谐振式光纤陀螺偏振波动噪声的温度特性

光纤环形谐振腔环境温度变化带来的偏振波动噪声是影响谐振式光纤陀螺检测精度的主要光学噪声源之一,通过控制谐振腔温度,可以使偏振波动噪声得到有效抑制.为了抑制偏振波动噪声,减小R-FOG精度受FRR温度变化的影响,从理论上分析了谐振腔温度变化对谐振曲线、解调曲线的影响;针对不同温度下光纤环的谐振特性、解调曲线特性、陀螺零偏及零偏稳定性开展了实验,并对实验结果进行了分析.结果表明,谐振腔的工作温度为27.00℃时,两本征偏振态相距最远,总谐振曲线关于谐振频率点对称,谐振频率点检测误差可以忽略;陀螺零偏稳定性近似等于谐振腔温度为25.50℃时的1/100,在150 s的采样时间内达到0.07°/s,陀螺检测精度得到很大提高.     

基于单片FGPA的谐振式光纤陀螺数字系统设计与实现

谐振式光纤陀螺（Resonator Fiber Optic Gyro,RFOG）是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速度的一种新型光学传感器,在小型化和集成化方面具有明显优势。相比于传统的模拟检测技术,数字检测技术具有稳定性好、抗干扰能力强、处理速度快和体积小、易于集成等优势。论文建立了基于单片可编程逻辑器件（Field Programmable Gate Array,FPGA）的数字RFOG系统,在单片FPGA上实现了基于比例积分控制技术的谐振频率伺服回路、用于自动反馈补偿相位调制器由于环境温度等发生变化时引起的2π复位电压漂移问题,以及体现Sagnac频差信号的第二闭环反馈控制回路。最后将研制的基于单片FPGA的闭环数字检测电路应用于实际RFOG系统,顺利验证了上述功能,并实际观测了陀螺转动信号。     

正弦波调制对谐振式陀螺中谐振信号的影响

谐振式光纤陀螺（R—FOG）是利用光学Sagnac效应实现对转动角速度检测的一种高精度惯性传感器件。理论分析了正弦波调制特性,搭建了光学微谐振腔的调制解调实验系统,实验对比了正弦波、锯齿波、三角波3种调制波形对谐振信号信噪比的影响,得出了正弦波调制效果最好,提高了谐振信号的信噪比。针对不同调制幅度和频率条件下的正弦波调制对谐振信号的影响进行了测试,得出了调制幅度和调制频率对谐振信号的影响,为光学微谐振腔在谐振式陀螺系统应用中相位调制选择最佳的参数提供了参考。     

基于单片FPGA的谐振式光纤陀螺数字系统设计与实现

谐振式光纤陀螺( Resonator Fiber Optic Gyro,RFOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速度的一种新型光学传感器,在小型化和集成化方面具有明显优势.相比于传统的模拟检测技术,数字检测技术具有稳定性好、抗干扰能力强、处理速度快和体积小、易于集成等优势.本文设计了基于现场可编程门...     

谐振式光纤陀螺环路锁频技术研究

谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyro,R-FOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速率的一种新型光学传感器.对基于调相谱检测技术R-FOG系统中的环路频率锁定技术进行了研究.通过对系统光学回路和处理电路部分分别进行建模,利用反馈控制系统理论,分析了整个环路的传递函数,得到了整个环路起主导作用的简化模型.利用该简化模型,在一定的光学回路参数条件下,得到了处理电路的最佳锁定参数,并进一步在实验中得到验证.     

调制信号工作频率对谐振式光纤陀螺影响的研究

在谐振式光纤陀螺中,为了解决模拟调制中对锯齿波的回扫时间和线性度的苛刻要求,提高陀螺的检测精度和标度因数的线性度,往往采用数字调制,即采用阶梯波替代锯齿波作为相位调制器的控制信号.从理论上推导了数字调制信号的工作频率与探测器输出光强之间的关系,并利用Simulinking软件仿真了调制信号工作频率对陀螺输出信号的动态范围、陀螺的检测灵敏度和谐振腔输出信号的影响,指出在陀螺系统的实际设计时,应综合考虑以上三方面的影响,合理选取调制频率的大小.     

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.     

谐振式光纤陀螺全数字闭环方案

谐振式光纤陀螺是一种新型的惯性传感仪器,与传统机械陀螺和其他光学陀螺相比具有很多理论上的优势.数字信号处理电路的谐振式光纤陀螺全数字闭环是采用双频率数字锯齿波相位调制技术对光路进行了相应的调制和解调.对光信号中夹杂的大量白噪声以及数字信号处理中由于有限位数的A/D引入的量化噪声进行综合考虑,提出了用比信号带宽高很多的采样率对含有噪声的信号进行过采样,加上后续的数字信号处理,低位数A/D和高位数A/D的检测效果几乎一样.数字调制的精度影响了系统的精度,使用平均法用低位的D/A可以实现很大的调制动态范围.经过基于文中设计的数字系统的实验,得到了和理论仿真类似的解调曲线,证明了文中提出的数字闭环方案的可行性.     

