基于掺铒超荧光光纤光源的高精度光纤陀螺

针对高精度光纤陀螺的需求,采用一种在1?550?nm波段长波反射的截止型薄膜滤波器研制出高性能的掺铒超荧光光纤光源,通过仿真确定了滤波器的特征参数,在-40℃~+60℃的温度范围内,光源中心波长稳定性为2.58×10^-6℃,输出功率稳定性优于1％.研究了这种光源的强度噪声,并采用一种噪声相减技术对光纤陀螺的噪声进行抑制,光纤陀螺的随机游走系数减小约20％.在此基础上,研制出高精度闭环全保偏光纤陀螺样机.Allan方差分析显示,研制出的样机零漂为0.004?5(°)/h、随机游走系数为0.003?5(°)/h ^{1 2} 、标度因素误差小于11×10^-6,已能满足高精度陆用惯性系统的要求.     

光纤陀螺温度影响与误差补偿

温度性能是光纤陀螺工程化面临的难题之一,建立温度模型是提高光纤陀螺温度性能的有效方法.从理论上推导了光纤陀螺零偏、标度因数温度误差是由于热作用于光纤环导致光路非互易性所引起.分析了光纤陀螺热源产生的两个主要原因:光纤陀螺内部有源器件工作过程中产生的热;外界环境温度变化引起光纤环内部温度场分布变化.二者对光纤陀螺的影响是随机的,引起的光纤陀螺零偏漂移和标度因数误差可以通过建立温度模型进行补偿.采用线性回归方法,建立了光纤陀螺零偏温度漂移模型和标度因数温度模型,对光纤陀螺输出数据进行补偿,有效改善了光纤陀螺温度性能,实验验证了模型的正确型和补偿算法的有效性.      

基于功率取样的光纤光源平均波长控制技术

为提高宽谱光纤光源温度稳定性,对平均波长温度稳定性进行了分析;对不同泵浦功率下输出光的平均波长与输出功率的变化进行了仿真和实验研究,揭示了宽谱光纤光源平均波长与输出功率的相关性;提出并实现了一种基于数学模型的平均波长控制技术.从光源输出取出小部分功率作为反馈信号,通过调整泵浦激光器电流实现了中心波长的精确控制.对研制的样机进行了实际测试,结果表明控制方案是可行的,在－45~70℃的温度范围内,宽谱光纤光源的平均波长稳定性达到0.3×10^-6℃^-1.     

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.      

反射型保偏光纤温度传感器

基于保偏光纤中偏振模式干涉理论,提出了一种反射型保偏光纤温度传感技术并推导出传感方程,理论分析表明这种温度传感器精度高,可通过改变保偏光纤传感头长度的方法方便地调整测量范围.针对大型电力变压器绕组线圈的温度监测需要,利用特制的耐高温保偏光纤,在传感头和封装形式上进行了特殊设计,研制出实用的光纤温度传感器,其传感头满足了热油和高电压绝缘的要求.利用这种传感器进行了实际测试研究,基于模型线性化技术,在常温~180℃的温度范围内实现了线性输出.在冰水混合形成的绝对0℃环境下的稳定性测试表明其测量精度和稳定性均优于0.15℃.      

基于DSP的全数字闭环光纤陀螺

介绍了一种采用DSP(Digital Signal Processor)技术实现的全数字闭环光纤陀螺.该闭环光纤陀螺采用以多功能集成光学器件为核心的全保偏结构,以方波为偏置调制,数字阶梯波反馈.文中对该闭环光纤陀螺的前置放大、信号检测、数字解调、数字滤波等部分进行了设计和实现,对采用DSP技术解决系统精度和实时性矛盾的方案进行了讨论,并对闭环光纤陀螺的性能和参数进行了理论分析和实验测试.测试结果表明系统达到了小于0.3/h的零漂和100×10^－6的非线性度指标.     

