属壳体较好，为至少具有内侧壳体20和外侧壳体22的双层金属壳体，内侧壳体20的四周被外侧壳体22完全包围。其中，金属壳体还能够采用三层以上的多层金属壳体。
[0080]内侧金属壳体20和外侧金属壳体22分别为环状,包括底板20a、22a、内侧板20b、22b、外侧板 20c、22c、顶板 20d、22d。
[0081]线圈主体13隔着隔离件24地固定于内侧壳体20的底板20a，该隔离件24由绝热材料形成，且以相同的角度间隔设在线圈主体13的下表面的3个以上部位。
[0082]对于隔离件24的材料，优选选择线膨胀系数与灌封材料16的线膨胀系数为同等程度、但与灌封材料16相比较硬且弹性模量较高的材料。例如，能够采用合成树脂或陶瓷，具体而言，能够使用玻璃环氧树脂等。隔离件24与线圈主体13之间以及隔离件24与内侧壳体20的底板20a之间利用与灌封材料16相同的粘接剂固定较好。
[0083]线圈主体13仅其一侧面安装于内侧壳体20的底板20a，因而，被支承为悬臂状。在线圈主体13与内侧壳体20的顶板20d、内侧板20b、外侧板20c之间均保持有很小的空隙。因此，线圈主体13能够随着其热膨胀和热收缩而比较自由地动作，从而能够防止出现热应力。另一方面，空隙为不会发生对流的程度的很小的空隙，因此能够实现内侧壳体20内部的温度均匀化。并且，隔有由绝热材料形成的隔离件24，从而能够防止来自内侧壳体20的热量直接传递给线圈主体13，而能够实现线圈主体13的温度均匀化。
[0084]此外，内侧壳体20隔着隔离件24地分别固定于外侧壳体22的底板22a和顶板22d，该隔离件24由绝热材料形成，且以相同的角度间隔设在内侧壳体20的底板20a和顶板20d的3个以上部位。内侧壳体20和外侧壳体22在上侧和下侧这两侧牢固地固定。外侧壳体22的底板22a和顶板22d通过隔离件27和螺钉25彼此分开、固定。
[0085]内侧壳体20和外侧壳体22能够由相同的金属材料构成，也能够由不同的金属材料构成，在该情况下，优选的是，内侧壳体20的导热性高于外侧壳体22的导热性，换言之，外侧壳体22的绝热性高于内侧壳体20的绝热性。由此，能够通过外侧壳体22防止干扰热量的影响向内部传递，并且，能够通过内侧壳体20得到这样的效果:防止内侧壳体20内出现温度梯度，使温度均匀化。
[0086]在内侧壳体20的顶板20d和外侧壳体22的顶板22d分别形成有切口(未图示)，线圈主体13的自最内层导出的一端部13b和另一端部13c穿过切口。切口连同光纤一起由铝带等导热性良好的金属带固定、密封较好。
[0087]在金属壳体18的上侧设有光学部件收纳壳体26。光学部件收纳壳体26由与金属壳体18的外侧壳体22相同的材料构成,光学部件收纳壳体26具有外侧板26a和顶板26b,光学部件收纳壳体26的底板兼用外侧壳体22的顶板22d。其中，也能够将光学部件收纳壳体26设在金属壳体18的下侧。
[0088]在光学部件收纳壳体26内配置有耦合器30、消偏振镜32、10C34、起偏振器36等部件，将线圈主体13的自最内层导出的穿过切口的一端部13b和另一端部13c连接起来。在光纤14为单模光纤(SM光纤)的情况下,用于抑制偏振波变动的影响的消偏振镜32也配置在光学部件收纳壳体26内。消偏振镜32还能够采用结晶型、光纤型中的任一类型，在采用光纤型消偏振镜32的情况下，也能够代替配置在光学部件收纳壳体26内，而是与线圈主体13形成为一体。
[0089]另外，在金属壳体的内侧壳体20内配置有温度传感器(未图示)，用来测量线圈主体13的温度。
[0090]在如以上那样构成的光纤陀螺仪用传感线圈10中，如所述那样，线圈主体13的中点为两个余留长度部12c、12c结合后的长度的中点(其中，如所述那样，中点与熔接部13a彼此分开)，从中点起朝向相反方向的等距离的地点位于对应的封装线圈12、12的同一层且位于距两个封装线圈12的接合面为等距离的位置，因此能够期待通过热分布的对称性得到相同的温度变化。这样，能够确保温度对称性。
[0091]特别是，两个封装线圈12、12在线圈主体13的中央、即接合面处彼此紧密接合，因此能够可靠地实现以接合面为中心的温度对称性。具体而言，如图2的(b)中的虚线所示，温度变化时的温度分布呈以接合面为中心的大致同心圆状，从而能够实现温度对称性，减小残留舒拍误差(residual Shupe error)。
[0092]各封装线圈12、12是单纯的排列卷绕，因此不需要以往的卷绕那样的复杂的工序，能够简单地进行卷绕操作，并且，还能够降低发生卷乱的可能性。而且，没有以往的两极卷绕或四极卷绕那样的跳越，因此不会出现交叉点，能够减少周期性应力集中的部位的出现，能够抑制在该应力的影响下发生的光纤中的传输光的反射、损失以及在传输光为偏振光的情况下发生的偏振光串扰，能够减少误差的产生。
[0093]另外，如公知那样，线圈主体13的一端部13b和另一端部13c的温度微分灵敏度最高，但所述一端部13b和另一端部13c位于封装线圈12的最内侧且最不受周围温度变化影响的位置，因此能够将传感线圈10做成不易受温度影响的结构。
