消偏光纤陀螺径向磁场问题的理论研究

消偏光纤陀螺,由于单模光纤的不理想,外界磁场会对在光纤中转播的偏振光产生作用(Faraday 效应),而产生一个与磁场有关的附加的非互易相位差.基于单色光,对径向磁场作用下的整个陀螺系统进行理论推导、分析,给出仿真结果和实验结果,并提出减小径向磁场作用下的Faraday非互易相位差的方法.     

两种消偏陀螺的轴向磁场灵敏度

运用琼斯矩阵,分别建立了轴向磁场作用下,单消偏陀螺系统和双消偏陀螺系统产生Faraday非互易相位差的理论模型.导出了两种系统的非互易相位差的表达式,并对其进行理论分析和仿真,最后给出两种系统轴向磁场作用下的实验结果.提出:采用双消偏系统并使得两个消偏器的45°误差之和趋于0,可以在很大程度上减小消偏陀螺的轴向磁场灵敏度.     

轴向磁敏法评价消偏陀螺的性能

Lyot消偏器的性能直接决定着消偏光纤陀螺的零偏精度,评价消偏器的好坏在光纤陀螺工程化中至关重要.当前保偏焊接机精度下,精确获得Lyot消偏器的45°角需要进行多次焊接,且传统的评价方法是长期测试陀螺零偏稳定性,效率很底.本文提出通过增大垂直于光纤环面的轴向磁场,放大双消偏陀螺中的附加非互易相位差,从而短时间检测出陀螺的零偏.和传统的评价方法相比,本方法在检测Lyot消偏器45°误差方面效率提高了36倍,能评价的45°误差小于0.01°.     

对称法减小去偏陀螺轴向磁场灵敏度

基于单色光,利用琼斯矩阵,导出了去偏光纤陀螺对垂直于光纤环面的轴向磁场敏感的具体公式.分别对单个光纤环和两个对称的光纤环进行理论分析、给出仿真结果,并首次提出减小轴向磁场灵敏度的新方法:采用两个对称的光纤环减小轴向磁场灵敏度.与单个光纤环相比,不对称度为1%的两个对称光纤环,轴向磁场灵敏度可以下降到3‰以下.     

光纤环的热致非互易性噪声理论与实验研究

研究了光纤环非稳态传热过程中的非互易相位噪声特性.根据光纤陀螺在实际应用中环境温度的干扰,通过有限差分法,建立了光纤环时变温度场分布模型,对光纤环在非稳态传热过程中的温度场进行了模拟分析.在此基础上,针对不同绕制结构的光纤环,对其温度漂移进行了数值模拟和比较.实验表明,交叉子绕线方案能更好地抑制光纤环热致非互易噪声的影响,从而能提高干涉型光纤陀螺的长期漂移精度.     

多模光纤光栅的应变传感特性

主要对多模光纤光栅的应变传感特性进行了实验研究,实验结果表明,光纤光栅的Bragg波长随轴向应变的变化呈现出良好的线性关系,而且其重复性相当好。实验测得的应变灵敏度为0.0011nm/(×10-6),与理论计算值相符。这些特性与单模光纤光栅的传感特性基本相同,因此可以用多模光纤光栅代替单模光纤光栅制作光纤传感器以降低成本。实验结果可以作为对光纤光栅进一步深入研究的参考。     

弹性基体对磁场中输流纳米管的振动影响

基于非局部连续介质理论,对处于轴向磁场作用下嵌入弹性基体中的输流单层碳纳米管(SWCNT),应用哈密顿原理,采用Euler-Bernoulli梁模型,建立了固支边界条件下该系统的横向振动微分方程.方程中计及磁场力与小尺度效应,弹性基体等效为Pasternak弹性模型.应用微分变换法(DTM)求解方程,着重研究了弹性基体、轴向磁场及小尺度效应耦合作用时该纳米输流管道系统振动稳定性问题.数值计算结果表明：弹性基体与轴向磁场均能提升系统的稳定性;而小尺度效应则降低系统稳定性.进一步的研究表明：随着弹性基体的增强,磁场对系统稳定性的影响受到一定程度的抑制;而对于小尺度效应而言,弹性基体的剪切参数抑制小尺度效应对系统稳定性的影响,但弹性参数放大了这一影响作用.     

光纤光栅索力传感器的设计与分析

基于光纤光栅的传感原理和均匀轴向应力作用下光纤光栅的传感模型,分析了引起光纤光栅轴向灵敏度变化的两个因素--弹光效应和光纤芯径变化引起的波导效应,并绘制了其变化曲线.通过选择合适的弹性体,研制出一种光纤光栅索力传感器,最后,给出了该传感实验系统的实验结果,与传统索力传感器相比,该传感器具有更好的稳定性和更高的精度.     

