[发明专利]一种基于仿真技术获取光纤陀螺变温标度因数的方法

权利要求书

1.一种基于仿真技术获取光纤陀螺变温标度因数的方法，其特征在于，具体实现步骤如下：

步骤1：基于仿真软件建立XY平面为光纤环矩形截面，Z轴长度为L的立方体模型；

所述光纤环矩形截面在X轴方向的长度由光纤的匝数决定，在Y轴方向的长度由光纤的层数决定；

定义单根光纤由石英包层和涂覆层组成，涂覆层外径为光纤直径D₁；光纤与外围等厚均布的绕环胶作为等效光纤；

步骤2：计算变温度条件下光纤环的热膨胀系数；

步骤2.1：分别给步骤1的立方体模型中石英包层、涂覆层以及绕环胶赋予材料属性；所述材料属性包括密度、比热容、导热系数、泊松比以及弹性模量；

步骤2.2：求解变温条件下立方体模型在Z轴方向的平均伸长量ΔL；

定义变温条件下的最低温度为T₁℃，最高温度为T₂℃，将立方体模型中Z轴方向两端的其中一个端面设为固定约束，提取另一端面上每个节点在Z轴方向的变形，计算节点的平均变形并将其定义为平均伸长量ΔL；

步骤2.3：根据平均伸长量ΔL求解变温度条件下立方体模型的热膨胀系数，并将其定义为光纤环的热膨胀系数；

步骤3：计算变温条件下光纤环的其他物理参数；

通过计算石英包层、涂覆层和绕环胶在光纤环中所占的体积比，计算加权平均后光纤环的其他物理参数；

所述光纤环的其他物理参数包括密度、比热容、导热系数、泊松比、弹性模量；

步骤4：基于仿真软件建立变温条件光纤环封装结构有限元模型，并对有限元模型进行求解；

定义光纤环封装结构有限元模型中Y轴为光纤环封装结构的高度方向，XZ平面为垂直于Y轴的平面；

设定环境温度为T℃；变温条件下的最低温度为T₁℃，最高温度为T₂℃；

将步骤2.3的热膨胀系数以及步骤3中其他物理参数赋予光纤环；

给粘接胶、骨架、上盖和器件板赋予材料属性；所述材料属性包括密度、比热容、导热系数、泊松比以及弹性模量；

对光纤环封装结构有限元模型进行求解分别得到T₁℃和T₂℃光纤环的变形云图，在光纤环的变形云图中提取T₁℃和T₂℃光纤环的各节点变形；

步骤5：计算T₁℃～T₂℃时等效光纤直径变形和光纤环内径变形；

步骤5.1：分别计算T₁℃和T₂℃时等效光纤直径变形，具体公式如下：

式中：

i＝1,2,…,k；k为光纤环上表面的节点个数；

o＝1,2,…,p；p为光纤环下表面的节点个数；

为T₁℃时光纤环上表面第i个节点在Y方向变形；

为T₁℃时光纤环下表面第o个节点在Y方向变形；

为T₂℃时光纤环上表面第i个节点在Y方向变形；

为T₂℃时光纤环下表面第o个节点在Y方向变形；

n为光纤环每层光纤匝数；

步骤5.2：分别计算T₁℃和T₂℃光纤环内径变形，具体计算公式如下：

式中：

q＝1,2,…,r；r为光纤环内表面的节点个数；

为T₁℃时光纤环内表面第q个节点在X方向变形；

为T₁℃时光纤环内表面第q个节点在Z方向变形；

为T₂℃时光纤环内表面第q个节点在X方向变形；

为T₂℃时光纤环内表面第q个节点在Z方向变形；

步骤6：计算T₁℃～T₂℃时光纤环长度和光纤环直径，具体计算公式如下：

式中：

为T₁℃时光纤环长度；

为T₁℃时光纤环直径；

为T₂℃时光纤环长度；

为T₂℃时光纤环长度；

m：光纤环层数；

n：光纤环每层光纤匝数；

D_内：环境温度T℃时光纤环内径；

D₀：环境温度T℃时等效光纤直径；

为T₁℃等效光纤直径变形；

为T₂℃等效光纤直径变形；

为T₁℃光纤环内径变形；

为T₂℃光纤环内径变形；

步骤7：计算变温条件下由光纤环变形引起的光纤环陀螺标度因数变化量，具体公式为：