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。     

光纤陀螺加速退化试验的可行性

以可靠性试验技术为基础,对加速退化试验方法在光纤陀螺产品中实施的可行性进行了探索研究。对光纤陀螺所用器件在长期使用条件下性能变化及其对陀螺整机性能的影响进行了分析,阐述了光纤陀螺性能退化存在的可能性,并通过光纤陀螺长期使用实验数据进行验证,得出了光纤陀螺具有性能退化特性的结论。采用可靠性摸底试验方法对光纤陀螺性能退化在温度环境应力下的可加速性进行了探索,通过温度加速应力下光纤陀螺实际工作性能数据分析得出其性能退化具有加速性,对光纤陀螺实施加速退化试验可行。     

光纤陀螺抗辐照方案

为了提高光纤陀螺的抗辐照性能,满足空间应用的各种需要,对光纤陀螺光电器件进行了大量的辐射试验,尤其是对光纤陀螺的敏感器件-保偏光纤环进行了深入分析,采用光褪色心的方案,即向保偏光纤环中注入大功率激光,通过退色心的方法降低由于辐射而引起的光纤损耗的增加,从而增加了保偏光纤环的抗辐照性能。在此基础上,在光纤陀螺重量增加不大的前提下,提出了光纤陀螺主动抗辐射方案。试验表明该方案能够有效的提高光纤陀螺的抗辐射性能,能大大提高空间应用光纤陀螺的可靠性和使用寿命,能够起到抗辐照的作用。     

基于多芯光纤复用技术的光纤陀螺方案

针对目前高精度光纤陀螺小型化的需求，于国内首次提出基于多芯光纤的纤陀螺光纤环复用光纤陀螺方案。通过特殊的耦合方式，使光在多芯光纤中的往返传输，可增加光纤环的有效长度，从而在不增加光纤环尺寸的情况下提高光纤陀螺的测量精度。首先设计了光路方案，对光耦合方式及偏振噪声抑制进行了分析。然后，以六芯光纤为例，提出了一种用于0.001°/h级别光纤陀螺的实用光路方案，经理论推导可知，相同尺寸下，基于多芯光纤复用的陀螺较普通光纤陀螺，理论精度可提升6倍，所以光纤陀螺中使用多芯光纤环可以实现高精度光纤陀螺的小型化。     

基于Faraday效应的光纤陀螺频率特性评估方法

由于角振动台的振动频率有限,无法实现光纤陀螺的高带宽测试。提出了基于Faraday效应的光纤陀螺频率特性评估方法,采用正弦电流激励下的Faraday相位差等效Sagnac相位差,解决了激励信号输出频率有限的问题。根据光纤中的Faraday效应原理,分析了该评估方法与光纤陀螺角振动台测试方法的等效性;搭建了评估系统,使用该评估系统来模拟某型号光纤陀螺的信号处理过程,进行等效评估实验,得到了等效评估的光纤陀螺闭环带宽为9 kHz,实现了高带宽光纤陀螺的频率特性评估测试,为改善光纤陀螺的动态特性提供了有效的验证平台。     

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。     

基于高斯粒子滤波的陀螺ARIMA模型辨识方法

ARIMA模型是陀螺信号处理中的一种重要方法,研究ARIMA模型辨识方法对提高陀螺精度有着重要意义。针对常规ARIMA建模滤波方法应用于光纤陀螺时滤波精度较低的问题,在ARMA模型基础上建立了一种适用于中低精度光纤陀螺的非平稳随机过程的ARIMA模型,提出了基于高斯粒子滤波的光纤陀螺ARIMA模型辨识方法。将光纤陀螺的ARIMA模型辨识与状态估计相结合,构建非线性的滤波模型,利用光纤陀螺实测信号进行了实验,结果表明所提出的方法能够有效地抑制光纤陀螺随机噪声,具有较高的工程应用价值。     

受激布里渊光纤陀螺拍频稳定性

受激布里渊光纤陀螺利用两束布里渊散射光的拍频来指明陀螺的旋转角速度,拍频的稳定性将直接影响到布里渊光纤陀螺的稳定性.在分析了受激布里渊光纤陀螺基本工作原理的基础上,详细分析了受激布里渊光纤陀螺中温度、克尔效应与光学泵浦游失效应对拍频稳定性的影响,分析了受激布里渊光纤陀螺拍频温度系数和产生模式跳变的温度间隔;实验测得单模光纤环的布里渊散射光频率随温度的变化率为1.26KHz/℃;给出了综合考虑克尔效应和泵浦游失效应影响的陀螺拍频输出曲线,这些结果为布里渊光纤陀螺的进一步实现提供了一定的理论和实验依据.     

