随钻测斜仪中光纤陀螺光纤环Shupe效应仿真

赵建辉; 徐帆; 李帆; 徐贺

doi:doi:10.3788/AOS201838.0506001

光学学报, 2018, 38 (5): 0506001, 网络出版: 2018-07-10

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Simulation of Shupe Effect in Fiber Optic Gyroscope Fiber Coil with Inclinometer While Drilling

赵建辉徐帆 ^*李帆徐贺

作者单位

北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191

图 & 表

图 1. (a) 随钻测斜仪结构示意图;(b) 椭圆柱形光纤陀螺结构示意图

Fig. 1. (a) Schematic diagram of IWD; (b) schematic diagram of elliptic cylindrical FOG

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图 2. 椭圆柱形光纤环柱面坐标系

Fig. 2. Cylindrical coordinate system of elliptic cylindrical fiber coil

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图 3. 椭圆柱形光纤环第i CCW匝

Fig. 3. The ith CCW turn of elliptic cylindrical fiber coil

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图 4. 椭圆柱形光纤环第j CW匝

Fig. 4. The jth CW turn of elliptic cylindrical fiber coil

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图 5. 对光纤环温度激励

Fig. 5. Temperature excitation of fiber coil

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图 6. 圆柱形光纤环数值计算与实验结果。(a)热致误差速率; (b)热致误差角度

Fig. 6. Calculated and experimental results of cylindrical fiber coil. (a) Thermal error rate; (b) thermal error angle

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图 7. 椭圆柱形光纤环数值计算与实验结果。(a)热致误差速率; (b)热致误差角度

Fig. 7. Calculated and experimental results of elliptic cylindrical fiber coil. (a) Thermal error rate; (b) thermal error angle

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图 8. 椭圆柱形光纤环与圆柱形光纤环的热致误差速率

Fig. 8. Comparison of rate error between elliptic cylindrical and cylindrical fiber coils

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表 1光纤环物理参数

Table1. Physical parameters of fiber coil

Parameter	Vaule
Refractive index	1.46
Density /(kg·m^-3)	1200
Thermal conductivity /(W·m^-1·K^-1)	0.13
Specific heat /(J·kg^-1·K^-1)	1302

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表 2椭圆柱形光纤环与圆柱形光纤环的热致误差速率

Table2. Comparison of thermal error rate between elliptic cylindrical and cylindrical fiber coils

Number						Fiber coil		Optimization ratio /%
1	Cylindrical	24	160	13.1244	3.0276		35.7
2	Elliptic cylindrical	24	96	17.4121				1.9478
3	Cylindrical	28	135	13.3178	2.7954			38.8
4	Elliptic cylindrical	28	82	17.7351		1.7096		38.8
5	Cylindrical	32	116	13.4771	2.3506			38.6
6	Elliptic cylindrical	32	71	17.9338		1.4438		38.6

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赵建辉, 徐帆, 李帆, 徐贺. 随钻测斜仪中光纤陀螺光纤环Shupe效应仿真[J]. 光学学报, 2018, 38(5): 0506001. Jianhui Zhao, Fan Xu, Fan Li, He Xu. Simulation of Shupe Effect in Fiber Optic Gyroscope Fiber Coil with Inclinometer While Drilling[J]. Acta Optica Sinica, 2018, 38(5): 0506001.

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图 1. (a) 随钻测斜仪结构示意图;(b) 椭圆柱形光纤陀螺结构示意图

Fig. 1. (a) Schematic diagram of IWD; (b) schematic diagram of elliptic cylindrical FOG

图 2. 椭圆柱形光纤环柱面坐标系

Fig. 2. Cylindrical coordinate system of elliptic cylindrical fiber coil

图 3. 椭圆柱形光纤环第i CCW匝

Fig. 3. The ith CCW turn of elliptic cylindrical fiber coil

图 4. 椭圆柱形光纤环第j CW匝

Fig. 4. The jth CW turn of elliptic cylindrical fiber coil

图 5. 对光纤环温度激励

Fig. 5. Temperature excitation of fiber coil

图 6. 圆柱形光纤环数值计算与实验结果。(a)热致误差速率; (b)热致误差角度

Fig. 6. Calculated and experimental results of cylindrical fiber coil. (a) Thermal error rate; (b) thermal error angle

图 7. 椭圆柱形光纤环数值计算与实验结果。(a)热致误差速率; (b)热致误差角度

Fig. 7. Calculated and experimental results of elliptic cylindrical fiber coil. (a) Thermal error rate; (b) thermal error angle

图 8. 椭圆柱形光纤环与圆柱形光纤环的热致误差速率

Fig. 8. Comparison of rate error between elliptic cylindrical and cylindrical fiber coils

表 1光纤环物理参数

Table1. Physical parameters of fiber coil

表 2椭圆柱形光纤环与圆柱形光纤环的热致误差速率

Table2. Comparison of thermal error rate between elliptic cylindrical and cylindrical fiber coils

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图 1. (a) 随钻测斜仪结构示意图;(b) 椭圆柱形光纤陀螺结构示意图

Fig. 1. (a) Schematic diagram of IWD; (b) schematic diagram of elliptic cylindrical FOG

图 2. 椭圆柱形光纤环柱面坐标系

Fig. 2. Cylindrical coordinate system of elliptic cylindrical fiber coil

图 3. 椭圆柱形光纤环第i CCW匝

Fig. 3. The ith CCW turn of elliptic cylindrical fiber coil

图 4. 椭圆柱形光纤环第j CW匝

Fig. 4. The jth CW turn of elliptic cylindrical fiber coil

图 5. 对光纤环温度激励

Fig. 5. Temperature excitation of fiber coil

图 6. 圆柱形光纤环数值计算与实验结果。(a)热致误差速率; (b)热致误差角度

Fig. 6. Calculated and experimental results of cylindrical fiber coil. (a) Thermal error rate; (b) thermal error angle

图 7. 椭圆柱形光纤环数值计算与实验结果。(a)热致误差速率; (b)热致误差角度

Fig. 7. Calculated and experimental results of elliptic cylindrical fiber coil. (a) Thermal error rate; (b) thermal error angle

图 8. 椭圆柱形光纤环与圆柱形光纤环的热致误差速率

Fig. 8. Comparison of rate error between elliptic cylindrical and cylindrical fiber coils

表 1光纤环物理参数

Table1. Physical parameters of fiber coil

表 2椭圆柱形光纤环与圆柱形光纤环的热致误差速率

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