[發明專利]基于磁流體的空芯微結構光纖環圈繞制應力釋放方法

有效

• 申請號: 202111001550.1
• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113884083B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 李茂春;趙小明;羅巍;田超;顏苗;馬林;梁鵠;馬駿;李凡
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0七研究所
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 劉英梅

本發明涉及一種基于磁流體的空芯微結構光纖環圈繞制應力釋放方法，包括如下步驟：步驟1、在繞制光纖前或光纖環圈繞制后，將磁流體注入空芯微結構光纖內部填充空氣所占區域；步驟2、將繞制后的光纖環圈置入三維交變磁場中，受磁場交變作用使空芯微結構光纖內部磁流體產生交變磁力，該交變磁力均勻作用于空芯微結構光纖產生微小幅度的伸縮微振動，伸縮微振動起到消除空芯微結構光纖環圈繞制應力的作用。本發明使空芯微結構光纖環圈繞制應力得到徹底釋放，同時填充的磁流體起到空芯微結構光纖力學保護作用，確保不損傷空芯微結構光纖。

技術領域

本發明屬光纖陀螺技術領域，涉及光纖環圈繞制技術，具體涉及一種基于磁流體的空芯微結構光纖環圈繞制應力釋放方法。

背景技術

光纖陀螺是利用Sagnac效應測量載體轉動角速度的一種高精度傳感器，是慣性系統的核心器件及決定其性能的關鍵部件，廣泛應用于慣性導航和控制等領域。目前，所用基礎材料光纖的物性特點決定了光纖陀螺環境適應性水平，限制了實際應用精度，例如光纖光傳輸特性易受溫度、磁、彎曲和輻照等物理量場的影響。這些固有光纖物料特性對光纖陀螺帶來的不利因素，需復雜的系統手段加以規避，系統復雜性增加，同時經濟性降低。

隨著空芯微結構光纖技術的發展，開啟了光纖傳輸介質顛覆性技術變革，為高精度光纖陀螺環境適應能力提升提供了新技術途徑。相比傳統光纖，空芯微結構光纖采用獨特的周期微孔結構形成全新的導光機制，使光在理想介質空氣中傳輸，展現出諸多性能優勢，例如環境敏感性低、互易性噪聲低等，是高精度光纖陀螺更為理想的傳感材料。

通常，空芯微結構光纖內空氣占比較高，其橫截面內的二氧化硅微結構單元尺寸在幾微米到幾十微米量級，結構壁厚在幾十納米到幾百納米之間。空芯微結構光纖以環圈的形式應用于光纖陀螺，其成環過程需對內部進行精密的應力控制，以避免對空芯微結構光纖造成永久性破壞。空芯微結構光纖環圈內部應力來源于兩方面，一是繞制過程中的張緊力和光纖越層擠壓力，二是環圈固化填充膠體收縮力。通過繞制設備與參數優化等技術手段可實現空芯微結構光纖低甚至零張緊力繞制，開展填充膠體材料特性(例如玻璃化溫度、模量、粘彈特性、蠕變等)與空芯微結構光纖匹配性研究可消除固化收縮力。繞制過程中隨機產生的光纖擠壓力，該應力尤以環圈邊緣越層處較為嚴重，采用振動方法對環圈施加附加交變應力，附加交變應力與擠壓力疊加，通過光纖內摩擦吸收能量，達到或超過材料的閾值時環圈發生微觀或宏觀粘彈塑性力學變化，從而降低和均化環圈內部由擠壓力產生的殘余應力。這種振動方式應用于空芯微結構光纖環圈內擠壓力消除時，光纖內部含有薄弱連接的懸空微結構單元(例如空芯反諧振光纖)，無穩定力學支撐下引入振動，存在破壞其微結構單元的風險，該方法不適用于空芯微結構光纖環圈繞制應力釋放。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種避免對光纖內部微結構單元造成破壞，且能實現應力有效釋放的基于磁流體的空芯微結構光纖環圈繞制應力釋放方法。

本發明具有的優點和積極效果：

一種基于磁流體的空芯微結構光纖環圈繞制應力釋放方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1、在繞制光纖前或光纖環圈繞制后，將磁流體注入空芯微結構光纖內部填充空氣所占區域；

步驟2、將繞制后的光纖環圈置入三維交變磁場中，受磁場交變作用使空芯微結構光纖內部磁流體產生交變磁力，該交變磁力均勻作用于空芯微結構光纖產生微小幅度的伸縮微振動，伸縮微振動起到消除空芯微結構光纖環圈繞制應力的作用。

進一步的：步驟1中，光纖采用帶膠繞制工藝情況下，在環圈繞制前對待繞空芯微結構光纖進行磁流體注入；

進一步的：步驟1中，光纖采用灌膠工藝情況下，在空芯微結構光纖環圈繞制完成后再進行磁流體注入。

進一步的：步驟1中，光纖內部填充磁流體的工藝步驟為：