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

有效

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

本發(fā)明公開了一種基于仿真技術(shù)獲取光纖陀螺變溫標度因數(shù)的方法。該方法的主要步驟為：1、基建立XY平面為光纖環(huán)矩形截面，Z軸長度為L的立方體模型；2、計算變溫度條件下光纖環(huán)的熱膨脹系數(shù)；3、計算變溫條件下光纖環(huán)的其他物理參數(shù)；4、建立變溫條件光纖環(huán)封裝結(jié)構(gòu)有限元模型，并對有限元模型進行求解；5、計算變溫條件時等效光纖直徑變形和光纖環(huán)內(nèi)徑變形；6、計算變溫條件時光纖環(huán)長度和光纖環(huán)直徑；7、計算變溫條件下由光纖環(huán)變形引起的光纖環(huán)陀螺標度因數(shù)變化量。采用該方法通過仿真技術(shù)實現(xiàn)光纖陀螺標度因數(shù)的計算，為光纖陀螺研制提供設(shè)計依據(jù)，可以有效縮短研制周期、降低成本，提高效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖陀螺，具體涉及一種基于仿真技術(shù)獲取光纖陀螺變溫標度因數(shù)的方法。

背景技術(shù)

光纖陀螺是一種基于Sagnac效應(yīng)的全固態(tài)慣性測量儀表，具有抗沖擊、靈敏度高、壽命長、動態(tài)范圍大、啟動時間短等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中。

標度因數(shù)是指光纖陀螺輸出的變化與對應(yīng)輸入變化的比值，其變溫條件下的穩(wěn)定性是光纖陀螺性能指標最為重要技術(shù)指標之一。

光纖陀螺的標度因數(shù)的理論計算公式為：

式中：L為光纖環(huán)長度；D為光纖環(huán)直徑；λ為平均波長；c為真空中的光速；K_m為Y波導(dǎo)調(diào)制系數(shù)；K_DA為D/A轉(zhuǎn)換及放大器增益；

光纖環(huán)是光纖陀螺的核心部件，是影響光纖陀螺變溫標度因數(shù)變化的主要因素，由光纖和繞環(huán)膠組成。其中光纖采用的是由熊貓眼、纖芯、石英包層以及涂覆層組成的熊貓保偏光纖。

光纖環(huán)通過粘接膠固定在骨架上，骨架與上蓋通過焊接固定連接，與器件板通過螺釘固定連接，光纖環(huán)封裝結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

溫度變化對光纖環(huán)的影響主要是引起光纖環(huán)、粘接膠、骨架、上蓋以及器件板的熱脹冷縮變形，進而改變光纖環(huán)長度和光纖環(huán)直徑，從而引起光纖陀螺標度因數(shù)的變化。

目前主要通過試驗的方法計算變溫下由光纖環(huán)變形引起的光纖陀螺標度因數(shù)變化量，但采用試驗的方法存在時間長、成本高、操作復(fù)雜、效率低，不適用于在設(shè)計過程中運用等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決采用試驗的方法計算光纖陀螺標度因數(shù)時存在的時間長、成本高、操作復(fù)雜、效率低，不適用于在設(shè)計過程中運用等缺陷，本發(fā)明提供了一種基于仿真技術(shù)獲取光纖陀螺變溫標度因數(shù)的方法。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案是：

提供了一種基于仿真技術(shù)獲取光纖陀螺變溫標度因數(shù)的方法，其實現(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軸長度為L的立方體模型；

所述光纖環(huán)矩形截面在X軸方向的長度由光纖的匝數(shù)決定，在Y軸方向的長度由光纖的層數(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，直徑為D₀；

步驟2：計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端面設(shè)為固定約束，提取另一端面上每個節(jié)點在Z軸方向的變形，計算節(jié)點的平均變形并將其定義為平均伸長量ΔL；