光子晶体光纤在光纤陀螺中的应用现状及其关键技术

光子晶体光纤技术发展迅速,凭借其自身材料的突出优势已经在干涉式光纤陀螺中得到了应用。从光子晶体光纤的原理出发,阐述了光子晶体光纤的国内外研究现状和应用于光纤陀螺的潜在优势。同时针对两型光子晶体光纤陀螺:干涉式光子晶体光纤陀螺和谐振式光子晶体光纤陀螺,综述了陀螺层级的国内外研究现状及目前面临的主要技术问题,最后提出了光子晶体光纤陀螺后续发展需要攻克的技术瓶颈。     

低成本光纤陀螺的研究

为了满足低精度光纤陀螺应用需求，利用廉价的单模光纤及退偏技术组成一开环光纤陀螺是一种比较适合的方案。本论文对开环退偏光纤陀螺中的退偏器特性及由此组成的开环光纤陀螺作了工程应用研究。研制的光纤陀螺具有低成本的优势，产品的一致性较高，精度达到2／h左右。     

可替代机械陀螺的光纤速率陀螺

光纤陀螺在两个方面正在取代机械陀螺：一是新设计的应用，二是已有的应用陀螺场合。光学陀螺所具有的高可靠性、对重力g的不敏感性和对振动、冲击的容限，使其特别适合于车辆、军事上的应用。基于Sagnac干涉效应，如环形激光陀螺、光纤陀螺的概论已有十十年之久了。它有闭环和开环两种结构，但由于闭环结构成本较高，目前只利用开环光纤陀螺取代机械速率陀螺。我们开发了一系列低成本光纤陀螺，它们基于全光结构，采用椭芯的保偏光纤、方向耦合器和偏振器。开环光纤陀螺是以最小结构的形式构成的。激光光束在光纤敏感相向传输，它们是完全互逆的。早期的形式采用方向耦合器隔离激光光源和光探测器，一个偏振器用来确保一个模式分布，而第二个耦合器作为与光纤环的接入口，在光纤环的一端加上一个压电陶瓷相位调制器以进行调制，以便同步检测干涉仪的输出。光源探测器处的耦合器不属于最小结构中的一部分，它可以通过用光源的反向的探测器取消。目前许多激光光源被用于这样一个探测光输出的探测器，由于陀螺转动信号是调制信号，很容易与恒定的激光输出信号分开。我们这种结构的FOG为简化最小结构（RMC），比较两种开环结构可以看出：两者之间没有明显的区别，但从性质上分，在RMC结构中，激光器工作在接近阈值的点，因而在光谱上比较窄。在光陀螺中希望有一个宽带的光谱，可以避免由于绕环导致的偏振起伏，从而引起偏置的不稳定性。这也就限定了RMC结构在一些高精度的陀螺应用。光纤陀的特性可以通过选择光纤的长度、环的直径和激光功率在一个比较大的范围内调整，以适应不同的应用要求，而不需要改变其结构。光纤陀螺从本性上为宽带的，其输出谱特性可以由简单的模拟滤波器、扩展伺服回路的动态特性加以控制。与简单的机械陀螺相比，这一宽带特性可以扩展为非常低的频率，从而改善定位精度。我们已生产了1000多套这两种结构的光纤陀，本文将提供Allan变化，随温度变化的偏置、刻度因数的线性数据，典型的特性参数如下：也许光纤陀螺应用最大的限制为刻度系数，因为Sagnac干涉仪的灵敏度领先光纤长度乘以直径，并且几何尺寸和在敏感轴垂直平面上投影使光纤陀螺改型应用的困难得以克服。在带宽限制范围内，光纤陀螺可以在众多的系统中应用。     

光纤陀螺磁屏蔽效能仿真及实验研究

光纤陀螺处于磁场环境中会产生漂移,降低了光纤陀螺精度。光纤陀螺的磁场敏感性制约了其在高精度导航领域的应用。本文建立了光纤陀螺三维磁屏蔽仿真模型,给出了光纤陀螺磁屏蔽效能与磁屏蔽结构参数之间的关系并得到实验验证,为光纤陀螺磁屏蔽设计提供了依据。     

