一種提高光纖線圈性能的浸膠裝置及方法
【專利說明】一種提高光纖線圈性能的浸膠裝置及方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種提高光纖線圈性能的浸膠裝置，具體涉及一種提高光纖線圈性能 的浸膠裝置及方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 光纖陀螺是一種基于薩格納克效應(yīng)（Sagnac效應(yīng)）的角速度光纖傳感器，主要由 光路和電路部分組成。光纖線圈是光纖陀螺光路部分的核心器件，其溫度穩(wěn)定性能和抗干 擾能力直接影響光纖陀螺的性能。光纖是一種敏感的光路傳遞介質(zhì)，對應(yīng)用的環(huán)境，尤其是 溫度和振動環(huán)境非常敏感，微小的溫度變化和振動都會引起光纖內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變形，從而影 響光路的傳遞過程，引起光纖線圈非互易相移的產(chǎn)生，最終導(dǎo)致陀螺輸出信號出現(xiàn)誤差。
[0003] 光纖陀螺自1976年問世以來，得到了極大的發(fā)展。但是，光纖陀螺在技術(shù)上還存 在一系列問題，這些問題影響了光纖陀螺的精度和穩(wěn)定性，進(jìn)而限制了其應(yīng)用的廣泛性。主 要包括：
[0004] (1)溫度瞬態(tài)的影響。理論上，環(huán)形干涉儀中的兩個(gè)反向傳播光路是等長的，但是 這僅在系統(tǒng)不隨時(shí)間變化時(shí)才嚴(yán)格成立。實(shí)驗(yàn)證明，相位誤差以及旋轉(zhuǎn)速率測量值的漂移 與溫度的時(shí)間導(dǎo)數(shù)成正比，這是十分有害的，特別是在預(yù)熱期間。
[0005] (2)振動的影響。振動也會對測量產(chǎn)生嚴(yán)重影響，必須采用適當(dāng)?shù)姆庋b以確保光纖 線圈良好的堅(jiān)固性，防止產(chǎn)生不同步振動的現(xiàn)象。
[0006] 為了提高陀螺的性能，人們提出了各種解決辦法，包括對光纖陀螺組成元器件的 改進(jìn)以及用信號處理的方法的改進(jìn)等。這些方法在很大程度上提高了光纖陀螺的精度和穩(wěn) 定性能，目前一些發(fā)達(dá)國家如美、日、德、法、意、俄等在光纖陀螺的研宄方面取得了較大進(jìn) 步，一些中低精度的陀螺已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化，而少數(shù)高精度產(chǎn)品也開始在軍方進(jìn)行裝備調(diào) 試。我國光纖陀螺的研宄相對起步較晚，但是在廣大科研工作者的努力下，已經(jīng)逐步拉近了 與發(fā)達(dá)國家間的差距。國內(nèi)的光纖陀螺研制精度已經(jīng)達(dá)到了慣導(dǎo)系統(tǒng)的中低精度要求，有 些技術(shù)甚至達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的水平。但是國內(nèi)的研宄仍然大多停留在實(shí)驗(yàn)室階段，沒 有形成產(chǎn)品，距離中高精度的應(yīng)用還有差距。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0007] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種提高光纖線圈性能的浸膠裝置及方法，通過將光 纖線圈放入真空壓力浸漬罐體中，先抽真空除去線圈內(nèi)部的空氣，再加壓將膠粘劑壓入光 纖線圈內(nèi)部，最后采用合理的固化和應(yīng)力釋放工藝條件使線圈內(nèi)部均勻分布的膠粘劑固化 成型，得到溫度和振動穩(wěn)定性能優(yōu)良的固化光纖線圈，解決現(xiàn)有技術(shù)中光纖陀螺精度和穩(wěn) 定性能的不足。
[0008] 本發(fā)明提供一種提高光纖線圈性能的浸膠裝置，包括：
[0009] 用于盛放光纖線圈的浸漬罐體；
