光纤陀螺的初步探讨

随着科学技术的不断进步,加工工艺的不断更新,陀螺也从机械式陀螺向激光陀螺,光纤陀螺等更先进的技术方向发展.介绍光纤陀螺的基本工作原理,并以集成光学型光纤陀螺的闭环检测为例,在理论上对光纤陀螺的检测进行初步的讨论.对光纤陀螺某些关键技术及其今后的发展趋势做了阐述.     

基于Verilog HDL的三轴光纤陀螺时分复用系统数字滤波电路的实现

随着光纤惯性导航系统和光纤陀螺小型化技术的发展,开展三轴一体化光纤陀螺的研究是当前的一个主流。文章首先介绍了三轴一体化光纤陀螺时分复用技术方案,基于FPGA器件,运用Verilog HDL实现梳状滤波功能,完成了三轴一体化光纤陀螺时分复用系统数字滤波电路的设计,减小了电路系统的体积,降低了功耗,满足系统要求,实现了系统的小型化。     

微小型光纤陀螺组合分时复用技术

为了有效减小多轴光纤陀螺组合的功耗、体积和重量,实现光纤陀螺组合的微小型化,应用分时复用技术,提出了一种基于3×3耦合器,工作在850 nm短波长的光纤陀螺分时复用组合结构。分析了陀螺输出数据处理方法,得到了分时复用光纤陀螺组合的相对极限零偏稳定性。建立了分时复用光纤陀螺切换模型,揭示了分时复用导致光纤陀螺轴向切换必然存在一个过渡过程,分析了过渡过程对陀螺组合静态、动态特性的影响。结果显示,光纤陀螺组合的相对零偏稳定性是传感方法的2.1倍,最大输入信号检测带宽为1.1 kHz,标度因数的不对称性和非线性度均小于50×10-6。最后,通过仿真进行了实验验证,结果表明,该技术可以用于中低精度微小型多轴光纤陀螺组合中。     

光纤环的应力测试分析

光纤环作为光纤陀螺的主要构成部分,其内部应力变化会给陀螺精度带来不可忽视的影响。介绍了光纤应力分析仪的工作原理,并初步探讨光纤环在各种条件下的应力分布及使用光纤应力分析仪对其进行其测试的结果。通过ANSYS有限元分析光纤环支架在不同温度变化和振动前后对光纤环应力变化的影响。在此基础上,提出了陀螺结构改进方法。     

扭转抑制光纤陀螺法拉第效应的理论研究

光纤陀螺法拉第磁光效应作为非互易性误差源,是影响光纤陀螺性能,尤其是影响光纤陀螺精度的主要原因之一。介绍了光纤陀螺的磁敏感机理,分析了光纤陀螺径向和轴向磁敏感性误差的主要来源。提出了通过在光纤陀螺原有光纤环上熔接反向扭转光纤的方法,引入比较高的圆双折射,对原有光纤环的非互易相位差进行补偿,达到抑制光纤陀螺磁敏感性误差的目的,探讨了该方法的可行性,并对补偿特征进行了仿真分析。     

自主式光纤陀螺油井测斜仪

简要介绍了光纤陀螺原理，分析了光纤陀螺应用于油井测斜的优点。研制了基于惯性测量技术的光纤陀螺测斜仪，它是一种不依赖任何外部设备，完全自主且实时快速的井眼轨迹测量仪器。样机实验结果表明：该仪器能够实现全方位测量，满足石油测井要求。     

光纤环温度性能分析软件设计

介绍了影响光纤陀螺温度性能的主要因素—Shupe效应,论述了基于LabVIEW软件设计开发的光纤环温度性能分析软件的程序组成和功能,并利用光纤环温度性能分析软件开展了内外热源两种工作条件下,光纤陀螺温度性能的仿真分析及与光纤陀螺测试结果的对比评价。结果表明,仿真分析结果与光纤陀螺测试结果一致,光纤环温度性能仿真分析软件能够将光纤环有限元分析结果与光纤陀螺输出有机结合。     

光纤陀螺结构细分及材料优选

介绍了温度场和应力引起光纤陀螺误差的机理,通过对光纤陀螺的结构细分,采用不同材料分别建立有限元模型,进行模态分析、热应力分析和瞬态温度分析,选取具有代表性的新型材料铍铝合金和因瓦合金与传统铝合金进行对比。结果表明,铍铝合金可以提高光纤陀螺的固有频率,同时提高光纤陀螺的温度性能,因瓦合金可以大幅度降低光纤陀螺光纤线圈的应力变化,将光纤陀螺结构细分,进行材料优选,可以显著提高光纤陀螺的温度性能和动态输出精度,并得到试验论证。     

光纤陀螺技术研究

阐述了光纤陀螺研制中的主要技术问题和陀螺样机的研究结果。借助琼斯距阵 ,建立了光纤陀螺偏振过程模型 ,导出了陀螺输出表达式 ,阐明了提高陀螺性能的主要技术关键问题。对庞加球 ( Poincare)也作了同样的说明     

