二倍频调制对开环光纤陀螺工作特性的影响

开环光纤陀螺(FOG)常使用压电陶瓷(PZT)实现非互易性相位偏置,但相位调制中的非线性会造成工作点不稳定和Sagnac相位解调误差。本文对PZT二倍频调制和相位延迟导致的寄生调制信号进行了理论分析,进而提出在小角度Sagnac相移输入时利用二、四次谐波监控工作点,在Sagnac相移逐渐变大时利用一、三次谐波监控工作点;同时对比了相位延迟角为0°和90°所引起的工作点不稳定,采用较大相位延迟角可将工作点绝对误差降低到10-5水平,相位解调误差降低到10-5rad水平。     

光纤陀螺调制相位噪声的研究

对ＰＺＴ光纤相位调制器的相位延迟稳定性及它给开环光纤陀螺带来的噪声进行了分析，通过改变环境温度，对这项噪声进行了实验研究     

数字调制的谐振式光纤陀螺

谐振式光纤陀螺是利用正反方向传播光波的谐振频差来检测旋转角速率的惯性传感器。由于模拟调制的方法无法达到较高的系统性能,提出了一种数字调制方法,此方法采用两种频率组合的阶梯波作为LiNbO3调制器的控制信号,对其进行数字调制。通过理论的研究和仿真,证明此种方法是切实可行的。     

方波调制误差对光纤陀螺的影响分析与实验

根据数字闭环光纤陀螺的方波调制、解调原理,指出调制方波的频率、相位和占空比不理想是造成方波调制误差的原因。讨论了周期脉冲干扰的频率和相位特征,利用周期脉冲干扰的傅里叶级数推导出了方波调制误差的数学模型。建立了带有方波调制误差的闭环光纤陀螺简化模型,推导出了方波调制误差和陀螺输出偏置误差的关系。通过仿真和测试分析了调制方波的周期、相位、占空比、光纤环的群延时以及放大电路的增益带宽对陀螺输出偏置的影响。最后,给出了一种利用周期脉冲干扰波形检测方波调制误差的简易方法。     

闭环方波调制谐振型光纤陀螺标度因子非线性分析

对采用方波频率调制的谐振型光纤陀螺(R-FOG)的闭环控制方案进行了分析.当光波频率偏离谐振中心频率时,R-FOG反射光强将出现方波强度调制信号,利用此误差信号可以实现R-FOG的闭环控制,将CW和CCW两束光的光波频率分别锁定为其谐振频率.两束光的闭环频率锁定分别通过激光器频率调节和频率偏置调制实现,锁定精度由控制系统的精度决定.对基于方波调制的闭环R-FOG的标度因子非线性进行了分析.分析表明,标度因子非线性受闭环频率控制精度的影响,影响的大小与谐振腔的谐振精细度相关.谐振精细度越高,频率控制精度的影响越大.对于50精细度的谐振腔,100 ppm的标度因子非线性要求频率控制精度优于1 113 Hz,而对于100精细度的谐振腔,对频率控制精度的要求提高为605 Hz.     

XPM对非线性光纤环镜微波光子开关的影响

为了研究交叉相位调制(XPM)对非线性光纤环镜微波光子开关的影响.基于耦合非线性薜定谔方程,彩分步傅里叶法建立考虑XPM在内的数值分析平台,获得了MOLM微波光子开关中XPM对微波调制光载波信号和NOLM功率舆函数的影响.数值计算表明:XPM导致调制波波形畸变,信号能量从主瓣泄露;并且随着调制带宽的增大,旁瓣泄露愈加严重.同时由于XPM效应的非互易性,NOLM功率传输函数扭变,在耦合器分光比f∈(0,0.5)区间减少而在f∈(0,0.5)区间增大.     

