光纤环应力分布测试对光纤陀螺性能的影响

通过对光纤环进行应力分布测试和筛选,实现了改善光纤陀螺性能的目的。分析研究了由应力作用产生的光纤环非互易性对陀螺输出特性的影响,采用光纤应力分析仪对光纤环进行应力测试和筛选。并将经过光纤环在线测试和热应力测试筛选后的光纤环组装成陀螺进行零偏实验。实验结果表明:采用应力分析仪能够有效对光纤环进行应力测试和筛选,经过筛选后组装的光纤陀螺精度有了明显改善,全温范围内零偏稳定性可达0.08 ()/h。对后续高精度光纤陀螺研制有一定的借鉴意义。     

光纤陀螺用光纤环的应力分布实验研究

阐述了光纤陀螺中光纤环的的作用和绕制技术，介绍了布里渊光时域反射计(BOTDR)的工作原理和性能。利用一种BOTDR首次对不同情况下保偏光纤环的应力分布进行了测试和分析，揭示了光纤环中出现的工艺缺陷并进行了定位和分析。结果表明，利用BOTDR对光纤和光纤环进行应力分布测试，可有效的发现和控制这些缺陷的影响。     

基于布里渊散射的保偏光纤环应力分布特性研究

保偏光纤环是光纤陀螺的核心部件,其性能受温度的影响较大,主要表现为热致互易相移,影响光纤陀螺的精度。针对该问题,提出采用应力分布法测量光纤环的温度非互易相移。通过对不同温度点的光纤环应力分布数据进行分析,建立光程对中数学模型,基于该模型对光纤环的尾纤进行适当调整,改进其光学对称性,降低由温度变化引起的非互易相移。通过陀螺整机实验表明:该方法能大幅提高光纤陀螺的精度,过程简单方便,对成品光纤环具有一定的修复作用,提高了成品率,实用性较好。     

环圈对光纤陀螺信号尖峰的影响

采用环圈用胶的应力松弛原理解释了光纤陀螺信号中出现尖峰。在微小时间延迟内,由于胶对其所附着的小段光纤施加了不同大小的作用力,光纤环中相向传输的两束光波产生了不同的相位延迟,造成了非互易相位误差,从而导致了陀螺信号中出现尖峰。实验证明了,改变环圈用胶的交联程度可以避免光纤陀螺信号出现尖峰。     

结构谐振对闭环光纤陀螺振动性能的影响

振动性能是体现光纤陀螺环境适应性的一项重要指标。结构谐振是引起光纤陀螺振动误差的主要因素之一。在描述了光纤传感环圈骨架谐振对陀螺振动性能影响的试验现象的基础上,通过环圈骨架的有限元分析,以及光纤陀螺振动误差模型的推导,得出了环圈骨架谐振频率与陀螺振动输出零位漂移最大点的频率相吻合的结论。针对环圈骨架的薄弱环节进行改进设计及实验验证,结果表明消除结构谐振后的陀螺在0～2000Hz之间振动,输出不再发生明显漂移,振动过程中陀螺的零偏变化不超过0.2(o)/h。     

机械振动对光纤陀螺的影响及其减小措施

机械振动是光纤陀螺应用过程中无法回避的环境因素之一,如何提高机械振动条件下的精度是光纤陀螺设计和工程应用中必须考虑的内容。对机械振动影响光纤陀螺仪性能机理进行理论分析的基础上,在光纤环圈中引入了“匹配点”的概念,指出在光纤环中“匹配点”的空间位置越近越利于提高陀螺的振动性能,提出了通过采用四极对称缠绕技术是实现“匹配点”最小的一项有效措施,通过实例说明能否很好的控制四极对称绕法精度,对光纤陀螺的机械振动性能有很大的影响;实现了四极对称缠绕技术,很好的抑制了机械振动对光纤陀螺性能的影响。     

光纤陀螺光纤环温度瞬态效应的模拟仿真

对光纤陀螺(FOG)中的光纤环建立了三维柱坐标模型,通过ANSYS Workbench软件,结合实际检测到的光纤环温度,采用有限元分析法对光纤环在各种温度条件下的内部温度场分布进行了模拟仿真,得到光纤环中各层、各圈的时间-温度变化曲线;利用光纤环中温度场分布的仿真结果,及温度瞬态效应相关的热致非互易相位变化理论,编写相关算法,计算出光纤环由温度变化带来的温度漂移;将模拟仿真的温度漂移与陀螺实际输出进行对比,验证了所有模拟仿真工作的正确性,从而对绕环工艺起到理论指导的作用。     

