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。     

采用分布式偏振串扰检测保偏光纤环质量的研究

提出将偏振串扰分析仪用于光纤陀螺(FOG)保偏光纤(PMF)环绕制在线检测、原料PMF质量检测、成品PMF环总体检测和热应力检测。通过对原料光纤检测,可以有效减少原料光纤固有缺陷对光纤环的影响。通过PMF环绕制在线检测,可以有效检测出光纤环在绕制中的缺陷、监控绕制张力、定位绕制光纤位置和改进绕制工艺等。通过光纤环热应力检测,可以了解骨架、光纤固化胶由于热应力作用对光纤环性能的影响。研究表明,分布式偏振串扰测量是大幅提高PMF环质量的一个有效手段。     

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。     

改进型对称四级光纤环及其制备方法

光纤陀螺是一种重要的导航装置,光纤环(FOC)作为其敏感核心元件决定了光纤陀螺的精度和稳定性。本文针对FOC绕制过程中,边缘光纤匝易产生挤压变形,出现叠丝、塌陷等绕制缺陷,以及FOC绕制效率低等问题,构建了FOC三维仿真模型、分析了边缘非对称四级结构FOC在不同温度载荷下的SHUP误差、优化了光纤环换层绕纤边缘自动控制方法。最后,实际绕纤实验验证了所述方法的有效性。     

光纤环圈内部偏振耦合试验研究

基于白光干涉原理,采用麦克尔逊干涉仪补偿光程差的方法,对光纤环圈内部偏振耦合做了试验研究。研究结果表明:光纤环圈绕制过程中,在光纤环圈内部引入了新增的偏振耦合点,且引入的偏振耦合点呈周期性分布;通过改进环圈的绕制工艺,可以很好地抑制新增耦合点的产生。     

保偏延迟光纤环偏振串音对光纤电流互感器的影响

利用保偏延迟光纤环的偏振耦合模型,考虑幅值较大的互易性寄生波列,计算了光纤电流互感器(FOCS)光路系统的干涉光强,得到了互感器变比与延迟环偏振串音之间的理论关系,揭示了延迟环偏振串音的温度相关性对互感器变比的影响机理,并提出了抑制方法。为保证变温环境下互感器的变比误差在0.2%以内,延迟环的偏振串音应低于-30dB。实验结果表明:在绕制延迟环的过程中,降低绕环张力、减少胶的用量,采用低温度系数骨架可有效地改善互感器变比的温度稳定性,在-40℃!70℃范围内,互感器变比的变化量由0.63%降低至0.07%。该研究为光纤电流互感器中保偏延迟光纤环的设计和绕制工艺提供了理论指导。     

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。     

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。     

光纤陀螺温度补偿的实验研究

本文在理论分析光纤敏感环热致非互易特性的基础上,针对采用以ＱＵＡ方法 绕制的光纤敏感环的光纤陀螺,对于由外界环境温度变化而导致的光纤陀螺输出噪声进行数值模拟,并给出实施温度补偿的实验方案与相应结果。     

光纤陀螺传感线圈及绕法

通过对温度梯度对光纤陀螺传感线圈影响的分析,结合几种光纤传感线圈的绕法,简要说明了不同绕法的光纤传感线圈对温度梯度的抑制效果.     

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。     

光纤传感技术用于大气光学湍流测量

简要回顾了几种常用的光学湍流测量方法,分析了其适用条件和存在的主要问题.阐述了将光纤传感技术引入大气光学湍流测量领域的思想,并且提出了两种有望获得突破的技术方案,即光纤干涉法和光纤准直耦合法.实验研究表明,前者在2 cm的空气路径上,后者在10 cm的空气路径上即可获得明显的湍流信息.同时发现光纤系统的噪声和稳定性是制约研究进展的主要因素.     

温度暂态效应对光纤陀螺性能的影响及其减小措施

对温度暂态效应影响光纤陀螺零偏特性的机理进行了详细的理论分析,提出了几种消除温度暂态效应对光纤陀螺性能影响的方案,尤其是四极对称缠绕技术对提高光纤陀螺的温度特性具有更为明显的效果.     

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。     

布里渊光时域光纤传感中的快速测量技术

布里渊光时域光纤传感是一种连续分布式光纤传感技术,可广泛用于获取沿传感光纤的温度和应变等物理量分布。如何提高布里渊散射信号的测量和处理速度,以满足工程应用中的快速测量需求,是布里渊光纤传感领域研究者的主要关注点之一。文章通过分析传统布里渊光时域光纤传感系统的耗时来源,综述了近年来基于频率调制、功率谱测量、图像处理去噪和布里渊谱拟合方法改进等布里渊光时域传感中的快速测量技术研究进展。     

超辐射掺铒光纤光源平均波长稳定性分析

为了解决高精度光纤陀螺要求长时间的标度因数稳定性到10-5以下,必须确保高精度光纤陀螺所采用的掺铒超辐射光纤光源具有非常稳定的平均波长.从超辐射掺铒光纤光源的结构出发,推导出其平均波长主要受到温度、抽运功率、抽运波长、抽运光偏振态以及光纤陀螺返回光功率的影响.详细分析了以上因素对于超辐射掺铒光纤光源平均波长稳定性的影响,并介绍了消除或者减小这些影响因素的措施.同时还总结了提高超辐射光纤光源的平均波长稳定性的相关技术,采用这些技术可以获得平均波长随温度变化系数±0.05×10-6/℃的高稳定性掺铒超辐射光纤光源.对于掺铒超辐射光纤光源在高精度光纤陀螺中的实际应用具有指导意义.     

光纤陀螺的最新进展

光纤陀螺从提出至今仅２０余年,但其从原理到实现到改进的发展过程却发生了很大变化。文中简述了光纤陀螺广泛的应用背景及基本原理,对光纤陀螺实用化进程中的几点重大突破进行了总结,并详细介绍了国外光纤陀螺的研究和生产的最新发展情况,也提及了我国光纤陀螺的研制概况。在对各国光纤陀螺公司产品的性能指标及其应用范围的分析基础上,指出了当前光纤陀螺发展的高精度和低成本两个方向,并介绍了几种主要的方案。