用于局部放电检测的光纤电流传感器

根据Faraday磁光效应原理设计了一种新型的光纤电流传感器,可用于局部放电电流的检测.基于Jones矩阵,建立了光纤电流传感器的数学模型,推导出了电流检测理论公式,并进行了相关实验,实验结果证明了光纤电流传感器的实用性.     

基于K-means聚类的光纤环边缘提取算法

光纤环是光纤陀螺中引起的两相向传播光波之间的Sagnac相位差的部件,光纤环如何缠绕将对光纤陀螺的测量精度产生直接影响。本文提出一种基于K—means聚类的光纤环边缘检测识别算法,通过与常见边缘提取方法的比较,发现用K—means聚类算法能够准确的找出初始簇中心,可以比较准确完整的将光纤环边缘轮廓从背景中分割出来,并具有较强的抗噪性。     

Magneto-optical behavior of microstructure spun fibers

The simple design of a microstructured spun fiber with air channels has been developed. For the first time a magneto-optical response of the microstructured spun fiber with high built-in linear birefringence has been experimentally studied. Most valued magneto-optical properties of this fiber to be discovered are high sensitivity resistance at bent deformations and sensitivity value is nearly to a theoretical value. It is showed that such microstructured fiber accumulates effectively Faraday phase shift in magnetic field even when the fiber is coiled into a loop of a very small diameter. For example, a fiber coil of diameter 5 mm with 100 turns has a magneto-optical sensitivity of about 70% of “ideal” value and well agrees with model calculations. Results are of a great significance for a fiber-optic current sensor.     

自动消除磁滞模糊的光纤测磁传感仪

光纤测磁传感仪根据Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ干涉仪原理制作，适用于测量静态弱磁场。传感仪的传感臂和参考臂由两条单模光纤组成，传感臂的光纤上粘合了一段磁滞伸缩材料作为传感头．当被测静态场与交变的偏置场共同作用于传感头时，磁滞伸缩材料所产生的纵向应变将导致光纤中的光相位发生变化，利用相位探测装置和锁相放大器就可得出被测场的大小。本系统可探测的最小静态场为７９．５７×１０Ｅ－７（Ａ／ｍ）。     

一种测量静态磁场的光纤传感仪

所述的传感仪根据Ｍａｃｈ－ｚｅｈｎｄｅｒ干涉仪原理制作．传感臂和参考臂由两条单模光纤构成，传感臂的光纤上粘合了一段磁滞伸缩材料作为传感头，一个频率为ω０的偏置磁场施加于传感头上，当被测静态场与交变的偏置场共同作用于传感头时，磁滞伸缩材料所产生的纵向应变将导致光纤中的光相位发生变化，利用相位探测装置和锁相放大器就可测出未知场的大小，本系统可探测的最小静态场为１０－６（Ｏｅ／ｍ）。     

LD温度控制系统在光纤磁场传感器中的应用

光纤磁场传感器所使用的磁光晶体的法拉第旋转角会随着入射光波长的不同而不同,半导体激光器的工作温度对输出波长有很大影响。因此,必须对半导体激光器的工作温度进行高准确度的控制才能使光纤磁场传感器工作稳定。利用单片机驱动半导体致冷器对半导体激光器进行温度控制,不仅简单,而且温度控制稳定、准确度高。可使半导体激光器的输出波长保持稳定,保证了光纤磁场传感器的测量准确度。     

实用新型光纤磁场强度传感器

在高压电气系统中 ,磁场的检测是非常重要的。新型实用光纤磁场传感器应用了现代光通信系统中的新型磁光晶体、准直器、带尾纤的半导体激光器、耦合器等多项技术 ,使传感器不仅结构紧凑 ,而且具有良好的抗震性能和测量准确度     

一种软磁薄膜磁滞回线测量系统设计*

影响磁通门传感器性能的关键因素之一是软磁薄膜铁芯的性能,针对传统方法和现有仪器测量软磁薄膜磁滞回线的缺点,在分析了长条形软磁薄膜的退磁问题基础上,给出了退磁场对磁滞回线影响的修正方法。采用STM32单片机、LabView软件及数字积分技术设计了一种低成本、小误差软磁薄膜自动化测量系统。通过对电镀软磁薄膜和软磁合金带材样品的测试,并与振动样品磁强计测试结果相比较,结果表明两者矫顽力的相对误差在10%以内,证明了该系统的有效性和准确性。     

Faraday optical phase modulator on microstructured spun fiber

Optical phase modulator on Faraday effect in microstructured spun fiber is suggested for current sensor. It is showed that such modulator has a high effectiveness which is closed to theoretical one if a period of modulation is more than transit time of light through the fiber. A variation of parameters of optical interferometer with incorporated modulator is experimentally studied under mechanical disturbances on modulator fiber ends. It is discovered that a relative variation of interferometer visibility factor is considerably more than a variation of magneto-optical sensitivity under identical disturbances.