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。     

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。     

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。     

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。     

光纤环时效处理的有效性分析

作为光纤陀螺的核心敏感元件,光纤环质量的优劣直接决定了光纤陀螺的精度。而目前光纤环制作工艺仍处于不断完善阶段。针对光纤环成环过程的温度时效工艺的处理效果进行了重点实验分析,实验结果充分显示了温度时效处理对当前光纤线圈的应力释放效果。同时,还讨论了振动时效处理方法释放光纤环残余应力的作用效果,结果表明,该方法在释放残余应力方面更为有效。     

固化胶粘剂对光纤环温度性能的影响研究

光纤环是光纤陀螺的核心部件,其温度性能直接影响光纤陀螺的精度.胶粘剂作为光纤环的重要组成成分,其选用是否得当决定了光纤环性能的优劣.首先理论分析了胶粘剂的性能对光纤环性能的影响,并选取了三种具有不同性能的胶粘剂作为光纤环用胶粘剂,对比分析了不同种类胶粘剂对光纤环温度性能的影响.结果表明选择具有模量适中、较低固化收缩率和足够粘接强度的胶粘剂,得到的光纤环具有更好的温度性能.     

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。     

光纤环瞬态温度梯度对Shupe误差的影响

光纤陀螺的承环结构不同,会影响光纤环的温度及温度梯度分布,进而影响陀螺的精度.对四种不同承环结构的光纤陀螺进行有限元瞬态热仿真,得到光纤环的温度分布.基于四极对称绕法绕制光纤环的截面数字离散化模型,绘制了四个光纤环沿展开光纤上的温度分布,计算了四个陀螺的轴向和径向温度梯度及其引起的Shupe误差.对比分析结果表明:承环结构形式不同,光纤环的轴向和径向温度梯度不同,轴向温度梯度对光纤环的Shupe误差影响更大.     

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.     

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。     

干涉式光纤陀螺光纤环互易性温变漂移补偿方法

分析了干涉式光纤陀螺光纤环受温度影响产生零漂误差的机理,对于温变环境下的光纤陀螺输出,在传统线性分析手段的基础上,以互易性为主,把光纤环径向内外温度差以及温度变化率的差作为研究对象,建立了新的多项式零漂评估方法.通过对模型不同幂级次的探寻,寻找到变温情况下的最佳拟合系数并进行仿真补偿,实现了陀螺精度的大幅提高,使得最佳零漂降低为原始输出的20.6%.最后,对拟合系数进行陀螺变温实验验证,证实了该新型温度补偿方法的合理性.     

光纤陀螺温度建模与补偿方法分析

通过光纤陀螺温度试验,分析了光纤陀螺的温度特性;理论上阐述了各项温度因素对光纤陀螺零偏的影响,并采用逐步回归分析的方法建立光纤陀螺零偏的温度数学模型。通过试验验证,采用该模型对光纤陀螺进行温度漂移的补偿,可以有效提高光纤陀螺的测量精度。     

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。     

日本光纤陀螺的应用与研究

综述日本研制光纤陀螺的三家主要公司三菱精密，日本航空电子和日立电线在干涉型光纤陀螺的应用与研究方面所取得的成就。目前，中低，精度的干涉型光纤陀螺已经进入实际应用领域成为商业产品，而高精度的干涉型光纤陀螺已进入实际应用研究的最后阶段。     

大量程高精度光纤陀螺的设计与实现

采用增强Sagnac效应的方式提高干涉式光纤陀螺精度时,往往会减小陀螺的量程。从理论角度分析了高精度光纤陀螺实现量程扩展的可能性,完成了相关的算法设计,实现了跨条纹工作的平滑过渡,搭建了实验平台,成功将高精度光纤陀螺的量程从[Ω-π]~[Ω-π]扩展到[Ω-7π]~[Ω7π]。通过对量程扩展前后陀螺标度因数、零偏稳定性等参数的对比,得到了陀螺在量程扩展后不影响其基本参数的结论,进一步验证了高精度光纤陀螺的大量程设计的正确性和可靠性。     

三轴一体化光纤陀螺设计

我国光纤陀螺技术通过多年的研究与发展日趋成熟，目前光纤陀螺逐步向高精度、小型化方向发展。三轴一体化光纤陀螺结构紧凑、高度集成、体积小，符合光纤陀螺的发展特点，本文从光学回路、机械结构和信号处理等方面介绍三轴一体化光纤陀螺的研究情况。     

日本干涉型光纤陀螺的应用研究

本文概要地介绍日本ＪＡＥ、三菱、日立、住友有关干涉型光纤陀累开发与应用方面的进展情况，目前在日本低、中精度的干涉型光纤陀螺已进行实用阶段，而高精度干涉型光纤陀螺尚处于试制阶段。     

保偏光纤的偏振特性测试和研究

当前，干涉型光纤传感器的发展，使得保偏光纤的需求显得相当迫切，随之而来拉制单模保偏光纤的技术愈来愈普遍且已相当成熟。在光纤陀螺研制过程中保偏光纤起着举足轻重的作用。它可使光纤陀螺中传输的偏振光状态保持稳定的模式，从而，可减少由偏振光不稳定性的干涉带来的陀螺漂移的影响。因此研究保偏光纤的偏振传输特性和其参数测量就显得相当重要。我们可以从光纤陀螺（ＦＯＧ）的输出特性表达看出光偏振因素的影响，Ｓａｇｎａ     

高精度光纤陀螺发展现状及对策

Draper试验室的Barbour和Schmidt对2000~2020惯性器件发展的预测图自发表以来引起了惯性领域的广泛关注并被大量引用。通过对国内外光纤陀螺发展现状的分析发现,该图比较准确地预测到了2000~2010年光纤陀螺的发展,但是对2020年光纤陀螺发展的预测则过于乐观,存在一定的偏差,其主要原因是对解决多物理场作用下陀螺精度保持问题的困难估计不足。