光纤Sagnac温度传感器信号检测技术

利用光纤Sagnac干涉仪的偏振非互易性PNR(Polarization Non-Reciprocity)可以实现对单温度点的高精度测量.传感头周围温度场的变化引起干涉仪光路中两相干光的相位差变化.通过分析温度传感器的测温原理,得到其输出的线性化模型.采用方波调制解调技术实现了对温度传感器光路系统输出的全数字信号检测.设计了以C8051F060混合信号微控制器为核心的全数字信号检测系统,实现其采样信号和调制信号的相位关系保持.16位高精度模/数转换器的电压采样值通过数字滤波及分段函数解算处理,得到测量温度值的数字输出.这种技术具有实现方便,便于数字化处理及时序控制等优点.通过-15~55℃的全温扫描实验得到的实验数据和理论曲线近乎重合,系统输入/输出成很好的线性关系,线性度达到了10-3量级.实验研究表明这种温度传感器可以实现高精度的温度测量.      

基于Sagnac干涉仪的保偏光纤拍长测试技术

分析了一种由单模光纤耦合器和保偏光纤组成的混合光纤Sagnac干涉仪的反射谱和透射谱,揭示了这种干涉仪的光谱调制特性.基于其透射光谱的极值点特征,提出了一种简单、高精度的保偏光纤拍长测试技术并进行了精度分析,确定了待测保偏光纤长度的优化参数;搭建实验系统进行了实际测试.实验结果和理论估计一致.研究表明:该技术操作方便、测量可靠,拍长测量精度可优于0.01 mm.     

光纤陀螺中保偏光纤60 Co辐照效应及光褪色特性

从光纤陀螺空间应用的角度出发,利用60Co辐照源模拟空间辐照,对光纤陀螺中的主要部件保偏光纤环进行了不同剂量率的辐照实验,得到了保偏光纤的辐照效应.并且利用大功率半导体激光器对保偏光纤环进行了光褪色实验.实验证明,辐照条件下,保偏光纤损耗增加;剂量率越大,损耗增加越快;总剂量越大,损耗越大;采用大功率半导体激光器对保偏光纤环进行光褪色,可以减缓辐照环境下光纤的损耗增加量,而且激光器功率越大,光褪色效果越明显,可将其用到光纤陀螺中作为其空间应用的抗辐射加固措施.      

基于光纤陀螺的保偏光纤热致双折射

针对光纤陀螺在温度变化条件下的性能恶化问题,理论上分析了保偏光纤的热致双折射引起的偏振耦合是局限光纤陀螺精度的主要因素.采用有限元法计算光纤线圈在不同温度下的应力分布,并根据高低温不同的应力状态分别推导了双折射的变化情况.在光纤陀螺工作温度范围内,选取6个典型温度点计算光纤环上热应力和消光比的变化,结果显示,干扰双折射随温度变化的减小而减小,并将理论计算结果用测试消光比的试验验证.研究表明,双涂敷层光纤、胶粘剂、陀螺金属骨架材料的热力学性能的差异,导致光纤线圈在不同温度下折射率改变.在60℃时,光纤折射率差约为1×10^-4,与光纤本征折射率差5.5×10^-4达到同一个量级,这将严重影响光纤保偏性能及陀螺精度.     

光纤陀螺零偏温度误差补偿方法分析

根据光纤陀螺光纤环受温度效应影响的机理，分析了光纤陀螺零偏产生温度误差的原因，提出了光纤陀螺基于光纤环附近多点温度的误差补偿方法，建立光纤陀螺零偏随光纤环附近多点温度及温度变化率变化的数学补偿模型。根据全温温度实验，分析光纤陀螺零偏随温度变化的规律，确定补偿模型的补偿系数，对光纤陀螺零偏进行温度误差补偿。并将多点温度补偿方法与传统的基于单点温度补偿方案的补偿效果进行对比分析。结果表明，基于两点及以上温度的温度误差补偿模型能将全温零偏稳定性降低2个数量级，全温极差降低1个数量级，优于基于单点类的温度补偿方案，且具有很高的工程应用价值。     