[0094]另外，能够将与光纤单体相比可靠性较低且对应力也比较敏感的熔接部13a配置在线圈的无应力的最外层，因此使可靠性、性能稳定性提高。
[0095]此外，在各封装线圈12中，光纤14由具有柔软性的灌封材料16固定，由此能够缓和光纤14的热膨胀、热收缩，能够防止出现偏置温度特性的偏置尖峰噪声。
[0096]图11表示在周围温度为一 20°C?+80°C且温度变化率为0.75°C /分钟的温度环境条件下、在使用具有图10中的弹性模量一温度特性的柔软性灌封材料的情况下，利用本发明的光纤陀螺仪用传感线圈得到的补正后的偏置温度特性。得到这样的性能:未出现偏置尖峰信号，偏置不稳定性为0.018° A(1)以下，随机游走(日文:9 >夕' A*一夕)为 0.0047。/ V h。
[0097]图13是将弹性模量保持为3GPa不变的非柔软性环氧系粘接剂用作灌封材料的情况下的补正后的偏置变化。在该情况下，在温度下降时，具有出现许多尖峰信号的倾向，这被认为主要是因为，在温度下降时在光纤14内发生的热膨胀、热收缩无法通过非柔软性灌封材料充分地缓和。
[0098]相对于此，在不发生尖峰信号的柔软性灌封材料的情况下，在30°C时，弹性模量为
1.5MPa，该值是相比专利文献4或5所提出的弹性模量较高(7MPa?138MPa)的灌封材料而言非常低的值。并且，灌封材料16为常温固化型，因此在常温附近热应力较少，常温以下和常温以上的热应力能够均等分配，能够减少光纤的热应力，该光纤的热应力是出现在温度下降时容易发生的偏置尖峰噪声的原因。
[0099]另外，线圈主体13在金属壳体中不与金属直接接触，且仅一侧面由绝热性隔离件24呈悬臂状弹性支承较好，由此，能够使偏置温度特性稳定。此外，对于线圈主体13，与配置于单层金属壳体内相比，配置于多层金属壳体内较好，由此，能够使偏置温度特性更加稳定。
[0100]此外，关于使用具有图10所示的弹性模量一温度特性的柔软性灌封材料的情况下的振动特性，扫描2G、0?10Hz的振动20分钟，进行振动试验，结果，根据振动中的陀螺仪的输出推断出的方位误差换算是0.35° secX以下(λ:纬度)，可知足够用于实际应用。因而表示，即使灌封材料16为具有柔软性的材料，也不存在专利文献4或5所示那样的振动的影响，可知，本发明的光纤陀螺仪用传感线圈10不易受温度、振动这样的环境要素的影响。
[0101]附图标记说明
[0102]10、光纤陀螺仪用传感线圈；12、封装线圈；12b、侧端面；12c、余留长度部；13、线圈主体；13a、熔接部；13b、一端部；13c、另一端部；14、光纤；16、灌封材料；18、金属壳体；20、内侧壳体；22、外侧壳体；24、隔离件；120、卷取夹具。
【权利要求】
1.一种光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 该光纤陀螺仪用传感线圈具有线圈主体，该线圈主体由两个封装线圈构成，该两个封装线圈是通过以同一张力和同一输送速度排列卷绕光纤并由灌封材料进行封装而成的，该线圈主体的各封装线圈的侧端面彼此利用所述灌封材料粘接而重叠在一起，所述各封装线圈的一侧的光纤端彼此通过熔接连接在一起，从而该线圈主体由具有一个旋转方向的连续的光纤构成。
2.根据权利要求1所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 所述两个封装线圈的线圈的卷绕以作为接合面的侧端面为中心对称。
3.根据权利要求1或2所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 从所述两个封装线圈的最外层导出的光纤彼此熔接在一起，从两个封装线圈的最内层导出的光纤部分为传感线圈的一端部和另一端部。
4.根据权利要求1?3中任意一项所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 线圈主体的仅一侧面以隔着绝热隔离件的方式呈悬臂状弹性支承于支承体。
5.根据权利要求1?3中任意一项所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 所述线圈主体配置在多层金属壳体内，多层金属壳体是通过将内侧壳体包围在外侧壳体内而构成的，封装线圈与最内侧壳体之间以及内侧壳体与外侧壳体之间形成有不发生对流的程度的空隙。
6.根据权利要求5所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 在所述多层金属壳体中，内侧壳体由导热率比外侧壳体的导热率高的材料构成。
7.根据权利要求1?6中任意一项所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 所述灌封材料为常温固化型的柔软性粘接剂。