采用数字相位跟踪的光纤陀螺解调方案设计

干涉型光纤陀螺仪是一种基于Sagnac效应测量物体相对于惯性空间旋转角速度的光纤传感器。提出了一种采用数字相位跟踪的方式对光纤陀螺进行信号解调的方案,通过产生一个相位来跟踪旋转产生的Sagnac相移,从而解调出旋转角速度。数字相位跟踪采用坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法实现,占用逻辑资源少且运算速度快。经过在光纤陀螺的数字信号处理系统中进行实验验证,设计的解调方案可以对200°/s以下的转速进行有效解调,标度因数非线性度为1200 ppm,零偏稳定性为0.027°/h。     

谐振式微光学陀螺中相位调制非线性研究

通过在相位调制器上施加线性变化的调制信号来实现对光波频率的方波调制是目前谐振式微光学陀螺(RMOG)中普遍采用的调制方法。而实现理想的方波频率调制要求完全线性的调制波形,极大地增加了系统实现难度。研究了调制曲线非线性对谐振腔输出的影响,仿真计算了具有二阶和三阶非线性误差的调制曲线引起的谐振曲线偏移和畸变。分析了解调输出误差与调制曲线非线性度的关系。通过搭建RMOG实验系统,测试了实际产生三角波调制信号的高阶非线性系数以及陀螺输出的标度因数。实验验证了理论分析计算方法的正确性以及采用模拟三角波产生方法改善微光学陀螺中相位调制非线性的可行性。     

谐振腔光纤陀螺信号检测方法的研究

谐振腔光纤陀螺(R—FOG)是利用光学Sagnac效应实现对转动检测的一种高精度的惯性传感器件。在谐振腔光纤陀螺系统中，信号检测系统占有非常重要的地位，其检测精度的大小直接影响陀螺的分辨率。光纤环形谐振腔是谐振腔光纤陀螺的核心敏感部件。采用两种频率的锯齿波组合调制，考虑激光器有限光谱线宽条件下，采用洛仑兹线型描写光纤环形谐振腔的输出光强表达式。针对输出光强与谐振频率偏差在靠近谐振点附近的近似线性关系，利用多次反馈频率操作来依次跟踪谐振腔光纤陀螺顺时针和逆时针光束的谐振点，从而避免了谐振频率偏差复杂的求根算法。仿真结果表明，多次反馈频率操作，可以较快地锁定到谐振点。     

光纤传感器在混凝土结构内应力检测中的应用

由于光纤传感器体积小，集传感与传输于一体，无电磁干扰等一系列优点，在机敏复合材料中得到广泛应用。文章提出将光纤传感器埋入混凝土结构中，实时、在线监测混凝土结构内部应力状态的变化，即一种机敏建筑结构雏型。讨论了混凝土结构中埋入光纤传感器的埋入方式，受压、受弯引起的光强输出变化与混凝土结构内部状态的关系，并对埋入光纤传感器的混凝土构件三点弯曲梁、圆柱构件进行了实验研究。实验结果表明，光纤传感器的输出变化能反映混凝土构件内部应力变化情况及裂缝的发生、发展等情况     

全光纤陀螺光学部件的研究与实现

介绍了全光纤陀螺的基本工作原理,分析了全光纤陀螺各光学部件的关键技术,然后探讨了搭建光路时部分难点的一些解决办法．作为一种新型的角度传感器,实用型低精度开环光纤陀螺系统采用了全保偏的设计方案,偏移调制采用正弦信号来调制压电陶瓷调制器．     

光纤陀螺传递函数的数字信号辨识法

通过对全数字闭环光纤陀螺的Y波导施加固定的伪随机阶梯波激励信号,即使陀螺处于一定的转动激励中,比较输入信号与输出角速率信号可对光纤陀螺的传递函数模型进行辨识,建立全数字闭环光纤陀螺的传递函数模型。该方法通过软件施加激励信号实现在陀螺生产阶段的传递函数的在线测量,不必施加真实的转动信号。对该方法辨识的重复性进行了验证,结果表明,辨识出的陀螺带宽的重复性优于0.4 Hz。     

谐振式光纤陀螺开环响应测试

谐振式光纤陀螺是基于光学Sagnac效应来测量载体旋转角速度的一种新型传感器.利用调相谱检测技术,建立了谐振式陀螺的开环响应测试系统.利用自行研制的锁相放大器和反馈控制电路,得到了线性度很好的解调曲线.从解调曲线的线性工作区可进一步得到系统的动态范围高达+4.2～-4.2rad/s.通过对顺时针和逆时针光路采用不同的频率调制,成功地观察到对应两个不同旋转方向的陀螺开环响应输出信号.最后,对系统的零漂进行了测试,在5s时间内观察到系统的零漂为0.02rad/s.     

