多次循环干涉型光纤陀螺仪的实验研究

详细介绍了循环干涉型光纤陀螺仪的实验装置及测试结果，给出了无源和有源补偿的两种敏感环结构下陀蛇分辨率公式。在实验装置中采用了大功率光源和低耦合比输入耦合器，以提高光波在敏感环中的循环次数。实验结果表明：光束在敏感环中循环了2－3次，并达到了较好的零偏稳定性。     

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.     

集成光学角速度传感器及其关键器件的研制

本文介绍了清华大学研制的集成光学角速度传感器 ( IORS)系统方案及其关键器件 ,包括 :( 1 )窄线宽单模光纤 Bragg光栅外腔式二极管激光器 ( FBG- LD) ;( 2 )声体波的声光移频器 ( AOFS)及其直接数字合成 ( DDS)的控制电路 ;( 3)谐振型 IORS( R- IORS)的实验装置 ,采用光纤仿真的光波导 Sagnac敏感环 ( SSR) ;( 4 )干涉型 IORS( I- IORS)的实验装置 ,采用光纤仿真的再入式 SSR。采用上述 AOFS研制了一种全光纤延迟的自外差测量系统 ,用于测量上述 FBG- L D。初步的实验结果表明 ,所提出的上述 R- IORS和 I- IORS都可开发为新型光学陀螺的产品     

集成光学陀螺的最佳腔长

作为谐振式光学陀螺的核心敏感器件,无源环形谐振腔(PRR)结构参数的选择,对陀螺灵敏度具有决定性作用.腔长正是这重要结构参数之一.基于多光束干涉理论的理论分析表明,谐振腔长的增加,一方面通过决定腔内干涉光程,优化PRR谐振特性,另一方面,又通过对腔光传输损耗的影响,决定着谐振条件的耦合比要求,从而成为腔内光传输总损耗重要决定因素,导致谐振特性劣化.根据谐振式光学陀螺的调频光谱测量原理,在陀螺灵敏度决定过程中,腔长的上述两方面影响所起的截然相反作用,从而决定了以陀螺最佳灵敏度为判据存在最佳腔长.仿真与实验结果与理论分析良好一致性,不仅证明了理论分析的正确性.也显示了其在集成光学陀螺结构设计与性能优化中的应用价值.     

振动轮式硅微陀螺仪检测轴的闭环特性

研究了振动轮式硅微陀螺仪敏感结构的谐振特性,重点进行了检测轴的闭环控制系统分析和测试。通过对不同气压条件下检测轴谐振特性的研究及驱动轴和检测轴谐振频率匹配的试验,分析了静电力反馈控制系统中的变刚度问题,进行了硅微陀螺仪检测轴的闭环控制系统设计,给出了检测轴闭环控制系统的原理框图和传递函数,同时分析了闭环条件下驱动轴回路和检测轴回路各部分的相位关系以及正交分量的消除方法。试验结果表明闲环控制提高了硅微陀螺仪的精度指标。     

基于DDS-PLL技术的MEMS陀螺仪闭环驱动系统设计

为了提高科氏振动陀螺仪驱动模态的控制精度与稳定性,设计了基于DDS-PLL技术的MEMS陀螺仪闭环驱动系统。利用基于直接数字频率合成器（DDS）算法的数字锁相环实现对陀螺谐振频率和相位的跟踪,采用数字自动增益模块（AGC）实现驱动幅值的稳定控制。实验结果表明,通过DDS算法实现的闭环驱动系统具有更高的控制精度,驱动幅值变化的均方差缩小到0.0011 mV,幅度稳定性为183 ppm,谐振频率变化的均方差缩减至0.07 Hz,频率稳定性为3.48 ppm,陀螺仪驱动模态的幅值和频率控制精度得到了提高。     

硅微机械谐振陀螺仪的非线性分析

给出了硅微机械谐振陀螺仪的结构,介绍了硅微机械谐振陀螺仪的工作原理,详细推导并给出了陀螺仪的输出频率和标度因数非线性的计算公式;基于影响谐振陀螺仪标度因数的参数,分析了由谐振器的振幅和梳齿静电驱动力引起的硅微机械谐振陀螺仪的非线性特性,给出了振动幅度与谐振频率关系的表达式.实验结果表明,陀螺仪的整体性能主要取决于谐振器振动幅度的稳定性.     

