用于光纤陀螺无上沿光纤环的脱骨架绕环夹具

摘要

本发明公开了一种用于光纤陀螺无上沿光纤环的脱骨架绕环夹具，其由绕环A夹具(1)、绕环B夹具(2)、圆环(3)、光纤环(4)、脱架环(5)组成，圆环(3)安装在绕环B夹具(2)的端面(2b)的外圆环上；脱架环(5)套装在圆环(3)内，且安装在绕环B夹具(2)的D凸台(21)上；光纤环(4)的一端与脱架环(5)的A端面(5a)接触，光纤环(4)的另一端与绕环A夹具(1)的B凹腔(11)接触；绕环A夹具(1)与绕环B夹具(2)通过螺钉连接。本发明设计的光纤环(4)的光纤骨架(42)使光纤线圈(41)的上部无上沿约束，且呈自由状态，在振动与温度变化的条件下不会受到挤压，同时，由于光纤线圈(41)的下部与光纤骨架(42)接触，在起到固定支承作用的同时，使温度梯度沿线圈轴线方向分布。

权利要求

1.一种用于光纤陀螺无上沿光纤环的脱骨架绕环夹具，其特征在于：由绕环A夹具(1)、绕环B夹具(2)、圆环(3)、光纤环(4)、脱架环(5)组成，圆环(3)安装在绕环B夹具(2)的端面(2b)的外圆环上；脱架环(5)套装在圆环(3)内，且安装在绕环B夹具(2)的D凸台(21)上；光纤环(4)的一端与脱架环(5)的A端面(5a)接触，光纤环(4)的另一端与绕环A夹具(1)的B凹腔(11)接触；绕环A夹具(1)与绕环B夹具(2)通过螺钉连接；

光纤环(4)由光纤线圈(41)和光纤骨架(42)构成，光纤骨架(42)为一体加工成型件；在光纤骨架(42)的骨架B端面(402)的四周对称开有A弧形三角孔(421)、B弧形三角孔(422)、C弧形三角孔(423)、D弧形三角孔(424)，且A弧形三角孔(421)、B弧形三角孔(422)、C弧形三角孔(423)、D弧形三角孔(424)将骨架B端面(402)切割形成十字梁(405)；骨架B端面(402)设有凹长槽(425)；在十字梁(405)上开有A螺纹孔(431)、B螺纹孔(432)、C螺纹孔(433)、D螺纹孔(434)、E螺纹孔(435)，其中A螺纹孔(431)设置在E凸耳(415)上，B螺纹孔(432)设置在F凸耳(416)上；在光纤骨架(42)的绕纤柱(403)的内壁(404)上均匀设置有A凸耳(411)、B凸耳(412)、C凸耳(413)、D凸耳(414)；A凸耳(411)与十字梁(405)的内侧面接合处设有E凸耳(415)；B凸耳(412)与十字梁(405)的内侧面接合处设有F凸耳(416)；A凸耳(411)、B凸耳(412)、C凸耳(413)、D凸耳(414)上分别开有A光孔(417)、B光孔(418)、C光孔(419)、D光孔(420)；

脱架环(5)的A端面(5a)的中心设有凹腔(51)，凹腔(51)内均匀分布有四个光孔、四个沉头孔，四个光孔是指E光孔(501)、F光孔(502)、G光孔(503)、H光孔(504)，四个沉头孔是指E沉头孔(521)、F沉头孔(522)、G沉头孔(523)、H沉头孔(524)，脱架环(5)的B端面(5b)上设有A凸台(52)、B凸台(53)；所述脱架环(5)采用聚四氟乙烯材料加工；

绕环A夹具(1)的中心设有A轴孔(1a)，绕环A夹具(1)的端面(1b)的中心设有B凹腔(11)，B凹腔(11)内设有C凸台(12)，C凸台(12)的四周均匀设有I光孔(101)、J光孔(102)、K光孔(103)、L光孔(104)；

绕环B夹具(2)的中心设有B轴孔(2a)，绕环B夹具(2)的端面(2b)的中心设有D凸台(21)，D凸台(21)的中心设有C凹腔(22)，绕环B夹具(2)的端面(2b)的外圆环上均匀设有F螺纹孔(201)、G螺纹孔(202)、H螺纹孔(203)、I螺纹孔(204)；C凹腔(22)内均匀设有N螺纹孔(231)、O螺纹孔(232)、P螺纹孔(233)、Q螺纹孔(234)、J螺纹孔(221)、K螺纹孔(222)、L螺纹孔(223)、M螺纹孔(224)，其中N螺纹孔(231)、O螺纹孔(232)、P螺纹孔(233)、Q螺纹孔(234)四个螺纹孔用于通过螺钉固定脱架环(5)，J螺纹孔(221)、K螺纹孔(222)、L螺纹孔(223)、M螺纹孔(224)四个螺纹孔用于通过螺钉固定光纤骨架(42)与绕环A夹具(1)。

