光纤陀螺SLD光源的驱动控制研究

光纤陀螺（FOG）作为一种新型角速度传感器正在飞速发展。SLD（超辐射二极管）光源的稳定性对光纤陀螺的性能有极其重要的影响。从分析SLD的特性及FOG对其驱动控制的要求出发，提出了几种驱动控制实现方案，并对其可行性进行验证。     

基于漂移布朗运动的光纤陀螺加速贮存寿命评估

众多"长期贮存,一次使用"的军事应用需求决定了光纤陀螺的贮存寿命指标的重要性,为此针对在贮存期内具有长寿命、高可靠性特点的光纤陀螺,实施加速贮存退化试验,并采用基于漂移布朗运动的方法,对光纤陀螺的贮存寿命与可靠性进行评估.依据光纤陀螺的贮存故障模式影响及危害性分析结果,确定了加速模型,并结合线性漂移布朗运动的特点,建立了光纤陀螺可靠性评估模型.利用加速贮存退化试验的试验数据对光纤陀螺贮存寿命进行评估,得到了评估结果,从而验证了方法的适用性.     

驱动电路一致性对光纤陀螺用SLD光源特性的影响

针对目前同批次驱动电路对同一光源控制效果存在差异的问题,开展器件一致性对光纤陀螺用SLD光源特性影响的研究,找到影响驱动电路一致性的关键部位,并提出解决方案,从而规范驱动电路制作过程。理论分析结果表明:造成温控电路差异的因素由大到小依次是惠斯通桥两臂电阻偏差、热敏电阻与同臂电阻偏差、正/负电源精度、运算放大器输入失调电压,以及积分电路的运放精度;造成恒流源电路差异的因素主要是指示器误差、驱动电流漂移误差和恒流源器件选配误差;通过采取元器件配对、调试、更换高精度器件等措施,可消除或大幅降低上述电路差异。试验结果证明,按照理论规范生产的驱动电路板一致性显著提高,可达到同类进口驱动电路的水平。     

基于空间应用环境的光纤陀螺可靠性分析

根据光纤陀螺应用于空间应具有长寿命高可靠性的要求,对空间应用环境进行了分析,结合空间应用的环境,采用故障树分析的方法对数字闭环干涉式光纤陀螺进行了可靠性分析.根据可靠性分析的结果,找出了光纤陀螺的薄弱环节,并对重要且出现故障概率大的器件如光源和光纤环的故障机理进行了分析,提出了改进设计措施,并已应用在光纤陀螺产品的设计中.     

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。     

基于超细径光纤的高精度光纤陀螺

在应用系统的牵引及光学器件技术的推动下,工程化光纤陀螺朝着小型化、轻量化、高精度方向发展,设计了一种基于新型超细径(60/100)光纤制作的高精度光纤陀螺。相比于传统细径保偏光纤,新型超细径光纤可增加光纤的抗弯曲程度,也可使光纤环圈的绕制半径减少;同时,由于光纤变细,光纤环厚度减小,当环境温度改变时,内外层光纤温度差减小,有利于改善光纤陀螺环圈全温性能,提高光纤陀螺温度特性。首先研究了新型超细径光纤纤芯、包层结构设计,在此基础上为针对性提高涂覆胶体、绕环胶体材料的可靠性,建立了胶体材料性能随时间退化的模型;随后,基于上述新型光纤和小型化宽谱ASE光源,成功搭建了高精度光纤陀螺仪样机,陀螺整机尺寸为70 mm×70 mm×35 mm,陀螺测试零偏稳定性可达0.007°/h,可以满足陀螺小型化、轻量化、高精度需求。     

