光纤陀螺光纤环温度瞬态效应的模拟仿真.pdf

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1、《半导体光电)2014年4月第35卷第2期张耀麒等：光纤陀螺光纤环温度瞬态效应的模拟仿真光纤陀螺光纤环温度瞬态效应的模拟仿真张耀麒，曾辉，牟炳富，付静，胡兴，帅师师，林飞(中国电子科技集团公司第26研究所，重庆400060)摘要：对光纤陀螺(FOG)中的光纤环建立了三维柱坐标模型，通过ANSYSWorkbench软件，结合实际检测到的光纤环温度，采用有限元分析法对光纤环在各种温度条件下的内部温度场分布进行了模拟仿真，得到光纤环中各层、各圈的时间一温度变化曲线；利用光纤环中温度场分布的仿真结果，及温度瞬态效应相关的热致非

2、互易相位变化理论，编写相关算法，计算出光纤环由温度变化带来的温度漂移；将模拟仿真的温度漂移与陀螺实际输出进行对比，验证了所有模拟仿真工作的正确性，从而对绕环工艺起到理论指导的作用。关键词：光纤陀螺；光纤环；有限元分析法；温度瞬态效应；热致非互易；温度漂移中图分类号：TN384文献标识码：A文章编号：1001—5868(2014)02—0197—04SimulationofTemperatureTransientEffectsinFOGFiberCoilZHANGYaoqi。ZENGHui，MOUBinfu，FUJing

3、，HUXing，SHUAIShishi，LINFei(26thInsituteofChinaElectronicsTechnologyGroupCorporation，Chongqing400060，CHN)Abstract：Basedonthree—dimensional(3D)cylinder-coordinateformer，usedANSYSWorkbenchandcombinedwithpracticalmeasuredtemperatureinfibercoil，wereceivedthetemperatu

4、redistributioninFOGfibercoilbyfiniteelementmethod，includingthetemperaturetransformationforeachlayerandeachcircleinfibercoil．Accordingtotheseresults，andthetheoryabouttemperaturetransienteffectandthermal—inducednonreciprocity，wecompiledarithmeticandcalculatedthedr

5、iftbroughtbytemperaturetransformation；ComparedwithpracticaloutputinFOG，weapprovedthecorrectnessforoursimulationworks，SOitcanguidethewind—fiberartsandcrafts．Keywords：fiberopticgyroscope；fibercoil；finiteelementmethod；temperaturetransienteffect；thermal—inducednonre

6、ciprocity；temperaturedrift0引言动、冲击和温度梯度等因素引起的环境干扰，当环境干扰对相向传播的两束光信号影响不同时，会产生光纤环是光纤陀螺(FOG)的传感核心，它对附加相位漂移误差。这种瞬态效应会妨碍SagnacFOG来说，既是提高精度的途径，又是主要影响精相位差的精确检测，实际应用中温度梯度造成的瞬度的因素。光纤环在绕制过程中需采用特殊缠绕方态效应尤为突出。式、精密绕制技术、完善的封装工艺，来保证光纤环当沿着光纤存在着一个随时间变化的温度分布具有高质量的静态特性(低偏振串音和低插入损耗梯度时

7、，FOG就会产生热导致的非互易性相位误等)和高质量的瞬态特性(抗振动、抗冲击、不受环境差，这种由温度梯度造成的瞬态效应被称为Shupe温度和磁场的影响)_1]。效应_1]。Shupe效应的主要扰动来自温度梯度造成光纤环在具体的应用中会受到由机械张力、振的折射率变化，相比之下，热膨胀引起的长度变化小收稿日期：2013—10—06于1O～，可忽略。自从Shupe效应被发现以来，国·197·SEMICoNDUCTORoPT0ELECTRoNICSVOI．35No．2内外众多学者对其机理进行了广泛的研究【2]，并建的第2层，然

8、后光纤B回绕完成第3层，接着光纤A立了光纤环温度分布的相关模型及对光纤环中的温回绕完成第4层，以4层为周期交替绕完所有光纤。度场进行了模拟分析。该绕法每4层之间光纤A与B交替地互为补偿，径本文通过在光纤环中建立三维柱坐标系统，将向温度梯度造成的干扰抵消程度更大，对轴向温度光纤环中温度场分布分解为轴向()、径向(r)、周向梯度造成的