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。     

三轴一体化光纤陀螺光源驱动技术

根据三轴一体化光纤陀螺共享光源,要求光源能够提供较大的高精度的恒流以满足实际需要.结合SLD(超辐射发光二极管)光源结构特点及其工作原理,采用恒流和温控方案,设计了新的高精度恒流驱动和温度控制系统.经测试结果表明,设计的系统能够在环境温度为-45℃～ 70℃内稳定工作,实现了高精度恒流和温度驱动控制,满足三轴一体化光纤陀螺对光源驱动的要求.     

一种三轴光纤陀螺结构体的模态分析新方法

光纤陀螺在力学环境下的性能指标是其环境适应性的重要内容,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问题。模态分析可以确定三轴光纤陀螺结构体的频率响应和模态等参数。本文利用CAXA软件实现三轴光纤陀螺结构体的三维实体设计,在Ansys中对导入的实体模型进行了模态分析,这种方法能被基于Solidworks软件的模态分析、基于Pro/E和Ansys的模态分析方法和实际实验所验证,以便于实现三轴光纤陀螺结构体的优化设计。     

基于光纤传输的数字音视频监控系统

介绍了一种基于光纤传输的四路数字音视频监控系统方案.该系统采用时分复用技术,利用大规模专用集成电路、可编程逻辑器件CPLD以及光收发一体化模块,使设计的光纤传输系统在一根光纤中实现四路音视频和反向控制数据的传输.     

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。     

光纤陀螺用光学器件的匹配优化

针对光纤陀螺采用分立光学器件组装的特点,从光纤类型匹配、损耗匹配、偏振特性匹配几个方面讨论了对光纤陀螺精度的影响。给出了组成光纤陀螺各器件的理想匹配参数和光学器件的保偏尾纤连接时的对轴精度的优化,提高了光纤陀螺批量生产的一致性、稳定性、重复性以及光纤陀螺的性能。     

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.     

一种速率陀螺组合全温自动测试系统的研制

针对速率陀螺组合在高低温环境下的自动化测试问题,对速率陀螺组合的测试项目及测试方法进行了分析研究,提出了一种全温环境下的速率陀螺组合电性能测试系统。通过采用Lab VIEW模块化软件设计,实现了良好的人机交互界面;通过采用安装在高低温箱内的三轴转台系统,实现了全温环境下陀螺组合各被测敏感轴的自动、快速切换,提高了测试效率;通过采用实时测控系统设计,实现了对速率陀螺组合输出信号的实时和自动采集,保证了测试准确性,最后对高低温三轴转台的精度、测试系统的准确性和一致性进行了验证分析。研究结果表明,该测试系统集具备了良好的测试精度和测试一致性,能够准确测量速率陀螺组合的各项电性能,且具有自动化、高效率和高可靠性等优点。     

一种新型的矿井井斜测量方法研究

井斜测量单元研究是基于捷联惯性导航原理,由三轴光纤陀螺和三轴加速度计构成惯性测量单元,通过数学平台实时地解算出载体的姿态角、位置和速度等参数.以煤矿勘测和开采为背景,采用捷联惯性导航系统替代传统的平台惯性导航系统,利用光纤陀螺和加速度计构成惯性敏感单元替代传统的磁通门和加速度计的结构,适用于具有磁场干扰的场合.初步完成井斜测量系统的静态测试,并对产生的测量误差进行了分析,姿态角可获得较高的测量精度,基本满足井斜测量的指标.利用Labview进行数据采集界面和姿态信息显示界面设计,具有良好的交互性和实时性的特点.     

煤矿井下矿用本安型钻机开孔定向仪的研制

为满足煤矿井下钻机高精度、低成本开孔定向需求,提出一种集成单轴光纤陀螺和MEMS陀螺一体的开孔定向仪。论文重点介绍了系统整体方案和姿态解算算法,最后针对原型样机进行了静态性能、动态跟踪和综合性能实验,试验结果表明钻机开孔定向仪的测量精度达到了钻机定向指标要求,系统采用单轴光纤陀螺和MEMS陀螺相结合方式,发挥了两种传感器的各自优点,降低系统成本,为煤炭领域相关定位定向测试仪器研制提供了一种新思路。     

掺铒光纤超荧光光源外部增益平坦技术的研究

为满足光纤布拉格光栅传感和波分复用光纤通信系统对光源光谱平坦度与带宽的要求,利用外部增益平坦技术实现掺铒光纤超荧光光源输出光谱的平坦化。介绍了三种常见的外部增益平坦技术,并通过实验对平坦结果进行比较,由此得出采用长周期光栅增益平坦滤波器是一较好的选择。实验结果表明,平坦波段范围内(1 525~1 540nm)的光谱不平坦度小于±1.1dB,整个C波段光谱的3dB带宽为39.125nm。     

