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光纤陀螺仪测量振动方法的数值模拟 - 武汉理工大学学报
第 24 卷 第 11 期 武 汉 理 工 大 学 学 报 V o l. 24 N o. 11
2002 年 11 月 JOURNAL OF W UHAN UN IVERSITY OF TECHNOLO GY N ov. 2002
( )
文章编号: 167 1443 1 2002
光纤陀螺仪测量振动方法的数值模拟
李正农 姜德生 杨志勇 胡文彬
(温州大学) (武汉理工大学)
摘 要: 应用数值模拟方法对光纤陀螺仪进行结构振动测量的方法进行了理论上的研究, 分析结果表明光纤陀螺仪是
可以应用于结构振动测量, 测量精度可以满足工程需要。
关键词: 光纤陀螺仪; 振动测量; 数值模拟
中图分类号: 204 文献标识码:
P A
目前, 一般的振动测量方法是通过加速度计测出结构物待测量部位的加速度时程, 然后通过二次积分方
法计算得出其位移时程, 但是其结果一般来说误差比较大。而结构物的动力特性是进行结构设计和计算的重
要参数, 能否准确的确定这些参数对于结构物的合理设计影响比较大。因此, 新的更加方便和准确的结构振
动测量方法的研究是非常重要的, 重点研究了如何应用现有的光纤陀螺仪进行结构振动位移测量的方法, 取
得了一些初步的成果。
1 光纤陀螺仪的基本原理
光纤陀螺仪是一种新型的传感器, 首先在军事工业和航空、航天产品上应
用, 主要用于导航[ 1, 2 ] 。与激光陀螺一样, 光纤陀螺仪主要是基于Sagnac 效应, 用
光纤代替干涉仪的环状光路, 构成光纤 Sagnac 干涉仪。如图 1、图2 所示, 来 自
光源的光束被分合束器分成两束光, 分别从光纤圈的两端耦合进光纤敏感线
圈, 沿顺、逆时针方向传播。从光纤圈出来两束光, 再经过分合束器而叠加产生 图 1 Sagn ac 效应
干涉。当光纤圈处于静止状态时, 从光纤圈两端出来的两束光, 光程差为零。如果光纤线圈 i 以角速度旋转
时, 由于 Sagnac 效应顺、逆时针方向传播的两束光产生光程差 S i , 可表示为
L D
S i = i ( 1)
c
而由 i 引起的相位差 i 为
S
2L D
= (2)
i i
c
以上公式中 为光纤的长度, 为光纤线圈的直径, 且 = 2 , 为光纤
L D D r r
线圈的半径, 为光的波长, c 为光在介质中的传播速度。
根据以上光纤陀螺的基本公式, 通过检测相位差 i ( 即干涉光强)
就可以获得角速率的 i 信息。 图2 光纤陀螺仪原理图
近年来, 随着对于光纤陀螺仪研究和应用的深化[3, 4 ] , 为应用其进行
振动位移测量提供了一种新的可能性。从以上所述可知光纤陀螺仪主要用来测量相位差, 但只知道相位差还
不能够直接得出位移状况,