一种环境敏感环圈的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可提升环境应用性能的环境敏感环圈的制备方法，属于光纤陀螺、光纤传感技术领域，解决了现有技术中敏感环圈在严苛环境应用条件下、大变温条件下不正交角变化大，难以应用于大振动量级的问题。本发明专利技术的制备方法包括如下步骤：对骨架进行表面处理、清洗和干燥；形成改性膜层和隔热缓冲层；在步骨架上绕制环圈组件，绕制完成后实时上胶、固化；对固化后的敏感环圈进行环境应力筛选；对环境应力筛选合格的环圈与骨架之间的界面清理，采用密封胶进行密封固。本发明专利技术的制备方法可用于制备环境敏感环圈。

A Method for Preparing Environmental Sensitive Ring

【技术实现步骤摘要】
一种环境敏感环圈的制备方法
本专利技术属于光纤陀螺、光纤传感
，尤其涉及一种可提升环境应用性能的环境敏感环圈的制备方法。
技术介绍
光纤陀螺(FiberOpTicGyroscope，简称FOG)是利用光学萨格奈克效应(sagnac)测量载体空间角速率的全固态惯性仪表。敏感环圈是光纤陀螺的核心传感器件，是敏感萨格奈克效应作用的实际主体，由几百乃至几千米光纤使用特殊的四极或其他对称方式绕制而成，其质量(例如，环境适应性)的好坏直接决定了光纤陀螺的性能。现有技术中，敏感环圈采用胶液填充、固化形成稳态结构，稳态结构需要与金属或硬质非金属形成整体以应用于陀螺。但是，由于材料均匀性、材料间的匹配、材料自身的特性差异以及材料的长期蠕变等因素，造成敏感环圈在严苛环境应用条件下、大变温条件下不正交角变化大，难以应用于大振动量级等问题，限制了光纤陀螺的实际应用。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术的目的是提供一种适用于恶劣环境应用的环境敏感环圈的制备方法，解决了现有技术中敏感环圈在严苛环境应用条件下、大变温条件下不正交角变化大，难以应用于大振动量级的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种环境敏感环圈的制备方法，包括如下步骤：步骤1：对骨架进行表面处理，形成处理层；步骤2：依次采用汽油、丙酮和酒精的超声波清洁组合技术对步骤1中得到的骨架进行清洗，然后采用大于85℃的去离子风对清洗后的骨架喷吹干燥；步骤3：在处理层表面形成改性膜层和隔热缓冲层；步骤4：在步骤3得到的骨架上绕制环圈组件，绕制完成后实时上胶，得到待固化敏感环圈；步骤5：对待固化敏感环圈进行固化；步骤6：对固化后的敏感环圈进行环境应力筛选；步骤7：对环境应力筛选合格的敏感环圈进行密封固化，形成密封层，得到环境敏感环圈。在一种可能的设计中，骨架为硬铝合金敏感环圈骨架，环圈组件采用丙烯酸树脂型绕环填充胶材料绕制而成。在一种可能的设计中，改性膜层由硅烷偶联剂制成。在一种可能的设计中，隔热缓冲层的材料与环圈组件的材料相同。在一种可能的设计中，步骤1中，表面处理采用如下方法：选用铬酸阳极氧化工艺和白刚玉喷砂对骨架进行表面处理。在一种可能的设计中，密封层采用硅橡胶固化制成。在一种可能的设计中，步骤4包括如下步骤：采用四极对称螺旋正交绕制、八极对称螺旋正交绕制或交叉绕法的绕制工艺绕制环圈组件，每两个绕制周期垫一张棉纸。在一种可能的设计中，对步骤4得到的环境敏感环圈和步骤6得到的环境敏感环圈均采用BOTDA测试分布式应变进行评估。在一种可能的设计中，步骤5包括如下步骤：将待固化敏感环圈加热至80～90℃下保温1～4h后进行紫外固化，紫外固化过程中待固化敏感环圈以5～20rpm的速率旋转。在一种可能的设计中，步骤6包括如下步骤：以-55℃～+90℃的温度范围，4～6℃/min的变温速率进行3～6轮环境应力筛选。与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：a)本专利技术提供的环境敏感环圈的制备方法通过针对性的材料处理技术、材料匹配组合应用技术、环境增强适应技术及评估技术制备出适用于不同应用条件敏感环圈，提高光纤陀螺的工程化应用水平，使其能够应用于大振动大变温中精度的光纤陀螺。b)本专利技术提供的环境敏感环圈的制备方法中，铬酸阳极氧化工艺可以增大其表面能，使得胶液与其浸润性提升、接触角减小，从而可以增强胶液与之粘接强度，需要说明的是，使用铬酸阳极氧化工艺是针对该型绕环胶液匹配粘接试验的验证结果；此外，喷砂使用何种粒径、何种材质的砂粒进行喷砂是需要验证的，采用45目白刚玉喷砂，对于表面张力过大、粘度过大的胶液，不合适的喷砂反而会劣化粘接效果。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书和权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术提供的环境敏感环圈的制备方法流程图；图2为本专利技术提供的不脱骨架类工字骨架型敏感环圈的剖面示意图；图3为本专利技术提供的脱骨架类径向粘接型敏感环圈的剖面示意图；图4为本专利技术提供的脱骨架类端面粘接型敏感环圈的剖面示意图。附图标记：1-骨架；2-处理层；3-改性膜层；4-隔热缓冲层；5-环圈组件；6-密封层。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。本专利技术提供了一种环境敏感环圈的制备方法，参见图1至图4，包括如下步骤：步骤1：对骨架1进行表面处理，形成处理层2；步骤2：对步骤1得到的骨架1进行清洗和干燥；步骤3：在处理层2表面形成改性膜层3和隔热缓冲层4；步骤4：在步骤3得到的骨架1上绕制环圈组件5，绕制完成后在50～60℃条件下实时上胶，得到待固化敏感环圈；步骤5：对待固化敏感环圈进行固化；步骤6：对固化后的敏感环圈进行环境应力筛选，环境应力筛选在界面密封前进行可以有效的释放应力，避免应力蠕变对密封层6的破坏；步骤7：对环境应力筛选合格的环圈与骨架1之间的界面清理，采用密封胶进行密封固化60～82h(例如72h)，形成密封层6。由于光纤本身是一种高敏感传感器，可以敏感多种物理量的微小变化并随长度累积增强，在变温、振动等实际环境应用条件下非萨格奈克效应的非互易误差严重干扰了敏感环圈的性能，例如，变温不正交角变化大、振动误差大及长期性能漂移劣化等等。与现有技术相比，本专利技术提供的环境敏感环圈的制备方法通过针对性的材料处理技术、材料匹配组合应用技术、环境增强适应技术及评估技术制备出适用于不同应用条件敏感环圈，减小了敏感环圈在严苛环境应用条件下、大变温条件下不正交角的变大幅度，提高光纤陀螺的工程化应用水平，使其能够应用于大振动大变温中精度的光纤陀螺。为了进一步提高上述环境敏感环圈的整体性能，针对大振动大变温的中精度应用，示例性地，骨架1可以为不脱骨架类工字型硬铝合金敏感环圈骨架，环圈可以采用丙烯酸树脂型绕环填充胶材料绕制而成。从材料粘接特性匹配的角度考虑，改性膜层3由匹配的硅烷偶联剂制成。硅烷偶联剂对金属基底和胶液都具备更强的粘接力，从而使胶液可以更强的粘接与金属材料上，提高粘接强度。最佳稀释比例在3％～5％之间。为了减缓经粘接途径导入的热、振动应力等，隔热缓冲层4的材料可以与环圈组件5的材料相同。这是因为，隔热缓冲层4与环圈组件5选择相同的材料能够有效减缓骨架1热膨胀系数差带来的应力释放和热导率差导致的温度梯度传递，减缓经粘接途径导入的热、振动应力等，从而能够确保环境扰动导入不存在材料界面，不存在突变，抑制因突变引起的非互易误差。为了提高环圈组件5与骨架1之间的粘结强度，当骨架1可以为不脱骨架类工字型硬铝合金敏感环圈骨架，环圈可以采用丙烯酸树脂型绕环填充胶材料绕制而成时，步骤1中的表面处理可以采用如下方法：选用能够匹配增强丙烯酸树脂粘接强度的、具备长有效期的铬酸阳极氧化工艺、35～50目(例如，45目)白刚玉喷砂来进行硬铝合金敏感环圈骨架的表面处理，这是因为，铬酸阳极氧化工艺可以增大其表面能，使得胶液与其浸润性提升、接触角减小，从而可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环境敏感环圈的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：对骨架进行表面处理，形成处理层；步骤2：依次采用汽油、丙酮和酒精的超声波清洁组合技术对步骤1中得到的骨架进行清洗，然后采用大于85℃的去离子风对清洗后的骨架喷吹干燥；步骤3：在处理层表面形成改性膜层和隔热缓冲层；步骤4：在步骤3得到的骨架上绕制环圈组件，绕制完成后实时上胶，得到待固化敏感环圈；步骤5：对待固化敏感环圈进行固化；步骤6：对固化后的敏感环圈进行环境应力筛选；步骤7：对环境应力筛选合格的敏感环圈进行密封固化，形成密封层，得到环境敏感环圈。

