BOTDA光纤传感技术在光纤环圈质量评估中的应用

在分析光纤环对陀螺整体性能影响的基础上,提出将BOTDA光纤传感技术用于光纤环质量检测。通过对光纤环的在线检测、热应力检测和骨架性能影响测试,能及时发现并消除光纤绕制中的应力尖峰及换层现象,消除由骨架、热应力引起的光纤应力曲线反转现象。     

交叉子光纤环的理论与实验研究

光纤环是光纤陀螺中的核心部件。光纤环所处的环境因素，如温度、应力引起的非互易性相位噪声，制约了光纤陀螺向高精度、实用化的发展。通过有限差分法，对光纤环的Shupe效应作了研究，对四极子光纤环在非稳态传热的过程中的温度场进行数值求解，分析了光纤环在试验提供的温度环境下的温度零漂。提出了光纤环交叉子绕制方案。     

光纤环温度性能仿真分析

光纤环是光纤陀螺的核心器件,其稳定性和抗干扰能力直接影响光纤陀螺的整机性能。以光纤环的温度特性为研究对象,通过有限元分析确定光纤环中各单元点的温度梯度,以其为数据输入;以Shupe效应理论为数学模型,设计了光纤环温度特性分析软件,实现了有限元分析结果与陀螺输出（即正反两束光的相位差）两者的有机结合。根据不同的热辐射方式、有无缓冲层、不同的绕环方法以及光纤环不对称性等情况,对光纤环的温度性能进行了具体分析。     

光纤陀螺光纤环的热致非互异性研究

研究了光纤环受温度影响产生非互易相移的机理,根据光纤陀螺在实际应用中的环境温度的干扰,建立了直观合理的光纤环时变温度场分布模型,在此基础上对陀螺的热致非互异噪声进行了定量分析。针对不同绕制结构的光纤环,对其温度漂移进行了数值模拟和比较,提出了减小和补偿光纤环热致非互异噪声的方法及相关技术。     

双光程光纤陀螺的温度致非互易性研究(英文)

为了提高陀螺的精度,提出了一种新型双光程光纤陀螺.在光纤环两端各连接一个偏振分束器,使得偏振光依次沿保偏光纤的快轴、慢轴传输两圈,其有效光程加倍,进而实现陀螺的Sagnac效应加倍.针对该光纤陀螺在温度场扰动下的非互易问题,分析了其特殊结构带来的温度致非互易误差,利用有限元分析法建立了相应的Shupe误差模型,并对光纤环90°熔点位置、光纤环折射率温度系数改变对Shupe误差影响进行了相应的理论计算与仿真分析,结果表明90°熔点置于光纤环中点或者选用折射率温度系数满足特定条件的光纤环可减小其Shupe误差.     

双柱型绕法对干涉式光纤陀螺温度性能的影响

通过深入分析光纤陀螺敏感环的特点,提出了一种工艺简单的双柱型(D-CYL)绕法。通过有限元方法仿真分析了双柱型绕法环圈瞬态传热性能,对比分析了在相同变温条件下双柱型绕法与交叉绕法对陀螺性能的影响。结果表明,在对称的温度环境下,双柱型绕法在抑制陀螺温度漂移方面的效果与交叉绕法相当,两者漂移误差均低于0.01(°)/h,与理论分析相符。     

基于交叉法绕制的光纤环的槽体设计

建立了一个精确到匝的光纤环有限元模型,基于此对比分析了交叉绕法与四极对称(QAD)绕法环圈瞬态传热性能,得出交叉绕法能更好地改善光纤陀螺温度性能。此外,重新设计了传统四极对称法绕制光纤环的槽体,并分析了在相同温度激励下新旧槽体内嵌交叉绕法光纤环对抑制陀螺温度漂移的影响。结果表明:采用新型槽体的交叉绕法光纤环圈能充分发挥交叉绕法抑制温漂的性能,能够使热致误差降低一个数量级,与理论分析相符。     

基于温度激励的光纤陀螺光纤环瞬态特性检测

光纤陀螺基于萨尼亚克效应测量垂直于光纤环平面的敏感轴方向上的旋转分量。光纤环是光纤陀螺的核心部件,光纤环的缠绕质量直接影响着光纤陀螺的整体性能,对光纤环的缠绕质量全面检测十分必要。针对目前光纤环检测手段的局限性,提出了一种基于温度激励的光纤陀螺光纤环瞬态特性检测方法,全面表征了光纤环的缠绕质量。建立了光纤环柱面坐标三维计算模型,采用有限元方法定量分析光纤环不对称度和局部温度激励位置精度对光纤环瞬态响应的影响,同时开展了光纤环温度激励相应实验,实验结果与光纤环三维物理模型数值计算结果相一致,在理论和实验上验证了光纤环瞬态特性检测方法的可行性。     

光纤陀螺温度场仿真分析与陀螺外罩结构优化设计

通过对Shupe误差数学模型进行分析,确定了引起Shupe误差、导致陀螺零偏误差大的原因之一是闭环光纤陀螺光纤环温度场时空分布不均。利用Ansys Workbench与Icepark软件建立了闭环光纤陀螺敏感单元有限元热模型,并对该模型进行了瞬态与稳态温度场的仿真分析,得出通过改进陀螺外罩设计可以使光纤环温度场分布更加均匀,有助于减小Shupe误差引入的零偏误差。结合仿真结果,进一步对陀螺外罩的几种热设计方案进行了热仿真分析与定量化设计,确定了陀螺外罩的最优设计方案:当内层采用厚度为0.8 mm的软磁合金材料作为隔热层,外层采用厚度为1.5 mm硬铝材料作为均热层时,光纤环的温度时空变化率最小。通过对优化方案进行实验验证,使光纤环在降温过程中温度变化减小了1.8 ℃,使其最高最低点温度差减小了0.68 ℃。     