空间用光纤陀螺辐射诱导磁场误差变化机理研究

干涉式光纤陀螺在空间环境下受粒子辐射、电磁场等多种物理场共同影响,使角速度输出误差劣化。文章通过分析光纤陀螺磁场误差主要来源,推导了光纤陀螺磁场误差模型。基于磁场误差模型探究辐射对磁场误差相关参数的影响,建立辐射诱导磁场误差变化理论模型。在此基础上,通过影响机理分析和实验验证,确定辐射主要通过影响维尔德常数和光纤应力双折射进而影响光纤陀螺输出零偏。进一步地,通过搭建小型化光纤陀螺样机,对保偏光纤环进行辐射处理并进行了相应磁场误差测试。测试结果表明,光纤陀螺磁场误差随辐射总剂量发生变化,其变化规律符合辐射诱导磁场误差变化模型。     

边孔光纤光栅的传感特性

报道了一种新型边孔光纤及边孔光纤光栅的研究结果。采用有限元法分析了边孔光纤内部的应力分布和双折射数值,并通过波长扫描技术对其双折射进行了测量,理论计算和实验测量结果表明双折射数值达到4×10-5。根据边孔光纤光栅两反射峰偏振态相互正交的特性,提出了一种基于偏振检测的波长检测方案对边孔光纤光栅的传感特性进行了测量。结果表明两峰中心波长间隔随温度变化的灵敏度仅有0.05 pm/℃,是普通单模光纤光栅温度灵敏度的1/184。提出了一种基于横向荷载压力增敏的新型边孔光纤光栅封装装置,使边孔光纤光栅双峰间距的压力灵敏度从5.6 pm/MPa增加到119.14 pm/MPa,增敏21倍,实现了温度不敏感的高灵敏度压力传感。     

基于白光干涉的光纤环保偏能力温度稳定性研究

为了研究陀螺用光纤环保偏能力的温度稳定性,采用白光干涉仪测试了光纤环在-40～80℃范围内7个温度点的偏振耦合分布。从光纤双折射、整体偏振耦合幅值、局部大偏振耦合点三个方面对测试结果进行了分析。光纤双折射随环境温度的升高线性减小,80℃时光纤双折射相对于-40℃下降了13.73,说明了温度越高光纤本身保偏能力越低。整体偏振耦合幅值表现出了以40℃为最低点的抛物线形温度分布,说明了绕环胶固化温度是影响光纤环在宽温域整体外应力的主要因素。分析了换层处的大耦合点偏振耦合幅值在低温下出现高低间隔分布的原因是光纤环与结构件的粘接胶采用高温固化方法造成的。三个方面的综合分析表明,环境温度与光纤拉丝温度的差值是影响光纤内应力的主要因素,绕环胶和粘接胶的固化温度是影响光纤外应力的主要因素。测试分析结果为后续优化光纤环的保偏能力温度稳定性提供了参考。     

压力容器表面应力光纤Bragg光栅的测量和分析

压力容器的安全可靠性已成为当今社会普遍关注的重大问题。运用崭新的光纤光栅传感技术,光纤光栅应变传感具有良好的线性度、灵敏度和耐久性,在工程领域中,可以满足实际应用的需要,具有广阔的应用前景。本文详细阐述了其测试原理,进行了光纤光栅应变特性标定实验,并对压力容器的横向和轴向应力进行多点、多手段的测量和分析,把光纤Bragg光栅的应力测量的工程应用的研究推进了一步。     

基于FBG的钻孔应变传感器研制

为了监测地壳内部的微应力应变,设计了一种基 于光纤布拉格光栅(FBG)的钻孔应变传感器。结合FBG的传感原理,通过有限元分析 ,构建出曲边三角形的 传感应变结构,并根据其传感特点进行相应的封装。使用参考光栅法,在应变片上粘贴两支 FBG,在一支 FBG测量应变的同时另一支FBG对其进行温度补偿,解决了FBG对温度和应变同时敏感的 问题。为了模拟传感 器在 钻孔中的环境,建立了微应变测试平台。实验结果表明,研制的钻孔应变传感 器的灵敏 度为0.092pm/με,且具有较大的增敏空间。     

保偏光纤双光栅传感性能的实验研究

在H2敏化处理的保偏光纤上的同一位置制作了中心波长分布在1300nm和1550nm窗口的两个光纤光栅,并对这种保偏光纤双光栅的传感特性进行了实验研究与理论分析,结果表明这种光栅可以用作多传感器,对温度、应力、压力等多个参量进行测量,还可以作为对保偏光纤光栅进一步深入研究的参考。     

