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。     

基于ST-EKF与滤波增益约束的加速度计微g级标定

提高加速度计组件的标定精度是实现高精度导航、高精度测姿的重要途径.针对加速度计组件通过线性误差模型标定后难以达到微g级精度的情况,建立了包含二次项误差和振摆误差在内的加速度计组件误差模型,并提出了一种基于状态变换Kalman滤波与滤波增益约束的系统级标定算法.该算法借鉴Schmidt-Kalman滤波器与可观测性约束Kalman滤波器原理,可减小滤波状态协方差矩阵计算误差和滤波增益计算误差,从而提高弱可观误差状态的估计精度.与传统系统级标定算法的对比实验表明,所提出的新算法能够更加精确估计出包含二次项误差与振摆误差在内的加速计组件的各项误差,新算法使在大水平姿态倾角下的重力模值测量残差的均方差从线性误差模型的24.12μg、线性/二次项误差模型的13.38μg减少到6.71μg.4500s大水平姿态变化下的纯惯导实验结果表明:与仅用线性误差模型的系统级标定结果相比,系统级标定新算法使惯导系统的东向、北向导航最大位置误差分别从192.40m、96.72m减小到74.64m、65.44m.所提出的系统级标定新算法具备更好的标定精度,从而使得导航精度得到提高.     

石英振梁加速度计研究现状及发展趋势

石英振梁加速度计是一种基于振梁谐振和力频特性原理的新型全固态惯性传感器,具有高精度、大量程、低功耗、直接频率脉冲输出等突出特点,已被广泛应用于战术武器系统。简要介绍了石英振梁加速度计的工作原理、技术特点,梳理了分体式和一体式两种仪表结构的研究现状和关键技术。结合国外研究发展趋势,指出石英振梁加速度计将成为后续达到摆式积分陀螺加速度计精度和抗辐照指标、满足战略级需求最有可能的加速度计方案。     

一种分体式石英振梁加速度计的研制

加速度计作为导航制导系统的重要元件,要在严酷的条件下及系统全生命周期内保证精度、稳定性、线性度等性能指标要求,这对加速度计的研制提出了极大的挑战。介绍了一种基于振梁谐振和力频特性原理的分体式石英振梁加速度计,给出了加速度计的总体结构和简化的力学模型,并进行了受力分析,指出不能简单通过增加摆质量的厚度来提高加速度计的标度因数。阐述了用双端固定音叉结构制作石英振梁的工艺加工过程,指出铬金掩膜的制作是振梁加工的关键工序。针对振梁等效参数,电路采用具有更大增益的双门振荡器方案。最后,对加速度计进行了标定测试,标度因数为55Hz/g,量程达到±70g,4h的零偏稳定性为8.1μg。测试结果表明,双振梁推挽差分输出的设计有效改善了加速度计的零偏稳定性。     

基于FC-1394的空间载荷试验信息系统设计

IEEEl394是一种具有支持等时传输和异步传输的特点的高速串行数据总线,目前已在航天器载荷试验数据传输中得到良好应用,但在未来大型空间飞行器载荷试验信息传输的应用中仍存在重量功耗开销大、传输距离和速率有限等问题.光纤通道作为一种具有良好兼容性、可靠性高、低时延、传输距离远和传输速率高等优点的先进总线技术,可为上层协议提供通用的高速率数据传输通道.基于IEEEl394和光纤通道的基本特性,给出了一种适用于空间载荷试验信息系统的FC-1394桥接方案,并为基于IEEE1394和光纤通道协议映射的空间信息系统数据网络互连提供了一种解决方案.     

干涉型光纤陀螺温度漂移建模与实时补偿

 分析了干涉型光纤陀螺(IFOG)温度漂移的影响因素,通过建立温度与陀螺模型参数之间的线性相关关系,推导出了光纤陀螺温度漂移的分布模型。为了提高陀螺温度漂移模型的适应性,设计了0.25,0.75,1.00 ℃/min三种变温速率的温度试验,并利用小波变换的方法分离数据中的噪声和趋势项。基于温度漂移的分布模型和最小二乘误差（LSE）准则,建立了多参量联合线性模型来估计陀螺温度漂移。采用升温过程和降温过程分段建模的方法将多参量联合线性模型算法进行了简化,并在现场可编程逻辑阵列（FPGA）中分时复用一个全串行有限冲激响应（FIR）滤波器实现了陀螺温度漂移的实时估计。仿真的温度补偿结果及实时的温度补偿结果显示,该方法可以使陀螺温度漂移减小到1/10~2/10。     

航空电子系统中的FC-AV技术研究

航电系统中的高速数字视频传输技术是一项有待解决的关键技术。FC-AV是FC的一个子集,提供数字音、视频至FC的映射格式,可实现航电系统中传感器和显示器网络的视频传输。本文讨论了FC-AV的层次结构、容器系统、帧头控制协议、简单内容移动架构;并针对航电系统的需求,提出了一种采用FC-AV的视频传输方案。     

空芯光纤光热干涉法用于痕量氨气传感研究

空芯光纤中传输光能以较高能量密度与气体分子发生长距离的相互作用,为光谱学气体传感和分析提供了高性能的平台。文章基于空芯光纤法布里–珀罗干涉结构和光热光谱方法,开展了痕量氨气传感技术研究。该技术通过探测空芯光纤中的传输光在待测气体光谱吸收热效应作用下产生的相位变化来进行气体传感。使用一段长度约4 cm的空芯光子带隙光纤作为气体传感探头,在近红外光通信波段实现了吸收系数3.3×10-7 cm-1的痕量氨气传感系统。该系统能对波长间隔39 pm的氨气吸收事件进行有效区分,对应1532.538 nm吸收峰可达到4.93 ppmv噪声等效探测极限。这种光纤光热干涉技术具有光谱学技术的一系列固有优势,在航空航天领域的泄漏探测和气体分析等方向具备工程应用潜力。     

基于粒子群—克里金法的筒段应变场重构与载荷位置识别

针对可重复运载器箭体、燃料贮箱以及飞机机身等筒段类结构健康监测需求,本文提出了一种基于高密度弱反射光纤光栅传感器的筒段结构应变场重构与载荷位置辨识方法.借助ABAQUS有限元仿真软件,得到筒段壁面在载荷作用下的应变场分布特性.研究了基于粒子群—克里金法的壁面应变场重构算法,提升了应变场重构精度.构建了筒段壁面应变场分布...     

空间柔性充气结构分布式光纤裂纹损伤监测方法

空间柔性充气结构作为一种航天器基本组成单元,在气闸舱、空间居住舱等领域受到越来越多关注。针对此类结构损伤状态的智能辨识,对于目前正在开展的深空与星际探测具有重要意义。为此,本文提出了一种基于分布式光纤传感器的空间充气结构裂纹损伤实时监测技术。借助ANSYS有限元分析方法,数值模拟得到含裂纹损伤的充气结构模型在不同内压载荷作用下的应变响应与分布规律。在此基础上,通过由芳纶编织而成的柔性充气结构表面布置分布式光纤光栅传感网络,实时采集不同位置与程度损伤对应的表面应变分布与变化信息。提取能够表征结构裂纹特征的辨识参量,建立光纤传感器应变响应差值与裂纹损伤长度之间的关系模型,实现裂纹损伤区域定位与损伤长度识别。研究结果表明,本文所提方法具有非视觉测量、实时性好以及多种功能复用等优点,能够为未来空间柔性充气结构服役状态辨识与在轨快速维护提供技术支撑。