8.根据权利要求1?7中任意一项所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 对于所述灌封材料，在玻璃化转变温度以上时，弹性模量为0.1MPa?5MPa，在玻璃化转变温度以下时，弹性模量为0.1MPa?3GPa。
9.根据权利要求8所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 所述灌封材料的玻璃化转变温度在常温范围内。
10.根据权利要求1?9中任意一项所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 所述灌封材料为柔软性环氧系粘接剂。
11.一种光纤陀螺仪用传感线圈的制造方法，其特征在于， 将涂布有灌封材料的光纤排列卷绕于夹具， 在灌封材料固化后自夹具卸下，从而制作出两个由灌封材料封装的封装线圈， 使两个封装线圈的侧端面彼此重叠并利用灌封材料进行粘接，此时，线圈的卷绕以作为接合面的侧端面为中心对称， 将各封装线圈的一侧的光纤端彼此熔接在一起， 从而制作由具有一个旋转方向的连续的光纤形成的线圈主体。
12.根据权利要求11所述的光纤陀螺仪用传感线圈的制造方法，其中， 各封装线圈的一侧的光纤端彼此的熔接包括从两个封装线圈的最外层导出的光纤彼此的熔接。
13.根据权利要求12所述的光纤陀螺仪用传感线圈的制造方法，其中， 各封装线圈的一侧的光纤端彼此的熔接包括以两个封装线圈的最外层与熔接部之间的长度在两个封装线圈中互不相同的方式进行的熔接。
【文档编号】G01C19/72GK104380042SQ201280073910
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2012年6月12日 优先权日:2012年6月12日
【发明者】吉田丰织, 玉木崇之, 儿岛明彦 申请人:东京计器株式会社
【专利摘要】做成一种光纤的卷绕操作简单并且还能够减少发生起因于卷绕的串扰、而且使温度灵敏度的影响得到降低的光纤陀螺仪用传感线圈。线圈主体(13)由两个封装线圈(12、12)构成，该两个封装线圈(12、12)是通过以同一张力和同一输送速度排列卷绕光纤并由灌封材料(16)进行封装而成的。各封装线圈的侧端面(12b、12b)彼此利用灌封材料(16)进行粘接而重叠在一起，从各封装线圈(12)的最外层导出的光纤(14)的卷绕结束部分(余留长度部(12c))的端部彼此通过熔接连接在一起，由此线圈主体(13)由具有一个旋转方向的连续的光纤构成。
【专利说明】光纤陀螺仪用传感线圈及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及耐环境性优良且能够简单地进行制造的光纤陀螺仪用传感线圈及其制造方法。
【背景技术】
[0002]以往，光纤陀螺仪用传感线圈容易受温度、振动这样的环境要素的影响，而存在耐环境性较差这样的问题。
[0003]例如，在光纤陀螺仪用传感线圈发生温度变化的情况下，穿过传感线圈的左旋光、右旋光在不同的时刻受到该温度变化的影响，因此存在这样的问题:在左旋光、右旋光之间产生除想要检测的萨格纳克相位差以外的相位差。因该温度变化而产生的误差被称作温度微分灵敏度(或者舒珀效应(Shupe effect)).
[0004]为了降低这样的温度微分灵敏度的影响，以往，提出了各种向传感线圈卷绕光纤的卷绕方法。
[0005]作为代表性的卷绕方法，已知有图12的(a)、(b)所示的二极卷绕和四极卷绕。二极卷绕和四极卷绕被称作对称卷绕法，均是以自长条状的光纤的中点起朝向相反方向的等距离的光纤部分相互靠近的方式卷绕光纤的方法。
[0006]具体的操作为:将长条状的光纤卷绕于两个预备卷轴，预先找出该光纤的中点，并将该中点固定于制品用卷轴的最内层，之后，一边交替更换供给侧的预备卷轴，一边将光纤卷绕于制品用卷轴。
[0007]在二极卷绕的情况下，每一层更换一次供给侧的预备卷轴，在从中点进行观察时右旋方向的卷绕(例如图12的(a)中的白圈)和左旋方向的卷绕(例如图12的(a)中的黑圈)每一层交替一次。另外，在四极卷绕的情况下，每两层更换一次供给侧的预备卷轴，在从中点进行观察时右旋方向的卷绕(例如图12的(b)中的白圈)和左旋方向的卷绕(例如图12的(b)中的黑圈)每两层交替一次。
[0008]在该对称卷绕法中，通过使自光纤的中点起朝向相反方向的等距离的两点处的温度变化尽可能相同，来使左旋光、右旋光彼此的相位误差量相同而相抵消，从而确保相反性。
[0009]然而，对称卷绕法存在这样的问题:自光纤中点起朝向相反方向的等距离的光纤部分位于不同的层，因此在各层的温度变化不一样时，无法彻底抵消产生的相位误差。
[0010]因此，在专利文献I?2中，提出了图12的(C)所示那样的另一卷绕法。
[0011]专利文献I所提出的卷绕法为这样的方法:对于基底安装部，以从光纤的中点进行观察时右旋方向的卷绕(例如图12的(c)中的白圈)和左旋方向的卷绕(例如图12的(c)中的黑圈)构成为上下对称构造、自中点起朝向相反方向的等距离的两点位于同一层的上下对称位置的方式整体按一定方向卷绕光纤。专利文献2也公开了同样的卷绕法。
