en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2019-86-05-36-44
УДК: 539.5, 528.526.6, 53.096
Применение трансверсально-изотропных характеристик контура для расчета параметров теплового дрейфа волоконно-оптического гироскопа
Полный текст «Оптического журнала»
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
Есипенко И.А., Лыков Д.А., Сметанников О.Ю. Применение трансверсально-изотропных характеристик контура для расчета параметров теплового дрейфа волоконно-оптического гироскопа // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 5. С. 36–44. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-05-36-44
Esipenko I.A., Lykov D.A., Smetannikov O.Yu. Using the transversely isotropic characteristics of the coil to calculate the thermal-drift parameters of a fiber-optic gyroscope [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2019. V. 86. № 5. P. 36–44. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-05-36-44
I. A. Esipenko, D. A. Lykov, and O. Y. Smetannikov, "Using the transversely isotropic characteristics of the coil to calculate the thermal-drift parameters of a fiber-optic gyroscope," Journal of Optical Technology. 86(5), 289-295 (2019). https://doi.org/10.1364/JOT.86.000289
Рассмотрена возможность перехода от структурно-неоднородной модели контура к однородной трансверсально-изотропной среде при расчете теплового дрейфа волоконно-оптического гироскопа с целью экономии вычислительных ресурсов. Переход к эффективным характеристикам осуществлен с помощью серии вычислительных экспериментов с использованием метода конечных элементов и аналитических формул. При дальнейшем вычислении теплового дрейфа продемонстрировано удовлетворительное совпадение между исследуемыми моделями материалов. Результаты расчетов поставлены в соответствие с экспериментальными данными для двух схем намотки волоконного контура — квадрупольной и октупольной. Показано, что применение материала с эффективными характеристиками снижает на порядок потребление оперативной памяти и время расчета.
волоконно-оптический гироскоп, волоконный контур, квадрупольная схема намотки, октупольная схема намотки, тепловой дрейф, кажущаяся угловая скорость, термооптический эффект, упрогооптический эффект, трансверсально-изотропная модель материала, квазистационарная задача термоупругости, метод конечных элементов
Коды OCIS: 060.2800, 060.2290
Список источников:1. Шереметьев А.Г. Волоконный оптический гироскоп. М.: Радио и связь, 1987. 152 с.
2. Lefevre H.C. The fiber-optic gyroscope / 2nd ed. / Boston: Artech House, 2014. 343 p.
3. Унтилов А.А., Егоров Д.А., Рупасов А.В и др. Результаты испытаний волоконно-оптического гироскопа // Гироскопия и навигация. 2017. Т. 25. № 3(98). С. 78–85
4. Мешковский И.К., Мирошниченко Г.П., Рупасов А.В. и др. Исследование влияния тепловых воздействий на работу волоконно-оптического датчика угловой скорости // XXI Санкт-Петербургская междунар. конф. по интегрированным навигационным системам. «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2014. С. 191–202.
5. Вахрамеев Е.И., Галягин К.С., Ошивалов М.А. и др. Методика численного прогнозирования и коррекции теплового дрейфа волоконно-оптического гироскопа // Изв. вузов. Приборостроение. 2017. Т. 60. № 1. С. 32−38.
6. Драницына Е.В., Егоров Д.А., Унтилов А.А. и др. Снижение влияния изменения температуры на выходной сигнал волоконно-оптического гироскопа // Гироскопия и навигация. 2012. № 4(79). С. 10–20.
7. Галягин К.С., Ошивалов М.А., Савин М.А. Учет пьезооптических эффектов при моделировании теплового дрейфа волоконно-оптического гироскопа // Вестник ПНИПУ. Механика. 2015. № 4. С. 55–71.
8. Есипенко И.А., Лыков Д.А. Математическая модель теплового дрейфа волоконно-оптического гироскопа и ее экспериментальная верификация // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2017. № 5. С. 31–46.
9. Ling W., Li X., Xu Z., et al. Thermal effects of fiber sensing coils in different winding pattern considering both thermal gradient and thermal stress // Opt. Commun. 2015. V. 356. P. 290–295. DOI: 10.1016/j.optcom.2015.08.002
10. Вахрамеев Е.И., Галягин К.С., Ивонин А.С. и др. Тепловой дрейф волоконного оптического гироскопа // Изв. вузов. Приборостроение. 2011. Т. 54. № 1. С. 32–37.
11. Курбатов А.М., Курбатов Р.А. Температурные характеристики чувствительных катушек волоконно-оптического гироскопа // Радиотехника и электроника. 2013. Т. 58. № 7. С. 735–742.
12. Gao Z., Zhang Y., Wang G., et al. Analysis and simulation for the thermal performance of the octupolar fiber coil // Opt. Eng. 2014. V. 53(1). P. 016114, 5 p.
13. Ogut S., Osunluk B., Ozbay E. Modeling of thermal sensitivity of a fiber optic gyroscope coil with practical quadrupole winding // Fiber Optic Sensors and Applications XIV. 09–13 April 2017, Anaheim, California, USA. SPIE. 2017. V. 10208. P. 1020806, 6 p.
14. Schadt F., Mohr F. Error signal formation in FOGs through thermal and elastooptical environment influence on the sensing coil // Inertial Sensors and Systems Conf. 20–21 September 2011, Karlsruhe, Germany. P. 2.1–2.13.
15. Гаспарян А.Г., Есипенко И.А. Определение механических характеристик трансверсально-изотропного волоконного контура по изотропным свойствам компонентов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2016. № 1. С. 57–67.
16. Minakuchi S., Sanada T., Takeda N., et al. Thermal strain in lightweight composite fiber-optic gyroscope for space application // J. Lightw. Technol. 2014. V. 33. № 12. P. 2658–2662.
17. Barbero E.J. Finite element analysis of composite materials using ANSYS® / 2nd ed. / Boca Raton: CRC Press, 2013. 366 p.
18. Новацкий В. Теория упругости. М.: Мир, 1975. 872 с.
19. Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А. Механика деформирования и разрушения структурно-неоднородных тел. М.: Наука, 1984. 115 c.
20. Tirat O.F., Euverte J.-M. Finite element model of thermal transient effect in fiber optic gyro // Fiber Optic Gyros: 20th Anniversary Conf. 04–09 August 1996. Denver, CO, United States. SPIE. 1996. V. 2837. P. 230–238.
21. Shupe D.M. Thermally induced non-reciprocity in the fiber-optic interferometer // Appl. Opt. 1980. V. 19. № 5. P. 654–655.
22. Butter C.D., Hocker G.B. Fiber optics strain gauge // Appl. Opt. 1978. V. 17. № 18. P. 2867–2869.
23. Mohr F., Schadt F. Bias error in fiber optic gyroscopes due to elastooptic interactions in the sensor fiber // 2nd European Workshop on Optical Fibre Sensors. 9 June 2004, Santander, Spain. SPIE. 2004. V. 5502. P. 410–413.
24. Новацкий В. Динамические задачи термоупругости. М.: Мир, 1970. 256 с.
25. Есипенко И.А., Лыков Д.А. Численный расчет и экспериментальная верификация фиктивной угловой скорости волоконно-оптического гироскопа при нестационарном температурном воздействии на его контур // Вычисл. мех. сплошных сред. 2017. Т. 10. № 3. С. 313–323.