PH激光光学材料、薄膜及元器件

实用型中低精度开环光纤陀螺系统的试验研究常胜利　宋　俊　胡勇明　宋章启(国防科技大学理学院 ,长沙 4 10 0 73)全光纤的开环光纤陀螺系统从探测器的电信号直接解算出光纤陀螺的 Sagnac相移 ,具有结构简单、全光纤、成本低廉等优点。所以开环光纤陀螺是满足中低精度应用要求的比较理想的方式。实用型中低精度开环光纤陀螺系统采用了全保偏的设计方案 ,动态偏移调制采用正弦信号调制和压电陶瓷调制器 (光纤在压电陶瓷上环绕数圈 ) ,利用多次谐波分析的数据处理方法 ,并且结合高阶契比雪夫 FIR滤波器、自适应最佳采样速率设定、频谱分析…     

实用中低精度光纤陀螺的信号处理设计

开环光纤陀螺系统直接从探测器的电信号解算出光纤陀螺的Sagnac相移，具有结构简单、全光纤、成本低廉等优点。所以开环光纤陀螺是满足中低精度应用要求的比较理想的方式。为了在开环光纤陀螺结构中满足大动态范围和高测量精度的要求，系统的信号处理方案利用多次谐波分析的数据处理方法，并且结合高阶契比雪夫FIR滤波器、自适应最佳采样速度设定、频谱分析技术、数字相关处理等数字信号处理技术，实现了2deg/h的精度。本文除了介绍上述设计方法外，并且通过对实验结果的对比测试分析，提出进一步提高光纤陀螺精度和稳定度的途径和设想。     

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．     

实用型光纤陀螺系统工作点的选定和稳定技术的试验研究

介绍了实用型中低精度开环光纤陀螺系统中如何实时并准确地测量陀螺系统的工作点的方法和技术方案,并且从理论上分析了开环的光纤陀螺系统的工作点的选择依据。通过对实验结果的对比测试分析,提出了进一步提高光纤陀螺精度和稳定度的途径和设想。     

相位调制非线性对开环光纤陀螺工作点测量与信号解调的影响

在全光纤开环光纤陀螺中，利用压电陶瓷调制器可以为光纤陀螺提供互易性正弦相位偏置，但相位调制中的寄生非线性会对陀螺测量产生影响。从理论上给出了二倍频非线性相位调制情况下开环光纤陀螺输出信号的一、二、四次谐波表达式，分析了相位调制非线性对陀螺工作点测量与信号解调的影响，实验验证了相关结果。实验结果与理论分析表明在陀螺应用中必须采取措施抑制非线性相位调制的幅度。     

压电陶瓷光纤相位调制控制系统的研制

压电陶瓷光纤相位调制器是光纤傅里叶变换光谱测量系统中的核心器件之一,压电陶瓷驱动控制系统的输出电压特性决定了压电陶瓷光纤相位调制器的多种性能,如线性、分辨率、动态特性等,从而对光纤傅里叶变换光谱测量系统的光谱分辨率、测量速度和系统噪声等重要指标产生影响.应用复杂可编程逻辑器件(CPLD)、复合高压运放和单片机等先进电子技术设计压电陶瓷光纤相位调制控制系统.实验表明,该系统加载压电陶瓷容性负载后,在设定的频率范围内显示出了较好的动态特性与线形度,能很好地满足光纤相位调制技术对压电陶瓷工作电压波形的要求.     

开环光纤陀螺的光源强度噪声抑制方法研究

光纤陀螺系统中的宽带光源会产生光源相对强度噪声,要提高陀螺性能就必须对其加以抑制.由于开环光纤陀螺使用正弦波调制,相对强度噪声不能直接由陀螺信号相减消除.针对基于正弦波调制的开环光纤陀螺系统信号差分电路放大的特点,设计了一种实现强度噪声抑制的新算法.经实验验证,该算法有效,可使开环光纤陀螺的随机游走减小18%.     

器件的非理想化对光纤陀螺精度的影响

为了提高开环光纤陀螺的测量精度,研究了干涉式开环光纤陀螺系统中元器件的非理想化对陀螺精度的影响.根据光纤陀螺系统的结构特点,给出了陀螺系统不同元器件的矩阵模型,导出了开环陀螺的输出表达式,重点分析了光源偏振度和输出光功率波动、耦合器分光比波动以及系统中光纤尾纤熔接点对轴误差造成的偏振误差.研究结果表明,在诸多影响因素中,光源波动对陀螺系统的影响最大,耦合器分光比波动次之,熔接点对轴误差的影响最小.     

基于3×3耦合器的光纤陀螺信号解调算法

采用3×3耦合器构成非互易结构的开环光纤陀螺,具有灵敏度高、测量范围大等优点.信号检测在光纤陀螺系统中占有非常重要的地位,其解调精度的大小直接影响光纤陀螺的分辨率.根据使用3×3耦合器的开环光纤陀螺输出信号模型的特点,采用一种新的信号解调算法,可以准确解调任意动态范围的输入,克服在工作点附近灵敏度低的缺点,改善被测信号的精度.实验结果表明,算法能快速、准确解调被测物理量.     