[0010] 抽真空裝置，其包括真空閥、真空泵，所述真空泵設(shè)于浸漬罐體上端，且該真空泵 與浸漬罐體通過管道連通，所述真空閥設(shè)于真空泵與浸漬罐體之間；
[0011] 加壓裝置，其包括加壓閥、空氣壓縮機(jī)，所述空氣壓縮機(jī)設(shè)于浸漬罐體上端，且該 加壓閥與浸漬罐體通過管道連通；
[0012] 所述加膠裝置包括：盛膠容器、吸膠閥，所述盛膠容器設(shè)于浸漬罐體頂端、與浸漬 罐體通過管道連接，所述吸膠閥設(shè)于盛膠容器與浸漬罐體之間。
[0013] 特別的，還包括：最低端與盛膠容器頂端相平齊的攪拌器，該攪拌器與盛膠容器通 過管道相連通，所述浸漬罐體的底端設(shè)有循環(huán)泵，該循環(huán)泵與攪拌器通過管道相連通。
[0014] 本發(fā)明還提供一種提高光纖線圈性能的方法，包括以下步驟：
[0015] S1 :將光纖線圈放入膠粘劑中進(jìn)行浸泡；
[0016] S2 :將浸泡后光纖線圈進(jìn)行加熱固化處理；
[0017] S3 :將固化后的光纖線圈進(jìn)行應(yīng)力釋放處理，獲得高性能的光纖線圈。
[0018] 特別的，所述步驟S1具體按照以下步驟實(shí)施：
[0019]S11:將膠粘劑加入攪拌機(jī)中攪拌10~30min;之后靜置10~20min后放入真空脫 泡箱中脫泡10~20min，之后加入浸漬罐體上部的盛膠容器中，放置5~lOmin等待吸膠； 所述攪拌時(shí)間視膠粘劑粘度而定，若攪拌時(shí)間低于lOmin，則會造成膠黏劑攪拌不均勻，從 而影響施膠的均勻性，若攪拌時(shí)間高于30min，則會造成時(shí)間上的浪費(fèi)，從而增加成本；所 述脫泡時(shí)間視膠粘劑粘度而定，若脫泡時(shí)低于lOmin則會使氣泡脫除不盡，從而影響施膠 的均勻性，若脫時(shí)間高于20min，則會造成時(shí)間上的浪費(fèi)，從而增加成本；由于膠粘劑在轉(zhuǎn) 移過程會混入少量空氣，放置時(shí)間少于5min，則不能使新混入的空氣消去，若放置時(shí)間多于 lOmin，則會造成時(shí)間上的浪費(fèi)，從而增加成本；
[0020] S12:將光纖線圈放置在浸漬罐體的底部，關(guān)蓋密封后，開啟真空泵并打開真空閥 對浸漬罐體內(nèi)部抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到10-2~130Pa后繼續(xù)抽真空2~4h;之后打開上部 連接盛膠容器的吸膠閥，將膠粘劑緩慢注入浸漬罐體直至完全浸沒光纖線圈；之后關(guān)閉吸 膠閥，對罐體繼續(xù)抽真空0. 5~lh后，關(guān)閉抽真空閥，開啟空氣壓縮機(jī)并打開加壓閥，對浸 漬罐體內(nèi)部加壓2~5h，使壓力范圍控制在0. 4~0. 8MPa;于步驟S12中，真空氣壓越低越 好，若高于130Pa，則會使光纖線圈內(nèi)部的空氣難以抽除干凈，從而影響光纖線圈的固化，通 過繼續(xù)抽真空2~4h，可以進(jìn)一步抽除光纖線圈內(nèi)部的空氣，從而使光纖線圈內(nèi)部的空氣 去除干凈；罐體內(nèi)部壓力將會影響膠黏劑的滲入，若罐體內(nèi)部壓力低于0. 4MPa，則會使膠 粘劑滲入光纖線圈內(nèi)部的難度大，不利于浸漬透徹，若高于〇. 8MPa，則會影響光纖的排列， 引起非互易相移。
[0021] S13 :在步驟S12的條件下將光纖線圈浸泡2~4h后取出；若浸泡時(shí)間低于2h，會 使膠粘劑滲透不充分，高于4h，會造成時(shí)間上的浪費(fèi)。
[0022] 特別的，所述膠粘劑為硅橡膠膠粘劑、環(huán)氧樹脂膠粘劑中的一種，所述硅橡膠膠 粘劑模量為1~lOMPa，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度< -50°C;所述環(huán)氧樹脂膠粘劑模量為500~ lOOOMPa，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度彡80°C;由于光纖線圈的工作溫度為-50~80°C，故玻璃化轉(zhuǎn)變 溫度應(yīng)在工作溫度區(qū)間之外，才能保證在工作溫度區(qū)間內(nèi)使用時(shí)膠粘劑的彈性模量不會發(fā) 生明顯的劇烈變化，從而避免非互易相移的增大。