金属镀层光纤环的热应力及其引起的弹光效应

为了研究金属镀层对光纤宏弯损耗性能的影响,建立了带金属镀层的光纤环所受热应力及热应力引起的弹光效应的数学模型。计算了金属镀层光纤环的热应力系数和折射率热应力系数。仿真分析了光纤环向热应力系数Kθt、径向热应力系数Krt和折射率热应力系数Kn的主要影响因素。结果表明:Kθt远大于Krt,光纤主要受到环向热应力,径向热应力可忽略;热应力及其引起的折射率变化与径向位置和镀层厚度有关,与光纤环的弯曲半径基本无关;镀层厚度在0~2000μm范围内,随着厚度增加,Kθt和Kn均会先快速增大,再缓慢增大并趋于稳定;Kn为负值,随着温度增加,热应力将引起光纤折射率逐渐减小。该模型从理论上解释了金属镀层光纤环的热应力会引起光纤折射率变小,从而改变光纤的宏弯损耗。     

光纤陀螺温度补偿方案研究

从理论上分析了光纤陀螺敏感环的热致非互易相位噪声,建立了光纤环温度分布模型。针对四种通常的光纤敏感环绕制方法（ＺＹＬ,ＳＹＭ,ＤＩＰ,ＱＵＡ）对于由外界环境温度变动所引起的光纤陀螺零位漂移进行了数值模拟与比较,并给出了对应于外界环境温度变化过程中的光纤陀螺零位漂移补偿方案。     

The improved defects detection method of optical fiber winding

The paper discusses mainly how to check the defects such as fiber-stacking fiber-cut and fiber-uneven with an improved method in the process of fiber optic gyroscope coil winding. In the paper, it is aimed at the gray level image of optic fiber coil winding to get binary image using mathematical morphology and to get optic fiber position image using the improved moving target detection algorithm, on the base of the optic fiber position image, to figure out the relative position of adjacent optic fiber. Through the value of the relative position of adjacent optic fiber, the status of optic fiber winding can be estimated. Experimental results show that the entire image processing and defect detection method can effectively distinguish the defects in the process of optical fiber coil winding.     

Analysis of bias thermal stability of interferometer fiber-optic gyroscope using a solid-core polarization-maintaining photonic crystal fiber

Bias thermal stability of a fiber-optic gyroscope using polarization-maintaining photonic crystal (PM-PCF) was studied. The thermal sensitivity of birefringence in PM-PCF and polarization cross talking in fiber coil was measured. Using an OCDP method, the polarization cross talking causing phase error of the fiber-optic gyroscope (FOG) was analyzed. The contrast experiment result of the FOGs with the PM-PCF coil and PMF coil showed that using PM-PCF instead of PMF can improve the FOG’s bias thermal stability by about 50 %.     

光纤陀螺静态温度综合误差建模及补偿

针对光纤陀螺温度稳定性低、受环境温度影响参数变化,导致使用精度不高的问题,提出了一种光纤陀螺静态温度综合误差建模补偿方法。综合考虑温度、光纤陀螺标度因数非线性以及零偏漂移的影响,建立了以时间、温度和输入角速率为参量的光纤陀螺静态温度混合模型;采用分类拟合方法确定模型阶次,辨识模型参数;基于温度速率实验,提出迭代补偿算法。实验结果表明,经过综合误差补偿后的光纤陀螺消除了温度和标度因数非线性对其性能的影响,使它在全温度和全速率下的测量精度得到了极大提高,从而证明了该方法的有效性。     

光纤陀螺随机游走分析方法研究

 光纤陀螺测试中,随机游走系数的分析对陀螺整体性能的评价起着很重要的作用。分别介绍了分析光纤陀螺随机游走噪声的两种方法：Allan方差法和改进的Allan方差法。分别应用这两种方法,在对某型光纤陀螺(FOG)实测静态数据计算的基础上进一步分析了该光纤陀螺中的噪声分量,并对分析结果进行比较。最终计算结果表明：在增加计算时间为代价的前提下,改进Allan方差法能方便地区别出各种噪声,并明显提高了光纤陀螺各随机噪声游走系数的计算精度。     

光纤陀螺受辐照影响机理分析

构成光纤陀螺敏感器件的保偏光纤环在辐射环境中损耗会增加,陀螺的精度随之降低,从而限制了光纤陀螺在空间中的应用。采用60Co作为辐射源模拟空间辐射环境,对光纤陀螺及其光电器件进行了大量的试验,并对光纤陀螺及其光电器件受空间辐射影响的机理进行了研究,得出光纤陀螺光电器件中保偏光纤环受辐射影响最严重,从而重点分析了光纤陀螺敏感器件保偏光纤环的辐射影响机理,从原理上探讨了保偏光纤环在辐射条件下损耗的增加对光纤陀螺的影响,为光纤陀螺抗辐射加固技术提供了理论基础。