新型单模光纤偏振消偏器

本文描述了一种基于简单光纤环结构的并采用窄带光源的新型单模光纤偏振消偏器,当输入光为１００％偏振光时,是偏振度降低了－２０ｄＢ以上。本文还讨论了被消偏器的设计标准和原理,验证了在偏振敏感的光纤系统中消偏器消除了感应偏振起伏效应。     

激光器驱动干涉型光纤陀螺光源相位调制技术研究

激光器驱动干涉型光纤陀螺的优点是潜在精度高、标度因数稳定性好等,在飞机、舰船惯性导航以及其他高性能领域具有广泛的应用前景。当然,干涉型光纤陀螺采用高相干光源面临诸多技术挑战,如相干瑞利散射、Kerr效应、偏振交叉耦合、Faraday效应等引起的漂移和噪声。采用宽线宽激光器可以抑制这些误差。针对激光器驱动干涉型光纤陀螺中加宽激光器线宽、降低激光器相干性的几种相位调制技术以及线宽加宽抑制噪声的效果进行了理论分析和评估。     

光纤陀螺中的非互易偏振误差研究

本文利用琼斯矩阵建立光纤陀螺的矩阵光学模型，假定光纤线圈和电光调制器尾纤等均为保偏光纤，推导出光纤陀螺与偏振有关的输出表达式。针对激光二极管和超发光二极管两种光源，就光纤线圈的偏振交叉耦合、偏振器的有限消光比，以及器件尾纤连接时偏振轴之间的对准角度误差等引起的非互易偏振误差进行了理论估算，指出了减少该类误差应采取的技术措施。     

双偏振干涉式光纤陀螺的多相位调制技术

在双偏振干涉式光纤陀螺的发展过程中,光纤环上的应力、扭转等会造成正交偏振态之间的交叉耦合,降低陀螺系统的稳定性。提出了一种基于双偏振干涉式光纤陀螺的六态方波调制技术并进行了理论推导。该技术与传统的方波和四态方波调制相比,降低了偏振交叉耦合误差,提高了信噪比,大大增加了信号解算精度。通过实验对比测试了干涉式光纤陀螺在不同调制技术下的偏置稳定性。实验结果表明六态方波调制技术的偏置稳定性达到了9.85×10^-4(°)/h,验证了六态方波提高信号解算精度的效果。     

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。     

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     

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。     

通过信号相关方法进行高精度闭环光纤陀螺误差补偿

在线笥度要求较高及动态范围较大时，光纤陀螺仪应以闭环控制系统做为理想驱动。对于减小低频信号的扰动和准确探测在Sagnac相移随光强分布线性区域内的光强，适当的本征调制Sagnac干涉信（SIF）反馈信号是必须的，确定的调制都会伴随着不可避免的调制器和光探测器之间的串音引起的死区和偏置误差。本文提出了一个非周期控制县对SIF反馈信号进行伪随机调制的高精度闭环陀螺系统。这种随机调制原理完全消除了在测量小旋转速率时的死区，并能够通过信号相关方法对在非理想系统中的几个误差源进行固有的潜在的补偿和控制。下文半介绍这个相关性控制的原理，并将其应用于一系列本文所的闭环光纤陀螺的专门的控制环。从几个实现相关控制的高精度闭环螺的原型得到的结果表明：偏置误差可以减小两个量级，并且随机游走也显著降低。     

光纤消偏器原理

本文运用米勒矩阵的方法从数学上对单根光纤实现的消偏器和Ｌｙｏｔ型消偏器的构成进行分析，得出了消偏器的结构特性和其理论上的输出光偏振度的数学表达式。     

数字闭环光纤陀螺死区机理研究与抑制

在数字闭环光纤陀螺中,死区产生及其附近噪声特性恶化的主要因素可以归结于施加在相位调制器上信号的串扰。根据死区产生机理的不同,提出了偏置相位调制和阶梯波反馈调制两种死区串扰误差因素的观点。通过对这两种死区误差机理的分析和比较,提出了采用模拟相加反馈方案可以避免偏置相位调制死区误差的观点。采用速率转台法测试了光纤陀螺的死区特性,验证了理论仿真和计算的正确性。最后,通过采用三角波相位抖动抑制死区误差技术,将一种高精度光纤陀螺0.08(°)/h的死区误差抑制到0.001(°)/h以下。     