2.根据权利要求1所述的用于光纤陀螺无上沿光纤环的脱骨架绕环夹具，其特征在于：E凸耳(415)与F凸耳(416)用于增加A螺纹孔(431)与B螺纹孔(432)的螺纹深度。

说明书

用于光纤陀螺无上沿光纤环的脱骨架绕环夹具

技术领域

[0001] 本发明涉及光纤传感、光纤陀螺、绕环技术领域，特别适用于体积小、温度条件苛刻的惯导技术应用领域。

背景技术

[0002] 光纤陀螺是一种用来检测载体运动角速率的传感器，利用光学上的萨格奈克效应与光纤传输原理，克服了机电陀螺与激光陀螺的一系列缺点，具有全固态、可靠性高、动态范围大、频带宽、体积小、振动性能好等优点，被广泛应用于航天、航空、航海、石油勘探等领域。

[0003] 光纤陀螺作为光机电一体化的传感器，在精度要求越来越高的情况下，振动与温度对性能的影响是不可忽视的。首先，作为敏感元件的光纤线圈，在振动条件下会产生内部应力，同时温度变化也会使内部温度分布不均匀，进而产生非互易性相移，导致陀螺输出误差；其次，光纤线圈的骨架结构也会随着振动条件与温度的变化发生变形，进而挤压到光纤线圈，从而产生误差。因此，对光纤陀螺中是光纤线圈技术进行研究与改进是保证光纤陀螺具有高精度与高稳定性的关键。

[0004] 目前的光纤线圈结构多是“工”字形结构，上下两边及中间的骨架结构会对光纤线圈产生约束，在振动条件与温度变化时，会对线圈产生挤压现象，同时传导不合理的热流方向，导致光纤线圈内部产生应力、温度场分布不均匀。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种无上沿的光纤骨架结构，并针对此骨架结构，提供一种组合式的脱骨架绕环夹具。该光纤骨架结构使光纤线圈的上部无上沿约束，且呈自由状态，在振动与温度变化的条件下不会受到挤压，同时，由于光纤线圈下部与光纤骨架接触，在起到固定支承作用的同时，使温度梯度沿线圈轴线方向分布，由理论分析及实验测试可知，这种光纤线圈的性能优异。将光纤骨架装配到组合式的脱骨架绕环夹具中，利用绕环夹具的约束形成“工”字形结构，以便绕环操作，在绕环操作完成后，将绕环夹具卸掉，从而完成无上沿约束的光纤环。

[0006] 本发明的一种用于光纤陀螺无上沿光纤环的脱骨架绕环夹具，其由绕环A夹具1、绕环B夹具2、圆环3、光纤环4、脱架环5组成，圆环3安装在绕环B夹具2的端面2b的外圆环上；脱架环5套装在圆环3内，且安装在绕环B夹具2的D凸台21上；光纤环4的一端与脱架环5的A端面5a接触，光纤环4的另一端与绕环A夹具1的B凹腔11接触；绕环A夹具1与绕环B夹具2通过螺钉连接。

[0007] 光纤环4由光纤线圈41和光纤骨架42构成，光纤骨架42为一体加工成型件；在光纤骨架42的骨架B端面402的四周对称开有A弧形三角孔421、B弧形三角孔422、C弧形三角孔423、D弧形三角孔424，且A弧形三角孔421、B弧形三角孔422、C弧形三角孔423、D弧形三角孔424将骨架B端面402切割形成十字梁405；骨架B端面402设有凹长槽
425；在十字梁405上开有A螺纹孔431、B螺纹孔432、C螺纹孔433、D螺纹孔434、E螺纹孔435，其中A螺纹孔431设置在E凸耳415上，B螺纹孔432设置在F凸耳416上；在光纤骨架42的绕纤柱403的内壁404上均匀设置有A凸耳411、B凸耳412、C凸耳413、D凸耳
414；A凸耳411与十字梁405的内侧面接合处设有E凸耳415；B凸耳412与十字梁405的内侧面接合处设有F凸耳416；A凸耳411、B凸耳412、C凸耳413、D凸耳414上分别开有A光孔417、B光孔418、C光孔419、D光孔420；