基于虚拟仪器技术的光纤陀螺参数测试系统设计

建立了基于虚拟仪器技术的光纤陀螺参数测试系统,介绍了系统的硬件、软件结构以及在虚拟仪器开发平台上进行数据采集和通讯的操作方法。结果表明:该系统操作方便、可靠性高,可提高测试效率,确保测试过程的标准化,可加快光纤陀螺工程化进程。     

三轴一体化光纤陀螺的Allan方差分析

为减小光纤陀螺仪的误差,提高精度,需要对陀螺仪进行误差估计和补偿。为此建立了光纤陀螺仪的误差模型,用Allan方差对三轴一体化光纤陀螺的输出进行误差分析,辨识出各项随机误差系数,得到影响光纤陀螺性能的误差源,进而对三轴一体化光纤陀螺的研制提出改进意见。     

基于光纤陀螺的即插即用式全站仪定向方法

针对全站仪视准轴与光纤陀螺轴间存在集成误差角和光纤陀螺零偏问题,提出了一种即插即用且系统误差自动抵偿的光纤陀螺/全站仪组合定向方法.在工作现场,光纤陀螺通过锁紧装置连接到全站仪望远镜上,利用全站仪望远镜可分别在竖直和水平方向精确转动的特点,带动光纤陀螺到东向、西向、东向抵偿位置、西向抵偿4个位置做静态观测.这4组观测值代入一个简单公式即可计算出全站仪视准轴方位角.该方法的锁紧装置简单,集成精度要求低,光纤陀螺零偏和集成误差对方位角的影响基本被消除.仿真表明,在不利情况下,定向系统误差可控制在1″以内.     

开环光纤陀螺随机噪声特性研究

采用A llan方差法对光纤陀螺输出的随机噪声特性进行分析,建立噪声模型以便于在应用过程中更好地降低输出噪声。搭建陀螺数据采集的硬件平台,对光纤陀螺进行长时间测试,陀螺的输出数据进行去野值处理后应用A llan方差方法辨识其中包含的噪声,并对各种噪声的统计特性进行估计。进行重复性试验,综合多次试验的结果得出光纤陀螺的噪声模型——主要包括量化噪声和角度随机游走。     

光纤陀螺在球面非均匀磁场中的磁敏感性研究

磁光法拉第效应是光纤陀螺中存在的非互易效应,会在陀螺输出零位附加一个固定偏置,从而影响光纤陀螺的精度。针对陀螺内部电路的辐射磁场为球面非均匀磁场的特点,建立了球面非均匀磁场的光纤陀螺磁敏感误差模型。采用数值模拟的方法分析了球面非均匀磁场对光纤陀螺磁敏感性的影响并进行了实验验证。实验证明,球面磁场源距离光纤环越近,光纤陀螺磁敏感误差越大;球面磁场源位于光纤环中心轴附近时,光纤陀螺磁敏感误差较小;球面磁场源在光纤环内部中心轴向移动时,光纤陀螺磁敏感误差基本不变。     

利用信号相关性抑制光纤陀螺强度噪声

提出了一种利用陀螺干涉信号和耦合器空闲端信号相关性估计光源强度噪声抑制效果的方法,并在现场可编程门阵列(FPGA)中进行了实时估计.根据估计结果,判决是否进行强度噪声相减,以提高光纤陀螺强度噪声抑制方法的可靠性.理论分析表明,强度噪声抑制效果与信号相关性直接相关.利用该方法,对某高精度干涉型光纤陀螺进行了实验.结果表明,当陀螺干涉信号和耦合器空闲端信号互相关系数为0.91时,干涉信号噪声方差降低至17.16％,然而,当上述互相关系数为0.28时,噪声相减法反而使干涉信号噪声方差增大至143.18％,由此验证了理论分析结果.利用该方法可以在线检测陀螺干涉信号和耦合器空闲端信号的相关性,进而避免噪声相减法中当陀螺干涉信号和耦合器空闲端信号相关性较差时,光纤陀螺噪声不降反升的情况,提高了强度噪声相减法的可靠性.     

新一代陀螺的发展及应用分析

在简述光纤陀螺发展的基础上,对国内外FOG的研制和应用进行了述评。最后,对我国发展基于FOG的潜艇惯导系统进行了分析。     

光纤陀螺的振动特性研究

光纤陀螺作为机载导航设备应用时,环境振动对陀螺精度的影响不容忽视。现初步探讨了光纤陀螺的振动特性。通过ANSYS有限元振动模态分析与正弦扫频振动下的陀螺零偏输出实验,研究了单轴光纤陀螺的结构体共振频率以及振动对陀螺性能的影响,并在此基础上,提出了陀螺结构设计的改进方法。     

光纤陀螺中Y波导振动特性分析

光纤陀螺由于无运动部件,因此具有良好的抗振动、抗冲击特性,但是在实际的工程运用中,对于高精度光纤陀螺其振动误差直接影响着实际运用性能。本文分析了构成高精度光纤陀螺的关键部件Y波导的振动误差原理,并阐述了其对光纤陀螺输出信号的影响,随之提出了采用基于四状态的双闭环数字信号处理方案来跟踪和补偿Y波导振动误差的方法 ,实验结果表明该补偿方案可以很好的对由振动导致的Y波导产生的非互易性相移给予补偿。