谐振式光纤陀螺单边信号检测方法的研究

热致偏振耦合噪声、背向散射噪声和非线性克尔噪声等因素严重制约了谐振式光纤陀螺的发展，降低噪声的影响对提高谐振式光纤陀螺的精度具有重要的研究意义。本文设计了一种双环腔谐振式光纤陀螺结构，并通过理论分析热致偏振噪声对谐振曲线的影响，提出了一种新的信号检测方法。该检测方法可以判断出谐振曲线受偏振噪声影响小的一边，并利用单边检测方法降低偏振噪声对陀螺精度的影响，双环腔结构也可以有效抑制背向散射噪声。仿真分析表明，在温度变化0.002℃时，检测的归一化幅值误差由0.2261降低到0.0327，单边检测方法可以明显地降低偏振波动噪声带来的影响。     

陆地导航应用的简化最小结构光纤陀螺

为满足地陆地导航系统的经济性要求，进一步降低光纤陀螺成本是非常必要的。我们曾经在开环最小结构中致力于减少接头数目及器件改进，现在我们减少了不必要的器件和接头。光源检测耦合器不再是萨格纳克（Ｓａｇｎａｃ）干涉仪的一部分，而仅仅起到宽带光源和光检测器间的隔作用。许多商用激光二级管都有一些背面光检测器，以便监视激光强度。从萨格纳克干涉仪返回的信号光与激光相遇，在这个光检测器处接收，产通过偏置调制与激光信     

机上电缆分布参数干扰设备精度检测分析

在某型飞机的试飞过程中，发现大气数据传感器的输出信号在传输线上，有分布电容对其进行干扰而产生自激，影响了传感器的数据精度。经过分析和对比试验，提出了在成品设备直流输出高、低端各接一级消激电路，来消除分布电容引起的自激干扰，提高成品设备的抗干扰能力。通过机上试验，验证了该方法的有效性。     

低角速度下改善非线性的光纤陀螺

随着不断完善性能以适应日益增长的用户需求，高性能的数字闭环光纤陀螺（FOG）在减小死区方面得了显著的进展，在惯寻级应用方面，消除低角速率下的一非线性是非常必须的。闭环光纤陀螺中存在的死区现象已被许多光纤陀螺研发机构在设计中观察到了，报道出的现象为在一段小的非零角速度输入时，陀螺输出为零，根据不同的陀螺级别，死区的大小从0.03度／小时到10度／小时，或者更大。产生死区的原因一般来说是由于光纤陀螺的相位调制的激励与信号检测电路间的交叉耦合。屏蔽关键的信号和对电源线解耦有助于减小死区，但总是不能消除，为了消除光纤陀螺在低速率情况下被“卡”住，一种电子抖动的方法得以应用，它连续施加锯齿波在反馈上。这一专利方法可以容易的加入陀螺控制回路，而不必改变现有使用的电路。死区已数百倍的减小，达60微度／小时，这一数值比陀螺的偏置稳定要低许多，有效地消除了系统中现有的死区存在。     

带有声—光调制器的布里渊环形激光陀螺

本文论述了布里渊环形激光陀螺（ＢＲＬＧ）存在的闭锁效应问题。所研究的陀螺是一种光纤环形谐振腔，两束谐振光波在其间相向传播，谐振波的频率差为检测器提供了一个差拍信号。由差拍信号的频率与陀螺的旋转速率成正比，如果光波在谐振腔中以同一模式传播，就无法检测到小旋转速率，如果它们以不同的谐振模式进行传播，静止时它们将形成一个拍频偏置。如果在陀螺上施加一个旋转速率，拍频就会相应地在此偏置上或加或减。如文中所述     

即将推出的IEEE加速度计标准和其它惯性传感器标准

经IEEE／AESS陀螺仪和加速度计小组批准后，一份新的加速度计技术规范格式指南和试验方法的标准，即将被美国电气和电子工程师协会采纳拟作为“IEEEStd.1293”标准布发布，该标准对加速度计性能参数的规定提供指导，并为检查是否符合要求提供了详细的试验方法。该标准同时给出了力矩平衡摆式加速度计、振梁加速度计和在一个硅片上的开环与闭环微机械加速度计的工作原理。标准还包含有一些有用的附录：滤波器声，瞬态分析方法，标定和建模方法（多位置翻滚，振动和冲击试验分析），以及惯性仪器试验中的地球物理效应的影响。在标准IEEEStd.863-1992中介绍了加速度计的离心试验。以外，本文还讨论了已由陀螺和加速度计小组编写完毕的角加速度计、单自由度和双自由度转子陀螺仪、激光陀螺仪和干涉光纤陀螺仪的标准。本文还讨论了由该小组推出的一种新的哥氏振动螺仪的文件。     