[0012]具体的操作为:将长条状的光纤卷绕于两个预备卷轴，预先找出该光纤的中点，并将该中点固定于制品用卷轴的最内层，之后，一边交替更换供给侧的预备卷轴，一边将光纤卷绕于制品用卷轴，在这方面，与对称卷绕法相同。
[0013]另外，在专利文献3中，在两个预备卷轴上分别卷绕L/2的光纤，找出光纤的中点，在该中点处使光纤折回而将两根作为一组，并从制品用卷轴的凸缘孔向外部导出，之后，一边更换预备卷轴一边对称卷绕光纤，在卷绕结束之后，通过熔接将光纤的末端彼此连接起来，在从制品用卷轴的凸缘孔向外部导出的光纤的折回点进行切断。
[0014]另外，在专利文献4和5中提出了这样的技术:针对振动的影响，通过利用灌封材料封装光纤的构成各层的多个匝来减小振动的影响。在专利文献4中提出了该灌封材料使用弹性模量较高、即较硬的材料较好，另一方面，为了不暴露在热应力下，弹性模量的优选范围为100psi (7MPa)?20000psi (138MPa)。此外，在专利文献5中提出了这样的技术:为了避免在动作温度范围内灌封材料的弹性模量急剧变化，而采用具有动作温度范围外的一55°C以下的玻璃化转变温度的硅混合物，而且，仅采用硅材料，弹性模量小于所述范围，因此通过含有炭黑填充材料来维持硬度。
[0015]现有技术文献
[0016]专利文献
[0017]专利文献1:日本特开平2 - 212712号公报
[0018]专利文献2:日本特开平4 - 198903号公报
[0019]专利文献3:日本特开平9 - 53945号公报
[0020]专利文献4:日本特许第3002095号公报
[0021]专利文献5:日本特许第2708370号公报
【发明内容】
[0022]发明要解决的问题
[0023]然而，在专利文献I?3所示的卷绕法中，卷绕操作均需要大致相同的操作，一边交替更换预备卷轴一边在一个制品用卷轴上进行卷绕，因此存在这样的问题:更换操作非常困难，为了实现自动化，而将卷取机构成复杂的构造，在通过手动进行时操作工时较多且花费操作时间。
[0024]此外，在对称卷绕法中，在从中点进行观察时右旋方向的卷绕和左旋方向的卷绕交替重叠，因此彼此发生用于越过彼此的跳越(在两极卷绕的情况下发生与一层相当的一层跳越，在四极卷绕的情况下发生与两层相当的两层跳越)，而出现交叉点。存在这样的问题:在该交叉点处的应力的影响下，光纤中的传输光发生反射、损失，而且在传输光为偏振光的情况下，发生偏振光串扰，而成为出现误差的原因。
[0025]另一方面，在专利文献4、5所示的卷绕法中，存在这样的问题:由于是单纯的排列卷绕，因此因温度变化而产生的误差较大。
[0026]本发明是鉴于该问题而做成的，其目的在于提供一种能够简单地进行光纤的卷绕操作、能够减少操作工时且以低成本进行制造并且还能够减少发生起因于卷绕的串扰、而且使温度灵敏度和振动的影响得到降低的高精度的光纤陀螺仪用传感线圈及其制造方法。
[0027]用于解决问题的方案
[0028]为了达到所述目的，本发明提供一种光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于，
[0029]该光纤陀螺仪用传感线圈具有线圈主体，该线圈主体由两个封装线圈构成，该两个封装线圈是通过以同一张力和同一输送速度排列卷绕光纤并由灌封材料进行封装而成的，
[0030]该线圈主体的各封装线圈的侧端面彼此利用所述灌封材料粘接而重叠在一起，所述各封装线圈的一侧的光纤端彼此通过熔接连接在一起，从而该线圈主体由具有一个旋转方向的连续的光纤构成。
[0031]能够是，所述两个封装线圈的线圈的卷绕以作为接合面的侧端面为中心对称。
[0032]能够是，从所述两个封装线圈的最外层导出的光纤彼此熔接在一起，从两个封装线圈的最内层导出的光纤部分为传感线圈的一端部和另一端部。
[0033]能够是，线圈主体的仅一侧面以隔着绝热隔离件的方式呈悬臂状弹性支承于支承体。
[0034]能够是，所述线圈主体配置在多层金属壳体内，多层金属壳体是通过将内侧壳体包围在外侧壳体内而构成的，封装线圈与最内侧壳体之间以及内侧壳体与外侧壳体之间形成有不发生对流的程度的空隙。
[0035]能够是，在所述多层金属壳体中，内侧壳体由导热率比外侧壳体的导热率高的材料构成。
[0036]也可以是，所述灌封材料为常温固化型的柔软性粘接剂。
[0037]能够是，对于所述灌封材料，在玻璃化转变温度以上时，弹性模量为0.1MPa?5MPa，在玻璃化转变温度以下时，弹性模量为0.1MPa?3GPa。
[0038]能够是，所述灌封材料的玻璃化转变温度在常温范围内。
[0039]也可以是，所述灌封材料为柔软性环氧系粘接剂。
[0040]另外，本发明是一种光纤陀螺仪用传感线圈的制造方法，
[0041]将涂布有灌封材料的光纤排列卷绕于夹具，
[0042]在灌封材料固化后自夹具卸下，从而制作出两个由灌封材料封装的封装线圈，
[0043]使两个封装线圈的侧端面彼此重叠并利用灌封材料进行粘接，此时，线圈的卷绕以作为接合面的侧端面为中心对称，