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。     

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。     

陀螺用超细径保偏光纤机械强度评估方法

针对陀螺应用场景下超细径保偏光纤机械强度评估需求,提出一种基于可拉伸骨架的超细径保偏光纤强度评估方法,超细径保偏光纤绕制于可拉伸骨架之上形成光纤环圈可模拟出成环应力过程,采用该光纤环圈构建光纤陀螺,环圈骨架内的压电堆栈可驱动骨架带动超细径保偏光纤周期性拉伸,对超细径保偏光纤起到应力激励施加效果可激发光纤疲劳以实现光纤强度快速评估与筛选,同时在超细径保偏光纤内形成相位调制功能以实现陀螺偏置调制,陀螺信号长期输出变化情况可表征超细径保偏光纤力学特性优劣。该方法能够体现出超细径保偏光纤成环应力施加的复杂性和陀螺应用光纤长期张紧、弯曲等条件下应力长期演变性,有助于陀螺用超细径保偏光纤强度评估与筛选。     

光子晶体光纤陀螺技术及其首次空间试验

光子晶体光纤具有抗辐射、抗弯曲、抗磁场干扰和温度敏感性低等优势,是空间用光纤陀螺的理想选择.针对空间用光纤陀螺,提出了四层孔和双层孔陀螺用光子晶体光纤结构,突破了光子晶体光纤长距离拉制关键技术,批量制备了陀螺用长距离低损耗实芯光子晶体光纤与空芯光子晶体光纤,利用开发的光子晶体光纤周向散射、背向散射、温度、磁等性能测试设...     

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。     

消除光纤陀螺死区的方法研究

光纤陀螺的工作原理和检测方法使得它从理论上将不存在死区，光纤陀螺的死区是因为电路的交叉耦合以及输出方式造成的。文中阐述了光纤陀螺死区的测量方法，分析和推导了死区产生的机理，提出了通过引入正弦信号减小或消除死区的具体措施，并进行了试验验证。结果表明，该措施可以大大减小或消除光纤陀螺死区，同时对陀螺的静态精度不产生影响。     

基于FPGA的数字闭环光纤陀螺研究

着重对全数字闭环光纤陀螺的信号处理方法进行了详细的分析，指出了闭环控制系数A和K对闭环控制的影响，同时研究了基于FPGA的数字闭环控制系统实现方法以及利用VHDL语言进行FPGA软件设计的优点，并给出了基于FPGA设计的光纤陀螺的实验结果。     

4J32芯轴式环圈骨架对光纤陀螺性能的改善

应力和温度是影响光纤陀螺特性的两个重要因数,环圈骨架是它们对光纤环施加影响的载体。本试验所制作的4J32芯轴式环圈骨架具有良好的热对称结构,低的热导率,以及几乎与光纤纤芯一致的热膨胀系数,所以它不仅可以降低光纤环轴向温度梯度,减小光纤环整体的温度梯度变化率,而且也能有效地减小环圈骨架和光纤环之间因热膨胀不一致导致的热应力对陀螺的影响。通过理论和有限元分析,结合多个光纤环样本的试验,可以看到:4J32芯轴式环圈骨架相对铝材料的骨架,其对陀螺的整体性能有将近一倍的改善作用。     

干涉型光纤陀螺中的偏振光干涉

针对采用质子交换式波导和全保偏光路的光纤陀螺,利用双波束干涉法将光纤环圈中存在的与偏振模式相关的干涉场进行了分析,推导出每种干涉场对主干涉波的幅度及相位扰动的表达式。在此基础上分析了一些关键参数对陀螺偏振噪声的影响,提出抑制光路中寄生偏振干涉场的建议。     

光纤陀螺捷联姿态算法的改进研究

传统的捷联姿态算法一般只采用陀螺角增量信号来进行设计，当应用于由输出为角速率的干涉型光纤陀螺构成的捷联姿态系统时，不仅在精度上存在局限，而且还由于通过角速率提取角增量而带来更大误差。因此，同时利用角速率及角增量信号，优化设计出一类新的旋转矢量姿态算法，给出了算法的圆锥误差表达式，并进行了仿真分析。结果表明，新的算法精度较传统算法有显提高。     

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。     

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。