保偏光纤模场分布的测量

介绍了一种新型的保偏光纤模场分布测试系统,它采用国标推荐的基准测试方法一远场扫描法作为测试方法,通过一定的技术改进,使之能够对保偏光纤端面的模场分布进行测量.并通过两种典型的保偏光纤两个主轴的模场直径的测量实验证明该测试系统具有测量精度高、自动化程度高和操作简单等特点,在保偏光纤对轴、熔接等领域有一定参考意义.     

保偏光纤截止波长校准装置研制CSCD

分析给出了保偏光纤截止波长测量的实现方法,通过解决可变波长单色偏振光产生技术和测量过程中保偏光纤的对轴耦合技术,研究建立了保偏光纤截止波长校准装置,分析验证了测量结果和装置的性能,为统一保偏光纤截止波长参数量值奠定了基础。     

保偏光纤截止波长校准装置研制

分析给出了保偏光纤截止波长测量的实现方法,通过解决可变波长单色偏振光产生技术和测量过程中保偏光纤的对轴耦合技术,研究建立了保偏光纤截止波长校准装置,分析验证了测量结果和装置的性能,为统一保偏光纤截止波长参数量值奠定了基础。     

卫星用光纤陀螺三轴组合的关键技术

研究了空间环境对光纤陀螺各项指标的影响,设计了一种新颖的卫星用光纤陀螺三轴组合.针对空间辐射、温度循环和真空环境对光纤陀螺的影响进行了模拟实验,通过分析实验数据得到了空间环境对光纤陀螺主要参数的影响机理.利用最小二乘滤波的方法建立了偏置误差模型,利用查表法建立了标度因数误差模型,并用现场可编程门阵列(FPGA)实时进行零偏和标度因数补偿,补偿后陀螺输出零偏稳定性为0.1(°)/h.同时详细分析了陀螺在空间低角速度环境下产生死区的原因,并利用周期相位扰动调制的方法消除了死区.在卫星用光纤陀螺三轴组合的设计中,实现了光源复用和冗余、空间主动和被动防护措施、在轨故障诊断等技术.      

抗辐射保偏光纤的制备及其特性研究

通过对保偏光纤进行光漂白与低温相结合处理的方式，来提高光纤的抗辐射性能。保偏光纤再经过1.0 kGy的高剂量预辐照处理后，其损耗会明显增大。随后采用980nm的激光对光纤进行光漂白处理,其损耗并没有发生明显变化。但是，处理后的样品在小剂量辐照条件下其光纤传输呈现先减小后增大的趋势。对于通过液氮进行冷处理的预辐照样品，其光纤传输损耗得到明显的降低，同时光纤经过小剂量辐照后的损耗同样也具有先减小后增大的现象。最后，将两种处理方式相结合，一方面可以有效地降低预辐照光纤的传输损耗，另一方面也使得保偏光纤在小剂量辐照的条件下，使其传输损耗具有减小的趋势，大大提高了保偏光纤在小剂量辐照条件下的抗辐照特性。     

基于喇曼散射测温系统温度标定问题的研究

主要研究了基于后向喇曼散射分布式光纤测温系统的温度标定问题.在讨论了系统稳定性和系统测温精度的基础上,提出了关于系统温度标定的一个结论.接着,对参考光纤不同状态和不同缠绕半径下的附加损耗进行了实验.在科学分析的前提下,给出了系统温度标定的实现方案.实际系统的设计过程证明:结论是正确、合理的,对此类系统设计具有一定的指导意义.      