[0044]将各封装线圈的一侧的光纤端彼此熔接在一起，
[0045]从而制作由具有一个旋转方向的连续的光纤构成的线圈主体。
[0046]各封装线圈的一侧的光纤端彼此的熔接包括从两个封装线圈的最外层导出的光纤彼此的熔接。
[0047]各封装线圈的一侧的光纤端彼此的熔接包括以两个封装线圈的最外层与熔接部之间的长度在两个封装线圈中互不相同的方式进行的熔接。
[0048]发明的效果
[0049]采用本发明，由灌封材料封装已排列卷绕的光纤线圈而成的两个封装线圈粘接、重叠在一起，因此不需要以往的卷绕那样的复杂的工序，能够简单地进行卷绕操作。因而，能够实现自动化，即使在通过手动进行操作的情况下也能够减少操作工时、以低成本进行制造。并且，还能够降低发生卷乱的可能性。能够使从中点起朝向相反方向的等距离的两点位于各自对应的线圈的同一层且位于以两个线圈的结合中心面为基准对称的位置，从而确保温度对称性，能够使左旋光、右旋光彼此的相位误差量相同，而使相位误差量相抵消。
[0050]而且，没有以往的两极卷绕或四极卷绕那样的跳越，因此不会出现交叉点，能够减少周期性应力集中的部位的出现，能够抑制在该应力的影响下发生的光纤中的传输光的反射、损失以及在传输光为偏振光的情况下发生的偏振光串扰，从而能够减少误差的产生，实现高精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0051]图1是本发明的光纤陀螺仪用传感线圈的线圈主体的立体图。
[0052]图2的(a)是构成线圈主体的一个封装线圈的半剖视图，图2的(b)是线圈主体的半剖视图。
[0053]图3是表示用于制造本发明的光纤陀螺仪用传感线圈的制造装置的说明图。
[0054]图4是用于制造本发明的光纤陀螺仪用传感线圈的夹具的侧视图。
[0055]图5是表示本发明的光纤陀螺仪用传感线圈的制造顺序的说明图。
[0056]图6是表示继图5之后的光纤陀螺仪用传感线圈的制造顺序的说明图。
[0057]图7是表示继图6之后的光纤陀螺仪用传感线圈的制造顺序的说明图。
[0058]图8的(a)是继图7之后的通过制造光纤陀螺仪用传感线圈而制造出的线圈主体的侧视图，图8的(b)是俯视图。
[0059]图9是本发明的光纤陀螺仪用传感线圈的剖视图。
[0060]图10是表示优选的灌封材料的弹性模量一温度特性的图表。
[0061]图11是使用本发明的光纤陀螺仪用传感线圈的情况下的补正后的偏置特性。
[0062]图12是通过以往的光纤的卷绕方法得到的光纤陀螺仪用传感线圈的主要部分剖视图。
[0063]图13是使用非柔软性灌封材料的情况下的温度特性。
【具体实施方式】
[0064]以下，基于【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0065]图1和图2表示本发明的光纤陀螺仪用传感线圈的线圈主体。
[0066]光纤陀螺仪用传感线圈10的线圈主体13具有两个封装线圈12、12。
[0067]如图2所示，各封装线圈12是通过以同一张力和同一输送速度排列卷绕光纤14而成的，通过利用灌封材料16将相邻的光纤14彼此粘接在一起来进行封装。光纤14能够采用单模光纤(SM光纤)或偏振保持光纤(PM光纤)。
[0068]灌封材料16由常温固化型的柔软性粘接剂构成。柔软性是指具有挠性的程度，硬度以肖氏A硬度表示大致为50度?80度，弹性模量(杨氏模量)在常温(例如20°C?250C )下小于7MPa，优选为5MPa以下较好。另外，玻璃化转变温度在常温(例如20°C?250C )时较好，在玻璃化转变温度以上时弹性模量(杨氏模量)为0.1MPa?5MPa，在玻璃化转变温度以下时弹性模量为0.1MPa?3GPa较好。作为灌封材料16的具体例，能够采用柔软性环氧系粘接剂，其玻璃化转变温度为22°C左右，且弹性模量的温度特性沿着图10所示的曲线。
[0069]这样的被封装的封装线圈12能够利用图3所示那样的制造装置100制作。制造装置100包括:卸卷机104，其具有卸卷轴104a，在该卸卷轴104a上设有预先卷绕有光纤14的预备卷轴102 ;卷取机106，其与卸卷机104相对地配置，具有卷取轴106a ;张力施加部108，其配置在卸卷机104与卷取机106之间；粘接剂涂布装置110，其配置在张力施加部108与卷取机106之间；以及引导部112。卷取轴106a与未图示的驱动源连结。
[0070]在卷取机106的卷取轴106a上设有卷取夹具120。如图4所示，卷取夹具120由如下部分构成，即:由剥离性良好且尺寸稳定性优良的材质(例如，PTFE等)形成的一对凸缘部120a和连结在一对凸缘部120a之间的主轴120b以及覆盖于凸缘部120a的内侧和主轴120b的表面的树脂衬垫120c。主轴120b与至少一凸缘部120a以能够装卸的方式连结在一起。另外，在主轴120b或凸缘部120a上设有能够引出光纤14的卷绕开始部分的贯通孔、槽或切缝120d。卷取轴106a插入主轴120b内，从而使主轴120b能够被驱动旋转。