MEMS陀螺随机噪声的多尺度时间序列建模

基于小波多尺度分析方法,使用db4小波,将MEMS陀螺仪输出数据进行深度为4的多尺度分解,在各尺度上进行信号重建,对重建后的各尺度信号进行时间序列建模,各尺度的时间序列模型的输出和作为陀螺仪的随机噪声估计.多尺度时间序列建模方法提高了建模精度,将预测误差的方差降低了一个数量级,该方法已经成功应用到某型微小型飞行器的微导航系统中.     

太空环境压力变化对液浮陀螺性能的影响分析

对太空气压变化影响液浮陀螺性能的机理进行了理论分析,然后利用有限元分析法对陀螺仪在压力变化时浮子产生的变形进行了计算.明确了压力变化对陀螺仪结构件变形的影响程度,并从几个对陀螺仪漂移产生影响的主要方面进行了深度分析,得知压力变化导致浮子的结构变形是陀螺仪性能变化的主要因素,其中框架的变形引起的陀螺漂移达0.3((°)·h-1),g.最后通过对某型陀螺仪进行压力变化试验,验证了分析结果的正确性.此外还对陀螺仪进行了封闭波纹管的实验.得出结论:采用相对厚实的结构,刚度较大、稳定性好的材料可大大提高陀螺仪对环境的适应性,另外还可以给陀螺仪装上对外界环境的密封隔离装置.     

多环谐振微陀螺结构参数对性能的影响分析

多环谐振微陀螺是一种全对称平面结构的MEMS陀螺仪,具有体积小、功耗低、可批量制造、抗冲击性强等优点,是目前最具发展前景的MEMS陀螺仪之一.围绕多环谐振微陀螺的结构及其优化设计展开研究,深入分析了多环谐振微陀螺的结构机理和关键性能参数,搭建了一套通用的有限元计算平台,仿真分析了结构参数对其关键性能的影响.仿真结果表明...     

循环干涉型光纤陀螺及其光源

介绍了一种新型光纤陀螺及其关键器件。包括：（1）循环干涉型光纤陀螺的系统方案；（2）大功率超辐射发光二极管；（3）多功能光学发收模块，它们是国内光纤陀螺研制中急待解决的关键技术。采用模块化结构和微光电机系统（MOEMS）是国外光纤陀螺的发展方向。     

Non-contact boundary layer profiler using low-coherence self-referencing velocimetry

A spatially self-referencing velocimetry system based on low-coherence interferometry has been developed. The measurement technique is contactless and relies on the interference between back-reflected light from an arbitrary reference surface and seeding particles in the flow. The measurement location and the flow velocity are measured relative to the reference surface’s location and velocity, respectively. Scanning of the measurement location along the beam direction does not require mechanical movement of the sensor head. The reference surface (which can move or vibrate relative to the sensor head) can be either an external object or the surface of a body over which measurements are to be performed. The absolute spatial accuracy and the spatial resolution only depend on the coherence length of the light source (tens of microns for a superluminescent diode). The prototype is an all-fiber assembly. An optical fiber of arbitrary length connects the self-contained optical and electronics setup to the sensor head. Proof-of-principle measurements in water (Taylor–Couette flow) and in air (Blasius boundary layer) are reported in this paper.     

基于空间光调制器获得空心光束的数值模拟和实验研究

光镊技术中,会聚的空心光束形成的能量光阱可用来捕获吸光性颗粒或操纵吸光性颗粒沿光轴方向运动。采用Gerchberg-Saxton(GS)算法计算所需相位,并将相位载入相位型空间光调制器来获得空心光束。为了提高会聚的空心光束能量,对空间光调制器相位屏进行预处理,叠加数字闪耀光栅位相,实现了将四个一级衍射谱闪耀至零级干涉极大位置,空心光束能量提高到原来的4.7倍。为了消除空间光调制器二维光栅结构所形成的零级谱亮斑以及高级谱的影响,在相位屏上加入球面波相位,使得空心光束衍射谱平面与零级谱平面的空间位置分离,并采用带通滤波器将空间光调制器的零级谱亮斑和高级谱滤掉。采用高度会聚透镜将所得空心光束会聚为微米尺寸,可应用于捕获吸光性颗粒。另外,利用离散傅立叶变换的平移原理实现空心光束实时平移,该方法可应用于实时操纵吸光性颗粒移动。     

