● 摘要
光纤陀螺因其在精度、价格、尺寸、重量以及长寿命等诸多方面的优点而受到越来越广泛的重视。光纤陀螺的基本原理是基于Sagnac效应产生一个非互易的相位差 。但Sagnac效应并不是唯一引起非互易相位差的因素，在实际应用中，由于光纤陀螺应用环境中不可避免的存在磁场，从而产生一个由磁光法拉第效应引起的非互易相位差 。 的存在会对光纤陀螺，尤其是高精度光纤陀螺的输出造成影响，因此，必须对高精度光纤陀螺采取相应的磁防护技术。本文以U**光纤陀螺系统为背景，以该系统的光纤环单元及磁防护装置为研究对象，建立磁防护装置的有限元模型，并在低频磁场环境中对U**光纤陀螺系统采取磁防护装置后其输出精度的改善进行研究。首先通过理论推导及相关文献确定光纤陀螺对外界磁场敏感的关键器件，分析光纤陀螺的输出精度受外界干扰磁场影响的原因。在论文中比较了低频磁场和高频磁场的屏蔽原理，并提出了针对光纤陀螺进行磁防护的设计要点。然后选定合适的屏蔽材料并实测其B-H特性曲线。其次，根据高精度光纤陀螺设计指标及U**结构特征由屏蔽效能公式推导出单层磁防护装置的厚度，并在ANSYS 10.0 中进行仿真计算。接着，分析了磁防护装置存在开孔时对屏蔽效能的影响，将磁防护装置设计为圆角形式时其屏蔽效能的变化，及磁防护装置内引入光纤环骨架时对屏蔽效能的影响。仿真分析之后，利用所设计的单层磁防护装置进行实测实验，分析其屏蔽效果。实验中分别采集了对磁防护装置加工件进行热处理前后光纤陀螺的输出，通过分析比较采集数据，提出对磁防护装置进行热处理的重要性。接着，在对单层磁防护装置进行研究的基础上，仿真分析了双层磁防护装置的屏蔽效能。重点研究了磁层的分布（包括磁层厚度和空气间隙的分布，内外磁层厚度的分配），圆角大小的设计情况对磁防护装置屏蔽效能的影响。最后，通过总结有限元模型的建立方法、磁防护装置设计要点及对屏蔽效能的研究，得到相应结论，并为今后的深入研究提出建议。