菲涅耳反射光强抑制及光隔离器测试系统设计

分析了菲涅耳反射光强对光纤陀螺的影响,提出了采用光纤研磨与折射率匹配相结合的方法抑制菲涅耳反射光,并进行了实验,实验结果表明该方案可成功的将反射光强从一百多微瓦降至万分之一纳瓦以下,消除了菲涅耳反射光强对陀螺信号的干扰;针对陀螺系统中采用光隔离器来隔离反射光对光源的影响,提出了一种使用很少仪器和元器件并能实现参数准确测量的光隔离器测试系统,实际测试了一款双级型光隔离器的主要性能参数并对测量结果与误差做了进一步的分析和讨论。     

光源稳定性对光纤陀螺性能的影响及解决方案

分析了光源出纤功率和波长波动对陀螺性能的影响，并理论研究了双程后向结构掺铒光纤超荧光光源的特性。结果表明，在任意反射镜参数下，只要选取适当的掺铒光纤长度，该结构光源总能实现不依赖于泵浦功率的平均波长高稳定性运行；在高稳定性的前提下，反射镜参数优化后的该结构光源有较宽的频带宽度和较高的输出功率。得出了该结构光源可以满足高精度惯导级光纤陀螺对光源稳定性要求的结论。     

激光器线宽对谐振式光纤陀螺标度因数的影响

谐振式光纤陀螺使用窄线宽激光器作为光源以得到较好的谐振特性,而激光光源线宽会受驱动电流、温度等的影响发生不同程度的展宽,从而影响标度因数。为探索激光器线宽对谐振式光纤陀螺标度因数的影响,利用光源与谐振腔的卷积模型建立陀螺谐振腔输出的解调曲线模型,基于该模型分析激光器线宽对陀螺谐振腔解调曲线斜率的影响,进一步得出激光器线宽展宽会非线性地减小标度因数的结论。完成了实验验证,并以半高全宽为300 kHz的谐振腔为例,给出了标度因数变化范围限制在1%以内时,激光器线宽需控制在3 kHz以内的结论。为谐振式光纤陀螺中激光器的选择以及驱动电路的设计提供了理论基础。     

高精度光纤陀螺光源强度噪声的抑制

掺铒超荧光光纤光源的光源强度噪声是影响高精度光纤陀螺随机游走系数的主要因素。为了降低陀螺随机游走系数,进一步提高陀螺精度,提出了一种抑制光纤陀螺光源强度噪声的方法。利用耦合器两个输出端输出光的相关性,将两束光转换为电信号送入FPGA中,用数字电路相减法实现光源强度噪声的抑制。通过Allan方差法对抑制前后陀螺输出数据的分析结果可以看出,采用数字相减法可以有效的抑制光纤陀螺的光源强度噪声,角随机游走系数与抑制前相比减小33%。该方法与以往的方法相比,具有工程实现简便、可靠性高、维护容易等优点。     

使用滤波器和探测器阵列的光纤陀螺光源平均波长漂移监测

为了提升光纤陀螺在工作温度范围内的标度因数稳定性,提出了一种使用滤波器和探测器阵列对光源光谱平均波长漂移进行实时监测的技术方案。光纤陀螺光源光谱通常为平滑的类高斯函数,理论上可以借助少数采样点在较小的误差范围内计算其积分值,因此可以测量光源几个特定波长处的光强,结合适当的数值积分算法,计算其平均波长漂移。以掺铒光纤光源的左峰(中心波长约1530 nm)为例,分析了滤波器参数以及积分方法对监测精度的影响,结果表明当初级滤波器带宽为5 nm,次级滤波器带宽为1 nm,采用Gauss-Legendre积分法时,计算值与测量值的误差小于0.2×10~(-6)。实时监测结果可用于波长反馈控制或标度因数补偿,进一步提升光纤陀螺的环境适应性。     

消除消偏光纤陀螺克尔效应的一种方法

研究了非线性克尔效应对光纤陀螺噪声的贡献,得到了可以通过采用宽谱光源和调制光路中的光功率来减小甚至消除克尔效应引起的非互易相位差的结果。采用调制光功率的方法消除克尔效应。为了避免因调制光功率降低探测器信噪比,通过分析探测器的噪声原理得到了保证足够信噪比的最小功率输入。设计了光纤放大器光源来实现这种光功率的调制。分别分析了泵浦光功率和泵浦方式对光源的影响,进一步协调了光纤放大器光源的输出功率和放大增益,首次证明了光纤放大器光源的优越性。在实验中,采用了光纤放大器光源的光纤陀螺的随机游走系数被减小到了原来的0.8。     