光纤陀螺仪自动测试系统设计

为了满足多种型号光纤陀螺仪的复杂测试需求,该文设计了一种光纤陀螺仪自动测试系统。该测试系统具有基于FPGA的硬件主板与模块化可更换的陀螺仪电源、信号采集子板,支持多串口测试协议,采集的数据通过串口转换后统一发送到上位机软件端进行存储、分析和显示,可导入模板实现测试、参数标定全程自动化,并生成统计报表。该系统遵循GJB 2426A—2004标准,能兼容市面90%以上的各型光纤陀螺仪,可自动化完成光纤陀螺仪的基本性能测试,大大提升产品研发检测的效率。     

Digitalization optical open loop test system for fiber optic gyroscope

In order to receive and process the open loop signal from fiber optic gyroscopes speedily, stably and expediently, and to realize the amity interface between human and machine, a digital system that can convert GPIB (general purpose interface bus) parallel bus into Universal Serial Bus is developed. All the interface functions of GPIB and the hardware system are realized through FPGA. With a digital sampling and processing system designed with VC++ in Windows platform, the real-time controlling procedure, high-speed receiving and sending data can be carried out, and the results can be displayed too. So the design of the system is flexible, the reliability and the stability are improved, error rate is no more than 10⁻¹¹, the highest bit rate is 8 MB/s and the open loop detection system for optic fiber gyros achieves standardization and complete digitalization simultaneously. __________ Translated from Chinese Journal of Scientific Instrument, 2005, 26(10) (in Chinese)     

Precision analog demodulation technique for open-loop Sagnac fiber optic gyroscopes

This paper presents an analog technique for the demodulation of interferometric fiber optic gyroscopes signals, based on the calculation of the mean value of the negative cycles of the measured photodetector signal from sinusoidally modulated Sagnac gyroscopes. The developed signal processing circuit was implemented and tested in a laboratory, and it was possible to detect signals as low as 5 microrad. Experimental results measured in a 890 m fiber optic coil gyroscope equipped with the developed circuit showed that the proposed circuit, when compared to the widely used and mature lock-in amplifier technique, presented a 5.1 dB higher signal-to-noise ratio. The circuit is also very stable with the temperature, since a very low drift of 0.04 degrees /h degrees C was measured in a complete gyroscope system. The Brazilian research sounding rocket VSB-30 is currently being equipped with the developed demodulator circuit.     

光纤陀螺在摇摆状态下的误差特性分析

在海上由于风浪的作用船用光纤陀螺经常处于摇摆状态.在这种运动状态下,光纤陀螺的误差严重制约着捷联惯导系统的导航精度.根据光纤陀螺闭环控制系统的原理,建立了系统模型,并推导出光纤陀螺在摇摆状态下的附加相移误差(实际与理想状态之间闭环控制附加相移的差)表达式和输出误差表达式.从两式可以看出,附加相移误差影响系统的回路平衡时间和输出精度.详细剖析了附加相移误差表达式中各参数所代表的意义以及作用于附加相移误差的途径,并给出减小附加相移误差的方法.仿真和实验结果证明理论分析准确可信,为光纤陀螺动态方面的研究提供了参考.     

光纤光栅传感器阵列在撞击定位监测中的应用

本文提出基于半导体环形激光器的光纤传感阵列系统,用于在铝板上撞击定位监测。采用光纤法布里-珀罗(F-P)标准具对光纤布拉格光栅(FBG)传感器信号进行解调。施加在FBG传感器的应变被编码为FBG反射光的波长位移,然后由自由光谱范围为50 GHz的光纤F-P标准具转换为强度调制。通过波分复用技术,光纤F-P标准具可同时解调多个FBG信号,光纤传感阵列系统安装在厚度为1 mm的铝板上,50 g的小钢球在20 cm的高度自由下落撞击铝板产生声发射信号。利用时频小波分析,从测量的FBG传感器瞬态响应中获得的Lamb波的群速度频散曲线,并根据三角定位算法,确定撞击点的坐标。经过撞击试验,通过本系统和定位算法的平均定位精度误差在30.89 mm,达到了较好的精度。     

分布式光纤测温技术综述

光纤传感器以其独特的优点得到了人们的普遍关注,尤其分布式光纤传感技术在土木工程等大范围测量领域成为研究热点。通过对目前分布式光纤测温技术的系统论述,提出了分布式光纤测温技术的两个研究方向:基于光纤后向散射的光时域及频域反射技术的分布式光纤测温和基于光复用技术的光纤光栅分布式测温。通过对分布式光纤测温技术两个方向的工作原理、特点及性能的理论分析及仿真实验,综合论述和分析了分布式光纤测温技术两个方向的优点和缺陷,以及在具体工程中的实际应用。     

干涉式光纤陀螺控制器的设计与仿真

光纤陀螺的研究与开发目前主要集中在工程应用技术方面.干涉式光纤陀螺(IFOG)的动态性能受控制系统设计的影响.现根据干涉式光纤陀螺数字闭环检测过程,建立了控制系统的动态模型,详细分析并设计了数字PID控制器和IIR滤波器.仿真结果显示,设计的控制器能够有效地提高干涉式光纤陀螺的输出带宽,改善系统的动态特性.