環(huán)境應力致光纖陀螺誤差機理研究.pdf

1、光纖環(huán)圈是光纖陀螺的測量元件，也是主要的傳感核心，所以對于光纖陀螺來說，它既是影響捷聯(lián)慣導精度檢測的重要因素，也是提高其精度的途徑。但是在光纖陀螺中由于光纖環(huán)圈所采用的是保偏光纖，其性能往往存在各種缺陷，再加上環(huán)圈固膠配比不同和涂覆不均勻等因素使光纖環(huán)圈在工作中極易受到各種環(huán)境應力的干擾，因而產(chǎn)生附加相位漂移，妨礙 Sagnac相移的精確檢測，最終影響導航系統(tǒng)的精度。本文針對溫度變化大，強沖擊，濕度大的艦船用光纖陀螺環(huán)境應力特點，深入分

2、析了光纖環(huán)圈受環(huán)境應力誤差的產(chǎn)生機理，從而給這種誤差的抑制或補償技術提供技術支持，最終實現(xiàn)光纖陀螺慣導系統(tǒng)的裝備應用。該理論不僅確定了光纖陀螺會隨環(huán)境變化產(chǎn)生誤差的機理，提高了導航精準度，降低了成本，還能使光纖環(huán)圈纏繞工藝得到提升。
　　本論文的創(chuàng)新性研究和主要工作如下：
　?。?）首先分析了光纖陀螺基本的工作原理，總結(jié)出影響光纖陀螺輸出精度的主要因素。并且基于艦船用光纖陀螺環(huán)境應力特點，提出通過研究溫度，沖擊，濕度三個影響

3、最大的環(huán)境應力來分析環(huán)境對光纖陀螺的影響。
　?。?）通過光纖彈光效應建立環(huán)境應力影響光纖環(huán)的基本模型，推導了基于光纖的相互垂直方向上的應力與光線折射率變化以及與光纖長度變化的數(shù)學關系式。
　?。?）使用 ANSYS軟件對整個光纖環(huán)圈進行模型仿真來判斷光纖環(huán)的粘膠，涂覆層以及石英光纖是否能當作同質(zhì)環(huán)研究。根據(jù)彈性力學數(shù)學模型，計算出光纖環(huán)圈粘膠應力通過光纖涂覆層傳遞到石英光纖的數(shù)值大小。
　?。?）分析艦船用光纖陀螺真

4、實工作環(huán)境中主要的環(huán)境應力。并依據(jù)分析出的溫度，沖擊，濕度這三種主要環(huán)境應力總結(jié)出其特點，分別建立三種對應的數(shù)學模型來分析環(huán)境應力下光纖陀螺輸出誤差的大小。通過模型來研究不同條件的光纖環(huán)圈，及粘膠配在環(huán)境應力下對光纖陀螺輸出的影響。
　　最后，對光纖陀螺進行了MATLAB仿真，并用實驗室某型光纖陀螺做了環(huán)境應力試驗。仿真和試驗結(jié)果表明：光纖環(huán)圈粘膠受溫度影響較大，而且不同粘膠的配比對光纖陀螺的輸出也有影響：粘膠的彈性模量越大對光纖

5、陀螺的影響越小，泊松比越大對光纖陀螺的影響越大。而且光纖環(huán)圈越長帶來的零漂越大，所以減小光纖環(huán)長度為降低陀螺零漂的一種有效方法，但是在同樣的光纖線圈長度情況下，纏繞還存在一個最優(yōu)纏繞圈數(shù)。此外，隨著環(huán)境濕度的變化，濕度變化越劇烈，光纖陀螺輸出誤差越大。但是沖擊對光纖環(huán)圈受的影響非常小。
　　通過本文的研究，分析出光纖環(huán)線圈粘膠受溫度影響，沖擊以及濕度致光纖陀螺陀螺誤差產(chǎn)生的機理。為光纖環(huán)粘膠的配比，光纖環(huán)的纏繞以及光纖陀螺的設計工