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。     

光纤陀螺系统热建模及仿真

在热状态方程的数学离散的基础上,从系统的角度出发,建立某一高精度光纤陀螺的热模型,介绍光纤陀螺电子系统热模型的建立过程,包括结构体几何模型的建立、内部热源模型的建立以及热敏光纤环体模型的建立.模型建立的方法不仅适用于研究对象,对于结构和组成类似的其他类型的陀螺也是适用的.并通过稳态热仿真研究了系统内热点分布及温度场分布;瞬态仿真分析了陀螺在常温(25.6℃)、低温(-40℃)以及高温(+60℃)环境下,启动过程中陀螺内部温度的变化,实验测试对比分析验证了模型的正确性.在此基础上得出了几个有意义的结论,这将有益于高精度光纤陀螺的工程化.      

光源光谱对干涉式光纤陀螺零漂的影响

以采用Y波导集成光学调制器的保偏型干涉式光纤陀螺(IFOG,Interference Fiber Optic Gyroscopes)为研究对象,根据各光学元器件的参数,建立了各器件的琼斯矩阵以及光路传输模型,在此基础上进行了光路偏振误差的理论分析.通过推导,得到了保偏型干涉式光纤陀螺的偏振误差表达式.首次借助光源偏振度的改变,分析了不同形状的光源光谱对偏振模式耦合误差引起的陀螺零漂的影响.通过计算得出,当光源的偏振度在0~3%之间呈线性变化以及光路中其它参数不变时,谱宽较窄的光谱引起的零漂较大,谱宽较宽的光谱引起的零漂较小.仿真结果给光纤陀螺光源光谱的选择提供了理论依据.      

光纤陀螺磁敏感性的试验研究

光纤环是光纤陀螺的敏感部件.除Sagnac效应外,磁光法拉第(Faraday)效应也是光纤陀螺中实际存在的非互易效应.磁光法拉第效应是由于光纤制作工艺和光纤环绕制过程中存在的剩余双折射和光纤扭曲产生的,会在陀螺输出零位中附加一个固定偏置.借助有限元分析法,推导了微段光纤磁光法拉第效应的琼斯矩阵;建立了光纤环受磁场影响的数学模型;采用亥姆霍兹线圈进行了试验验证.试验结果证明了光纤陀螺磁敏感轴是存在并且可以确定的,提出了降低陀螺受磁场影响的具体措施.     

数字闭环光纤陀螺振动误差分析

光纤陀螺的振动误差直接影响其使用精度.为解决振动问题,分析了陀螺振动特性的主要误差源.推导了闭环光纤陀螺光功率和输出关系的表达式,得出了光纤缺陷以及光纤、器件尾纤受振动产生寄生应力导致传输光偏振性能和光强变化是引起振动误差的根本原因的结论;对陀螺振动性能受结构谐振的影响进行了有限元分析和试验验证;提出了改善光纤陀螺振动性能的具体措施,包括光纤环及尾纤固化工艺、优化结构设计以及改进闭环控制.结果表明,经改进后的陀螺,振动条件下其动态精度接近静态指标,满足使用要求.      

基于Fabry-Perot干涉仪的闭环微光机电加速度计

设计了一种闭环反馈差动式双FP腔的微光机电(MOEMS)加速度计,介绍了其工作原理及系统构成.利用惯性敏感单元将对载体加速度的测量转变为对载体位移的测量,利用光纤自聚焦透镜的端面与质量块组成的FP腔测量载体位移.为了提高系统的测量灵敏度和抑制温度等环境因素的影响,设计了一种差动式双FP腔测量机构.为提高微加速度计的输出线性度和动态测量范围,提出了采用静电力平衡技术构成闭环加速度计.建立了其数学模型,对所设计的加速度计重要参数指标——灵敏度、敏感头受载、固有频率等一一进行了详细计算和分析.在此基础上完成了设计背景要求下加速度计参数的优化设计,结果表明:该系统精度可以达到5×10-6g以上.      

热处理对纳米氧化锆热障涂层热物性的影响

采用大气等离子喷涂(APS)在GH33基体上制备了氧化锆纳米结构涂层,运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)和拉曼光谱(RS)等分析手段对原料粉末和涂层的显微结构、相组成进行了观察和确定,分别利用激光脉冲技术测量了热处理前后涂层的热扩散率.实验结果表明,等离子喷涂氧化锆纳米涂层颗粒分布在65~110nm之间,大于原料粉末的40~70nm,涂层主要由亚稳四方相氧化锆组成.1050℃下热处理34h后,涂层的热扩散率从制备态的2.15×10-3~2.75×10-3cm2/s升高到2.65×10-3~3.25×10-3cm2/s.      

