大型激光陀螺仪的研究进展

基于Sagnac效应的大型激光陀螺仪是测量地球参数的核心设备。与小型的惯性导航陀螺仪相比,大型激光陀螺将转速测量的灵敏度和稳定性提高了6个数量级,性能提升使大型激光陀螺仪在地球物理、大地测量和地震学领域的全新应用成为可能。本文介绍的大型激光陀螺仪是目前用于研究地球参数(Earth Orientation Parameter,EOP)测量的重要技术手段,可直接通过测量地球自转旋转角速度解算世界时(Universal time 1,UT1)。相比较于国外大型激光陀螺仪的大量成功应用,国内还需要不断提高大型激光陀螺的研制应用水平,以满足高精度测量地球旋转角速度解算UT1的需求。     

基于游标效应的萨格纳克干涉仪温度传感器

提出了一种基于光学游标效应的级联光纤萨格纳克干涉仪和光纤模态干涉仪高灵敏度温度传感器，并对其传感特性进行了实验研究。光纤萨格纳克干涉仪由一段保偏光纤和3 dB四端口耦合器组成，光纤模态干涉仪由一段少模光纤与两段单模光纤熔接形成。选取光纤萨格纳克干涉仪作为温度传感器，光纤模态干涉仪充当滤波器。通过控制保偏光纤和少模光纤的长度，使光纤萨格纳克干涉仪的自由光谱范围为2.63 nm,光纤模态干涉仪的自由光谱范围为2.82 nm,两者的自由光谱范围相近又不相等，从而形成光学游标效应。实验结果显示，单个光纤萨格纳克干涉仪的温度灵敏度为-1.30 nm/℃,级联光纤模态干涉仪后，其温度灵敏度提高到-18.19 nm/℃,放大倍数为13.99。该传感器制造工艺简单，稳定性好，不需要特殊的增敏材料来提高灵敏度。     

测地激光陀螺仪的倾斜角误差分析

测地激光陀螺仪是测量地球自转角速度的重要工具,为世界时(universal time,UT1) 解算提供依据。环境变化会影响测地激光陀螺仪光学腔的几何形状,从而影响陀螺仪的测量精度。本文主要针对由测地激光陀螺仪平面倾斜带来的陀螺仪萨格奈克(Sagnac) 频差之误差进行研究,结合基本误差理论、坐标系理论,推导出倾斜对陀螺仪旋转角速度影响的理论模型;利用艾伦方差法(Allan deviation,AD) 分析3个实验室的倾斜数据,并根据分析结果对原始数据作去噪处理;在此基础上使用时间序列法建立倾斜误差补偿模型,将倾斜造成的角速度误差降低一个量级,使输出的Sagnac频差更接近理论值。表明通过构建合理的倾斜误差补偿模型,可以改善陀螺仪输出数据的噪声水平,为陀螺仪进一步优化运行环境及相关数据的处理方法提供参考。     

基于温度变化的测地激光陀螺相对误差分析

大型测地激光陀螺是一种基于Sagnac效应的惯性传感器,能够精确监测地球自转角速度,在世界时、地震波检测以及基础物理等领域都有很好的应用前景。测地激光陀螺对环境温度的变化较为敏感,温度变化使测地激光陀螺的腔长发生改变,进而引起尺度因子的改变,最终影响到测地激光陀螺仪的测试精度。本文通过对测地激光陀螺的不同工作环境进行温度测试,当温度变化并且热源位置不同时,分析并讨论了测地激光陀螺的相对误差。当温度变化最大时,分析了激光陀螺环形腔材料使用量与相对误差的关系。结果表明：当实验室的温度变化最大时,蒲城实验室的工作环境优于临潼实验室的工作环境,不同构型测地激光陀螺相对误差的范围在10^-6—10^-9。当测地激光陀螺仪中微晶玻璃的使用量增加时,相对误差减小。     