光子晶体光纤陀螺热相位噪声研究

光子晶体光纤陀螺使用光子晶体光纤替代普通光纤绕制光纤环,是光纤陀螺的发展方向。光纤种类不同,其热相位噪声特性与传统陀螺存在差异。对光子晶体光纤陀螺光纤热相位噪声展开研究,利用有限元方法建立光纤模型及噪声模型,并搭建光源强度噪声抑制光路对热相位噪声进行测量,通过实验结果与仿真的对比,验证了模型的正确性。     

面向光纤陀螺发展需求的空芯微结构光纤的弯曲特性研究

空芯微结构光纤的弯曲损耗是决定其能否真正应用到光纤陀螺中的一个核心指标。设计并成功拉制出一款具有超低弯曲损耗的19芯空芯光子带隙光纤，通过与拉制的具有相近纤芯直径的空芯反谐振光纤进行对比，详细探究了空芯微结构光纤弯曲损耗的产生机理，证明了空芯光子带隙光纤具有更优异的抗弯曲特性。使用对称缠绕法，在0.25 cm的极限弯曲半径下，实验测量得到的空芯光子带隙光纤的弯曲损耗为每圈3.63×10^-3 dB@1624 nm，这是目前实验报道的空芯微结构光纤在最小弯曲半径下的最低弯曲损耗。面向光纤陀螺的应用需求，首次实验研究了在不同张力下空芯光子带隙光纤敏感环的插入损耗的变化情况。研究结果显示，随着绕制张力的增加，环体插入损耗显著增加，因此宜在小张力条件下进行空芯光子带隙光纤敏感环的绕制。研究成果对空芯微结构光纤在光纤陀螺领域的实用化进程有着重要的推进作用。     

光纤双折射对光纤环保偏能力影响的实验研究

为了研究光纤双折射对陀螺光纤环保偏能力的影响,选用三种不同型号的光纤采用相同的绕制方法制作相同规格的光纤环。采用白光干涉仪测试光纤环的偏振耦合分布,并利用光纤环两端尾纤与白光干涉仪尾纤的熔点引起的偏振耦合干涉峰计算绕环光纤的双折射。通过不同光纤环测试结果的比较,分析绕环光纤双折射对光纤环保偏能力的影响。测试结果表明,三种绕环光纤的双折射分别为7.47×10－4、6.36×10－4、5.78×10－4,对应的三只光纤环的整体偏振耦合幅值分别为－74.79 dB、－70.06 dB、－64.97 dB。选取了相同对应位置的5个大耦合点进行偏振耦合幅值的统计,三只光纤环平均偏振耦合幅值分别为－57.85 dB、－49.85 dB、－44.49 dB。实验结果表明采用高双折射的保偏光纤有利于提高光纤环的整体保偏能力,且高双折射光纤具有较强的抵御外界应力影响的能力。     

光纤环的绕制

光纤环是光纤陀螺的传感核心,如何绕制高质量的光纤环,对光纤陀螺的研制十分重要,本文从理论和实践两方面说明光纤环的绕制。理论和实践一致,方法简单易行。     

集成化光纤陀螺发展现状及趋势

无人机、机器人以及自动驾驶等领域对光纤陀螺尺寸、重量、成本综合性能提升有着迫切的需求,具有小体积、高性能、低成本等技术优势的集成化光纤陀螺成为目前的研究热点。文章梳理了美国、俄罗斯等在集成化光纤陀螺方面的最新研究成果和产品技术动态,从集成光学芯片设计加工、微小型高对称光纤环圈绕制、集成光学芯片与微小型光纤环圈直接耦合三个方面,阐述了集成化光纤陀螺面临的技术和工艺难题,分析了解决方案。最后,展望了集成化光纤陀螺的未来发展趋势和应用前景。     

混凝土表面式光纤光栅传感器应力传递规律研究

主要研究一种混凝土表面式的光纤光栅传感器的工作特性,应用光纤光栅的传感特性实现了对钢筋混凝土试件内部应变的测量,试件不仅就应用光纤光栅进行混凝土结构内部应变测量的技术、工艺进行研究,还对光纤光栅传感器进行了重复性实验,验证了其具有良好的一致性.同时,还考察了光纤光栅传感器的温度补偿问题,试验结果表明该方法具有较高的实用性.     

宇航用光纤陀螺双应力步进加速退化技术

光纤陀螺在宇航环境中会承受多种环境应力的作用,针对光纤陀螺在单一加速应力作用下的极限问题,提出双应力交叉步进加速退化试验方法,实现了寿命和可靠性评估。通过建立包含剩余标准化系数的退化轨迹模型,描述了光纤陀螺退化量与应力水平的关系。基于累积损伤模型及时间折算的模型参数估计方法进行加速退化数据的统计分析,得到光纤陀螺在使用应力水平下的寿命及可靠性信息。以光纤陀螺为对象,验证了此方法的有效性。