An Open-Loop Test of a Resonator Fiber Optic Gyro

谐振式光纤陀螺是基于光学Sagnac效应来测量载体旋转角速度的一种新型传感器.利用调相谱检测技术,建立了谐振式陀螺的开环响应测试系统.利用自行研制的锁相放大器和反馈控制电路,得到了线性度很好的解调曲线.从解调曲线的线性工作区可进一步得到系统的动态范围高达 4.2～-4.2rad/s.通过对顺时针和逆时针光路采用不同的频率调制,成功地观察到对应两个不同旋转方向的陀螺开环响应输出信号.最后,对系统的零漂进行了测试,在5s时间内观察到系统的零漂为0.02rad/s.     

光纤陀螺用双Y分支波导相位调制芯片与PIN-FET集成器件

针对集成化、小型化及低成本光纤陀螺应用需求,基于光路耦合和精密组装等工艺研制了双Y分支波导相位调制器芯片与PIN-FET组件封装级集成的样品器件。装机测试表明,该光纤陀螺在常温下的零偏稳定性优于0.2°/h。     

基于长程光纤网络的谐振腔光纤陀螺

提出一种全新结构的基于长程光纤网络光调制谐振腔光纤陀螺(R FOG)系统,利用R FOG传感部件光纤环形腔的光纤长度短、体积小以及无源特点,将其通过长程光纤网络与后端的光源、探测器及复杂的信号处理部件连接起来,实现远距离的无源角速度探测。这种结构的R FOG具有很高的理论灵敏度可达5×10-8 rad/s,采用的全数字闭环处理方案能实现大动态范围信号检测,而且对转换器的要求不高。各种误差消除措施可以在系统中很方便的实现,大大提高陀螺性能。结合光纤系统的各种复用技术,该R FOG结构可以组成大型的远距离角速度惯性测量网络系统,有效地克服了传统R FOG在系统成本和复杂性上的劣势,为R FOG走向实用提供了新途径。     

光纤陀螺调制器的残余强度调制影响与消除

光纤陀螺(IFOG)用相位调制器的残余强度调制(RIM)直接影响标度因子稳定性.对Y波导调制器残余强度调制特性进行了实验测试,根据测试结果给出了残余强度调制特性的近似公式.对开环光纤陀螺,在调制器存在内静电压时,残余强度调制对标度因子稳定性影响的大小与调制器两分支残余强度调制系数的差和内静电压成正比;对数字闭环方式,残余强度调制不仅直接影响标度因子稳定性,也影响由2π复位环路确定的调制信号最高电压而间接影响标度因子稳定性,影响的大小与调制器两分支残余强度调制系数的差成正比,但与电光系数成反比.提出的三时隙解调方法不仅能消除残余强度调制的直接影响,也能消除通过2π复位环路的间接影响.     

平均波长对光纤陀螺标度因数的影响

分析了宽谱光源的平均波长对标度因数的影响,初步建立了开环光纤陀螺和闭环光纤陀螺标度因数的系统模型,详细讨论了平均波长和光纤陀螺第二闭环影响标度因数的机理,并进行了相关的实验,实验结果与理论分析结果吻合,验证了该系统模型的正确性。     

基于相位载波调制解调技术的全保偏光纤水听器

报道了基于相位载波调制解调技术的全保偏光纤水听器研究结果.采用全保偏光纤干涉仪结构消除了偏振不稳定性,运用相位载波调制解调信号处理技术消除相位随机漂移引起的干涉信号衰落的影响,实现了对声信号的稳定检测和光纤水听器探头的全光纤化.实验测得在20～1 600 Hz频段,光纤水听器的相位灵敏度约为-162.5 dB,灵敏度的起伏为±0.7 dB,500 Hz单频点的灵敏度变化小于0.1 dB.