光纤陀螺标度因数分段标定的工程实现

基于光纤陀螺标度因数存在非线性和不对称性,从工程实用角度出发,介绍了光纤陀螺速率标定方法,给出了光纤陀螺标度因数分段标定的工程实现方案,阐述了速率标定测试数据最优分段原则,找出了使分段标定后不连续光纤陀螺模型变成连续模型的解决措施.多个光纤陀螺速率标定的研究结果显示:分段标定能较大程度上减小光纤陀螺标度因数非线性度;利用实测数据进行离线导航计算的结果表明:对光纤陀螺标度因数分段标定能减小标度因数误差对导航精度的影响,文中分段标定方法切实可行.     

光纤陀螺光路小型化技术

介绍了光纤陀螺基本工作原理，描述了光纤陀螺小型化的意义。分别论述了基于光学器件小型化、光学集成技术、三轴光学器件共用技术实现光纤陀螺光路小型化的技术途径及可能效果，指出了三轴共用探测器技术可能存在的问题。研究成果对促进光纤陀螺的应用、光纤陀螺的实用化具有重要意义。     

数字全息干涉相位导数计算的研究

应变测量对材料评估与分析非常重要。通过计算数字全息干涉的相位导数可实现应变测量。本文针对数字全息干涉相位导数提取问题,对数字剪切法和基于二维伪维格纳法进行研究。数字剪切法通过对干涉复相量的数字平移实现剪切,确定干涉相位导数,而二维伪维格纳法则通过对干涉复相量的二维伪维格纳分布变换,由变换模极值对应的频域参数确定相位导数。数字剪切法需干涉复相量的数字剪切过程,还需相位去包裹。由于激光散斑噪声的影响,直接数字剪切法处理效果较差,通过对剪切干涉复相量滤波,能较好消除散斑噪声影响。二维伪维格纳法无需数字剪切和相位去包裹,就可同时得到2个方向的干涉相位导数,但处理时间较长,处理效果较差。最后,用数字全息干涉法对四周固定、中心加载铝圆盘进行了实际测量,并分别用数字剪切法和二维伪维格纳法进行了分析。结果表明,滤波数字剪切法处理时间适中,处理效果较好。     

数字闭环光纤陀螺信号处理方法研究

着重对全数字闭环光纤陀螺的信号处理方法进行了详细分析。研究了A／D和D／A转换器对光纤陀螺测试精度的影响,证明了通过数字滤波的方法提高光纤陀螺测试精度的可行性。     

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提出了用超声散斑干涉法来测量物体的位移,并且基于数字干涉和相移-频移技术对超 声散斑数字干涉测量法进行了初步的理论推导. 为了验证理论分析的结果,对一铝试件进行 了离面位移和面内位移的试验测量. 试验结果显示理论分析是正确的,在测量位移和变形时 此方法是有效可行的.     

Digital speckle correlation for strain measurement by image analysis

This paper is concerned with small strain measurement utilizing the numerical processing of digital images. The proposed method has its theoretical basis in digital signal analysis and, from a methodological point of view, it can be considered as an extension to digital images of the wellknown white light speckle photography technique. That conventional method is based on the analysis of photographic plates that are exposed twice (before and after the specimen deformation) with the image of a random speckle pattern that has been previously printed on the test piece surface. The digital speckle correlation advantages consist of requiring a very simple specimen preparation and, mainly, of allowing the strain field computation just by numerical elaboration of the acquired images. In this paper, the theoretical basis of the technique and some valuable improvements to the known analogous methodologies are presented. Finally, test results for an application of digital speckle correlation are shown and advantages and disadvantages of the technique are elaborated. In addition, further developments in this area are discussed.     