大型激光陀螺几何形变对标度因数的影响

大型激光陀螺仪的标度因数对环形腔的几何形变有很强的依赖性。根据大型激光陀螺仪的结构和工作特性,对影响测量精度的关键技术进行了研究,并对影响标度因数的环形腔的几何形变进行了计算分析,得到了环形腔几何形变后的标度因数变化情况。此外,还提出了环形腔发生几何形变时标度因数的优化方法,并给出了温度和应力对标度因数影响的变化量。结论认为,在生产条件、工作环境和腔体结构相同的情况下,对标度因数进行补偿将有利于大型激光陀螺仪测量精度的提高。     

光纤萨格纳克干涉仪在应变传感器中的应用

文章介绍了萨格纳克干涉仪在光纤应变传感器中的应用,阐述了这种传感器的结构和 工作原理,与普通干涉仪相比该系统的线性范围扩大了数百倍,并且系统不受外界缓变量的影响,线性度为0. 18 % ,灵敏度为0. 15V/με。     

环形激光器电源激励技术研究进展

激光陀螺仪因其在转速测量中高精度、高灵敏度的特点,被广泛应用于惯导、地震测量等领域,而大型激光陀螺仪具有更高精度,常被用于测算地球参数。在大型激光陀螺仪或测地激光陀螺仪中主要使用主动式环形He-Ne激光器来实现高效率单模激光输出。He-Ne激光器为陀螺仪提供光源的质量与电源激励的状态有较大关系,因此对激励电源的研究意义重大。论文首先阐述了陀螺仪中He-Ne激光管相关工作要求及其高压直流放电和射频放电两种激励方式的发展概况;然后分别研究了He-Ne激光管的高压直流电源电路和射频激励源电路的构成、基本工作原理及其阻抗匹配网络的作用与实现过程,引入反馈控制思想,提高稳流、稳压能力;之后对两类激励方式的优缺点进行了论述,为未来大尺寸高精度激光陀螺仪激励源的研究提供了建议。     

第五章 激光军用技术(续)

5 .4　激光导航　　我们知道 ,惯性制导的关键设备就是陀螺仪。由于激光陀螺没有活动部件 ,具有寿命长、性能好、可靠性高以及不受环境影响等特点 ,目前已应用到各种惯性导航、精密测量、姿态控制、定位等领域。1982年 ,美国霍尼威尔公司首创的激光陀螺惯性基准系统进入航线使用 ,标志着激光陀螺的成熟。目前 ,波音 75 7,76 7,737等新型客机都已采用了激光陀螺系统。5 .4 .1　萨格奈克 (Sagnac)效应　　 1913年 ,法国科学家萨格奈克做成了一架闭合光路干涉仪 ,如图 5 .1所示 ,后人称为萨格奈克干涉仪。在完成干涉实验后 ,他写道 :“一个闭…     

采用萨格纳克干涉仪与螺旋相位片生成矢量光束

萨格纳克干涉仪中传播的两束光具有相同的光程,因而适合用于高稳定的合束系统,螺旋相位片作为无源、分离器件具有螺旋光束转化效率高、工作环境适用条件低等优点。研究将萨格纳克干涉仪和螺旋相位片结合起来生成矢量光束的方法具有重要的研究意义。通过分析光束的轨道角动量态和偏振态在萨格纳克干涉仪中的演化规律,优化设计出了等腰直角三角形的合束光路结构。合束装置可以不使用1/2波片进行光束偏振态调制,因此光路结构更紧凑和稳定。通过旋转检偏器方法测量了生成矢量光束的阶数。实验结果证实了合束方法的高稳定性和高效率。     

简明消息

用环形激光陀螺仪提供新地质信息据德国卡尔蔡司公司说，它最近完成了一种世界上最大并将用于地球旋转测量的新型环形激光陀螺仪。这个项目由应用测地学研究所和慕尼黑技术大学共同委托，预算费用约75万德国马克（合4万美元）。该陀螺仪计划于今年初安装在新西兰半岛堤岸和地下洞穴中。该陀螺仪能在长时间内以l／10000000相对分辨率测量旋转，从而，地球物理学家将能得出有关地球内部位移、大陆漂移和地震情况的结论。更重要的是，地震仪一般只测量直线性地震，而环形激光陀螺仪是监测地震活动的不同旋转分量。另一研究领域是气候研究。地球…