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。     

光纤陀螺温度噪声的研究

从理论上建立了光纤敏感环的温度分布模式，并导出了干涉光纤陀螺敏感环的温度噪声表达式，在此基础上对基于不同绕制方法的光纤敏感环的温度噪声特性进行了分析与比较。最后给出了有关的结论。     

谐振式光纤陀螺环路锁频技术研究

谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyro,R-FOG)是基于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.对基于调相谱检测技术R-FOG系统中的环路频率锁定技术进行了研究.通过对系统光学回路和处理电路部分分别进行建模,利用反馈控制系统理论,分析了整个环路的传递函数,得到了整个环路起主导作用的简化模型.利用该简化模型,在一定的光学回路参数条件下,得到了处理电路的最佳锁定参数,并进一步在实验中得到验证.     

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.     

谐振式光纤陀螺全数字闭环方案

谐振式光纤陀螺是一种新型的惯性传感仪器,与传统机械陀螺和其他光学陀螺相比具有很多理论上的优势.数字信号处理电路的谐振式光纤陀螺全数字闭环是采用双频率数字锯齿波相位调制技术对光路进行了相应的调制和解调.对光信号中夹杂的大量白噪声以及数字信号处理中由于有限位数的A/D引入的量化噪声进行综合考虑,提出了用比信号带宽高很多的采样率对含有噪声的信号进行过采样,加上后续的数字信号处理,低位数A/D和高位数A/D的检测效果几乎一样.数字调制的精度影响了系统的精度,使用平均法用低位的D/A可以实现很大的调制动态范围.经过基于文中设计的数字系统的实验,得到了和理论仿真类似的解调曲线,证明了文中提出的数字闭环方案的可行性.     

双频率调制谐振式光纤陀螺谐振谷分裂现象研究

谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyro,R-FOG)是利用光纤环形谐振腔的Sagnac效应实现对转动角速度检测的一种高精度惯性传感器件.双频率锯齿波组合调制技术可应用于谐振式光纤陀螺数字处理系统.实验发现,在基于双频率锯齿波组合调制技术的R-FOG系统中,对激光器输出光频率进行扫描时,在示波器上观察到光纤环形谐振腔的谐振曲线会分裂成两个谐振谷.利用频谱分析与光波场叠加原理相结合的方法对光纤环形谐振腔的输出光场进行了具体推导和仿真分析,并对谐振谷分裂现象的物理原因作了解释.仿真分析发现,光纤环形谐振腔的谱线宽度越窄或两个锯齿波组合调制频率相差越大,谐振谷分裂现象越明显.最后对这种谐振谷分裂现象进行了具体测试,实验测试结果和理论分析结果一致.     

正弦波调制对谐振式陀螺中谐振信号的影响

谐振式光纤陀螺（R—FOG）是利用光学Sagnac效应实现对转动角速度检测的一种高精度惯性传感器件。理论分析了正弦波调制特性,搭建了光学微谐振腔的调制解调实验系统,实验对比了正弦波、锯齿波、三角波3种调制波形对谐振信号信噪比的影响,得出了正弦波调制效果最好,提高了谐振信号的信噪比。针对不同调制幅度和频率条件下的正弦波调制对谐振信号的影响进行了测试,得出了调制幅度和调制频率对谐振信号的影响,为光学微谐振腔在谐振式陀螺系统应用中相位调制选择最佳的参数提供了参考。     

调制信号工作频率对谐振式光纤陀螺影响的研究

在谐振式光纤陀螺中,为了解决模拟调制中对锯齿波的回扫时间和线性度的苛刻要求,提高陀螺的检测精度和标度因数的线性度,往往采用数字调制,即采用阶梯波替代锯齿波作为相位调制器的控制信号.从理论上推导了数字调制信号的工作频率与探测器输出光强之间的关系,并利用Simulinking软件仿真了调制信号工作频率对陀螺输出信号的动态范围、陀螺的检测灵敏度和谐振腔输出信号的影响,指出在陀螺系统的实际设计时,应综合考虑以上三方面的影响,合理选取调制频率的大小.     

基于单片FGPA的谐振式光纤陀螺数字系统设计与实现

谐振式光纤陀螺（Resonator Fiber Optic Gyro,RFOG）是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速度的一种新型光学传感器,在小型化和集成化方面具有明显优势。相比于传统的模拟检测技术,数字检测技术具有稳定性好、抗干扰能力强、处理速度快和体积小、易于集成等优势。论文建立了基于单片可编程逻辑器件（Field Programmable Gate Array,FPGA）的数字RFOG系统,在单片FPGA上实现了基于比例积分控制技术的谐振频率伺服回路、用于自动反馈补偿相位调制器由于环境温度等发生变化时引起的2π复位电压漂移问题,以及体现Sagnac频差信号的第二闭环反馈控制回路。最后将研制的基于单片FPGA的闭环数字检测电路应用于实际RFOG系统,顺利验证了上述功能,并实际观测了陀螺转动信号。     

数字调制信号的复位误差对谐振式光纤陀螺影响的分析

谐振式光纤陀螺是采用环形谐振腔来增强Sagnac效应的,其数字调制信号的复位高度V2π的不精确,会对陀螺旋转角速度的测量产生影响.文章从理论上分析了不精确的复位高度V2π将使谐振腔中的交叉耦合电场和直通耦合电场之间不会形成最佳相消干涉,从而产生误差,并利用探测器输出总电场的表达式,以双频率调制的谐振式光纤陀螺为例,对引入的误差作了定量的数值计算.最后,文章介绍了几种克服误差的方法.     