[0071]粘接剂涂布装置110包括:罐116，其收容有液体状的作为灌封材料16的粘接剂；涂布辊118，其底部浸溃于罐116，构成为旋转自如。
[0072]弓丨导部112能够沿与卸卷轴104a和卷取轴106a平行的方向往复移动。
[0073]将自设于卸卷机104的预备卷轴102卸卷下来的光纤14的端部的卷绕开始部分经由张力施加部108和粘接剂涂布装置110引导至设于卷取机106的卷取夹具120的贯通孔、槽或切缝120d，驱动卷取轴106a旋转，使引导部112沿与卸卷轴104a和卷取轴106a平行的方向往复移动，从而将从预备卷轴102卸卷下来并在中途通过粘接剂涂布装置110涂布有粘接剂的光纤14常规、紧密贴合地卷绕(螺线管绕线)于主轴120b。S卩，光纤14 一层一层地卷绕于卷取夹具120，在一层结束时折回，在其上侧形成下一层。这样，能够通过使卷取轴106a旋转规定的次数，而在卷取夹具120上卷绕规定数量的光纤层。
[0074]优选的是，如图5所示，采用在卸卷轴104a并排设置两个预备卷轴102，在卷取轴106a并排设置两个卷取夹具120，粘接剂涂布装置110并列地配置有两个，驱动卷取轴106a的同轴同时绕线方式。由此，一边利用同一张力施加部108对光纤14施加同一张力一边将光纤14同时卷绕于两个卷取夹具120，从而能够以同一张力和同一输送速度进行卷取，能够自动制造具有相同的卷取特性且相同长度的沿相同方向卷绕的两个光纤线圈。
[0075]在卷取后的常温固化之后，如图6所示，通过使卷取夹具120的凸缘部120a与主轴120b分解，能够得到由灌封材料16固化而封装的封装线圈12、12。
[0076]被封装的各封装线圈12具有两个侧端面12a、12b。如图7所示，使两个封装线圈12中的一封装线圈12相对于另一封装线圈12绕与线圈中心轴线垂直的轴线旋转180°，利用同一灌封材料16将一封装线圈12的侧端面12b和另一封装线圈12的侧端面12b粘接在一起并使它们常温固化而成为一体。通过使一封装线圈12旋转180°，从而两个封装线圈12的线圈卷绕以成为粘接面的侧端面12b、12b为中心对称。
[0077]接着，如图8所示，将光纤14的自两个封装线圈12的最外层导出的卷绕结束部分(称作余留长度部12c)的端部彼此熔接在一起。此时，使两个封装线圈12的余留长度部12c的长度不相等，为了避免因反射光的变动、串扰所导致的假性误差，而使两个封装线圈12的余留长度部12c的长度之差为由光源的特性决定的相干长度的1/2以上。即，熔接部13a并不位于对称点，而是位于与对称点错开的位置。另外，在光纤14为偏振保持光纤(PM光纤)的情况下对余留长度部12c的端部进行熔接时，结合各光纤14彼此的偏振波轴进行熔接。
[0078]之后，将熔接后的余留长度部12c重叠在封装线圈12的侧端面12a并利用粘接剂16进行粘接，之后常温固化。这样，通过粘接而成为一体的两个封装线圈12、12构成线圈主体13。光纤14的自最内层导出的卷绕开始部分成为线圈主体13的一端部13b和另一端部13c并与干涉仪连接。
[0079]如图9所示，线圈主体13配置在作为支承体的金属壳体18内较好。金属壳体18为多层金属壳体较好，为至少具有内侧壳体20和外侧壳体22的双层金属壳体，内侧壳体20的四周被外侧壳体22完全包围。其中，金属壳体还能够采用三层以上的多层金属壳体。
[0080]内侧金属壳体20和外侧金属壳体22分别为环状,包括底板20a、22a、内侧板20b、22b、外侧板 20c、22c、顶板 20d、22d。
[0081]线圈主体13隔着隔离件24地固定于内侧壳体20的底板20a，该隔离件24由绝热材料形成，且以相同的角度间隔设在线圈主体13的下表面的3个以上部位。
[0082]对于隔离件24的材料，优选选择线膨胀系数与灌封材料16的线膨胀系数为同等程度、但与灌封材料16相比较硬且弹性模量较高的材料。例如，能够采用合成树脂或陶瓷，具体而言，能够使用玻璃环氧树脂等。隔离件24与线圈主体13之间以及隔离件24与内侧壳体20的底板20a之间利用与灌封材料16相同的粘接剂固定较好。
[0083]线圈主体13仅其一侧面安装于内侧壳体20的底板20a，因而，被支承为悬臂状。在线圈主体13与内侧壳体20的顶板20d、内侧板20b、外侧板20c之间均保持有很小的空隙。因此，线圈主体13能够随着其热膨胀和热收缩而比较自由地动作，从而能够防止出现热应力。另一方面，空隙为不会发生对流的程度的很小的空隙，因此能够实现内侧壳体20内部的温度均匀化。并且，隔有由绝热材料形成的隔离件24，从而能够防止来自内侧壳体20的热量直接传递给线圈主体13，而能够实现线圈主体13的温度均匀化。
[0084]此外，内侧壳体20隔着隔离件24地分别固定于外侧壳体22的底板22a和顶板22d，该隔离件24由绝热材料形成，且以相同的角度间隔设在内侧壳体20的底板20a和顶板20d的3个以上部位。内侧壳体20和外侧壳体22在上侧和下侧这两侧牢固地固定。外侧壳体22的底板22a和顶板22d通过隔离件27和螺钉25彼此分开、固定。