[0008] 脱架环5的A端面5a的中心设有凹腔51，凹腔51内均匀分布有四个光孔、四个沉头孔，四个光孔是指E光孔501、F光孔502、G光孔503、H光孔504，四个沉头孔是指E沉头孔521、F沉头孔522、G沉头孔523、H沉头孔524，脱架环5的B端面5b上设有A凸台52、B凸台53；

[0009] 绕环A夹具1的中心设有A轴孔1a，绕环A夹具1的端面1b的中心设有B凹腔11，B凹腔11内设有C凸台12，C凸台12的四周均匀设有I光孔101、J光孔102、K光孔
103、L光孔104；

[0010] 绕环B夹具2的中心设有B轴孔2a，绕环B夹具2的端面2b的中心设有D凸台21，D凸台21的中心设有C凹腔22，绕环B夹具2的端面2b的外圆环上均匀设有F螺纹孔201、G螺纹孔202、H螺纹孔203、I螺纹孔204；C凹腔22内均匀设有N螺纹孔231、O螺纹孔232、P螺纹孔233、Q螺纹孔234、J螺纹孔221、K螺纹孔222、L螺纹孔223、M螺纹孔
224，其中N螺纹孔231、O螺纹孔232、P螺纹孔233、Q螺纹孔234四个螺纹孔用于通过螺钉固定脱架环5，J螺纹孔221、K螺纹孔222、L螺纹孔223、M螺纹孔224四个螺纹孔用于通过螺钉固定光纤骨架42与绕环A夹具1固定。

[0011] 本发明无上沿光纤环及脱骨架绕环夹具的优点在于：(1)光纤线圈41的上部无结构上沿约束，在振动与温度变化的条件下不会受到挤压。

[0012] (2)光纤线圈41的下部与光纤骨架42接触，使热流沿线圈轴向方向(在光纤骨架42的绕纤柱403侧面垫绝热材料后效果会更好)，利用四极对称绕纤法可以使反向传输的两束光的对称点在同一横截面上，所以轴向方向的温度梯度会产生可以抵消的相位调制误差，从而不影响光纤陀螺性能。

[0013] (3)光纤骨架42的内腔的结构部分设计了四个光孔为固定孔，充分利用了骨架空间。中间十字梁405在起到强化结构作用的同时，采用内凹长槽425形式，将光纤线圈引出纤后需要连接的重要器件Y波导嵌入其中，从而使尾纤的出纤位置与盘纤平面高度相同，保证光纤不弯曲，整个结构紧凑，有利于光纤陀螺系统的小型化，振动性能好。

[0014] (4)脱骨架绕环夹具由粘胶的硬铝合金材料及不粘胶的聚四氟乙烯材料组合成，从而可以同时利用两种材料的优点。

[0015] (5)硬铝合金材料的绕环A夹具1与绕环B夹具2的作用是固定光纤骨架42后，在绕环机上固定，以便绕环作业，硬铝合金的重量轻，刚度大，便于工人操作，绕环精度高。

[0016] (6)聚四氟乙烯材料的脱架环5在绕环时作为约束光纤线圈41的上沿，以便在绕环的过程中涂胶、固化线圈，并绕出与“工”字形骨架相同的光纤线圈截面。当线圈绕好并固化后，由于聚四氟乙烯材料的不粘胶特性，使得它可以很容易的与光纤线圈分离开，不会对绕好的光纤线圈带来损坏。从而提高成品率，节约成本。

