四频陀螺中压电陶瓷歪扭导致的光强变化及其对零偏的影响

激光陀螺通常使用压电陶瓷换能器(PZT)作为反馈控制元件来维持腔长不变,然而PZT在推拉过程中产生的歪扭将会引起腔损的变化,进而导致光强以及零偏的变化。为了提高激光陀螺的零偏稳定性,对PZT歪扭导致的零偏变化进行了理论和实验研究。理论分析表明,PZT歪扭导致的光强变化与零偏变化密切相关,当光强相对变化10-3时,零偏变化约0.02 Hz。改变激光陀螺的纵模阶数,同时测量对应的光强和零偏,所得实验结果与理论分析基本一致。研究表明,目前四频激光陀螺中PZT歪扭导致的零偏变化在0.01 Hz的量级,因此通过对PZT制作工艺进行改进可进一步提高四频激光陀螺的性能。该研究对高精度四频激光陀螺的研制具有一定的参考价值。     

激光陀螺光路稳定技术的研究

为了稳定激光陀螺的光路，在陀螺控制系统中增设了角度控制。提供了一种分时控制系统，实现对角度控制器的各控制组件的分别控制和动态控制。实验结果表明，激光陀螺加上角度控制后，光强均值增大，均方差减小，曲线平坦，尤其在高低温情况下，角度控制能够改善陀螺掉光严重和无光的状态，使陀螺在任何温变下光强变化不超过15％，提高了陀螺耐高低温冲击的能力。     

激光陀螺相邻模零偏差及不平衡电流零偏差性能分析

通过控制参量提高陀螺精度和成品率,是激光陀螺工程技术研究的主要内容之一。引入相邻模陀螺零偏差及不平衡电流零偏差两个参量,对不同等级表陀螺对应参量的研究,发现陀螺性能与该参量具有确定的关系,通过控制这两个参量,可以有效提高陀螺使用精度和成品率。理论研究了两个参数变化的根源,分别为谐振腔参数及锁区的变化,为提高激光陀螺精度提供了一种有效的技术途径,对于进一步提高抖动陀螺精度具有实用价值。     

光纤耦合器稳定性分析及对光纤陀螺的影响

为提高光纤耦合器性能稳定性,减少其对光纤陀螺输出的影响,首先建立了耦合器分光比与各参数间关系的数学模型,分析了环境变化对单模耦合器分光比稳定性的影响;其次建立了分光比稳定性与光纤陀螺输出误差间关系的数学模型,仿真与实验结果表明,当光纤陀螺存在角加速度时,光纤耦合器分光比变化率越大,光纤陀螺输出误差越大。当分光比变化率△C.R1.4E-03/s,不到1min即可使光纤陀螺输出误差ε0.001(°)/h,对中高精度光纤陀螺的输出准确度将造成严重影响。提出了降低光纤耦合器分光比变化率的一些方法,对光纤陀螺的光路设计和耦合器的适当选取具有较大参考价值。     

考虑陀螺效应的铣削颤振分析

主要研究主轴旋转过程中产生的陀螺效应对切削颤振稳定性边界的影响。基于一种旋转下的主轴、刀杆和刀具模型,采用欧拉-伯努利悬臂梁理论获得考虑陀螺效应的切削系统的传递函数。在此基础上,探究了考虑陀螺效应的高速切削系统的稳定性。结果表明,陀螺效应改变了高速铣削的临界切削深度。并且在考虑陀螺效应的情况下,刀具齿数越多临界切削深度越小,降低系统刚度将减小临界切削深度,增大系统阻尼比将增大临界切削深度。     

四频差动激光陀螺自适应腔长控制方法

相较于传统的小抖动腔长控制,自适应腔长控制方法实现了四频差动激光陀螺理想工作点的自动跟踪功能。所提方法在小抖动腔长控制的基础上,通过对光强调制信号的基波和二次谐波进行解调,增加了光强增益控制环路和调制控制环路。通过改进硬件电路和控制算法将增益、调制和腔长3个控制环路紧密耦合在一起,实现四频差动激光陀螺自适应腔长控制系统,从而达到四频差动激光陀螺理想工作点自动跟踪功能。实验结果表明,自适应腔长控制能够消除外界环境、光强、电子元件参数等变化对四频差动激光陀螺工作点的影响,使得四频差动激光陀螺工作在理想工作点上,提升陀螺变温零偏稳定性51%和减小变温零偏最大变化44%。     

FLUTTER ANALYSIS OF MILLING WITH CONSIDERATION OF GYROSCOPIC EFFECT1)

主要研究主轴旋转过程中产生的陀螺效应对切削颤振稳定性边界的影响。基于一种旋转下的主轴、刀杆和刀具模型,采用欧拉$\!$-$\!$-$\!$伯努利悬臂梁理论获得考虑陀螺效应的切削系统的传递函数。在此基础上,探究了考虑陀螺效应的高速切削系统的稳定性。结果表明,陀螺效应改变了高速铣削的临界切削深度。并且在考虑陀螺效应的情况下,刀具齿数越多临界切削深度越小,降低系统刚度将减小临界切削深度,增大系统阻尼比将增大临界切削深度。     

