关于改善光纤环绕线机成环质量的方法研究

光纤环制作的核心工艺就是光纤线圈的绕制,针对光纤环绕线机中存在的张力控制不对称性问题,提出了一种基于布里渊光时域分析方法检测光纤线圈应力分布状态,从而回馈和指导绕线机张力调整的方法。实验结果表明,以上方法明显改善了光纤环的应力分布状态,有效提高了光纤环成环后的质量,对提高光纤陀螺的精度起到了重要作用。     

用于光纤陀螺的光纤环缠绕工艺研究

光纤陀螺中光纤环是一个重要部件，不仅可以通过调整光纤环结构参数，如光纤环面积、光纤长度，来提高光纤陀螺精度，同时环境因素，如温度、应力也将通过改变光纤环中光纤的物理参数，引起非互易性相位噪声，从而降低光纤陀螺精度。     

光纤环内部应力试验研究

光纤环是光纤陀螺的核心敏感部件,其内部应力值的大小和分布对光纤陀螺的整体性能有很大影响.光纤环的内部应力主要包含拉伸应力、弯曲应力和固化应力等,光纤环的绕制工艺和固化工艺等都会对光纤环的应力产生影响.通过测量不同绕制工艺下光纤环的应力分布和偏振串扰分布,得出光纤环绕制张力越小、光纤环直径越大、固化胶的收缩率越小,光纤环的应力也越小,相应的偏振串扰值也越小,为光纤环绕制技术的提高提供依据.     

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。     

单模光纤环热应力双折射仿真分析

光纤陀螺在温度场作用下产生零位偏移,降低了光纤陀螺的精度。光纤环 是光纤陀螺产生温度误差的主要根源。分析了温度场作用下,单模光纤环产生热应力双 折射的机理。基于有限元方法仿真出光纤环在特定加热条件下的热应力双折射的大小及 其随时间的变化。最后结合仿真结果提出了减小光纤环热应力双折射的几种方法,对提 高光纤陀螺温度环境性能有较大的指导意义。     

基于Shupe系数的光纤陀螺光纤环评价方法

针对当前缺乏有效的光纤环温度性能评价方法确保光纤陀螺整表全温精度的问题,搭建了光纤环温度测试系统,提出了一种光纤环评价方法。该方法不但能够评价光纤环的温度性能,而且能够反映陀螺整表的全温精度。根据测试结果,分析了基于Shupe系数的线性误差和线性补偿后的非线性误差。其中,前者代表了光纤环的温度灵敏度,后者代表了光纤环的可补偿程度,两者共同构成了光纤环的评价指标。利用该测试系统测试了数十只同一尺寸的光纤环,非线性误差小于0.022(°)/h,补偿后整表的全温零偏稳定性小于等于0.01(°)/h(-40℃~+60℃,1℃/min),为后续高精度光纤陀螺的生产提供了一定的指导。     

基于加速退化试验的光纤陀螺组件寿命评估

工作在宇航环境中的光纤陀螺组件会受到复杂的应力作用,而陀螺组件本身结构复杂,价格昂贵,并且可靠性高,很难通过普通的加速寿命试验评估其寿命.运用包含剩余标准化系数的退化轨迹模型,描述了光纤陀螺组件退化量与应力水平的关系,并且运用双应力步进加速退化实验的方法,得到光纤陀螺组件在温度和辐照两种应力下的退化数据.结合光纤陀螺加速寿命模型,评估该陀螺组件在宇航环境下的寿命.     

光纤环的不对称性对光纤陀螺温度梯度效应影响的研究

本文以匝为单位对光纤环引起的Shupe误差模型进行了量化分析,并提出了一种新的光纤环内部温度分布模型。针对四极对称绕制的光纤环,理论研究了光纤环的不对称性对光纤陀螺温度梯度效应的影响,并进行了实验验证,实验结果与理论吻合得较好。     

光纤传感环圈骨架热应力仿真计算与实验研究

针对光纤陀螺温度问题,重点分析光纤传感环圈骨架的热应力效应.首先通过Ansys仿真计算,给出了铝合金、钛合金、碳纤维复合材料以及玻璃布板四种不同材料骨架随温度变化的应力大小;然后设计实验,将光纤中的温度应力效应和光纤环骨架引起的热应力效应区分开,通过应力分析仪测试,得出实际的热应力曲线,通过实验验证了仿真计算的准确性.在所测四种材料中,碳纤维复合材料的热应力最小,在120℃的温度范围内,仅有220με,其次是钛合金材料,铝合金产生的热应力则最大,在120℃范围内,达到6000με.根据仿真和实验结果相互印证,碳纤维复合材料最适合制作光纤环圈骨架,而通过附加缓冲层的方式可以优化铝合金骨架的温度性能.     