数字闭环光纤陀螺频率特性分析与测试

系统的闭环带宽严重影响光纤陀螺在振动、急转弯等环境条件下的测试精度,闭环光纤陀螺的实际带宽高达几kHz,无法采用一般的角振动台进行全频带频率特性测试,因此,频率特性的分析与测试成为了闭环光纤陀螺研究的一项重要内容。针对这种需求,根据系统的结构框图及工作原理,建立了数字闭环光纤陀螺的动态模型,推导出了系统的传递函数;在此基础上对数字闭环光纤陀螺的频率特性进行了分析,指出了改善系统动态特性的方法;最后,利用数字闭环光纤陀螺的闭环工作原理,通过在反馈阶梯波上直接叠加激励信号,实现了光纤陀螺阶跃响应和频率响应的测试,得出了系统闭环带宽高达9kHz的结论。     

布里渊光纤陀螺增大动态范围新方案

针对布里渊光纤陀螺动态范围较小的问题,在比较了以往各种方案动态范围的基础上,提出了一种基于光强补偿的布里渊光纤陀螺动态范围增大方案.该方案使用大功率窄带激光器做泵浦源,在光路中引入光衰减器以及分光比不对称的耦合器,并通过反馈回路对两路光光强进行实时调节,从而可以消除泵浦游走效应对布里渊光纤陀螺动态范围的影响.通过分析和...     

增益平坦滤波器在掺铒光纤光源中的应用

掺铒光纤光源的输出光谱有两个不对称峰,但光源的应用一般都要求有比较平坦的增益输出。借鉴EDFA的增益平坦技术,简述了几种增益平坦滤波器的工作原理及优缺点,包括电介质薄膜滤光片、光纤光栅滤波器、马赫-曾德尔滤波器、光子晶体光纤光栅滤波器和基于高双折射光纤环形镜的滤波器。指出目前采用长周期光纤光栅和电介质薄膜滤光片作为光纤光源的滤波器是比较适合的选择。最后以电介质薄膜滤光片为例,给出了C波段掺铒光纤光源增益平坦的实验结果,并与滤波前做了对比分析。实验表明,滤波器的加入使光纤光源获得了增益平坦的输出光谱。     

宽带光源光谱不对称性对光纤陀螺性能的影响

光谱不对称性是宽带光源的非理想特性之一,这种特性对标度因数的影响在中高精度光纤陀螺中会逐渐显现出来。为了分析光谱不对称性及其对光纤陀螺的影响,结合光纤陀螺所用宽带光源的典型光谱参数,对宽带光源的光谱不对称性进行了理论计算,分析了传统量化光谱不对称性方法存在的问题和局限性,并在此基础上提出了一种更加准确合理的光谱不对称性的量化指标。研究表明,光谱不对称性会产生相对相位误差,并在调制通道中产生视在增益误差,导致陀螺第二反馈回路"错误"调整调制通道的增益,引起光纤陀螺标度因数的非线性误差。对于类矩形光谱当不对称度小于10~(-2)时,视在增益误差引起的标度因数非线性误差会达到25′10~(-6)。因此在进行光源设计时需要将光谱不对称性作为一个定量考虑的指标。     

混凝土抗折动强度及其极值研究

混凝土类不均匀脆性材料的率敏感性主要是由于混凝土的不均匀性造成的,不均匀性使得不同速率的动裂纹发展路径不同,决定了不同速率的抗折动强度不同。基于此,提出混凝土抗折动强度由砂浆与骨料的抗折静强度的加权平均值再加上惯性项组成的代数表达式,并预测混凝土材料在爆炸冲击荷载条件下的极限抗折动强度。最后通过特殊设计的单一菱形净浆骨料三点弯实验, 验证了不同加载速率时破坏裂纹的发展路径及抗折动强度变化规律。     

三维裂纹体应力强度因子的计算

本文采用塌缩三棱柱形奇异单元的位移计算应力强度因子，给出了一个新的全三维外推公式，它是Ｃｈｅｎ和Ｋｕａｎｇ公式〔１３〕的全三维推广，特例证明，它的精度比Ｉｎ－ｇｒａｆｆｅａ和Ｍａｎｕ的公式〔８〕高一阶。数值计算表明，结果稳定和对单元尺寸改变不敏感     

焊接节点半椭圆表面裂纹应力强度因子的权函数计算

本文采用一种改进的权函数法来计算焊接节点半椭圆表面裂纹应力强度因子ＫＩ值，并给出了相应的数值处理方法，就Ｔ型板节点进行了数值验算。     

Computing bounds to mixed-mode stress intensity factors in elasticity

A bounding procedure combined with an effective error bound method for linear functionals of the displacements and a simple two points displacement extrapolation method is presented to compute the lower and upper bounds to the stress intensity factors in elastic fracture problems. First, the displacements of two nodes (or node pairs) on the crack edges are used to construct the linear extrapolation to obtain the stress intensity factors at the crack tip, so that stress intensity factors are explicitly expressed as linear functionals of the displacements. Then, a posteriori bounding method is utilized to compute the bounds to the stress intensity factors. Finally, the bounding procedure is verified by a mixed-mode homogenous elastic fracture problem and a bimaterial interface crack problem.     