[0085]内侧壳体20和外侧壳体22能够由相同的金属材料构成，也能够由不同的金属材料构成，在该情况下，优选的是，内侧壳体20的导热性高于外侧壳体22的导热性，换言之，外侧壳体22的绝热性高于内侧壳体20的绝热性。由此，能够通过外侧壳体22防止干扰热量的影响向内部传递，并且，能够通过内侧壳体20得到这样的效果:防止内侧壳体20内出现温度梯度，使温度均匀化。
[0086]在内侧壳体20的顶板20d和外侧壳体22的顶板22d分别形成有切口(未图示)，线圈主体13的自最内层导出的一端部13b和另一端部13c穿过切口。切口连同光纤一起由铝带等导热性良好的金属带固定、密封较好。
[0087]在金属壳体18的上侧设有光学部件收纳壳体26。光学部件收纳壳体26由与金属壳体18的外侧壳体22相同的材料构成,光学部件收纳壳体26具有外侧板26a和顶板26b,光学部件收纳壳体26的底板兼用外侧壳体22的顶板22d。其中，也能够将光学部件收纳壳体26设在金属壳体18的下侧。
[0088]在光学部件收纳壳体26内配置有耦合器30、消偏振镜32、10C34、起偏振器36等部件，将线圈主体13的自最内层导出的穿过切口的一端部13b和另一端部13c连接起来。在光纤14为单模光纤(SM光纤)的情况下,用于抑制偏振波变动的影响的消偏振镜32也配置在光学部件收纳壳体26内。消偏振镜32还能够采用结晶型、光纤型中的任一类型，在采用光纤型消偏振镜32的情况下，也能够代替配置在光学部件收纳壳体26内，而是与线圈主体13形成为一体。
[0089]另外，在金属壳体的内侧壳体20内配置有温度传感器(未图示)，用来测量线圈主体13的温度。
[0090]在如以上那样构成的光纤陀螺仪用传感线圈10中，如所述那样，线圈主体13的中点为两个余留长度部12c、12c结合后的长度的中点(其中，如所述那样，中点与熔接部13a彼此分开)，从中点起朝向相反方向的等距离的地点位于对应的封装线圈12、12的同一层且位于距两个封装线圈12的接合面为等距离的位置，因此能够期待通过热分布的对称性得到相同的温度变化。这样，能够确保温度对称性。
[0091]特别是，两个封装线圈12、12在线圈主体13的中央、即接合面处彼此紧密接合，因此能够可靠地实现以接合面为中心的温度对称性。具体而言，如图2的(b)中的虚线所示，温度变化时的温度分布呈以接合面为中心的大致同心圆状，从而能够实现温度对称性，减小残留舒拍误差(residual Shupe error)。
[0092]各封装线圈12、12是单纯的排列卷绕，因此不需要以往的卷绕那样的复杂的工序，能够简单地进行卷绕操作，并且，还能够降低发生卷乱的可能性。而且，没有以往的两极卷绕或四极卷绕那样的跳越，因此不会出现交叉点，能够减少周期性应力集中的部位的出现，能够抑制在该应力的影响下发生的光纤中的传输光的反射、损失以及在传输光为偏振光的情况下发生的偏振光串扰，能够减少误差的产生。
[0093]另外，如公知那样，线圈主体13的一端部13b和另一端部13c的温度微分灵敏度最高，但所述一端部13b和另一端部13c位于封装线圈12的最内侧且最不受周围温度变化影响的位置，因此能够将传感线圈10做成不易受温度影响的结构。
[0094]另外，能够将与光纤单体相比可靠性较低且对应力也比较敏感的熔接部13a配置在线圈的无应力的最外层，因此使可靠性、性能稳定性提高。
[0095]此外，在各封装线圈12中，光纤14由具有柔软性的灌封材料16固定，由此能够缓和光纤14的热膨胀、热收缩，能够防止出现偏置温度特性的偏置尖峰噪声。
[0096]图11表示在周围温度为一 20°C?+80°C且温度变化率为0.75°C /分钟的温度环境条件下、在使用具有图10中的弹性模量一温度特性的柔软性灌封材料的情况下，利用本发明的光纤陀螺仪用传感线圈得到的补正后的偏置温度特性。得到这样的性能:未出现偏置尖峰信号，偏置不稳定性为0.018° A(1)以下，随机游走(日文:9 >夕' A*一夕)为 0.0047。/ V h。
[0097]图13是将弹性模量保持为3GPa不变的非柔软性环氧系粘接剂用作灌封材料的情况下的补正后的偏置变化。在该情况下，在温度下降时，具有出现许多尖峰信号的倾向，这被认为主要是因为，在温度下降时在光纤14内发生的热膨胀、热收缩无法通过非柔软性灌封材料充分地缓和。
[0098]相对于此，在不发生尖峰信号的柔软性灌封材料的情况下，在30°C时，弹性模量为
1.5MPa，该值是相比专利文献4或5所提出的弹性模量较高(7MPa?138MPa)的灌封材料而言非常低的值。并且，灌封材料16为常温固化型，因此在常温附近热应力较少，常温以下和常温以上的热应力能够均等分配，能够减少光纤的热应力，该光纤的热应力是出现在温度下降时容易发生的偏置尖峰噪声的原因。
[0099]另外，线圈主体13在金属壳体中不与金属直接接触，且仅一侧面由绝热性隔离件24呈悬臂状弹性支承较好，由此，能够使偏置温度特性稳定。此外，对于线圈主体13，与配置于单层金属壳体内相比，配置于多层金属壳体内较好，由此，能够使偏置温度特性更加稳定。
