谐振式光子晶体光纤陀螺信号检测及处理技术研究

谐振式光子晶体光纤陀螺是一种具有小型化、高精度等潜在技术优势的新型光纤陀螺,是国内外惯性器件研究的一个重要发展方向。针对谐振式光子晶体光纤陀螺的结构和信号检测原理进行了详细的叙述,确定了基于FPGA的陀螺信号检测总体方案,陀螺信号处理及控制模块主要由频差信号解调、复合拍频检测、闭环反馈控制、数据编码输出以及调制信号模块组成;随后重点介绍了窄线宽半导体激光器的驱动控制方案,在调制解调及频率偏差检测方案上采用数字相敏检波器实现频率偏差检测,在谐振频率闭环跟踪锁定方案上采用数字PI控制器实现环路光频率控制;最后进行了谐振式光子晶体光纤陀螺实验测试系统搭建,以及谐振曲线测试和谐振频率闭环锁定测试。     

硅基波导谐振腔特性分析与实验研究

给出了硅基二氧化硅波导谐振腔的整体设计结构和谐振腔的传递函数及考虑光源线宽情况下特征参数的数学表达式。仿真分析了耦合器分光比、波导传输损耗、谐振腔腔长、激光器谱宽对谐振腔特性的影响。研究了硅基二氧化硅波导的加工工艺并针对其关键因素——光刻工艺实验验证了其曝光时间与显影对波导芯片的影响。最后对比了实验测试结果与理论仿真谐振曲线,吻合度良好。     

谐振式光子晶体光纤陀螺环路建模与仿真

为减小谐振式光子晶体光纤陀螺系统中相对频率噪声对随机游走系数的影响,在反馈回路中引入PI控制器构成新反馈回路。通过建立谐振式光子晶体光纤陀螺环路模型,优化反馈控制模型中PI控制器参数,仿真得到谐振式光子晶体光纤陀螺的闭环带宽可达39.1k Hz,响应时间为1.24×10~(-4)s,超调量控制在8%以内。利用上述结果对谐振式光子晶体光纤陀螺进行检测带宽的优化设计仿真,得到当系统检测带宽小于3Hz时,可控频率噪声功率谱密度小于1.3μW/Hz,对应的随机游走系数(RWC)小于0.001(°)/h~(1/2),满足导航级陀螺系统的精度要求。     

谐振式微光学陀螺标度因数及其非线性度分析

谐振式微光学陀螺(RMOG, Resonator Micro-Optic Gyro)输出标度因数非线性度在大角速度应用时变得明显,影响陀螺性能.理论分析了RMOG中频率调制偏置量对标度因数及其非线性度的影响;根据RMOG谐振腔的谐振输出特性,仿真计算了输入角速度范围内的理论标度因数及其非线性度.利用已知的温度性能测试结果建立了标度因数温度误差模型.搭建RMOG实验系统,实际测量输出标度因数~0.95.模拟和实际转动实验得到±500(°)/s范围内标度因数非线性度分别为6.88×10^-4和0.93%,表明通过有效消除环境因素影响,可以使RMOG的输出非线性度满足多数惯性应用的要求.     

谐振式光纤陀螺用光源模块实验研究

基于多光源结构的谐振式光纤陀螺(R-FOG)是一种小型、高精度惯性传感器。研究了谐振式光纤陀螺的光源模块方案,选用小型可调谐的窄线宽半导体激光器,并对光源中心波长、光功率进行测量,以建立光源的最优工作区域,在此基础上对光源之间的拍频进行静态测试,测试过程中的频率最小值为53Hz、最大值为25.9225MHz。该方案具有分辨率高与动态范围大的潜在优势,在拍频测试中,陀螺测量分辨率和动态范围分别可达9.13×10~(-4)(°)/h、±4.56×10~7(°)/h。     

谐振式光纤陀螺用激光器性能研究

谐振式光纤陀螺是实现小型化的潜在方案,而激光器为谐振式光纤陀螺系统中的关键器件之一.为全面掌握激光器的性能,根据谐振式光纤陀螺对激光器的要求,制定了基于Lab-VIEW激光器性能自动化测试的软硬件设计方案,得到激光器分段线性化的模型,控制电流在90～120mA之间变化时,光功率、中心波长近似呈变化率为0.18mW/mA、0.11pm/mA的线性变化;控制温度在28.1～32.9℃之间变化时,激光器光功率、中心波长近似呈变化率为0.25dBm/℃、13.31pm/℃的线性变化;此外,光功率变化率为0.17％,中心波长的变化率为0.26× 10-6,具备稳定性特性.     

光子晶体光纤在光纤陀螺中的应用现状及其关键技术

光子晶体光纤技术发展迅速,凭借其自身材料的突出优势已经在干涉式光纤陀螺中得到了应用。从光子晶体光纤的原理出发,阐述了光子晶体光纤的国内外研究现状和应用于光纤陀螺的潜在优势。同时针对两型光子晶体光纤陀螺:干涉式光子晶体光纤陀螺和谐振式光子晶体光纤陀螺,综述了陀螺层级的国内外研究现状及目前面临的主要技术问题,最后提出了光子晶体光纤陀螺后续发展需要攻克的技术瓶颈。     

谐振式光纤陀螺用激光器最优工作区间探究

激光器为谐振式光纤陀螺(R-FOG)的关键器件,根据R-FOG对激光器的要求,提出了一种R-FOG用激光器最佳工作点及最优工作区间的确立方法,制定了激光器性能自动化测试方案,得到激光器光功率、中心波长与电流、温度的变化关系。由此推导出2个激光器电流与温度的最佳工作点,并利用拍频检测原理确立2个激光器电流与温度的最优工作区域。激光器最优工作区域的掌握,为其应用于R-FOG提供了详实的参数指标。