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.     

单模光纤环轴向磁场问题的理论研究

去偏光纤陀螺的非理想单模光纤,在垂直于光纤环面的轴向磁场作用下,由于Faraday 效应,在其中传播的正反两束光会产生一个与磁场有关的非互易相位差.本文基于单色光对在轴向磁场作用下的单模光纤环进行理论推导、分析,给出仿真结果和实验结果,并提出减小轴向磁场作用下的Faraday非互易相位差的方法.     

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.     

干涉式光纤电流传感器

提出了使用干涉法精确测量较大电流的新方法.运用琼斯矩阵,分别对两种干涉系统敏感电流进行理论分析和推导,给出仿真结果,并提出使用双消偏干涉式光纤电流传感器系统可以测量极大的电流,使用单消偏系统精确测量较小电流的方案.与传统测量相比,此测量系统体积小、重量轻、可靠性高且易于野外操作,有很广阔的应用前景.     

光纤陀螺环振动性能评价体系的建立与应用

建立了光纤环振动响应的理论模型,分析得到光纤环振动瞬态响应振幅与振动激励频率和加速度振幅呈正比的结论,并进行实验验证,以此为依据建立包括若干参数的光纤环振动性能全面评价体系,定量评价光纤环的振动性能。搭建光纤环振动性能测试系统,并对大量光纤环进行振动性能全面测试,振动灵敏度为1°/(h.Hz),非线性度为10%,重复性误差约为2%,振动致零偏漂移量级约为1°/h,证明了该评价系统对不同固胶光纤环有很好的区分度,能全面有效地反映光纤环的振动性能。     

基于Allan方差的光纤陀螺零偏不稳定性研究

光纤陀螺Allan方差零偏不稳定性表征了光纤陀螺的1/f噪声或其它低频漂移,表征了光纤陀螺在惯性导航系统中的应用性能。因此,对Allan方差零偏不稳定性进行研究具有重要意义。本文对Allan方差零偏不稳定性进行了理论分析和实验验证,并采用了提高Allan方差零偏不稳定性的技术措施。测试结果表明:该技术措施可以明显提高光纤陀螺Allan方差零偏不稳定性。     

光纤陀螺存在的问题及发展方向

本文首先从光纤陀螺的出现到Sagnac原理阐述了新一代陀螺相对于机械陀螺和激光陀螺的优越性。接着分析了目前光纤陀螺研究中面临的主要技术障碍和相应解决办法以及技术发展方向。我们认为,由于集成光纤陀螺集光纤陀螺优点于一身。因此,高精度的集成光纤陀螺将是光纤陀螺的最终目标。     

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.     

调相谱检测技术下谐振式光纤陀螺实验研究

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是新一代光学传感器的代表.提出一种基于调相谱检测技术的R-FOG开环系统.作为核心敏感部件的谐振腔是由长度为5.5 m的保偏光纤和耦合系数为20%的保偏耦合器组成.谐振腔直径为0.1 m.根据测试其谐振曲线,得到该谐振腔的自由谱宽、半高全宽、清晰度以及谐振深度分别为35.7 MHz、2.21 MHz、16.2和0.95.由上述谐振腔参数计算得到该系统的极限灵敏度为4×10-7rad/s.利用声光调制器在R-FOG顺时针和逆时针光路中引入不同的频率差,用于等效陀螺转动引起的Sagnac频差,得到了陀螺的模拟开环响应曲线.根据得到的等效输出响应曲线,计算出该系统的动态范围可达 13.5 rad/s到-13.5 rad/s.由开环响应曲线中得到系统的检测灵敏度为0.03 rad/s;采取措施克服系统中的噪声源,可以进一步提高系统的检测灵敏度.     

谐振式光纤陀螺中偏振波动的影响

谐振式光纤陀螺是基于光学Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速率的一种新型光学传感器。通过对其噪声源的大量研究表明，偏振波动是谐振式光纤陀螺中的主要噪声因素之一。我们主要就偏振波动的产生机理及相应的补偿措施进行了详细分析。     

光纤陀螺随机误差建模的实验研究

为提高光纤陀螺精度,需要对其随机误差进行精确建模。以VG941-3AM微型精密光纤陀螺仪为实验研究对象,进行了数据采集、预处理和平稳性检验。将基于残差序列最小自相关原理的LAC(least-autocorrelation)准则及其递推算法,应用于光纤陀螺随机误差模型的辨识。建立了ARMA模型的状态方程和观测方程,设计了Kalman滤波器。实验结果证明了算法的有效性和准确性,处理后的光纤陀螺随机误差减小了95～97%。