光纤陀螺振动特性研究

论文摘要

光纤陀螺目前已成为惯性技术领域的新型主流仪表,其原理、工艺及关键技术与传统的机电式仪表有很大的差别,具有高可靠、长寿命、快速启动、大动态范围等一系列优点。国外已经进入实用化阶段,而国内仍处于工程化、实用化研究阶段,尤其是因为其敏感的是运动量,工作环境的剧烈变化,要求陀螺保证在各种环境下可以正常工作,因此振动特性是光纤陀螺工程化和实用化的重要指标。本文首先对光纤陀螺振动的方式及试验方法进行分析,得出光纤陀螺在一般工作情况下做受迫随机振动,是一种非确定性振动。并根据ANSYS有限元理论,对光纤陀螺机械结构的分析方法进行建模与分析。其次,分别针对机械振动理论以及机械振动对光纤陀螺的敏感部件——光纤环的附加调制效应进行研究。经研究得出,若光纤环缠绕对称性不好,则振动将会产生非互易性误差,并且当陀螺受到的扰动为变频振动时,将对光强信号产生调制,这两种情况都将严重影响陀螺输出精度。并且通过光纤环的缠绕技术、固胶封装工艺等手段来增强光纤环线圈的坚固性和对称性,从而减小振动对光纤环的调制。最后,振动条件下机械谐振是导致陀螺漂移变大从而影响陀螺稳定平台漂移的重要因素。进而对光纤陀螺的机械结构及封装形式提出设计方案,从决定机械结构的各个参数出发,根据振动理论和有限元理论,利用ANSYS有限元软件对各种结构做了大量的模态分析和谐响应分析,并把各种结构下的振动性能进行对比,得到了合理的机械结构,提高系统整体的谐振频率,使其远大于检测带宽,减少了机械振动对陀螺影响,为今后各种应用环境下陀螺结构的设计提供合理的设计方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 光纤陀螺的发展概况
• 1.1.1 国外光纤陀螺的研究现状
• 1.1.2 国内光纤陀螺的研究现状
• 1.2 国内外光纤陀螺振动特性研究动态
• 1.2.1 国外光纤陀螺振动特性研究
• 1.2.2 国内光纤陀螺振动特性研究
• 1.3 本课题研究意义及内容
• 第2章 光纤陀螺工作原理
• 2.1 引言
• 2.2 光纤陀螺基本原理
• 2.3 光纤陀螺系统工作方式
• 2.3.1 开环工作方式
• 2.3.2 数字闭环工作方式
• 2.4 光纤陀螺的分类
• 2.5 本章小结
• 第3章 光纤陀螺振动的分析方法
• 3.1 光纤陀螺的振动方式及试验方法
• 3.1.1 光纤陀螺的振动方式
• 3.1.2 振动的试验方法
• 3.2 ANSYS 理论基础（有限元法）及分析过程
• 3.2.1 有限元法的基本思想
• 3.2.2 有限元法的特点
• 3.2.3 ANSYS软件简介
• 3.2.4 ANSYS分析的基本过程
• 3.3 光纤陀螺机械结构振动模型的建立
• 3.3.1 固有频率和振型的分析
• 3.3.2 系统结构谐响应分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 机械振动对光纤环影响因素的分析
• 4.1 轴向应力对光纤环的调制
• 4.2 横向应力对光纤环的调制
• 4.3 减小振动对光纤环影响的措施
• 4.3.1 光纤环缠绕技术
• 4.3.2 固胶工艺
• 4.4 本章小结
• 第5章 光纤陀螺机械结构振动特性分析及优化
• 5.1 陀螺机械结构设计方案
• 5.2 光纤环支架（无托架）的有限元分析与改进
• 5.2.1 支架结构参数变化时的模态分析及对比
• 5.2.2 支架结构参数变化时的谐响应分析及对比
• 5.2.3 光纤环支架的改进与对比分析
• 5.3 光纤环支架（托架）的设计与分析
• 5.4 光纤陀螺支架的设计对比
• 5.4.1 陀螺支架结构参数的影响分析
• 5.4.2 光纤陀螺支架优化设计
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