[0023] 特別的，所述步驟S2具體按照以下步驟實(shí)施：
[0024]S21:將浸漬完成后的光纖線圈從浸漬罐體取出，清除表面多余的膠粘劑；
[0025]S22:將步驟S21清除表面膠粘劑后的光纖線圈在常溫下固化8~16h，使線圈內(nèi) 部的膠粘劑表干固化；表干固化后才能使光纖線圈后續(xù)高溫固化以減小固化應(yīng)力，于該步 驟中，固化時(shí)間少于8h，則不能進(jìn)行表干固化或表干固化不徹底，固化時(shí)間高于16h，在表 干固化徹底的同時(shí)造成時(shí)間上的浪費(fèi)；
[0026]S23:將步驟S22處理后光纖線圈放入溫箱中加熱固化，在30~40°C固化8~12h， 再以0. 5~2°C/min的升溫速率將溫度升至60°C并保溫0. 5~8h，然后再以0. 5~2°C/ min的升溫速率將溫度升至80°C并保溫1~4h，然后再以0. 5~2°C/min的升溫速率將溫 度升至80°C并保溫1~4h，之后按0. 5~2°C/min的速率下降至60°C，在60°C持續(xù)0. 5~ lh，之后按0. 5~2°C/min速率繼續(xù)降至30°C，之后取出光纖線圈；于該步驟中，首先選用 低溫慢速固化以減小固化應(yīng)力，最初固化溫度不宜高于40°C，同時(shí)若低溫固化時(shí)間太短就 進(jìn)行高溫固化，將會產(chǎn)生較大的固化應(yīng)力會，從而影響光纖線圈的溫度性能；于本發(fā)明中， 變溫速率視不同的膠粘劑而定，由于硅橡膠膠粘劑保溫時(shí)間長，環(huán)氧樹脂膠保溫時(shí)間短，因 此若選用硅橡膠膠粘劑，則選擇高變溫速率，若選用脆性較大的環(huán)氧樹脂膠粘劑，則選用低 變溫速率。
[0027] 特別的，所述膠粘劑為紫外光固化環(huán)氧丙烯酸樹脂膠粘劑，所述紫外光固化環(huán)氧 丙烯酸樹脂膠粘劑模量為200~2000MPa，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在多80°C;膠黏劑模量會影響光 纖線圈的性能，若模量小于200MPa，光纖線圈固化后容易變形，若模量高于2000MPa，則會 使固化應(yīng)力增大，從而影響光纖線圈的溫度性能。
[0028] 特別的，所述步驟S2具體按照以下步驟實(shí)施：
[0029]S021 :將浸漬完成后的光纖線圈從浸漬罐體取出，清除表面多余的膠粘劑；
[0030] S022 :將步驟S021清除表面膠粘劑后的光纖線圈在常溫下放置8~16h，使光纖 線圈內(nèi)部的膠粘劑達(dá)到穩(wěn)定分布；于步驟S022中，固化時(shí)間少于8h，則膠粘劑在光纖線圈 內(nèi)部不能達(dá)到穩(wěn)定分布，固化時(shí)間高于16h，在膠粘劑分布穩(wěn)定的同時(shí)造成時(shí)間上的浪費(fèi)； 待膠粘劑穩(wěn)定分布于光纖線圈內(nèi)部后，通過紫外固化以增大膠粘劑在光纖線圈內(nèi)部的分布 均勻性，從而減小固化應(yīng)力；
[0031]S023 :將步驟S022處理后光纖線圈放入紫外固化箱中固化，先在50~200W紫外 光下照射3~lOmin，關(guān)閉紫外燈等待10~20min待紫外箱內(nèi)的溫度冷卻至室溫后，再調(diào)整 紫外光功率至250~500W高功率紫外光繼續(xù)照射3~5min，關(guān)閉紫外燈等待10~20min， 再用250~500W紫外光照射3~5min，如此反復(fù)循環(huán)照射5~10次，直至光纖線圈內(nèi)部膠 粘劑完全固化；于該步驟中，首先選用小功率（50~200W)紫光緩慢固化，以減小固化應(yīng)力， 若功率低于50W，則難以發(fā)生固化反應(yīng)，若高于20