光纖傳感環圈骨架熱應力仿真計算與實驗研究

楊紀剛，畢聰志，孫國飛

(北京自動化控制設備研究所，北京 100074)

光纖傳感環圈骨架熱應力仿真計算與實驗研究

楊紀剛，畢聰志，孫國飛

(北京自動化控制設備研究所，北京 100074)

針對光纖陀螺溫度問題，重點分析光纖傳感環圈骨架的熱應力效應。首先通過Ansys仿真計算，給出了鋁合金、鈦合金、碳纖維復合材料以及玻璃布板四種不同材料骨架隨溫度變化的應力大小；然后設計實驗，將光纖中的溫度應力效應和光纖環骨架引起的熱應力效應區分開，通過應力分析儀測試，得出實際的熱應力曲線，通過實驗驗證了仿真計算的準確性。在所測四種材料中，碳纖維復合材料的熱應力最小，在120℃的溫度范圍內，僅有220με，其次是鈦合金材料，鋁合金產生的熱應力則最大，在120℃范圍內，達到6000με。根據仿真和實驗結果相互印證，碳纖維復合材料最適合制作光纖環圈骨架，而通過附加緩沖層的方式可以優化鋁合金骨架的溫度性能。

光纖傳感環圈；熱應力；仿真分析；應力測試

0 引言

光纖陀螺(Fiber Optic Gyro,FOG)是一種基于薩格奈克(Sagnac)效應的全固態角速率測量儀，已發展成為慣性技術領域具有劃時代特征的新型主流儀表[1]，其原理、工藝及關鍵技術與傳統的機電式儀表相比具有成本低、體積小、質量輕、壽命長、功耗低、啟動快、動態范圍大、力學環境適應性好、抗沖擊和噪聲能力強等優點[2]。基于這些優勢，光纖陀螺在國防領域，如航天、航空、航海、導彈、坦克火炮控制、陸用定位定向、雷達天線等控制方面備受青睞。……