光电缆的分布式温度传感网络

提出增加一根光纤光栅与光电缆绕制在一起,用于监测电缆中的实时温度。采朋有限元分析方法,建立了光电缆温度场模型。使用可调谐脉冲激光作为系统光源,在一条光纤上刻制多个相同中心波长的布拉格光栅,即采用全同光栅作为系统的温度传感器,当光电缆线路中温度发生异常时,反射回来的光栅中心波长发生偏移,通过检测反射光中心波长发生的偏移量可以确定光栅温度变化的大小。不同位置的光栅返回光信号所需的时间不同,通过检测和计算光返回的不同时间,可以计算出发生温度变化的光栅位置。实验结果表明,光栅的温度敏感性可以达到11．4pm／℃,光栅的测量温度与实际温度的误差在3％范围内。     

V／F变换在远距离测量中的应用

在温度、压力、流量等参数测量中，因信号变化缓慢，远距离传送过程中，会造成信号漂移、噪声干扰等，影响整机的测量精度。如果将模拟星转换成数字量再进行数据传送就会抑制干扰，V／F变换是实现这种方式的方法之一。以下介绍其在测量中的具体应用。1测量原理（如图工）图1测量原理框图温度、流量、压力等传感器将相应的物理量转换成电压或电流信号．经前置器进行放大、电平调整归一化处理后提供给V／F变换器，并将其输入的电压信号转变成相应的频率脉冲信号，经过远距离传送后供单片机最小系统，进行数据采集、分析、校正等处理输出驱动…     

利用比力多重积分作为输入信号的捷联导航算法

本论文提出了异于传统的推导捷联导航算法的方法，现在常用的仍然是传统的推导方法，且不久前Paul Savage做过总结(Savage，P．G，“Strapdown Inertial Navigation Integration Algorithm Design Part2：Velocity and Position Algorithms”，Journal of Guidance，Control，and Dynamics，V01．21，No．2，1998，PP．208—221．)。新方法的要点是利用了额外的加速度计的输出信号，它是比力多重积分在迭代周期的增量。由此产生了比力转换算法新的家族，它有效地消弱所谓的假振摆效应(它在线性振动和高频陀螺仪误差存在时产生)，以较低的速度计算且无须采用抗混叠预滤波。     