光子晶体光纤及其在光纤陀螺中的应用

光子晶体光纤是一种包层由空气孔-石英沿轴向方向周期排列所构成的新型光纤。光子晶体光纤特殊的结构分布和特性,使其在降低光学噪声、陀螺尺寸、温度敏感性,提高陀螺精度和抗核辐射等方面,具有传统光纤陀螺不可比拟的优越性。本文综述了光子晶体光纤的概念、在光纤陀螺方面的独特优势,以及其在光纤陀螺应用方面的研究进展和前景。     

硅微角振动陀螺仪温度特性补偿方法研究

在研究硅微角振动陀螺结构和温度特性的基础上,创建了二元高阶多项式补偿模型,并设计了基于STM32F405的硬件补偿电路,实现该陀螺仪实时温度补偿.实验结果表明:温度补偿后的标度因数温度系数和全温零偏稳定性分别由344 ×10-6/℃和441°/h减小为12.6×10-6/℃和40.6°/h,使得该陀螺仪的温度特性有明显改善,验证了该补偿方法的有效性和可行性.     

Investigation of higher order modes excitation through F‐shaped slot in rectangular dielectric resonator antenna for wideband circular polarization with broadside radiation characteristics

In this article, a wideband circularly polarized rectangular dielectric resonator antenna (RDRA) with broadside radiation characteristics has been proposed. By using modified ground plane having an F‐shaped slot, the proposed structure able to generates three sets of modes i.e., fundamental as well as higher order modes. To obtained circular polarization, an orthogonal mode (TE₁₁₃) in the RDRA has been generated by using the F‐shaped slot on the modified ground plane. The resonance frequency of fundamental mode (TE₁₁₁) in the rectangular dielectric resonator (DR) has been calculated by using dielectric waveguide model method. The same has been confirmed through E‐field distribution in RDRA. Here, wide axial ratio (AR) bandwidth of the proposed antenna is due to the generation of and modes. It is observed that input impedance bandwidth has been broadening with a pair of excited modes ( and modes) in the proposed antenna structure. All these modes have been excited and merged to form a wide input impedance bandwidth and wide AR bandwidth of the designed antenna. The proposed antenna shows measured input reflection coefficient (S₁₁ < ?10 dB) of 50.55% and measured AR bandwidth (AR < 3 dB) of 14.28%. The designed antenna shows left‐handed circular polarization in broadside direction and offering an average gain and radiation efficiency of 4.29 dBic and 92.22% respectively.     

多通道光纤陀螺测试系统研究

本文介绍了一种基于多通道检测的光纤陀螺系统测试方案，给出了系统的硬件环境设计思想及测控软件的实现技术和方法，可实现光纤陀螺及其相关光电器件的综合检测，以提高光纤陀螺的测试效率，为光纤陀螺工程化服务。     

数字闭环光纤陀螺中滤波器量化效应研究

分析了光纤陀螺中滤波器的量化效应,提出减小滤波器截尾量化的积分补偿算法.该算法可以保证滤波器的有效精度在系统输出数据时无损失,有效地减小数据截断产生的量化误差,进而提高系统精度.通过实验验证了此算法的有效性.     

Residual intensity modulation in resonator fiber optic gyros with sinusoidal wave phase modulation

We present how residual intensity modulation （RIM） affects the performance of a resonator fiber optic gyro （R-FOG） through a sinusoidal wave phase modulation technique. The expression for the R-FOG system＇s demodulation curve under RIM is obtained. Through numerical simulation with different RIM coefficients and modulation frequencies, we find that a zero deviation is induced by the RIM effect on the demodulation curve, and this zero deviation varies with the RIM coefficient and modulation frequency. The expression for the system error due to this zero deviation is derived. Simulation results show that the RIM-induced error varies with the RIM coefficient and modulation frequency. There also exists optimum values for the RIM coefficient and modulation frequency to totally eliminate the RIM-induced error, and the error increases as the RIM coefficient or modulation frequency deviates from its optimum value; however, in practical situations, these two parameters would not be exactly fixed but fluctuate from their respective optimum values, and a large system error is induced even if there exists a very small deviation of these two critical parameters from their optimum values. Simulation results indicate that the RIM-induced error should be considered when designing and evaluating an R-FOG system.     

基于集成温度传感器的硅微陀螺仪数字化温度补偿研究

提出了一种基于集成温度传感器的硅微陀螺仪数字化温度补偿方法。首先,介绍了集成温度传感器的硅微陀螺仪基本结构原理,分析了硅微陀螺仪动力学方程以及温度变化对硅微陀螺仪谐振频率、品质因数、标度因数和零偏的影响。然后,设计了基于FPGA的硅微陀螺仪数字化补偿电路。最后,经过温度特性实验得到标度因数和零偏随温度变化曲线,建立了温度补偿模型,提出分段温度补偿方法。经过温度补偿后,标度因数和零偏的温度系数分别由316.66×10-6/℃和366.22°/(h·℃)减小为69.67×10-6/℃和115.25°/(h·℃),证明了补偿方法的正确性和可行性。     

On the use of adaptive rational interpolation for the calculation of resonator characteristics from EM analysis

Interpolation models are used in computational electromagnetic (CEM) analysis techniques to provide highly accurate models for microwave devices. In this article the use of a Thiele‐type adaptive rational interpolation formulation is exploited to accurately predict the natural frequencies and Q‐factors of a microstrip ring resonator. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Int J RF and Microwave CAE, 2006.