附图说明

[0017] 图1是本发明绕环夹具的结构图。

[0018] 图1A是本发明绕环夹具的各部分示图。

[0019] 图2是本发明光纤骨架的结构图。

[0020] 图2A是图2的B向视图。

[0021] 图2B是图2的A向视图。

[0022] 图3是本发明脱架环的结构图。

[0023] 图3A是本发明脱架环的后视结构图。

[0024] 图4是本发明绕环A夹具的结构图。

[0025] 图5是本发明绕环B夹具的结构图。

[0026] 图5A是本发明绕环B夹具的后视结构图。

[0027] 图中 1.绕环A夹具 1a.A轴孔 1b.端面 11.B凹腔[0028] 12.C凸台 101.I光孔 102.J光孔 103.K光孔 104.L光孔[0029] 2.绕环B夹具 2a.B轴孔 2b.端面 21.D凸台 22.C凹腔[0030] 201.F螺纹孔 202.G螺纹孔 203.H螺纹孔 204.I螺纹孔 221.J螺纹孔[0031] 222.K螺纹孔 223.L螺纹孔 224.M螺纹孔 231.N螺纹孔 232.O螺纹孔[0032] 233.P螺纹孔 234.Q螺纹孔 3.圆环 3a.A通孔 301.A沉头孔[0033] 302.B沉头孔 303.C沉头孔 304.D沉头孔 4.光纤环 41.光纤线圈[0034] 42.光纤骨架 401.骨架A端面 402.骨架B端面 403.绕纤柱 404.内壁[0035] 405.十字梁 411.A凸耳 412.B凸耳 413.C凸耳 414.D凸耳[0036] 415.E凸耳 416.F凸耳 417.A光孔 418.B光孔 419.C光孔[0037] 420.D光孔 421.A弧形三角孔 422.B弧形三角孔 423.C弧形三角孔 424.D弧形三角孔[0038] 425.凹长槽 431.A螺纹孔 432.B螺纹孔 433.C螺纹孔 434.D螺纹孔[0039] 435.E螺纹孔 5.脱架环 5a.A端面 5b.B端面 51.凹腔[0040] 52.A凸台 53.B凸台 501.E光孔 502.F光孔 503.G光孔[0041] 504.H光孔 521.E沉头孔 522.F沉头孔 523.G沉头孔 524.H沉头孔具体实施方式

[0042] 参见图1、图1A所示，本发明是一种用于光纤陀螺无上沿光纤环的脱骨架绕环夹具，该脱骨架绕环夹具包括有绕环A夹具1、绕环B夹具2、圆环3、光纤环4、脱架环5，(参见图1A所示)从左至右布局为绕环B夹具2、圆环3、脱架环5、光纤环4、绕环A夹具1。圆环3安装在绕环B夹具2的端面2b的外圆环上；脱架环5套装在圆环3内，且安装在绕环B夹具2的D凸台21上；光纤环4的一端与脱架环5的A端面5a接触，光纤环4的另一端与绕环A夹具1的B凹腔11接触；绕环A夹具1与绕环B夹具2通过螺钉连接。

[0043] 参见图1A、图2所示，光纤环4由光纤线圈41和光纤骨架42构成，光纤骨架42为一体加工成型件，材料为硬铝合金，质轻、刚度大，其作用是支承光纤线圈41，并与光纤陀螺固定；光纤线圈41是将光纤缠绕在光纤骨架42的绕纤柱403上形成，作为敏感元件测量载体的角速度；

[0044] 参见图2A所示，在光纤骨架42的骨架B端面402的四周对称开有四个弧形三角孔，弧形三角孔分别是指A弧形三角孔421、B弧形三角孔422、C弧形三角孔423、D弧形三角孔424，穿过四个弧形孔可以安装光纤环与光纤陀螺连接用的固定螺钉，同时这四个弧形三角孔将骨架B端面402切割形成十字梁405，十字梁405增加了光纤骨架的强度与刚度；骨架B端面402设有凹长槽425，凹长槽425用于放置Y波导器件，利用内凹空间使Y波导出纤位置与盘纤平面高度相同，保证光纤不弯曲且结构紧凑；在十字梁405上开有五个螺纹孔，螺纹孔是指A螺纹孔431、B螺纹孔432、C螺纹孔433、D螺纹孔434、E螺纹孔435，其中A螺纹孔431设置在E凸耳415上，B螺纹孔432设置在F凸耳416上，A螺纹孔431与
B螺纹孔432用于通过螺钉将Y波导器件与光纤骨架42实现固定，所述的C螺纹孔433、D螺纹孔434、E螺纹孔435用于通过螺钉将外部的器件与光纤骨架42实现固定。

[0045] 参见图2B所示，在光纤骨架42的绕纤柱403的内壁404上均匀设置有四个凸耳，四个凸耳是指A凸耳411、B凸耳412、C凸耳413、D凸耳414；A凸耳411与十字梁405的内侧面接合处设有E凸耳415；B凸耳412与十字梁405的内侧面接合处设有F凸耳416，E凸耳415与F凸耳416用于增加A螺纹孔431与B螺纹孔432的螺纹深度；A凸耳411、B凸耳412、C凸耳413、D凸耳414上分别开有A光孔417、B光孔418、C光孔419、D光孔
420。所述的A光孔417、B光孔418、C光孔419、D光孔420用于通过螺钉将光纤环4固定于光纤陀螺中，同时用于穿过绕环夹具装配时的固定螺钉。