应用于光纤相位调制的压电陶瓷驱动电源

为提高光纤傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率,设计了应用于光纤相位调制的压电陶瓷驱动电源.驱动电源由低频信号发生部分和高压放大部分组成.利用幅频波特图和开环相频图进行分析,深入讨论了驱动电容值较大的容性负载时的电路稳定性.实验表明使用该电源能实现光纤傅里叶变换光谱仪的高分辨率.     

一种闭环干涉式光纤陀螺的研究与实现

介绍了一种采用DSP和相关检测技术实现的闭环干涉式光纤陀螺.该闭环光纤陀螺采用以多功能集成光学器件为核心的结构,以方波为偏置调制,数字阶梯波为反馈.在此基础上提出的相关检测方法较好地发挥了闭环干涉式光纤陀螺的优点,使系统具有检测精度高、动态范围大、低漂移等优点,是一种理想的检测技术.     

用应变仪探测光纤光栅波长移动的传感网络

本文提出并实验了一种新的探测光纤光栅波长移动的系统,该系统采用抖动调制的方法逐步逼近光纤光栅反射光谱的中心波长,并用应变仪作为系统的读出装置,彻底消除压电陶瓷的非线性性和滞后性带来的误差,使测量系统的精度得到明显提高。     

旋转式光纤陀螺寻北仪研究

基于光纤陀螺和旋转调制技术的优点,提出一种单陀螺寻北仪.采用1个单轴光纤陀螺、2个石英加速度计和旋转机构组成系统, 寻北同时还可得到具有一定精度的纬度信息.给出了寻北原理公式,基于递推最小二乘法开发了实用的算法,以消除陀螺漂移和噪声的对寻北精度的影响.通过误差分析对寻北精度进行理论估计,指出影响寻北精度的重要因素是陀螺漂移的不稳定性并使用光纤陀螺测试数据进行半物理仿真.仿真结果表明,3 min内方位角估计值进入0.1°误差带,重复性精度可达4′.     

数字闭环光纤陀螺仪过调制技术研究

针对光纤陀螺噪声的特点,提出了一种采用增加偏置调制深度的办法提高光纤陀螺信噪比,虽然陀螺理论灵敏度有所降低,但是陀螺的长期漂移即零偏稳定性却获得了明显提高.这种方法我们称之为过调制技术.对基于数字闭环调制解调方案的过调制技术改善陀螺信噪比的理论基础进行了深入的分析,在此基础上进行了相关的实验研究.理论分析和实验结果均表明,当调制深度处于π/2与π之间的某个值时,光纤陀螺具有最佳性能.相比于传统的π/2偏置点,采用过调制技术后的光纤陀螺的零偏稳定性获得了数倍的提高.     

三轴光纤陀螺系统频分多路复用技术研究

介绍了光纤陀螺基本工作原理和三轴系统的频分多路结构，通过共享光源、探测器和处理电路的方法简化系统结构。详尽分析了三轴光纤陀螺系统频分多路的信号调制／解调和滤波等信号处理方法。对信号之间的互扰动进行了探讨，并提出了解决方法。     

一种光纤陀螺干涉仪光纤长度误差量测量方法

为提高光纤陀螺干涉仪保偏光纤长度误差量的测量精度,提出了一种基于四态方波调制的新的解决方法,将对光纤陀螺Sagnac干涉仪光纤长度误差量的测量转化为对探测器响应信号中尖峰脉冲的测量,并利用调制频率倍频技术实现了对尖峰脉冲的精细化测量。依据该方法设计制作了一套可检测光纤长度误差量的系统,达到了0.2 m的测量精度(2 000 m光纤)。实验结果表明,与普通保偏光纤测量方法相比,该方法测量精度高、速度快,为光纤陀螺的工程化装配提供了保障。     

长周期光纤光栅电压传感器系统

设计了一种基于长周期光纤光栅的电压传感系统.传感长周期光纤光栅横向粘贴在压电陶瓷上,并将被测工频电压施加于压电陶瓷的两端,压电陶瓷在电压的作用下产生同频伸缩并实现对光信号的调制.通过测量长周期光纤光栅的谐振波长的偏移量来获得被测的电压.实验结果表明,该电压传感系统可靠性好,精度高.     

可调腔长全光纤F-P腔纳米位移传感器的实验研究

采用一种可变腔长的全光纤结构Fabry-Perot(F-P)腔作为传感器件构建了纳米微位移传感系统,利用高精度的压电陶瓷驱动器模拟微位移输出.通过频域插值的方式对F-P腔输出光谱解调,计算出腔长值.实验结果表明,输出光谱解调后的腔长值与压电陶瓷实际的驱动量相吻合,静态位移分辨率小于4 nm,最大测量范围可达50 μm.采用对光强进行高频调制和相位解调的方式提高了系统的动态测量精度和稳定性.该系统体积小,灵敏度高,重复性好,并且不受电磁场干扰,便于用M()EMS技术制作成微型传感器.     

三轴光纤陀螺的分时复用闭环控制技术

轻小型化研究是近年来光纤陀螺的一大发展趋势.介绍了一种三轴一体化光纤陀螺的分时复用闭环控制方案及其系统结构,分析了分时复用闭环反馈控制的信号特征变化和分时调制对三轴陀螺系统精度的影响,建立了三轴光纤陀螺分时复用闭环控制系统的动态模型和简化离散模型,推导出了闭环传递函数及误差传递函数,进行了静态性能分析,为进一步优化系统...     

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。