单模光纤环轴向磁场问题的理论研究

去偏光纤陀螺的非理想单模光纤,在垂直于光纤环面的轴向磁场作用下,由于Faraday 效应,在其中传播的正反两束光会产生一个与磁场有关的非互易相位差.本文基于单色光对在轴向磁场作用下的单模光纤环进行理论推导、分析,给出仿真结果和实验结果,并提出减小轴向磁场作用下的Faraday非互易相位差的方法.     

两种消偏陀螺的轴向磁场灵敏度

运用琼斯矩阵,分别建立了轴向磁场作用下,单消偏陀螺系统和双消偏陀螺系统产生Faraday非互易相位差的理论模型.导出了两种系统的非互易相位差的表达式,并对其进行理论分析和仿真,最后给出两种系统轴向磁场作用下的实验结果.提出:采用双消偏系统并使得两个消偏器的45°误差之和趋于0,可以在很大程度上减小消偏陀螺的轴向磁场灵敏度.     

消偏光纤陀螺径向磁场问题的理论研究

消偏光纤陀螺,由于单模光纤的不理想,外界磁场会对在光纤中转播的偏振光产生作用(Faraday 效应),而产生一个与磁场有关的附加的非互易相位差.基于单色光,对径向磁场作用下的整个陀螺系统进行理论推导、分析,给出仿真结果和实验结果,并提出减小径向磁场作用下的Faraday非互易相位差的方法.     

轴向磁敏法评价消偏陀螺的性能

Lyot消偏器的性能直接决定着消偏光纤陀螺的零偏精度,评价消偏器的好坏在光纤陀螺工程化中至关重要.当前保偏焊接机精度下,精确获得Lyot消偏器的45°角需要进行多次焊接,且传统的评价方法是长期测试陀螺零偏稳定性,效率很底.本文提出通过增大垂直于光纤环面的轴向磁场,放大双消偏陀螺中的附加非互易相位差,从而短时间检测出陀螺的零偏.和传统的评价方法相比,本方法在检测Lyot消偏器45°误差方面效率提高了36倍,能评价的45°误差小于0.01°.     

干涉式光纤电流传感器

提出了使用干涉法精确测量较大电流的新方法.运用琼斯矩阵,分别对两种干涉系统敏感电流进行理论分析和推导,给出仿真结果,并提出使用双消偏干涉式光纤电流传感器系统可以测量极大的电流,使用单消偏系统精确测量较小电流的方案.与传统测量相比,此测量系统体积小、重量轻、可靠性高且易于野外操作,有很广阔的应用前景.     

光纤陀螺环振动性能评价体系的建立与应用

建立了光纤环振动响应的理论模型,分析得到光纤环振动瞬态响应振幅与振动激励频率和加速度振幅呈正比的结论,并进行实验验证,以此为依据建立包括若干参数的光纤环振动性能全面评价体系,定量评价光纤环的振动性能。搭建光纤环振动性能测试系统,并对大量光纤环进行振动性能全面测试,振动灵敏度为1°/(h.Hz),非线性度为10%,重复性误差约为2%,振动致零偏漂移量级约为1°/h,证明了该评价系统对不同固胶光纤环有很好的区分度,能全面有效地反映光纤环的振动性能。     

小波分析法在光纤陀螺随机误差补偿中的应用

光纤陀螺随机漂移是惯性导航系统产生误差的重要因素。尽量降低陀螺仪的漂移率是进一步提高惯性导航系统精度的重要途径,也是保证光纤陀螺静态误差补偿精度的前提。从抑制光纤陀螺随机噪声的角度出发,利用小波分析法对光纤陀螺的静态输出进行滤波处理,通过对比滤波前后陀螺的输出曲线、标准差以及各项随机误差系数,能够看出:该方法有效地补偿了光纤陀螺的随机误差。     

基于神经网络的开环光纤陀螺误差补偿方法

根据开环光纤陀螺线性度课差随角速度增大而增大的特性,提出了在大角速度情况下应用神经网络对陀螺误差进行建模并补偿,在小角速度时对陀螺输出数据进行平滑滤波以抑制噪声的分段误差补偿方法.在速率转台上对开环光纤陀螺(VG941)进行测试并采集了测量范围内陀螺的多组实际输出数据,基于这些数据对单输入单输出的神经网络进行训练,得到了开环光纤陀螺的神经网络模型.在所得模型基础上,对整个测量范围内的陀螺原始输出数据采用分段补偿方法进行了陀螺误差补偿,并使开环光纤陀螺最大线性度误差由15%下降到0.3%,提高了开环光纤陀螺的测量精度.实验结果表明基于神经网络的开环光纤陀螺误差补偿方法对提高开环光纤陀螺的精度、扩大其应用范围具有实用价值.     

基于长周期光纤光栅的动态轴向应变传感器

基于高频CO2激光脉冲写入的新型长周期光纤光栅(LPFG)独特的弯曲特性,提出了一种新的动态轴向应变传感器设计方法。该方法利用新型LPFG向特定方向弯曲时,谐振峰幅值与波长随光栅弯曲率的改变而灵敏地发生线性改变的特性,将动态轴向应变转化为LPFG弯曲曲率的动态改变进行测量。理论和实验表明:系统最后探测到的交流电压随轴向应变的增加而增大,应变灵敏度可达57.56mV/10-6。在施加频率为300 Hz、其值为0.69×10-6的动态轴向应变时,分辨力可达1.6×10-9/H z,信噪比可达61 dB。该方法可用于制作操作简单、分辨力高,成本低廉的动态轴向应变传感器。     

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.