高精度星载SAR多普勒参数估算方法

提出了一种基于空间坐标转换,利用卫星位置、速度参数精确估算星载SAR(Synthetic Aperture Radar)全观测带多普勒参数的方法.利用卫星速度、位置,通过星载SAR空间几何模型和坐标转换关系,建立SAR图像中斜距同卫星下视角之间的四次方程,解出下视角并进一步计算出该斜距处的多普勒参数值.仿真结果表明,该方法在无卫星位置、速度误差情况下估算精度达到0.02Hz(多普勒中心频率)和2×10-4Hz/s(多普勒调频率);存在卫星位置测量误差(300m)以及速度测量误差(0.3m/s)的情况下,估算精度达到0.8Hz(多普勒中心频率)和0.07Hz/s(多普勒调频率).该方法适用于单星SAR以及分布式SAR高精度多普勒参数的估算.      

Zr含量对Mg-Zr合金组织和性能的影响

研究了镁锆合金的晶粒细化机理,制备了不同锆含量的镁锆合金,在制备过程中采用了含有SF₆的混合气进行气体保护.研究了镁锆合金凝固组织与性能,以及应变、频率、温度和锆含量对合金阻尼性能的影响,利用减振实验验证了合金的阻尼性能.结果表明:随着合金锆含量的增加,晶粒尺寸细化为30 μm,同时合金力学性能得到了改善.研究还表明,合金阻尼性能和频率无关,但随着应变量的增加而不断提高,并且在ε=1×10-4时,损耗因子达到5.3×10-2高阻尼水平.采用Mg-Zr合金制作的仪表基座对振动信号的传递比为1.88,显著低于ZM6和LY12合金基座的传递比.      

真空与磁场热处理改善FeCo合金的软磁性能

针对发电机中转子用FeCo合金(国产牌号1J22)进行了组织结构与磁性能的研究.通过对该合金进行真空处理以及磁场热处理,研究了组织结构对软磁性能的影响规律;研究了附加磁场强度以及热处理温度对磁场处理效果的影响,并结合该合金的磁致伸缩伸缩系数的变化规律,分析了磁场热处理效果的微观机制.当合金组织为轧制态时,磁场热处理效果不明显;在合金的再结晶温度以上进行磁场热处理时,获得了显著的磁场热处理效果,矫顽力下降至72A/m(0~9Oe)以下.     

光纤陀螺随机调制的理论分析及实验

偏置稳定性是描述陀螺性能的重要指标,而电路中的交叉干扰是导致陀螺输出漂移的重要原因.采用随机调制的方法能够减小陀螺中交叉干扰产生的输出漂移.采用快速傅立叶变换(FFT)的方法对方波调制和随机调制产生的交叉干扰进行了分析,分析结果表明,采用方波调制时,交叉干扰与方波同频,无法滤除,导致陀螺输出的偏置误差以及陀螺输出对光强的依赖性;而采用随机调制,交叉干扰与方波频率不同,能够滤除,从而减小交叉干扰带来的随机漂移.采用的随机调制为-3π/2,-π/2,π/2,3π/2调制,能够保证陀螺工作点在灵敏度最高的偏置点上,其频谱主要成分为方波基波的偶次谐波,通过陀螺电路中的滤波,能够将其滤掉,消除交叉干扰对陀螺输出带来的干扰.对方波调制和随机调制分别进行了实验,通过实验,证明了该方法的正确性,得到了随机调制能够抑制光纤陀螺中由于交叉干扰产生的输出漂移的结论.     

掺磷纳米硅薄膜电导及压阻效应的研究

 研究了掺磷对纳米硅薄膜微结构和电学特性的影响.指出气相掺杂能使nc-Si:H膜中磷原子浓度达到原子分数5%的水平,掺杂效率可达η≈1.0%.掺磷后能使薄膜暗电导率提高两个数量级,达到σ=10^-1~10¹S·cm^-1,电导激活能ΔE=(1~6)×10^-2eV水平.掺磷能促使nc-Si:H膜更加有序化且晶粒尺寸变小,这有利于使纳米硅薄膜往应用方向发展.