数字图像相关方法若干关键问题研究进展

本文报道了作者及其所在课题组近期在数字图像相关(DIC)测量方法上取得的重要研究进展。主要包括:(1)通过对DIC方法中反向组合高斯-牛顿算法的理论误差分析,提出了新的理论误差公式,进一步证明了反向组合高斯-牛顿算法在提高计算速度和测量精度方面的综合优势;(2)采用提出的理论误差公式,发展了数字散斑场的优化及制作方法,保证了测量结果的一致性和正确性;(3)基于相机阵列和图像拼接技术,发展了超分辨率数字图像相关方法,大大提高了DIC测量方法的应变测量分辨率;(4)提出了大视场条件下的三维系统标定方法,实现了三维测量系统的外参实时标定和多相机测量系统中相机位姿的自动矫正;(5)研制了便携式原位三维测量仪和多尺度DIC测量系统,实现了三维实时数字图像相关测量,进一步满足了DIC方法在工业在线检测和医学领域中的应用需求。     

Curvature patterns of bending plates by speckle-shearing interferometry

This paper describes a method to obtain the curvature and twist patterns of a bending plate by combining optical carrier technique and digital image processing. A carrier consisting of parallel fringes is obtained in double-exposure by changing the illumination form so that the deflection of the plate is recorded as the modulation to the carrier frequency. After optical filtering the modulated carrier is input into a digital image processing system to generate a grey image of ‘deformed grating’, whose digital differentiation can be used to obtain the curvature patterns or the twist patterns.     

数字彩色编码方法研究

本文提出的数字彩色编码方法，利用数字图像处理技术实现光力学条纹的彩色编码，得到具有特定色序的直观性强的彩色条纹图，并通过对编码彩色条纹图的分析提出了条纹级次的自动识别方法，使彩色编码成为一种更加实用而有效的方法。     

石英挠性加速度计二元调宽数字脉冲控制系统的研制

本文介绍了石英挠性加速度计二元调宽数字脉冲控制系统的研制及其应用。提出了通过提高系统采样频率来抑制石英挠性加速度计摆片摆幅，从而最大限度地减小其疲劳强度的方法。并基于这一思想设计了石英挠性加速度计二元调宽数字脉冲控制模型，对模型进行了模拟仿真，证明该方案是合理可行的。其已成功地应用于各新型导航产品中     

Construction of Dual Pore 3-D Digital Cores with a Hybrid Method Combined with Physical Experiment Method and Numerical Reconstruction Method

In order to further improve the accuracy of digital core modeling, a new hybrid method was proposed to construct the dual pore 3-D digital core with high precision. First of all, 3-D macro-pore digital cores were constructed by micro-CT. Secondly, based on the high-resolution 2-D scanning electron microscopy images of rock cores, micro-pore digital cores were constructed by simulated annealing method. And then, a superposition method was used to construct the digital core which could describe different pore characteristics. Finally, pore structures of digital cores were compared, and lattice Boltzmann method was used to analyze the percolation properties. The results show that the carbonate dual pore digital core constructed by the new hybrid method has a high accuracy, which can capture the pore properties of both macro-pore and micro-pore, and whose permeability simulation results are in good agreement with the experimental measurements. In addition, the new hybrid method is not only accurate and reliable, but also high efficient and economic, and can be applied to all kinds of reservoir modeling.     

Determination of mixing time by colourimetric diagnosis—Application to a new mixing system

A method for determining mixing times in a transparent stirred vessel for highly viscous fluids has been developed. The method involves a chemical decolourization with two acid-base indicators and a colourimetric diagnosis of digital images, deduced from a video captured during the mixing process. The advantages of the method developed are:(1) there is no disturbance of the fluid flow, and (2) measuring and determination of the degree of homogeneity is relatively effortless and cheap since it requires only a standard colour camera and commercial software for digital image analysis. This paper describes protocols for carrying this method out. In addition, examples of experimental results obtained for a standard impeller (of the helical ribbon agitator type) and a new piece of mixing equipment are given and discussed.