Universal relations between dynamic and static interfacial stress intensity factors

Universal relations between dynamic and static interfacial stress intensity factors are derived for both in-plane and anti-plane cases under rate independent loading. Explicit and analytical form of the universal function is provided for the simple case of mode III fracture.Sponsored jointly by the National Natural Science Foundation of China and the State Education Commission of China.     

压电界面裂纹裂尖强度因子的显式计算公式

对常见横观各向同性压电材料(TIP)中界面裂纹的裂纹面与压电材料的极化方向成任意夹角的一般情况进行了研究,通过推导得到了计算裂尖强度因子的显式外推公式,同时给出了裂纹面与极化方向垂直的典型情况下的外推公式.这些显式计算公式为常见数值方法如有限元法及边界元法在压电材料断裂力学中的应用提供了便利.     

The estimate and measurement of longitudinal wave intensity

Quasi-longitudinal waves are one type of structural waves, which are important at high frequencies. This paper studies the estimate theory and measurement technique of quasi-longitudinal waves, analyzes the bias error due to the effect of bending waves. In a two-dimensional quasi-longitudinal wave field, the intensity vector is the sum of the effective intensity vector and the intensity variation vector. Its axial component is proportional to two imaginary parts of cross spectral densities and in the measurement, it is measured by a pair of two-transducer arrays. In a onedimensional quasi-longitudinal wave field, the intensity variation is zero, the intensity is proportional to only one imaginary part of a cross spectral density and it can be measured using a two-transducer array. If bending and quasi-longitudinal waves coexist and the contribution from bending waves cannot be eliminated or reduced to a certain extent, the measured quasi-longitudinal wave intensity will contain a large error. The results measured on the three-beam structure show that quasi-longitudinal wave intensity can be accurately measured using the intensity technique when bending waves are negligible in comparison with quasi-longitudinal waves. The project supported by the National Natural Science Foundation of China     

Stress intensity factors and crack deviation conditions in a brittle anisotropic solid

For arbitrary anisotropy in the linear manifold of singular solutions generating square-root singularities of the crack tip stress, a special basis is introduced that possesses the same properties as in the isotropic case and provides simple integral representations for the attributes of the energy fracture criterion, in particular, the conditions of crack deviation from a straight path. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 46, No. 3, pp. 98–107, May–June, 2005.     

Stress intensity factor measurement of cracks using a piezoelectric element

We present a stress intensity factor (SIF) measurement method of cracks using a piezoelectric element and electrostatic voltmeter. In the method, an isotropic piezoelectric element is first adhered near the crack tip. Then, the surface electrodes are attached to the three different positions on the piezoelectric element. The electric potentials of the surface electrodes, which are proportional to the strain sum (ɛ_x+ɛ_y) on the structural member, are measured by an electrostatic voltmeter during load cycling. Mode I and mode II SIFs of the crack are estimated using the relationship between the SIF and (σ_x+σ_y). The applicability of the proposed method is examined through experiments and numerical analysis.     

应力强度因子分析的三角形Williams单元

弹性断裂分析的Williams广义参数单元计算模型中忽略了紧邻裂尖的微区域,为了进一步完善该计算模型,本文提出并建立了三角形Williams单元。首先围绕裂尖将奇异区均匀分割为有限个三角形单元,利用改进的Williams级数建立该单元的整体位移场计算模型;其次沿径向将该三角形单元进一步离散为多个相似四边形微单元和裂尖三角形微单元,并利用经典有限元理论建立微单元的局部位移场计算模型;然后利用整体位移场控制各微单元结点位移,并在此基础上研究建立裂尖奇异区三角形Williams单元及其控制方程。该单元模型中含有与裂尖应力强度因子相关的参数,能够直接计算裂尖处的应力强度因子。最后结合算例详细分析了三角形Williams单元计算模型中径向离散因子、离散数、Williams级数项对计算结果的影响。算例分析表明,三角形Williams单元所得的应力强度因子具有对奇异区尺寸不敏感的优点,且收敛快,计算精度高。