双频率调制谐振式光纤陀螺谐振谷分裂现象研究

谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyro,R-FOG)是利用光纤环形谐振腔的Sagnac效应实现对转动角速度检测的一种高精度惯性传感器件.双频率锯齿波组合调制技术可应用于谐振式光纤陀螺数字处理系统.实验发现,在基于双频率锯齿波组合调制技术的R-FOG系统中,对激光器输出光频率进行扫描时,在示波器上观察到光纤环形谐振腔的谐振曲线会分裂成两个谐振谷.利用频谱分析与光波场叠加原理相结合的方法对光纤环形谐振腔的输出光场进行了具体推导和仿真分析,并对谐振谷分裂现象的物理原因作了解释.仿真分析发现,光纤环形谐振腔的谱线宽度越窄或两个锯齿波组合调制频率相差越大,谐振谷分裂现象越明显.最后对这种谐振谷分裂现象进行了具体测试,实验测试结果和理论分析结果一致.     

数字调制信号的复位误差对谐振式光纤陀螺影响的分析

谐振式光纤陀螺是采用环形谐振腔来增强Sagnac效应的,其数字调制信号的复位高度V2π的不精确,会对陀螺旋转角速度的测量产生影响.文章从理论上分析了不精确的复位高度V2π将使谐振腔中的交叉耦合电场和直通耦合电场之间不会形成最佳相消干涉,从而产生误差,并利用探测器输出总电场的表达式,以双频率调制的谐振式光纤陀螺为例,对引入的误差作了定量的数值计算.最后,文章介绍了几种克服误差的方法.     

多小波在光纤陀螺信号滤波中的应用研究

分析了光纤陀螺(FOG)信号噪声产生的原因,根据FOG信号零点漂移的不稳定性和随机性,在多小波多分辨率分析的基础上将多小波变换应用到FOG信号滤波处理中,并与标量小波多尺度分析进行了对比;理论分析和实验表明:多小波和标量小波都能在一定程度上抑制噪声对初始对准精度的影响,但多小波的滤波效果优于标量小波.     

数字滤波在光纤陀螺数据处理中应用研究

光纤陀螺以其全固态、无转动机构、高集成性,较宽的动态测量范围等优点逐渐成为陀螺发展的趋势.光纤陀螺所敏感的角速度信号中包含有各种噪声误差,如何对光纤陀螺输出信号进行处理以满足不同的工程应用要求是目前研究的关键问题.本文对中低精度的光纤陀螺在运动条件下的测量信号进行滤波处理,通过实测数据的应用验证,该方法能够有效减小信号方差且能保证滤波信号实时性.     

光纤陀螺误差的实时建模与补偿

通过对干涉型光纤陀螺误差来源及其影响因素的分析,建立了与温度变化量及温度变化速率相关的角速率误差概率密度函数,并提出一种针对慢时变与弱非线性随机过程的分段等概率误差补偿方法.该方法采用非线性手段,对一系列具有统计平稳性的随机过程进行参数估计与预测,能够实现模型动态跟踪,近似程度较高,且充分发挥了并行计算的优势,可避免由补偿过程所造成的输出时间滞后.几种典型工作状况下的实际补偿结果表明其能有效地减小角速率及航向角误差.     

一种复用型光纤陀螺的设计与实现

描述了单光源、单检测器、单信号处理板的多轴光纤陀螺系统结构,分析了现有其它调制方案所存在的缺陷,提出了一种基于时分多路技术的新型的方波偏置调制与解调方案。该方案的优点在于能够在各轴陀螺返回光功率不平衡的情况下保持偏置功率的恒定性,并有效地减小因器件复用所产生的各种串扰、信号波动对系统性能造成的影响。建立了系统的试验样机。在降低了多轴光纤陀螺的体积、重量和成本的同时也在一定程度上提高了系统的可靠性。     

三轴光纤陀螺测控装置

光纤陀螺测控装备主要是检测陀螺的性能指标,保障陀螺的精确度和稳定性.论文介绍了一套三轴光纤陀螺测控装置,采用美国NI公司生产的计数器卡和多功能数据采集卡以及研华公司的工控机搭建硬件平台,采用LabVIEW编程语言实现软件部分的测试功能.三轴光纤陀螺测控装置通过主控计算机对三轴转台的运动模式进行控制,给被测三轴光纤陀螺提供所需的电源和时钟信号,同时对产品27V供电电压和电流进行实时监测和保护,并对产品的六路输入、输出信号进行隔离、调理,通过设定的测试程序自动采集并存储,然后对测试数据进行建模和计算,获得被测产品的各项性能参数.从而实现了三轴光纤陀螺的性能指标测试,具有良好的可视化人机交互界面.     

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.     

网络技术在光纤传感安全监测系统中的应用

文中概述了计算机网络技术在光纤传感安全监测系统中的应用,对光纤传感器的原理及特点、光纤传感安全监测系统的组成、系统的工作方式、安全机理进行了介绍,并对山东某油库网络的拓扑结构、使用的网络协议、网络传输介质以及组态软件MCGS进行了阐述,对石油、化工等易燃、易爆行业构建安全监测系统以及构筑同等规模的局域网有参考作用。