光纤陀螺的磁屏蔽技术研究

发布时间：2020-03-27 05:21

【摘要】：光纤陀螺凭借其无运动部件、动态范围大、机构设计灵活以及寿命长等优点使其在海陆空天等众多导航领域中占据了主导地位,随着光纤陀螺精度的不断提高,制约光纤陀螺精度提高的众多因素逐渐显现出来,主要包括温度、磁场、振动等。其中磁场对光纤陀螺精度的影响机理主要包括磁光法拉第效应以及由于光纤几何扭转引起的法拉第非互易相移,对光纤陀螺磁致误差的抑制方案有很多种,其中实施起来最容易且推广性最好的是磁屏蔽法,所谓磁屏蔽法就是应用磁屏蔽罩将光纤环与外界磁场相隔离。但目前在光纤陀螺磁屏蔽罩设计方面没有很系统的指导理论相支持,这也使得设计方案往往不能达到最优。针对上述问题,本文针对磁屏蔽罩中影响磁屏蔽效能的因素分别进行研究,找寻其与屏蔽效能间的相关关系,以期为接下来的磁屏蔽罩设计工作提供相应的理论支持,本文首先简要阐述了光纤陀螺磁屏蔽技术对高精度光纤陀螺发展的重要意义,接着简要介绍了光纤陀螺磁屏蔽技术的国内外发展近况,然后分析了目前光纤陀螺磁屏蔽罩设计方面所存在的问题与不足。进一步,文中简要阐述了光纤陀螺磁致误差的产生机理,将其分为径向磁场误差和轴向磁场误差两部分分别介绍,然后对光纤陀螺磁屏蔽罩设计中所涉及的理论基础进行了简要的介绍。更进一步,文中对光纤陀螺磁屏蔽罩设计中所要应用的有限元仿真软件COMSOL Multiphysics进行了介绍,并应用物理实体实验的方法对有限元仿真软件在磁屏蔽罩设计中应用的可行性进行了论证,结果显示有限元仿真软件在磁屏蔽罩设计中的应用是合理可行的。然后,基于有限元法,本文主要对光纤陀螺磁屏蔽罩所用材料的磁导率、磁屏蔽罩的厚度、磁屏蔽罩的层数、层间距、磁屏蔽罩上的过孔大小及其距光纤环所在空间的距离、磁屏蔽罩上的缝隙大小等七个影响磁屏蔽罩屏蔽效能的因素进行了研究并获得了有益的结论。最后,针对上述研究所得到的结论,选取其中的最优方案设计了一款新型的圆环腔形磁屏蔽罩,该新型磁屏蔽罩不仅节省了所用材料与空间,而且通过仿真实验验证发现该磁屏蔽罩拥有更好的屏蔽性能指标,完全达到了导航级光纤陀螺对外干扰磁场衰减倍数的要求。
【图文】：

图 1.4 干涉式光纤陀螺分类图相对来说技术较为成熟的为干涉式光纤陀螺，，而且其已经实现了产构包括：光源、探测器、光纤耦合器、Y 波导以及光纤环[9-11]。其奈克效应，所谓萨格奈克效应是指在任意闭合的几何形状回路中，相反方向传输的光波，绕闭合光路传输一周，当闭合回路静止时两位差，当闭合回路相对于惯性空间旋转时，则在闭合光路内传输的时针光波间将产生一个与闭合回路旋转速度成比例的相位差S ，其:4SRLc 本结构如下图所示，其中绿色框内的光纤线圈为磁敏感部件：

其中随着光纤陀螺精度的不断提高，磁场对光纤视。因此研究如何抑制环境磁场对光纤陀螺精度影响已误差的补偿措施主要分为三个方面[14]：其一为通过改变陀螺进行补偿[15-16]；其二是采用磁场传感器测试光纤环的磁致误差模型，然后根据误差模型进行软件补偿[17]部加设磁屏蔽罩，从而将磁敏感部件从磁场中隔离开来三种方法相比较来说，加设磁屏蔽罩的方法最容易实现主要对这种方法进行系统的研究。纤陀螺磁屏蔽技术的研究现状及分析究现状及分析天大学的学者李金涛，房建成等人在2011年通过有限元度对磁屏蔽罩磁屏蔽效能的影响，并进行了相应捷联惯文所得出的结论对未来磁屏蔽罩的材料及厚度方面的
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH824.3

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本文编号：2602522