ABS注塑制品的模内蠕变试验研究

不同于传统的热残余应力分析,本文着眼于注塑制品的模内蠕变研究。通过测试ABS注塑薄板在不同工艺条件下的收缩变形,比较基于弹性理论的热收缩,进而得到了模内蠕变量。分析结果表明,模内蠕变对于降低制品最终的收缩变形起着重要的作用。在研究了各种工艺条件对制件模内蠕变的影响后,发现较低的模腔表面温度或较长的成型周期会导致蠕变增大,而制件在模内的蠕变(或应力松弛)主要发生在固化后的高温区。本文同时探讨了保压压力对蠕变的影响。高注塑保压压力通常会减小注塑件的收缩,但同时会减小制件模内蠕变。     

一种新型MOEMS陀螺的提出及理论分析

提出一种新型的光路结构，构成利用空间光路的干涉式MOEMS陀螺。介绍了此种陀螺的基本原理，并从提高基本探测极限的角度，对此种空间光路的各种参数进行了理论分析，提出了设计思路和方法。指出了此种陀螺的特点及其应用领域。     

激光陀螺磁敏感机理

为了提高激光陀螺磁场环境应用的可靠性,分析了激光陀螺敏感磁场的原理,指出激光陀螺磁灵敏度与其腔内运行的激光的椭偏度有关;对激光陀螺腔内运行激光的椭偏度进行了仿真分析,提出了激光椭偏度改善措施.实验结果表明:激光陀螺敏感磁场强度与作用磁场的方向有关,且激光陀螺腔内运行激光椭偏度越大,其磁灵敏度就越大.通过改善激光陀螺腔内运行激光椭偏度可以减小其磁灵敏度,提高激光陀螺抗磁场干扰能力.     

机抖温度特性对激光陀螺零偏稳定性的影响

机抖机构是一个工作于谐振状态的精密机电元件,当环境温度发生变化时,机抖的抖动偏频量将发生变化,这将引起角度随机游走误差的变化,并导致激光陀螺的零偏稳定性变差。本文推导了机械抖动激光陀螺的抖动速率与激光陀螺输出误差的关系表达式,提出了均方意义下的等抖动速率控制保持激光陀螺零偏稳定性的方法,并且通过实验具体研究了电磁式机械抖动装置的温度特性及其对激光陀螺零偏稳定性的影响。仿真实验与实测数据结果表明:在全温度范围内保持机抖机构抖动速率的一致性能有效地提高激光陀螺的零偏稳定性。     

激光陀螺腔长控制镜改进设计

腔长控制镜影响激光陀螺谐振腔的光束形状、光强等参数,是制约激光陀螺精度提高的重要因素之一.减少激光陀螺腔长控制镜的位移扭偏,提高腔长控制镜的环境耐受性,能够直接改善激光陀螺的性能.通过研究激光陀螺腔长控制镜的基本机理,分析了腔长控制镜单筋方案和双筋方案的典型结构和特点,给出了提高反射镜抗扭偏能力的设计方法,设计并实现了新型双筋腔长控制镜结构.改进的腔长控制镜仅由3种零件、2种材料构成.经过仿真分析和试验验证,设计的腔长控制镜可以有效抵抗反射面的歪斜扭偏,在-50℃~+70℃工作范围内,抗扭偏能力提高5~10倍,同时实现了低成本和高稳定性.     

基于光纤环安装方式的光纤陀螺振动误差抑制方法

随着光纤陀螺的实用化,发现载体振动会引起光纤陀螺尤其是高精度光纤陀螺的测量误差增大,对光纤陀螺的性能指标造成不可忽视的影响。对干涉式数字闭环光纤陀螺,从弹光效应出发,分析了振动对光纤陀螺光路的影响机理,得出了振动影响下光纤环中反向传播的光信号非互易相移误差信号的表现形式,并针对此提出了通过合理安装光纤环,使光路满足互异性,来抑制振动情况下光纤陀螺输出信号噪声和漂移。实验结果表明,该方案有效降低光纤陀螺输出信号的噪声,抑制了由振动引起的陀螺漂移,使得陀螺振动误差减小了一个数量级。     

一种具有低振动灵敏度和宽动态范围的MEMS陀螺仪(英文)

