杨纪刚，毕聪志，孙国飞

(北京自动化控制设备研究所，北京 100074)

光纤传感环圈骨架热应力仿真计算与实验研究

杨纪刚，毕聪志，孙国飞

(北京自动化控制设备研究所，北京 100074)

针对光纤陀螺温度问题，重点分析光纤传感环圈骨架的热应力效应。首先通过Ansys仿真计算，给出了铝合金、钛合金、碳纤维复合材料以及玻璃布板四种不同材料骨架随温度变化的应力大小；然后设计实验，将光纤中的温度应力效应和光纤环骨架引起的热应力效应区分开，通过应力分析仪测试，得出实际的热应力曲线，通过实验验证了仿真计算的准确性。在所测四种材料中，碳纤维复合材料的热应力最小，在120℃的温度范围内，仅有220με，其次是钛合金材料，铝合金产生的热应力则最大，在120℃范围内，达到6000με。根据仿真和实验结果相互印证，碳纤维复合材料最适合制作光纤环圈骨架，而通过附加缓冲层的方式可以优化铝合金骨架的温度性能。

光纤传感环圈；热应力；仿真分析；应力测试

0 引言

光纤陀螺(Fiber Optic Gyro,FOG)是一种基于萨格奈克(Sagnac)效应的全固态角速率测量仪，已发展成为惯性技术领域具有划时代特征的新型主流仪表[1]，其原理、工艺及关键技术与传统的机电式仪表相比具有成本低、体积小、质量轻、寿命长、功耗低、启动快、动态范围大、力学环境适应性好、抗冲击和噪声能力强等优点[2]。基于这些优势，光纤陀螺在国防领域，如航天、航空、航海、导弹、坦克火炮控制、陆用定位定向、雷达天线等控制方面备受青睐。……