【技术特征摘要】
1.一种环境敏感环圈的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：对骨架进行表面处理，形成处理层；步骤2：依次采用汽油、丙酮和酒精的超声波清洁组合技术对步骤1中得到的骨架进行清洗，然后采用大于85℃的去离子风对清洗后的骨架喷吹干燥；步骤3：在处理层表面形成改性膜层和隔热缓冲层；步骤4：在步骤3得到的骨架上绕制环圈组件，绕制完成后实时上胶，得到待固化敏感环圈；步骤5：对待固化敏感环圈进行固化；步骤6：对固化后的敏感环圈进行环境应力筛选；步骤7：对环境应力筛选合格的敏感环圈进行密封固化，形成密封层，得到环境敏感环圈。2.根据权利要求1所述的环境敏感环圈的制备方法，其特征在于，所述骨架为硬铝合金敏感环圈骨架，所述环圈组件采用丙烯酸树脂型绕环填充胶材料绕制而成。3.根据权利要求2所述的环境敏感环圈的制备方法，其特征在于，所述改性膜层由硅烷偶联剂制成。4.根据权利要求2所述的环境敏感环圈的制备方法，其特征在于，所述隔热缓冲层的材料与环圈组件的材料相同。5.根据权利要求2所述的环境敏感环圈的制备方法，其特征在于，所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢良平，杨东锟，胡绪杰，刘凯，崔志超，孔军，寇亮亮，
申请(专利权)人：中航捷锐北京光电技术有限公司，胡绪杰，刘凯，
类型：发明
国别省市：北京,11