应用于三轴光纤陀螺中的双程后向ASE光源

根据三轴光纤陀螺的高精度需求,采用大功率高稳定性的高精度双程后向方案掺铒光纤光源。通过对ASE光源的理论分析建立数学模型,并根据所用掺铒光纤及泵浦光源的参数对光源进行谱型分析,确定光路方案。再以掺铒光纤和泵浦激光器的温度特性和补偿为研究重点,对掺铒光纤的长度和掺杂浓度以及泵浦功率和铒纤的匹配性进行试验,最终采用铒纤长度19 m,泵浦波长974.6 nm,泵浦功率140 m A,得到光源光功率为20 m W,平均波长变化量小于0.5′10~(-6)/℃,满足光纤陀螺对ASE光源的要求。     

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。     

一种高性能抗辐照掺铒光子晶体光纤光源

为满足空间环境应用高精度光纤陀螺的需求,基于掺铒光子晶体光纤设计了一种抗辐照掺铒光纤光源。首先设计了一种高浓度掺铒光子晶体光纤,通过优化Er3+/Al3+的掺杂浓度,改善了掺铒光纤的荧光特性。然后通过调节光纤长度优化光源输出光谱接近掺铒光纤本征荧光谱,降低了辐照条件下掺铒光纤光源的光谱损耗;结合"平坦谱光谱滤波"和"泵浦光功率闭环反馈控制"技术设计出适合空间辐照环境应用的掺铒光子晶体光纤光源。辐照试验结果表明,光源在200 krad辐照剂量下输出光谱宽度大于40 nm,平均波长稳定性2.6′10~(-6)/krad,功率损耗小于0.2 dB,表现出较好的抗辐照效果。     

光纤陀螺用光纤光源的新型自动温度控制

光源良好的平均波长稳定性是保证光纤陀螺标度因子稳定性的重要条件。而光纤光源平均波长的变化主要源于环境温度的变化。为了使光源获得更好的输出特性,需要对光源泵浦温度进行精密控制。文中阐述了一种基于FPGA和MAX1968芯片设计的光纤陀螺用光纤光源泵浦温度自动控制(ATC)技术。控制过程中提出了一种新的控制算法--递进式PID。与传统PID算法相比,递进式PID算法的最大特点是其各个参数可以随外界环境而变化。经试验测定,泵浦的温度稳定性能够稳定在±0.03℃以内,因而泵浦具有很好的平均波长稳定性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

光纤陀螺标度因数迟滞模型分析与补偿技术

高精度惯性导航系统对由温度引起的光纤陀螺标度因数变化指标提出了很高的要求。采用温度补偿技术是一种提升标度因数性能的有效方法,其中建立精确且普适的温度模型是关键。提出并分析了光纤陀螺温度与标度因数模型的迟滞现象。通过分析和试验表明,标度因数模型的迟滞现象是由光纤陀螺结构的热不均匀性造成的,采用多温度点采样来修正标度因数模型的方法可以有效避免模型的迟滞现象,提升标度因数模型的补偿效果,使光纤陀螺可以适应各种温度变化的环境。在-40℃~+60℃范围内同时对光纤环圈和光源的温度进行采集,并利用光源温度与平均波长的关系来修正标度因数模型,通过模型修正可以将光纤陀螺全温标度因数稳定性指标由常规模型下的36×10~(–6)提升到12×10~(–6)。     

A fiber optic sensor for transverse strain measurement

A fiber optic sensor capable of measuring two independent components of transverse strain is described. The sensor consists of a single Bragg grating written into high-birefringent, polarization-maintaining optical fiber. When light from a broadband source is used to illuminate the sensor, the spectra of light reflected from the Bragg grating contain two peaks corresponding to the two orthogonal polarization modes of the fiber. Two independent components of transverse strain in the core of the fiber can be computed from the changes in wavelength of the two peaks if axial strain and temperature changes in the fiber are zero or known. Experiments were performed to determine the response of the sensor by loading an uncoated sensor in diametral compression over a range of fiber orientations relative to the loading. The results of these experiments were used with a finite element model to determine a calibration matrix relating the transverse strain in the sensor to the wavelength shifts of the Bragg peaks. The performance of the sensor was then verified by measuring the transverse strains produced by loading the fiber in a V-groove fixture.     

