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.     

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。     

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.     

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。     

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。     

基于波长控制的光纤陀螺标度因数温度性能提高方法

光纤陀螺的标度因数与光纤环的长度、直径及光源的平均波长有关。在温度条件下，光纤环的长度、直径及光源的平均波长均会发生变化，进而导致光纤陀螺在高低温下的标度因数不同，影响温度环境下的光纤陀螺标度因数的重复性。提出了一种基于光纤陀螺波长控制的标度因数温度性能提高方法，该方法在光源驱动电路的桥式回路中增加了铂电阻组件，从而可自动调节光纤陀螺光源的管芯温度，进而控制光源平均波长的变化，以抵消光纤环有效面积因温度变化而对标度因数产生的影响，提高温度环境下光纤陀螺的标度因数重复性。试验表明，该方法将未补偿情况下光纤陀螺全温范围内的标度因数重复性(1σ)由271×10-6~280×10-6减小到了32.5×10-6~43.5×10-6，标度因数重复性误差减小了84%~88%，并验证了该方法的有效性。     

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.     

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。     

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.     

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。     

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...     

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。     

小波滤波在光纤陀螺捷联惯导系统初始对准中的应用研究

针对光纤陀螺车载捷联惯导系统在晃动基座下传感器测量噪声增大,导致对准精度降低、对准时间长的问题,本文对小波滤波方法在光纤陀螺捷联惯导系统初始对准中的预滤波处理进行了研究,确定了合适的小波尺度分解级数及小波基,并进行实验验证。实验结果表明：此方法有效降低了光纤陀螺的测量噪声,提高了航向角的对准精度并缩短对准时间,在工程上具有一定的参考价值。