工艺动态

喷射成形大型航宇合金零件 　　喷射成形技术正在很快成为制造飞机发动机镍铝超级合金零件的一种最具成本-效益的可靠方法。这种技术采用很细的金属合金雾滴制造零件，在许多情况下用这种方法制造的零件比传统方法制造的零件更坚固，更有韧性。 　　在加工时采用氩气或氮气使金属呈雾状，形成液滴(10～500?μm)，然后通过锥形喷流沉积在预成形件的表面。添加陶瓷颗粒(5～15?μm碳化硅)转换合金涂层以形成金属基复合材料。该工艺特别适于制造发动机环和外壳等零件，在某些情况下比传统制造方法降低生产成本30%。 　　随着飞机发动机体积增大，通过传统方法制造令人满意的、有严格安全标准的部件显得日益困难。喷射成形技术制造的零件与传统方法制造的零件的强度和疲劳特性相同，因此，可以充分利用以前不适用于航宇零件的合金。由于这种工艺可以制造出大型零件，因此可用于制造更大的发动机和飞机。 　　采用高速加工单元 减少循环时间和装配时间 　　最近波音民机集团的Wichita公司开始采用高速加工单元更快更有效地制造飞机窗户连接隔框。铝钛锻件加工的窗户连接隔框包裹在飞机座舱的周围，制造起来很复杂。每个窗户连接隔框由带有100多个孔的复合角材组成。每个孔都必须很精确，公差为千分之几英寸，用传统方法很难加工，需要多次设定。这种情况不但影响循环时间，而且多次加工产生的热量可能使零件翘曲，损坏零件的整体性和精度。Wichita公司选择了3台高速加工单元，提高了零件的质量和产量，减少了循环时间。 　　新的加工单元包括9台Makino MC1816-5X高速加工中心，不但省去了专用机械设备，而且还合并了零件的精加工和钻孔工序。比以前的设备速度快30%，能制造更多高质量零件。高科技支撑系统可缩短每次循环时间，增加主轴的利用率，减少操作者出现误差的机会。MC1816-5X高速加工中心由A2单元控制器支撑并且是标准化工装，能为新一代737以及767和777飞机制造24种不同的窗户连接隔框。 　　高速钻削是新系统的主要应用。由于在MC1816-5X上进行钻孔工序，孔的精度从几百分之一英寸变为几千分之一英寸。嵌入式钻削刀具和端面铣用10?000?r/min的速度铣孔。切屑带走因切削产生的热量，减少了在工件上切割时的热影响。 　　零件的质量也影响窗户连接隔框组件的加工循环时间和成本。用于装配时消除由于零件不精确引起飞机铝蒙皮和窗户框之间的小间隙的衬垫已经减到最少。 　　传统装配这些零件需要几百个定做的垫片，制造和安装垫片负面影响了装配时间、成本和窗户组件的质量。现在只需一块垫片，而且已经特别设计到组件中。MC1816-5X加工中心的探测仪在加工过程中跟踪检测零件精度，保证没有人为误差。 激光成形技术——用粉末制造飞机零件 　　航空航天工业中采用一种激光成形技术，用粉末状钛制造高科技钛件。这是一种新的工艺，可以降低样机零件的生产成本。美国明尼苏达州的研究人员研究了这种激光成形工艺，可把钛合金粉末沉积到基材上，形成可加工到低表面粗糙度值的“预成形”形状。这种工艺可比传统的铸造法或其他加工方法减少生产废品80%，并把生产周期从几个月减少到几周。 　　激光成形工艺是在惰性气体(通常是氩气)室中采用高功率二氧化碳激光熔化基材和正在沉积的钛粉。采用这种工艺制造零件，激光保持不变，而零件本身通过计算机数控(CNC)装置移动。CNC机床随刀具轨迹移动。设计者采用标准的计算机辅助设计软件设计的实体模型直接形成刀具轨迹。该技术对于制造样机零件和小规模生产运行是理想的，还有可能广泛应用于钛合金加工。 降低飞机噪声的新工艺 　　通过采用Sulzer Metco公司的新型等离子喷涂内径技术，可制造更安静、效率更高的飞机发动机。 　　在2～4座的小型飞机中，发动机占了飞机总重量的很大比例。因此，如果采用较轻的材料制造发动机，飞机会更轻，污染会更小。这种既轻又有强度的材料是铝硅合金。但是在汽缸内径和活塞环之间还有摩擦问题。传统的解决方法是在铝块和活塞环之间插入铸铁环，这样就增加了重量和成本。另外还试验了其他方法，不是成本较高，就是产生了环境问题。 　　Sulzer Metco公司提供的解决方法是用耐磨损和摩擦的等离子涂层喷涂铝孔的内径。在喷枪头的旋转速度达到200次/min的Rota-Plasma-500设备上进行。35?mm内径可获得稳定的表面，可自动重复连续生产。 　　目前瑞士Langenthal的MDB Flugtechnik公司已成功应用这项技术制造了四缸铝发动机，采用液体冷却，使用无铝燃料，降低了常用的汽缸内衬的重量，发动机更轻了。 