光纤陀螺技术及其发展应用

1976年,美国学者V.Vali和R.W.Shorthill首次提出光纤陀螺(Fiber-Optic Gyro,FOG)的概念,他们使用多圈光纤环形成大等效面积的闭合光路,利用萨格纳克效应(Sagnac Effect)实现了载体的角运动测量,使得这种光纤角运动传感器具备了完整的陀螺功能.光纤陀螺是全固态的陀螺,与传统的机械陀螺或激光陀螺相比,具有以下特点:     

以市场为导向推动光纤陀螺技术新发展

干涉型光纤陀螺（ＩＦＯＧ）自进入９０年代中期以来,在技术进步及市场开拓两方面都有重大进展,本文重点介绍开环光纤陀螺的应用,以及闭环型战术级,导航级光纤陀螺及精密级光纤陀螺的技术进展及市场开发,并对整个光纤陀螺技术的未来展望做了进一步描述。     

光纤陀螺（FOG）应用研究（二）——光纤陀螺的应用

本文结合国内外光纤陀螺研究基础，分两部分对干涉式光纤陀螺的理论、关键技术和应用进行了简单介绍和讨论。中高精度光纤陀螺是固态陀螺发展的主要方向，具有良好的应用前景。     

再入式光纤陀螺实用化技术研究

再入式光纤陀螺（Re—FOG）使相互干涉的两路光循环进入光纤环，通过缩短光纤长度克服温度和应力引起的误差。本文研究了再入武光纤陀螺实用化的相关技术；提出了一种采用脉冲相位调制的信号检测方法；设计了专门的数据通讯模块。实验结果表明：所提出的信号检测方法可分离出所需循环次数的信号并解算出陀螺转速；所设计的通讯模块能保证实现陀螺与导航计算机之间的快速、稳定、准确的数据传送。再入式光纤陀螺可成为实用化的新型光纤陀螺。     

光纤陀螺正在向激光陀螺挑战

本文从光纤陀螺正在向激光陀螺挑战的观点出发，概要叙述光纤陀螺与激光陀螺的比较，以及美国两家主要的军用和民用激光陀螺供应商Ｌｉｔｔｏｎ工业公司和Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ公司目前已成为研制与生产光纤陀螺的领先公司。     

光纤陀螺在宇航领域中的应用及发展趋势

光纤陀螺作为全固态惯性仪表,具有长寿命、高可靠和空间环境适应性好等显著优点,已广泛应用于国外各类宇航飞行器上。我国光纤陀螺的宇航应用起步于21世纪初,现已应用于导航卫星、通信卫星、遥感卫星、载人飞船、月球探测器等多种宇航飞行器上,对我国宇航飞行器性能的快速提升起到了重要的促进作用。主要介绍了国内外光纤陀螺宇航应用的情况,重点说明了目前几种主流光纤陀螺的技术方案,并对几种新型光纤陀螺(如光子晶体光纤陀螺)的宇航应用特点进行了分析。最后,从宇航应用的技术需求出发,指出了光纤陀螺宇航应用的几类关键技术和发展趋势。     

光纤陀螺误差机理若干问题探讨

本文从光纤陀螺的物理概念和基本特点出发,探讨和论述了典型物理场对光纤陀螺精度的影响及其主要误差机理,并进行了一定的试验验证。     

光子晶体光纤陀螺仪关键技术研究及进展

光子晶体光纤具有辐照不敏感、热敏感度低等特点,可以显著增强光纤陀螺仪的空间环境适应性,并有利于减小光纤陀螺重量、尺寸和功耗。本文分析了光子带隙型光子晶体光纤和折射率导引型光子晶体光纤的特点,详细阐述了光子晶体光纤陀螺仪的原理、关键技术及国内外进展。     

高端MEMS固体波动陀螺的发展与应用

总结了固体波动陀螺的发展历程,分析了从固体波动陀螺到MEMS陀螺的演化过程.通过对MEMS谐振环陀螺的演化与研制历程进行分析,预测未来高端MEMS陀螺发展方向,推动我国高端MEMS环形固体波动陀螺的研究与应用.     