基于TDLAS的层析成像技术TDLAT简

可调谐二极管吸收光谱技术（tunable diode laser absorption spectroscopy，TDLAS）已成为超声速燃烧的重要测量手段之一. 为提高其空间分辨能力，需发展基于TDLAS，结合层析成像术的二维断层成像术（tunablediode laser absorption tomography, TDLAT）. 设计了一套基于6 平行光束-旋转测量的新型TDLAT 系统，吸收波长为7 185.6 cm^-1 和7 444.3 cm^-1 双线，采用分时-直接吸收探测策略. 重建中，使用代数重建算法，先分别反演计算两吸收线的吸收率和吸收比分布，再获得温度和浓度分布. 利用该系统，在CH₄/Air 预混平面燃烧炉上开展初步验证试验. 结果表明，TDLAT 系统可以反演出温度和浓度分布特征，反演的温度分布结果与热电偶测量值吻合较好. 进一步改进该系统，可用于超燃直连台中，测量燃烧室出口气流的温度和组分浓度分布.     

Distributed strain sensing using frequency-modulated continuous-wave reflectometric optical technique

This paper presents an analysis describing the feasibility of a distributed optical fiber strain sensor whose principle of operation is based on the frequency-modulated continuous-wave (FMCW) reflectometry technique. The system consists of a frequency-swept laser diode and an unbalanced two-beam interferometer. In this system, the test arm comprises a number of single-mode fibers, which act as the sensing fibers, with a mirror at the far end and mechanical splices as the connectors, as well as the reflectors. Theoretical analysis shows that the measuring resolution of the strain is inversely proportional to the length of the sensing fiber. The strain variation of the sensing fiber is measured by demodulating the phase shift of the beat signal using a heterodyne signal processing system, and therefore the requirement of a high precision temperature control of the light source can be eliminated in this way. The comparison between the theoretical and experimental values of the strain resolution showed excellent agreement.     

2007年激光市场和技术

本文叙述了2007年激光市场及相关的技术状况。2007年的激光市场规模预计为60亿美元，比去年增加8%。半导体激光器的销售额占总数的一半以上。半导体激光器的主要应用是光学数据储存和长途光通讯。非半导体激光器具有比较强大的激光能力和广泛的应用，但是比较复杂。非半导体激光器主要用于与半导体及汽车商业有关的材料加工。非半导体激光器的第二个用途是与整容化妆有关的医学治疗。光纤激光器是最有魅力的非半导体激光器。     

干涉型光纤应变测试方法的感应光纤

本文讨论了干涉型光纤应变测试方法中感应光纤的基本测量原理，对直线形和圆弧形栅状感应光纤进行了分析，同时介绍了直线形栅状感应光纤的制作方法。利用马赫－泽德干涉光纤应变测试系统和直线形栅状感应光纤测量了等强度悬臂梁的应变，测试结果与理论应变值进行了比较，相对误差为１．６７％。     

Erratum to: Vibration Analysis of Perforated Plates Using Time-Average Digital Speckle Pattern Interferometry

Digital Speckle Interferometry is a non invasive full-field coherent optical technique used in mechanical vibration measurement. In this research, it is used for tuning resonant frequencies of vibrating plates in order to investigate the dynamical behavior of perforated plates. The plate was excited to resonant vibration by a sinusoidal acoustic source. Fringe pattern produced during the time-average recording of the vibrating plate, for several resonant frequencies were registered. Results of plates fixed at one edge having internal holes and attached masses are presented. Experimental natural frequencies and modal shapes are compared to those obtained by an analytical approximate solution based on the Rayleigh–Ritz method with the use of orthogonal polynomials as coordinate function. A high degree of correlation between computational analysis and experimental results was observed, proving the potentiality of the optical technique as experimental validation of the numerical simulations.