CNC改进了航空航天工厂的多轴向加工 　　制造数据系统公司(MDSI)的Open CNC软件是一种全软件化的CNC软件包，不但能满足航空航天用复杂的五坐标机床的需要，而且能帮助减少循环时间，增加可利用时间。采用MDSI的软件，机床总体性能大大提高。在双主轴Rigid五坐标铣床和Sundstrand五坐标Omnimil机床上安装了MDSI的Open CNC软件以后，明显提高了生产率，并能把网络上的一串机床连接起来，进行遥控诊断、直接数字控制和数据收集。此外，还可按照所需要的方式进行管理。 复合材料设计软件减少了 欧洲战斗机零件的加工时间 　　复合材料设计软件正在帮助英国航宇公司的工程师们大大减少欧洲战斗机2000中的复合材料的加工时间。美国马萨诸塞州复合材料设计技术公司(CDT)的制造工程师们在计算机上确定复合材料铺层，取消了过去在复杂表面上进行复合材料铺层的试车，消灭了误差。新技术保证制造能反映设计意图。通过取消不必要的补片可减轻重量，英国航宇公司也希望通过采用这个软件节省生产时间。 (盛蔼伦　供稿) 摩擦搅拌焊接技术用于航空航天领域 　　Eclipse航空公司打算把摩擦搅拌焊接技术应用于航空产品上。首先在薄的材料上应用。这是公司为制造强大、安全和经济性飞机计划的一部分，将在价格和性能上有新的突破。 　　摩擦搅拌焊接被用于波音火箭Delta家族的主要结构生产，并被批准用于航天飞机的外部燃料箱。此外，它还用于造船和海运业。摩擦搅拌焊接技术的优点很多，它取消了几千个铆钉，从而节省了装配成本，并且使连接件强度更高、重量更轻、结构效率更高。 　　摩擦搅拌焊接使用一种特殊的工具，该工具上带有突出的销棒，把销棒插入两片要焊接的材料之间，并且沿焊接区域移动，同时高速转动。这样在工具与铝合金之间产生摩擦热，使铝合金软化，但不熔化，材料变为塑性状态与基体成为一体。 　　Eclipse航空公司致力于设计和生产一种现代、经济的喷气飞机，以此改变运输机市场。公司正在应用产生巨大变革的推进装置、制造及电子系统来生产比今天更安全、成本更低、操作更容易的小型喷气飞机。 在B-2飞机上应用的新材料 　　美国空军正在试验一种新型磁性雷达吸波材料，目的是极大地减少对B-2轰炸机隐身表面进行维护的时间和精力。如果该材料满足预期的要求，将在今后7年计划要维修的20架飞机上应用。喷涂在雷达上的新型吸波材料试验是在加利福尼亚的爱德华空军基地进行的，这项试验将使维修时间从以小时计算缩减到以分钟计算。 　　新型材料名称为交变高频材料(Alternate High_Frequency Material，AHFM)，是一种永久涂层。这种涂层被喷涂在轰炸机外围有口盖的壁板处，大约90%可移动蒙皮壁板使用这种材料，从而减小缝隙尺寸，避免反射雷达信号。使用这种材料的大部分壁板是在B-2机身的下侧及靠近前缘及后缘部分。此外，用紧固件固定的壁板也要喷涂这种材料。使用该技术主要是提高飞机的低可探性，并且可使非隐身的军用飞机具有一定的隐身性。 (任晓华　供稿) 高速高精密龙门式加工中心 　　目前正在英国Marwin Production Systems公司的Wolver hampton工厂制造的高速高精密三轴联动CNC龙门式加工中心的床身有45?m长，7?m宽，比目前世界上航空航天工业领域中所使用的其他机床要大得多。该机床已由英国宇航系统的空中客车公司订购，用于加工空中客车A340-600的铝合金机翼蒙皮板。 　　该机床是Marwin Production Systems公司的Alumax系列产品，它有两个平行的41?m×3.6?m×0.55?m的加工区，可同时进行加工。龙门移动，立式双主轴，每一主轴具有85?kW功率，最高转速20?000?r/min,工进20?m/min，±1?m/s2加减速度。为了确保X轴定位的高精度，Marwin Production Systems公司采用了激光位移检测装置来代替常用的磁尺或光棚位移检测装置。该机床还装置了非接触式自动测量加工板材厚度的超声波检测系统、两个独立的ATC及刀具识别和使用寿命监测装置等，特别适用于航空航天工业铝合金板材和左右对称件的高效高质加工。Alumax系列的一台单龙门、五轴联动、30?m长床身的CNC高速高精密加工中心已在韩国航空工厂的新车间中运行，A、B轴的使用范围为±30°，该机床主要用于加工欧洲和美国的飞机零件，使用效果令人满意。 　　Marwin Production Systems公司已生产的Alumax系列产品中最大的机床是床身长87?m、三龙门、五轴联动的高速高精密CNC龙门式加工中心。该机床可容纳6个21?m长的机翼板材同时加工，是目前世界上最大的龙门式加工中心。 (是有钧) (栏目责编　宇　迪)