多环谐振微机械陀螺的研究现状及发展趋势

微机械陀螺是一种新型的陀螺，近年来随着微机电技术的发展，其性能不断得到提高。基于多环谐振微机械陀螺的发展现状，详细评述了多环谐振陀螺的来源以及其由单环到多环的结构发生改变的优点。并基于驻波进动原理，介绍了两种新型的全对称谐振盘陀螺。总结了圆环谐振式微机械陀螺的工艺发展路线，由早期的HARPSS工艺发展到外延多晶硅封装工艺，再到材料性能好的单晶硅热压键合工艺，使得多环谐振陀螺的性能不断得以提升，并分析了其优缺点。最后，展望了未来的高新技术，提出多环谐振陀螺的发展方向。     

光纤陀螺前置放大滤波电路的噪声分析

光纤陀螺的全数字闭环处理技术是解决光纤陀螺输出非线性问题的关键,其中光电转换及前置放大部分是保证闭环处理有序准确进行的前提和保障。光电转换及前置放大部分的噪声主要来自光电探测器的散粒噪声和前置放大器的噪声。因此,本文对全数字闭环处理过程中前放滤波部分的噪声进行了分析,针对现用的放大器芯片提出了对比优化方案并进行了试验验证,结果表明通过对比选择低噪声前置放大器会减小对陀螺零偏稳定性的影响,对光纤陀螺的工程应用有良好的参考价值。     

高精度光纤IMU的磁屏蔽方法及实验研究

惯性测量单元(IMU)是位置姿态系统(POS)的核心部分,IMU的精度很大程度上决定着POS精度.由于高精度光纤陀螺(FOG)的光纤线圈对磁场敏感,基于高精度FOG的IMU精度会受磁场影响而降低.本文研究了FOG磁敏感性机理,通过实验得出高精度光纤IMU对磁场敏感的结论.采用电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwe...     

超流体陀螺仪的发展概况与研究进展

超流体陀螺基于低温物理量子理论发展,有望成为新一代高精度陀螺仪的重要方向.通过对超流体陀螺的研究现状进行调研和分析,阐述了主要的几类超流体陀螺的原理和特点,分析了超流体陀螺的发展前景.对于基于交流(AC)约瑟夫森效应的超流体陀螺的灵敏度以及温度和体积上的优势展开了分析,并针对前期研究中的原理方案设计、加工和制冷技术以及误差分析等问题提出了思考并进行了展望,旨在加强国内研究者的交流,进一步促进新陀螺技术的发展.     

圆柱壳体振动陀螺技术现状与发展趋势

圆柱壳体振动陀螺具有精度高、寿命长、体积小、抗冲击强等突出优点，在精确制导武器尤其是战术武器等装备领域中具有广阔的应用空间，已成为当前振动陀螺的热点研究方向之一。简要介绍了圆柱壳体振动陀螺的发展历程，并对其材料、加工制造和电路控制等方面的关键技术、研究现状进行了梳理。最后，对圆柱壳体振动陀螺的未来发展趋势进行了讨论，并指出0.1(°)/h以下的小型化、高性能圆柱壳体振动陀螺将有广阔的发展空间。     

量子惯性仪表用磁屏蔽材料进展

量子惯性仪表是利用光场和磁场等手段操控原子、电子等微观粒子实现载体运动信息测量的新型惯性设备,量子惯性仪表对外界磁场的大小、稳定性和均匀性等提出了很高的要求,需要高性能的磁屏蔽技术与之相匹配。回顾了目前常用的磁屏蔽方式,针对最常用的被动型磁屏蔽所涉及的材料铁镍合金、非晶合金和软磁铁氧体等进行了梳理和总结,阐述了上述三种材料的优缺点以及适用范围,并展望了量子惯性仪表用磁屏蔽材料的发展趋势。     

船用惯导系统的发展综述

从1852年傅科提出陀螺仪的概念到今天,陀螺技术走过了158年的历史。船用惯导设备也经历了从陀螺罗经到平台惯导再到激光捷联惯导系统的逐步演化的过程。本文综述了船用惯导设备的发展历程,总结了发展特点,为我国船用惯导系统的进一步发展提供了一些启示。