为了进一步提高MEMS陀螺的动态范围和振动环境适应性,以加速其工程化应用步伐,研究了陀螺振动误差,提出了一种新型MEMS陀螺结构。MEMS陀螺仍然采用了音叉结构形式,同时采用了工字型框架和隔离结构,从而提高了陀螺结构的稳定性和抗振动性能,并降低了残余应力对陀螺影响。理论分析了驱动和检测模态频差对标度因数非线性的影响,并基于理论和实验分析了振动环境中的角振动对陀螺性能的影响。在此基础上,进行了陀螺的模态优化设计,以进一步减小了陀螺的振动灵敏度,并使其具有大动态范围。MEMS陀螺采用了SOI圆片制备,并采用了圆片级真空封装技术实现陀螺芯片的真空封装。MEMS陀螺芯片和ASIC芯片叠装在陶瓷管壳内,体积为11.4?11.4?3.8 mm3。实验结果表明,MEMS陀螺的测量范围为±7200 (°)/s,零偏稳定性为12.2 (°)/h(1σ)。随机振动环境下(7.6grms),该陀螺的振中零偏变化量小于10.0 (°)/h,振中的零偏稳定性小于24.0 (°)/h,是原陀螺的1/5。     

航天测量船静电陀螺监控器航向误差拟合修正

为掌握航天测量船静电陀螺监控器航向误差的变化规律,减小静电陀螺监控器航向误差对测控精度的影响,从静电陀螺监控器设备的结构和监控原理上分析了静电陀螺监控器航向误差的产生因素,建立了静电陀螺监控器航向误差的数学模型。同时,在长期的试验数据累积和处理分析的基础之上,成功利用该模型对静电航向误差变化规律进行数据拟合。多次试验结果表明,该误差模型能够准确有效地对静电陀螺监控器航向误差进行优化,提高了静电陀螺监控器的航向精度。     

非共面四频激光陀螺变温零偏周期性波动

非共面四频激光陀螺的零偏随温度周期变化直接影响陀螺性能,提出了一种采用对法拉第旋光元件参数优化有效降低零偏波动幅值的方法。根据非共面四频激光陀螺的振荡光束频率特性,结合腔内旋光元件表面反射光束和散射光束的耦合效应以及旋光元件磁光效应,理论分析确定了导致陀螺变温零偏周期性波动的主要因素。采用对旋光元件楔角、微扰角度以及方位角三项参数的理论计算及仿真分析,确定了参数优化方法和优化验证参数,经验证与理论分析结果一致,有效消除了陀螺变温零偏周期性波动,结合温度补偿模型,实现70°C变温范围内零偏最大变化由1.5(°)/h降低为0.11(°)/h。     

基于菲涅尔透镜的零闭锁激光陀螺抗辐照方案

为了增强零闭锁激光陀螺的航天环境适应性能力,分析对比了国内外多种激光陀螺抗辐照解调方案。提出了基于菲涅尔透镜的抗辐照解调方案,并对其合理性进行了理论论证。分析了使用菲涅尔透镜引入的误差,及其对陀螺信号信噪比的影响。完成了基于菲涅尔透镜方案的原理样机装配,并通过试验对方案的有效性进行了验证。研究结果表明:基于菲涅尔透镜的抗辐照方案适用于零闭锁激光陀螺,并易于工程实现。能够显著降低ZLG对光电管的尺寸要求,从而增强其整体抗辐照能力。该方案对于提高零闭锁激光陀螺的航天环境适应性具有一定的工程实用价值。     

保偏光子晶体光纤的近圆形模场分布特性

在光纤陀螺中,由于保偏光纤的性能易受环境的影响,制约了光纤陀螺稳定性和精度的进一步提高。保偏光子晶体光纤的研究为光纤陀螺解决环境适应性问题提供了新思路,针对保偏光子晶体光纤与传统光纤的模场匹配问题,采用有限元方法,对保偏光子晶体光纤的保偏性能和模场分布特性进行了分析与研究。通过分析不同空气孔尺寸对保偏光子晶体光纤性能的影响,得到其保偏性能与模场分布特性存在相互制约性。提出了一种改善保偏光子晶体光纤模场分布的方法,并通过仿真分析验证了这一方法的可行性,这为光纤陀螺用光子晶体光纤的发展提供了借鉴。     

闭环光纤陀螺的输出误差特性研究

针对工程实际的需要，通过对闭环光纤陀螺模型参数的对比研究，分析了闭环光纤陀螺零偏稳定性的变化，并利用Allan方差具体分析了闭环光纤陀螺的输出误差特性中的角随机游走、零偏不稳定性、速率漂移斜波等的变化，从中找出规律性的关系。     

集成光路技术指标对光纤陀螺性能的影响

分析了Y型集成光路器件的插入损耗、分光比、偏振串音和背向反射等主要技术指标对陀螺性能的影响。将不同技术指标的集成光路装入光纤陀螺,测试陀螺的性能指标,并与分析的结果相比较。结果表明,插入损耗和分光比对陀螺性能的影响很小;偏振串音对陀螺的影响较为明显;波导和光纤端面耦合采用10o/15o组合有效地降低了端面反射,背向反射对陀螺的性能也没有明显的影响。