基于简化Mohr模型的光纤陀螺温度补偿方法研究

为了提高光纤陀螺温度补偿精度,采用Mohr理论建立了光纤环圈的热传递模型,准确分析了光纤环圈内部的温度变化和分布情况,计算得到了光纤环圈的Shupe误差。根据Shupe理论误差和陀螺仪输出的相关性分析,得到了最优的光纤环圈热传递参数。根据热传递参数建立了光纤陀螺温度补偿模型,完成了光纤陀螺的实时温度补偿,实际补偿后光纤陀螺仪变温精度提高了约3.4倍。     

光纤陀螺热致漂移仿真分析及实验验证

外界温度场作用下,光纤环温度变化和热应力是引起光纤陀螺非互易误差的主要原因。分析了光纤陀螺热致漂移的数学模型,基于该模型仿真研究了对光纤环以恒定功率加热随后转入平稳状态扰动因素下陀螺的输出特性。为验证模型准确性,选用3个光纤环搭建光纤陀螺系统,并对陀螺零偏变化特性进行了测试。测试结果表明,各陀螺零偏测试值与模型计算值间的误差不超过8%,实验结果与模型能够较好符合,该研究结果对高精度光纤陀螺的设计具有重要指导意义。     

光纤陀螺标度因数及零偏温度误差补偿研究

首先分析了光纤陀螺产生温度误差的机理,在此基础上分别指出标度因数与零偏的误差补偿模型,提出了一种利用一组数据同时补偿标度因数及零偏的方法,直接表示输入与标度因数零偏补偿后的关系。最后通过实验验证了该方法不仅能够有效地补偿陀螺的温度误差,且其补偿精度优于原单独补偿的方法,同时该方法仅需一次温度实验,节省实验成本,具有较大的现实意义。     

气压变化对光纤陀螺仪零偏稳定性 的影响及抑制方法研究

光纤陀螺仪可用于测量载体相对惯性空间的角运动, 是光纤惯导系统的核 心部件。因此,要求光纤陀螺仪具有较高的精度和良好的环境适应性。光纤环是光纤陀 螺仪的角速度敏感部件,光纤环受到环境因素影响,将导致光纤陀螺仪精度下降,因此 需要对光纤环采取适当的保护措施。分析了气压变化导致光纤陀螺仪零偏稳定性变差的 机理： 环境气压的急剧变化, 会使光纤环上产生附加应力, 造成光纤的折射率分布不 均,导致光路产生非互易性相位差,使光纤陀螺仪零偏产生漂移,零偏稳定性变差;并 提出了对光纤陀螺仪进行密封的措施来抑制该效应。经试验验证,采用此密封设计后, 光纤陀螺仪在变气压环境中的零偏稳定性改善了近10 倍。     

光纤陀螺的温度实验与仿真分析

热致非互易相移的存在影响了光纤陀螺的工作精度.通过对热致非互易相移的分析,把握了该相移与光纤陀螺温度特性的关系.在此基础上,进行了光纤陀螺的温度实验与仿真分析.结果表明,仿真分析光纤陀螺的整体温度分布是可行的;温度实验与仿真分析相结合的办法有助于光纤陀螺温度特性的把握.     

基于高灵敏超导探测器的新型脉冲光高精度光纤陀螺技术研究

高精度光纤陀螺的精度主要由光纤陀螺检测噪声决定,一般可用角随机游走系数来表征,光纤陀螺的角随机游走主要由光路干涉信号的信噪比和信号处理引入的噪声决定。提出了基于高灵敏超导探测器的脉冲光高精度光纤陀螺技术方案和精度提升方法,实现了陀螺光信号的高灵敏检测,显著降低了光纤陀螺的热噪声,降低了相对强度噪声,并避免了连续光因调制切换引入的尖峰脉冲误差的影响,有效提升了光纤陀螺的精度水平。通过仿真分析,可将光纤陀螺的随机游走系数检测极限从3.53×10-5(°)/h1/2降低至1.6×10-5(°)/h1/2,减小了约54.7%。     

Research of Optical Fiber Coil Winding Model Based on Large-deformation Theory of Elasticity and Its Application

Optical fiber coil winding model is used to guide proper and high precision coil winding for fiber optic gyroscope (FOG) application. Based on the large-deformation theory of elasticity, stress analysis of optical fiber free end has been made and balance equation of infinitesimal fiber is deduced, then deformation equation is derived by substituting terminal conditions. On condition that only axial tensile force exists, approximate curve equation has been built in small angle deformation scope. The comparison of tangent point longitudinal coordinate result between theory and approximation gives constant of integration, and expression with tangent point as origin of coordinate is readjusted. Analyzing the winding parameters of an example, it is clear that the horizontal distance from the highest point of wheel to fiber tangent point has millimeter order of magnitude and significant difference with fiber tension variation, and maintains invariant when wheel radius changes. The height of tension and accurate position of tangent point are defined for proper fiber guide. For application to fiber optic gyroscope, spiral-disc winding method and nonideal deformation of straddle section are analyzed, and then spiral-disc quadrupole pattern winding method has been introduced and realized by winding system. The winding results approve that the winding model is applicable.     

基于应力强度干涉理论和薄弱环节分析的光子晶体光纤陀螺寿命评估

在空间飞行环境中,航天器承受着各种环境的作用,而每种环境因素都在一定程度上影响着航天器的工作寿命。光子晶体光纤是一种新型光纤,其比传统保偏光纤更耐辐照,是长寿命光纤陀螺(Fiber Optical Gyroscope,FOG)的首选,可以满足长寿命卫星的应用需要。将光纤陀螺特征寿命定义为强度,将热、辐照和振动等环境因素定义为应力,运用应力强度分析理论,采用最坏情况分析方法,分析了在常见应力联合作用下光纤陀螺的薄弱环节,评估了光纤陀螺的在轨工作寿命,验证了光子晶体光纤陀螺在某长寿命通信卫星上的适应性。分析结果表明,热和辐照是影响光子晶体光纤陀螺的重要因素。研究结论可用于有针对性地进行改进设计,为长寿命高可靠卫星提供技术支撑,具有显著意义。