分体对开式高低温发生装置研究

介绍了一种分体对开式高低温发生装置,并详细叙述了其结构组成,测试结果表明高低温发生装置温度范围为-80℃~400℃,温度偏差为±2℃,温度均匀度为2℃,该装置可作为专用实验设备用于力传感器高低温环境下的校准。     

基于光纤复用技术的弹体表面场参数组网测量技术

针对传统导弹武器环境参数测量系统测点多且分散，以及量程余量大所导致的电缆网笨重等问题，提出了一种基于光纤复用技术的波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WMD）与空分复用（Space Division Multiplexing, SDM）相结合的弹体表面场参数组网测量方案；该系统能够有效地实现弹体表面温度、压力、应变等多环境参数同时测量，测量节点可多达320路；分析了大容量光纤传感网络中所面临的关键技术，并阐述了其在导弹上的工程应用分析；为有效满足弹体小型化、轻型化、高灵敏度及减少弹体体积重量提供了新的思路及解决途径。     

高温高压差动变压器式位移传感器设计

为了满足在高温高压的复杂环境中准确测量位移的要求,专门研制了一种高准确度、低漂移的精密位移传感器。与传统差动变压器式位移传感器相比,该传感器采用了新结构、新工艺和新材料,以及 LVDT信号处理芯片7JHB0187,使传感器能够适应高温高压的使用环境,各项参数指标满足使用要求,从而拓展了该类传感器的应用场合。     

Optical oxygen sensor instrumentation based on the detection of luminescence lifetime.

Optical oxygen sensors are mainly based on the principle of luminescence quenching. In contrast to arready existing intensity-based systems, the measurement of the luminescence lifetime provides certain advantages, such as insensitivity to photobleaching or leaching of the dye, or changes in the intensity of excitation light. This facilitates the use of simple optical systems or optical fibres. A new family of oxygen-sensitive dyes, the porphyrin-ketones, has been introduced, which exhibits favorable spectral properties and decay times in the order of tens and hundreds of microseconds. This allows the use of simple optoelectronic circuitry and low-cost processing electronics. An optical oxygen sensor module has been developed with the dimensions of only 120 x 60 x 30 mm. The prototype is based on the measurement of the decay time of the luminophore by measuring the phase shift between the square-wave excitation and the detected square-wave of the emission coming from the sensor. The instrument is based on semiconductor devices (light-emitting diodes, photodiodes) and may be used for the detection of oxygen in gaseous or liquid samples. The measurement range of the device is from 0 to 200 hPa oxygen partial pressure with a resolution of < 1 hPa over the whole measurement range. The overall measurement accuracy of < +/- 1 hPa has been obtained for periods of 24 h of continuous measurement in a thermostatted environment. The sensor response times t90 are typically < 1 s for gases and 0.5 to 5 min for liquid samples.     

多视场低磁星敏感器及其在磁测卫星中的应用

下一代地磁导航等空间任务对地球磁场测量卫星提出了迫切的需求, 高精度地磁场测量卫星需要极高的姿态测量精度和空间剩磁环境, 对星敏感器提出了新的要求。针对这一需求, 研究了低剩磁高精度星敏感器的改进设计方法。采用三视场分体结构设计,提高了数据更新率,通过数据融合提高了姿态确定精度,同时对光学头部进行了精细化降剩磁设计。仿真和测试结果表明，改进的星敏感器设计方法能够实现较低的剩磁和较高的定姿精度, 满足地磁场测量卫星的应用需求, 具有较高的应用价值。     

宽温度范围大口径高精度变温标准黑体辐射源研制

红外成像探测系统的应用环境越来越复杂，工作适应温度范围低温可达到-50 ℃以下，高温可达到70 ℃以上。为满足相应要求，研制宽温度范围大口径高精度变温标准黑体辐射源，采用细分均匀加热、模糊PID自整定控制算法、双路配气保护等技术，满足高低温需求，同时开展腔型设计、超黑高发射率涂层等相应研究，保证了黑体辐射源的整体性能，确保完成相应功能。研制完成后，在高低温环境下进行了验证试验，可达到以下指标：有效发射率≥0.999，空腔开口直径≥60 mm，温度测量不确定度10 mK（k=2）。经验证，可满足宽温度范围条件红外探测系统的计量要求。