Numerical modeling of the drift of a fiber-optic gyroscope with external shock exposure

Abstract

Приведены результаты исследований, посвященных численному моделированию процесса возникновения фазовой невзаимности (дрейфа), индуцированной внешними нестационарными механическими воздействиями на датчик чувствительности волоконно-оптического гироскопа (ВОГ). Исследования проводились с использованием разработанной авторами методики численного моделирования. Особенность ее заключается в том, что расчетная область построена на основании CAD-модели датчика чувствительности ВОГ. Она включает не только катушку оптоволоконного контура, но и элементы конструкции. Оптоволоконный контур рассматривается как неоднородная среда с учетом собственной периодической микроструктуры без осреднения свойств материалов. Задача о нестационарном напряженно-деформированном состоянии решается для всей расчетной области, а затем с использованием определяющих соотношений пьезооптики рассчитываются время хода встречных лучей по оптическому контуру ВОГ и результирующий дрейф. Такой подход позволяет моделировать возникновение дрейфа в условиях как тепловых, так и механических внешних воздействий. Приведены результаты расчетов, направленных на исследование вида функции дрейфа при варьировании длительности ударного импульса, а также серии импульсов. Показано, в частности, что расчетный дрейф по форме коррелирует с первой производной функции силы по времени. Оценка расчетной амплитуды дрейфа в сравнении с данными стендовых испытаний датчика угловой скорости показывает хорошее согласование результатов.Ключевые слова: волоконно-оптический гироскоп, дрейф, фазовая невзаимность, дилатационные волны, удар, импульс силы, фотоупругость, численное моделирование, оптоволоконный контур, микроструктура волокна Введение. Волоконно-оптический гироскоп (ВОГ) [1] в силу своих очевидных преимуществ перед механическими и лазерными гироскопами на сегодняшний день наиболее востребован при создании современных навигационных приборов и систем управления. Вместе с тем многочисленные исследования и разработки показывают, что несмотря на относительную простоту окончательный схемы ВОГ остается достаточно сложным инструментом со многими источниками разнообразных погрешностей, которые необходимо понимать и контролировать. Эти погрешности вызывают паразитные дрейфы, искажающие полезный сигнал, а следовательно, снижающие точность измерений.В современных прецизионных ВОГ многие погрешности минимизированы уже на стадии конструирования приборов. Основные проблемы чаще всего связаны с различного рода внешними воздействиями на датчик чувствительности (ДЧ) -оптоволоконный контур гироскопа.Довольно подробно изучена проблема термически индуцированного дрейфа ВОГ, возникающего в условиях внешних нестационарных тепловых воздействий [2, 3] и приводящего к ошибкам в показаниях гироскопа. Существует несколько путей преодоления этой проблемы: разработка алгоритмов численной коррекции выходного сигнала гироскопа в реальном For citation: Galyagin K. S., Oshivalov M. A., Savin M. A. Numerical modeling of the drift of a fiber-optic gyroscope with external shock exposure.