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原文传递环境应力致光纤陀螺误差机理研究

论文题名：	环境应力致光纤陀螺误差机理研究
关键词：	光纤陀螺;环境应力;有限元分析;相位漂移;惯导系统
摘要：	光纤环圈是光纤陀螺的测量元件，也是主要的传感核心，所以对于光纤陀螺来说，它既是影响捷联惯导精度检测的重要因素，也是提高其精度的途径。但是在光纤陀螺中由于光纤环圈所采用的是保偏光纤，其性能往往存在各种缺陷，再加上环圈固胶配比不同和涂覆不均匀等因素使光纤环圈在工作中极易受到各种环境应力的干扰，因而产生附加相位漂移，妨碍 Sagnac相移的精确检测，最终影响导航系统的精度。本文针对温度变化大，强冲击，湿度大的舰船用光纤陀螺环境应力特点，深入分析了光纤环圈受环境应力误差的产生机理，从而给这种误差的抑制或补偿技术提供技术支持，最终实现光纤陀螺惯导系统的装备应用。该理论不仅确定了光纤陀螺会随环境变化产生误差的机理，提高了导航精准度，降低了成本，还能使光纤环圈缠绕工艺得到提升。　　本论文的创新性研究和主要工作如下：　　（1）首先分析了光纤陀螺基本的工作原理，总结出影响光纤陀螺输出精度的主要因素。并且基于舰船用光纤陀螺环境应力特点，提出通过研究温度，冲击，湿度三个影响最大的环境应力来分析环境对光纤陀螺的影响。　　（2）通过光纤弹光效应建立环境应力影响光纤环的基本模型，推导了基于光纤的相互垂直方向上的应力与光线折射率变化以及与光纤长度变化的数学关系式。　　（3）使用 ANSYS软件对整个光纤环圈进行模型仿真来判断光纤环的粘胶，涂覆层以及石英光纤是否能当作同质环研究。根据弹性力学数学模型，计算出光纤环圈粘胶应力通过光纤涂覆层传递到石英光纤的数值大小。　　（4）分析舰船用光纤陀螺真实工作环境中主要的环境应力。并依据分析出的温度，冲击，湿度这三种主要环境应力总结出其特点，分别建立三种对应的数学模型来分析环境应力下光纤陀螺输出误差的大小。通过模型来研究不同条件的光纤环圈，及粘胶配在环境应力下对光纤陀螺输出的影响。　　最后，对光纤陀螺进行了MATLAB仿真，并用实验室某型光纤陀螺做了环境应力试验。仿真和试验结果表明：光纤环圈粘胶受温度影响较大，而且不同粘胶的配比对光纤陀螺的输出也有影响：粘胶的弹性模量越大对光纤陀螺的影响越小，泊松比越大对光纤陀螺的影响越大。而且光纤环圈越长带来的零漂越大，所以减小光纤环长度为降低陀螺零漂的一种有效方法，但是在同样的光纤线圈长度情况下，缠绕还存在一个最优缠绕圈数。此外，随着环境湿度的变化，湿度变化越剧烈，光纤陀螺输出误差越大。但是冲击对光纤环圈受的影响非常小。　　通过本文的研究，分析出光纤环线圈粘胶受温度影响，冲击以及湿度致光纤陀螺陀螺误差产生的机理。为光纤环粘胶的配比，光纤环的缠绕以及光纤陀螺的设计工程实践奠定了一定的理论基础。
作者：	史雷伟
专业：	控制工程
导师：	吴磊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文