[0046] 参见图3、图3A所示，脱架环5的A端面5a的中心设有凹腔51，用于通过绕纤柱403定位光纤骨架42，利用A端面5a形成光纤线圈41的上沿，以便在绕环的过程中涂胶、固化线圈，并绕出与“工”字形骨架相同的光纤线圈截面，脱架环5采用聚四氟乙烯材料加工，具有不粘胶特性。在绕环作业完成后，可以方便地实现A端面5a与光纤线圈41的端面(该端面是指光纤线圈41的上沿形成的那个面)的分离。凹腔51内均匀分布有四个光孔、四个沉头孔，四个光孔是指E光孔501、F光孔502、G光孔503、H光孔504，四个光孔用于穿过绕环夹具装配时的固定螺钉，四个沉头孔是指E沉头孔521、F沉头孔522、G沉头孔523、H沉头孔524，四个沉头孔用于通过螺钉将脱架环固定在绕环B夹具上2。脱架环5的B端面5b上设有A凸台52、B凸台53，用于通过绕环B夹具上2的C凹腔22定位脱架环。

[0047] 参见图4所示，绕环A夹具1的中心设有A轴孔1a，用于穿入并固定绕环机的旋转轴，绕环A夹具1的端面1b的中心设有B凹腔11，B凹腔11内设有C凸台12，用于通过内壁404定位光纤骨架42。C凸台12的四周均匀设有四个光孔，四个光孔是指I光孔101、J光孔102、K光孔103、L光孔104，四个光孔用于穿过绕环A夹具1装配时的固定螺钉。

[0048] 参见图5、图5A所示，绕环B夹具2的中心设有B轴孔2a，用于穿入并固定绕环机的旋转轴，绕环B夹具2的端面2b的中心设有D凸台21，D凸台21的中心设有C凹腔22，绕环B夹具2的端面2b的外圆环上均匀设有四个螺纹孔，四个螺纹孔是指F螺纹孔201、G螺纹孔202、H螺纹孔203、I螺纹孔204，四个螺纹孔用于通过螺钉将圆环3固定于绕环B夹具2上；C凹腔22内均匀设有八个螺纹孔，其中四个螺纹孔(N螺纹孔231、O螺纹孔232、P螺纹孔233、Q螺纹孔234)用于通过螺钉固定脱架环5，另外四个螺纹孔(J螺纹孔221、K螺纹孔222、L螺纹孔223、M螺纹孔224)用于通过螺钉固定光纤骨架42与绕环A夹具1。

[0049] 本发明的脱骨架绕环夹具的装配参见图1、图1A所示：

[0050] (一)将A组的四个螺钉分别穿过脱架环5上的E沉头孔521、F沉头孔522、G沉头孔523、H沉头孔524，并将螺钉分别固定在绕环B夹具2上的N螺纹孔231、O螺纹孔232、P螺纹孔233、Q螺纹孔234，从而固定脱架环5；

[0051] (二)将B组的四个螺钉穿过圆环3上的A沉头孔301、B沉头孔302、C沉头孔303、D沉头孔304，并将螺钉分别固定在绕环B夹具2上的F螺纹孔201、G螺纹孔202、H螺纹孔203、I螺纹孔204，从而固定圆环3；

[0052] (三)将C组的四个螺钉穿过绕环A夹具1上的I光孔101、J光孔102、K光孔103、L光孔104，接下来分别穿过光纤骨架42上的A光孔417、B光孔418、C光孔419、D光孔420，再分别穿过脱架环5上的E光孔501、F光孔502、G光孔503、H光孔504，并将螺钉固定在绕环B夹具2上的J螺纹孔221、K螺纹孔222、L螺纹孔223、M螺纹孔224，从而固定光纤骨架42与绕环A夹具1，完成绕环夹具的装配。

[0053] 本发明的脱骨架绕环夹具工作时，首先将光纤绕环机的两侧旋转轴分别插入绕环A夹具1的A轴孔1a、绕环B夹具2的B轴孔2a，然后通过侧壁螺纹孔固定。旋转轴作旋转运动时，带动本发明光纤骨架42旋转，同时进行涂胶、进给等绕环作业，在绕环机的控制下，光纤沿螺旋方式缠绕在光纤骨架42的绕纤柱403上，每绕好一层，需要暂停旋转运动，并调整旋转轴方位，在调整过程中，为防止光纤损坏并保证绕环精度，需要将悬空的一段光纤用胶带固定在圆环3与绕环A夹具1的硬铝材质端面上。当光纤线圈41全部绕制完成后，松开固定光纤骨架42与绕环A夹具1的螺钉，使光纤线圈41的端面与脱架环A端面5a分离，将光纤环4取下，完成无上沿光纤环的绕环作业。