结构材料对光纤陀螺动态性能的影响

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1、2014年1月北京航空航天大学学报January2014第40卷第1期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．40No．1结构材料对光纤陀螺动态性能的影响刘海霞蒋鹞飞宋凝芳潘雄(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191)摘要：光纤陀螺(FOG，Fiber—OpticGyroscope)在动态运用过程中输出易产生非互易性误差，分析FOG产生振动误差的原因，提出结构材料的性质对FOG动态性能有显著的影响．对作为FOG结构核心的本体采用不同结构材料，分别建立对应的FOG有限元模型，进行模态分析以及

2、谐响应分析，定性分析结构材料的比刚度对FOG动态性能的影响，通过扫频振动和随机振动实验验证模型建立的正确性．结果表明，将比刚度高的铍铝材料替换铝合金材料应用在FOG本体上，能将FOG的一阶固有频率由1452Hz提高至2213Hz，可显著提高FOG的动态输出精度，并减小FOG整体质量，特别适用于轻小型FOG．关键词：光纤陀螺；结构材料；比刚度；动态性能中图分类号：V241．533文献标识码：A文章编号：1001—5965(2014)01—0039-05EffectofstructuralmaterialuponLiuHaixiaJiangYaofeithedynamicperform

3、anceofFOGSongNingfangPanXiong(SchoolofInstrumentationScienceandOpto—electronicsEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Inadynamicprocess，thefiber—opticgyroscope(FOG)generatesanonreciprocalerroreasily．AfteranalyzingthereasonoftheFOGgeneratingdynami

4、cerror，theprinciplethatstructuralmaterialperform—ancehasasignificantinfluenceontheFOGdynamicperformancewasproposed．ApplieddifferentstructuralmaterialsinthestructuralbodythatasFOGthemajorpart，thefiniteelementmodelsweremaderespectively．TheratiostiffnessofstructuralmaterialimpactingontheFOGdynami

5、cperformancewasqualitativelyanalyzedthroughmodalanalysisandharmonicresponseanalysis．Randomvibrationandsinesweepvibrationexperi—mentswerealsoexecutedforconfirmationwithfiniteelementmodel．TheresultsshowthatthefirstresonancefrequencyoftheFOGisincreasedfrom1454Hzto213Hzbyapplyingberylliumaluminuma

6、lloywhichhashigherratiostiffnessinsteadofaluminumalloy．FOGdynamicaccuracyissignificantlyimprovedwiththereso—nancefrequencyincreasing．DeservetomentionthatberylliumaluminumalloymakestheFOGbecomelighterandmoresuitableforuseinasmallandlightFOG．Keywords：fiber—opticgyroscope(FOG)；structuralmaterial；

7、ratiostiffness；dynamicperformance光纤陀螺(FOG，Fiber—OpticGyroscope)与传统机械陀螺相比，是一种新型全固态陀螺，不含转动部件，具有启动快、测量范围大、可靠性高、抗电磁干扰能力强等明显优势，其应用领域不断扩大．近年来，动态应用条件下同时兼备轻质量和高输出精度成为轻小型光纤陀螺追求的极致¨。．理论上讲，光纤陀螺的全固态结构、无旋转活动部件的特点决定了它应具有抗冲击、抗振动能力强、可靠性高的优点．然而由于陀螺结构的限制