[0100]此外，关于使用具有图10所示的弹性模量一温度特性的柔软性灌封材料的情况下的振动特性，扫描2G、0?10Hz的振动20分钟，进行振动试验，结果，根据振动中的陀螺仪的输出推断出的方位误差换算是0.35° secX以下(λ:纬度)，可知足够用于实际应用。因而表示，即使灌封材料16为具有柔软性的材料，也不存在专利文献4或5所示那样的振动的影响，可知，本发明的光纤陀螺仪用传感线圈10不易受温度、振动这样的环境要素的影响。
[0101]附图标记说明
[0102]10、光纤陀螺仪用传感线圈；12、封装线圈；12b、侧端面；12c、余留长度部；13、线圈主体；13a、熔接部；13b、一端部；13c、另一端部；14、光纤；16、灌封材料；18、金属壳体；20、内侧壳体；22、外侧壳体；24、隔离件；120、卷取夹具。
【权利要求】
1.一种光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 该光纤陀螺仪用传感线圈具有线圈主体，该线圈主体由两个封装线圈构成，该两个封装线圈是通过以同一张力和同一输送速度排列卷绕光纤并由灌封材料进行封装而成的，该线圈主体的各封装线圈的侧端面彼此利用所述灌封材料粘接而重叠在一起，所述各封装线圈的一侧的光纤端彼此通过熔接连接在一起，从而该线圈主体由具有一个旋转方向的连续的光纤构成。
2.根据权利要求1所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 所述两个封装线圈的线圈的卷绕以作为接合面的侧端面为中心对称。
3.根据权利要求1或2所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 从所述两个封装线圈的最外层导出的光纤彼此熔接在一起，从两个封装线圈的最内层导出的光纤部分为传感线圈的一端部和另一端部。
4.根据权利要求1?3中任意一项所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 线圈主体的仅一侧面以隔着绝热隔离件的方式呈悬臂状弹性支承于支承体。
5.根据权利要求1?3中任意一项所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 所述线圈主体配置在多层金属壳体内，多层金属壳体是通过将内侧壳体包围在外侧壳体内而构成的，封装线圈与最内侧壳体之间以及内侧壳体与外侧壳体之间形成有不发生对流的程度的空隙。
6.根据权利要求5所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 在所述多层金属壳体中，内侧壳体由导热率比外侧壳体的导热率高的材料构成。
7.根据权利要求1?6中任意一项所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 所述灌封材料为常温固化型的柔软性粘接剂。
8.根据权利要求1?7中任意一项所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 对于所述灌封材料，在玻璃化转变温度以上时，弹性模量为0.1MPa?5MPa，在玻璃化转变温度以下时，弹性模量为0.1MPa?3GPa。
9.根据权利要求8所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 所述灌封材料的玻璃化转变温度在常温范围内。
10.根据权利要求1?9中任意一项所述的光纤陀螺仪用传感线圈，其特征在于， 所述灌封材料为柔软性环氧系粘接剂。
11.一种光纤陀螺仪用传感线圈的制造方法，其特征在于， 将涂布有灌封材料的光纤排列卷绕于夹具， 在灌封材料固化后自夹具卸下，从而制作出两个由灌封材料封装的封装线圈， 使两个封装线圈的侧端面彼此重叠并利用灌封材料进行粘接，此时，线圈的卷绕以作为接合面的侧端面为中心对称， 将各封装线圈的一侧的光纤端彼此熔接在一起， 从而制作由具有一个旋转方向的连续的光纤形成的线圈主体。
12.根据权利要求11所述的光纤陀螺仪用传感线圈的制造方法，其中， 各封装线圈的一侧的光纤端彼此的熔接包括从两个封装线圈的最外层导出的光纤彼此的熔接。
13.根据权利要求12所述的光纤陀螺仪用传感线圈的制造方法，其中， 各封装线圈的一侧的光纤端彼此的熔接包括以两个封装线圈的最外层与熔接部之间的长度在两个封装线圈中互不相同的方式进行的熔接。
【文档编号】G01C19/72GK104380042SQ201280073910
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2012年6月12日 优先权日:2012年6月12日
【发明者】吉田丰织, 玉木崇之, 儿岛明彦 申请人:东京计器株式会社
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