[發(fā)明專利]一種基于仿真技術(shù)獲取光纖陀螺變溫標(biāo)度因數(shù)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110308661.0
• 申請(qǐng)日: 2021-03-23
• 公開（公告）號(hào): CN113124899B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張培;黃博;李龍剛;洪偉;潘子軍;任賓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安航天精密機(jī)電研究所
• 主分類號(hào): G01C25/00
• 分類號(hào): G01C25/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 唐沛

1.一種基于仿真技術(shù)獲取光纖陀螺變溫標(biāo)度因數(shù)的方法，其特征在于，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1：基于仿真軟件建立XY平面為光纖環(huán)矩形截面，Z軸長(zhǎng)度為L(zhǎng)的立方體模型；

所述光纖環(huán)矩形截面在X軸方向的長(zhǎng)度由光纖的匝數(shù)決定，在Y軸方向的長(zhǎng)度由光纖的層數(shù)決定；

定義單根光纖由石英包層和涂覆層組成，涂覆層外徑為光纖直徑D₁；光纖與外圍等厚均布的繞環(huán)膠作為等效光纖；

步驟2：計(jì)算變溫度條件下光纖環(huán)的熱膨脹系數(shù)；

步驟2.1：分別給步驟1的立方體模型中石英包層、涂覆層以及繞環(huán)膠賦予材料屬性；所述材料屬性包括密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、泊松比以及彈性模量；

步驟2.2：求解變溫條件下立方體模型在Z軸方向的平均伸長(zhǎng)量ΔL；

定義變溫條件下的最低溫度為T₁℃，最高溫度為T₂℃，將立方體模型中Z軸方向兩端的其中一個(gè)端面設(shè)為固定約束，提取另一端面上每個(gè)節(jié)點(diǎn)在Z軸方向的變形，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的平均變形并將其定義為平均伸長(zhǎng)量ΔL；

步驟2.3：根據(jù)平均伸長(zhǎng)量ΔL求解變溫度條件下立方體模型的熱膨脹系數(shù)，并將其定義為光纖環(huán)的熱膨脹系數(shù)；

步驟3：計(jì)算變溫條件下光纖環(huán)的其他物理參數(shù)；

通過計(jì)算石英包層、涂覆層和繞環(huán)膠在光纖環(huán)中所占的體積比，計(jì)算加權(quán)平均后光纖環(huán)的其他物理參數(shù)；

所述光纖環(huán)的其他物理參數(shù)包括密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、泊松比、彈性模量；

步驟4：基于仿真軟件建立變溫條件光纖環(huán)封裝結(jié)構(gòu)有限元模型，并對(duì)有限元模型進(jìn)行求解；

定義光纖環(huán)封裝結(jié)構(gòu)有限元模型中Y軸為光纖環(huán)封裝結(jié)構(gòu)的高度方向，XZ平面為垂直于Y軸的平面；

設(shè)定環(huán)境溫度為T℃；變溫條件下的最低溫度為T₁℃，最高溫度為T₂℃；

將步驟2.3的熱膨脹系數(shù)以及步驟3中其他物理參數(shù)賦予光纖環(huán)；

給粘接膠、骨架、上蓋和器件板賦予材料屬性；所述材料屬性包括密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、泊松比以及彈性模量；

對(duì)光纖環(huán)封裝結(jié)構(gòu)有限元模型進(jìn)行求解分別得到T₁℃和T₂℃光纖環(huán)的變形云圖，在光纖環(huán)的變形云圖中提取T₁℃和T₂℃光纖環(huán)的各節(jié)點(diǎn)變形；

步驟5：計(jì)算T₁℃～T₂℃時(shí)等效光纖直徑變形和光纖環(huán)內(nèi)徑變形；

步驟5.1：分別計(jì)算T₁℃和T₂℃時(shí)等效光纖直徑變形，具體公式如下：

式中：

i＝1,2,…,k；k為光纖環(huán)上表面的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；

o＝1,2,…,p；p為光纖環(huán)下表面的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；

為T₁℃時(shí)光纖環(huán)上表面第i個(gè)節(jié)點(diǎn)在Y方向變形；

為T₁℃時(shí)光纖環(huán)下表面第o個(gè)節(jié)點(diǎn)在Y方向變形；

為T₂℃時(shí)光纖環(huán)上表面第i個(gè)節(jié)點(diǎn)在Y方向變形；

為T₂℃時(shí)光纖環(huán)下表面第o個(gè)節(jié)點(diǎn)在Y方向變形；

n為光纖環(huán)每層光纖匝數(shù)；

步驟5.2：分別計(jì)算T₁℃和T₂℃光纖環(huán)內(nèi)徑變形，具體計(jì)算公式如下：

式中：

q＝1,2,…,r；r為光纖環(huán)內(nèi)表面的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；

為T₁℃時(shí)光纖環(huán)內(nèi)表面第q個(gè)節(jié)點(diǎn)在X方向變形；

為T₁℃時(shí)光纖環(huán)內(nèi)表面第q個(gè)節(jié)點(diǎn)在Z方向變形；

為T₂℃時(shí)光纖環(huán)內(nèi)表面第q個(gè)節(jié)點(diǎn)在X方向變形；

為T₂℃時(shí)光纖環(huán)內(nèi)表面第q個(gè)節(jié)點(diǎn)在Z方向變形；

步驟6：計(jì)算T₁℃～T₂℃時(shí)光纖環(huán)長(zhǎng)度和光纖環(huán)直徑，具體計(jì)算公式如下：

式中：

為T₁℃時(shí)光纖環(huán)長(zhǎng)度；

為T₁℃時(shí)光纖環(huán)直徑；

為T₂℃時(shí)光纖環(huán)長(zhǎng)度；

為T₂℃時(shí)光纖環(huán)長(zhǎng)度；

m：光纖環(huán)層數(shù)；

n：光纖環(huán)每層光纖匝數(shù)；

D_內(nèi)：環(huán)境溫度T℃時(shí)光纖環(huán)內(nèi)徑；

D₀：環(huán)境溫度T℃時(shí)等效光纖直徑；

為T₁℃等效光纖直徑變形；

為T₂℃等效光纖直徑變形；

為T₁℃光纖環(huán)內(nèi)徑變形；

為T₂℃光纖環(huán)內(nèi)徑變形；

步驟7：計(jì)算變溫條件下由光纖環(huán)變形引起的光纖環(huán)陀螺標(biāo)度因數(shù)變化量，具體公式為：