用于改善光纤陀螺全温标度因数变化的环圈制作工艺

全温标度因数变化大小直接影响光纤陀螺的应用效果。随着中高精度光纤陀螺在复杂工况下的广泛应用,对陀螺标度因数变化的要求也在不断提高。光纤长度和光纤环平均直径在全温范围内的变化量是全温标度因数变化最大的影响因素。本文介绍了控制该变化量的常规方式,并提出通过不同排纤方式和不同光纤环窗口比的方法来进一步减小这种变化量的方法。通过仿真和试验证实:某型中等精度光纤环在不同制作工艺条件下全温标度因数变化量有将近300×10~(-6)的差值。     

Numerical Simulation of Diesel Particulate Filter Regeneration Considering Ash Deposit

Non-combustible ash can be deposited on channel walls through the full length of a diesel particulate filter (DPF). This type of ash can affect the exhaust condition and heat transfer process during the periodical soot regeneration of DPF. A model of soot regeneration is established in this paper to describe the effects of ash deposits on exhaust condition and heat transfer. Mass, momentum, and energy balances are considered for the multiphase system of gas, soot, and wall. The good agreement with experimental data confirms that the model is able to describe the processes. The axial patterns of wall temperature and soot regeneration rate during DPF regeneration are investigated by numerical simulation. Results indicate that the deposited ash layer reduces the exhaust flow rate and increases the heat conduction resistance during DPF regeneration, thus leading to high wall temperature and soot oxidation rate. When 5 g/L of ash is deposited, the complete oxidation of soot can be achieved 90 s faster with a 60 ^°C increase in wall temperature. The gain on soot oxidation rate increases with increasing amounts of deposited ash and reaches a plateau when the deposited ash approaches 15 g/L. Owing to the sintering and melting of ash when the temperature reaches 900 ^°C and the consequent uncontrolled regeneration, the soot carrying capacity should be identified based on the amount of deposited ash within DPF.     

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...     

光纤陀螺的热分析与热设计方法

光纤陀螺随温度变化产生的热噪声及热致非互易性相移误差直接影响其使用精度。为解决温度问题,分析了光纤陀螺工作的热环境,根据光纤陀螺的体积功率密度选择了自然冷却方法,包括导热、自然对流和辐射换热的单独作用或组合。通过分析光纤线圈及其他光电器件的温度特性及温度变化产生误差的机理,指出热设计的目的是控制光纤陀螺内部的温度场分布及最高温度,并对光纤陀螺的热设计方法进行研究,包括光纤线圈的热设计、光电器件的安装方式、控制电路的热设计等。由最后热仿真与测试结果可知,热设计方法合理可行。     

向高精度发展的干涉型光纤陀螺仪技术

光纤陀螺仪是惯性系统中目前发展较快的全固态惯性敏感器.在光纤陀螺仪的发展过程中,先有开环式光纤陀螺仪用于战术级和大量民用,而后又发展成为全数字闭环干涉式光纤陀螺仪,逐渐用于导航级惯性系统.到20世纪90年代中期,人们看到了干涉型光纤陀螺仪的高精度发展潜力,开始了精密级光纤陀螺仪及其系统技术的研究工作.从发展角度看,高精度光纤陀螺仪将成为21世纪前期的发展重点.     

低温环境下光纤位移传感器测试系统的实验研究

作者进行了光纤位移传感器在低温环境下的实验研究，分析了传感器的原理，测试了其室温、液氮温度下的静态传输特性，并进行了标定。实验时采取的参考光强度补偿的措施，消除了光源、光纤衰减等波动对测试结果的影响。利用本传感器系统测试了19芯纯Ag包套的高温超导带材Bi222在液氮温度下的应力－应变关系，以及应力－临界电流之间的关系，结果与理论分析相一致。实验结果表明，该传感器可以在液氮温度下正常工作，且具有测量范围大、测试精度高等优点，同时还克服了低温应变片仅能测试出复合材料基体或者包套应变的缺点。