光纖陀螺

光源良好的平均波長穩(wěn)定性是保證光纖陀螺標(biāo)度因子穩(wěn)定性的重要條件。而光纖光源平均波長的變化主要源于環(huán)境溫度的變化。為了使光源獲得更好的輸出特性,需要對(duì)光源泵浦溫度進(jìn)行精密控制。文中闡述了一種基于fpga和max1968芯片設(shè)計(jì)的光纖陀螺用光纖光源泵浦溫度自動(dòng)控制(atc)技術(shù)?？刂七^程中提出了一種新的控制算法--遞進(jìn)式pid。與傳統(tǒng)pid算法相比,遞進(jìn)式pid算法的最大特點(diǎn)是其各個(gè)參數(shù)可以隨外界環(huán)境而變化。經(jīng)試驗(yàn)測定,泵浦的溫度穩(wěn)定性能夠穩(wěn)定在±0.03℃以內(nèi),因而泵浦具有很好的平均波長穩(wěn)定性。

為優(yōu)化雙程后向結(jié)構(gòu)的摻鉺光源,分析了光纖長度、泵浦功率和溫度的變化對(duì)光源平均中心波長的影響,初步確定了摻鉺光纖長度的優(yōu)化范圍,并在全溫度范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)選用的980nm泵浦源電流為110ma,摻鉺光纖的長度為12.5m,該裝置的輸出功率為13.26mw,光源的平均波長穩(wěn)定性為0.6℃-1。通過建立光譜分布優(yōu)化仿真模型,實(shí)現(xiàn)輸出光譜的近高斯分布,3db帶寬達(dá)到32nm。經(jīng)過優(yōu)化后得到的摻鉺光纖光源具有輸出功率高、平均波長穩(wěn)定性好、輸出光譜呈高斯分布等優(yōu)勢,是高精度光纖陀螺的理想光源。

光纖是光纖陀螺的核心器件之一。光纖的性能參數(shù)直接決定光纖陀螺的性能。常規(guī)硅芯光纖制造工藝比較成熟,但受限于物理?xiàng)l件,"克爾效應(yīng)"、"瑞利背向散射效應(yīng)"、"法拉第效應(yīng)"和"舒珀效應(yīng)"影響比較大。近年來,基于光子帶隙效應(yīng)的導(dǎo)光機(jī)制與傳輸特性制成的在空氣中傳輸光線的空芯光子帶隙光纖逐漸應(yīng)用在光纖陀螺制造中。介紹空芯光子帶隙光纖的性能特點(diǎn),尤其是相比常規(guī)硅芯光纖的優(yōu)勢;空芯光子帶隙光纖的技術(shù)發(fā)展?jié)摿?展望其在光纖陀螺中的應(yīng)用前景。

針對(duì)光纖線圈較容易受溫度影響的問題,從熱至應(yīng)力的角度,推導(dǎo)了由熱應(yīng)力導(dǎo)致的光纖陀螺的相位差離散數(shù)學(xué)公式,并在此基礎(chǔ)上,對(duì)四級(jí)對(duì)稱繞法繞制的無骨架光纖環(huán)建立了有限元模型。結(jié)合光纖陀螺工作環(huán)境的載荷和邊界條件對(duì)其不同溫度下的熱應(yīng)力分布進(jìn)行仿真分析。仿真分析結(jié)果表明,光纖環(huán)內(nèi)側(cè)受到的熱應(yīng)力較大,高低溫下熱應(yīng)力值分別達(dá)到最大和最小,與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)論相符,驗(yàn)證了分析方法與建模的正確性。此研究方法具有通用性,還可用于分析其他繞制方法繞制的光纖環(huán)熱應(yīng)力及溫度的相關(guān)問題。

雙干涉光纖陀螺是一種新型光纖陀螺,可加倍sagnac信號(hào),具有輕小型、高信噪比的優(yōu)點(diǎn).為改善雙干涉光纖陀螺光纖環(huán)的溫度性能,針對(duì)其光路建立了光纖環(huán)溫度致非互易誤差模型,仿真分析了光纖環(huán)中90°熔點(diǎn)位置對(duì)溫度致非互易誤差的影響,提出了將90°熔點(diǎn)置于光纖環(huán)中點(diǎn)時(shí)陀螺的溫度致非互易誤差將顯著減小,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析相符.結(jié)果表明將90°熔點(diǎn)置于光纖環(huán)中點(diǎn)可使雙干涉光纖陀螺的溫度致非互易誤差降低為原來的1/400.

在光纖陀螺shupe誤差數(shù)學(xué)離散公式的基礎(chǔ)上,建立四極對(duì)稱法繞制光纖環(huán)的有限元模型,分析多材料組成下的光纖環(huán)在仿真時(shí)所需的綜合物性參數(shù).結(jié)合光纖陀螺工作環(huán)境的載荷和邊界條件,對(duì)某型光纖環(huán)進(jìn)行數(shù)值仿真,定量分析了光纖陀螺在工作溫度下光纖環(huán)的shupe誤差,驗(yàn)證了模型建立的正確性.在此條件下,分析光纖環(huán)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、熱學(xué)參數(shù)和熱擾動(dòng)參數(shù)對(duì)shupe誤差的影響.結(jié)果表明:通過增加繞制層數(shù),提高導(dǎo)熱系數(shù),合理布置熱源,可以明顯抑制光纖環(huán)的shupe誤差,從而提高光纖陀螺的溫度性能.

為提高光纖耦合器性能穩(wěn)定性,減少其對(duì)光纖陀螺輸出的影響,首先建立了耦合器分光比與各參數(shù)間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,分析了環(huán)境變化對(duì)單模耦合器分光比穩(wěn)定性的影響;其次建立了分光比穩(wěn)定性與光纖陀螺輸出誤差間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)光纖陀螺存在角加速度時(shí),光纖耦合器分光比變化率越大,光纖陀螺輸出誤差越大。當(dāng)分光比變化率△c.r>1.4e-03/s,不到1min即可使光纖陀螺輸出誤差ε>0.001(°)/h,對(duì)中高精度光纖陀螺的輸出準(zhǔn)確度將造成嚴(yán)重影響。提出了降低光纖耦合器分光比變化率的一些方法,對(duì)光纖陀螺的光路設(shè)計(jì)和耦合器的適當(dāng)選取具有較大參考價(jià)值。

分析了光纖陀螺用探測器模塊在輻照條件下的失效模式,針對(duì)元器件的材料、結(jié)構(gòu)、表面處理等方面提出了抗輻射的設(shè)計(jì)方案,測試了采用該方案設(shè)計(jì)的探測器模塊的參數(shù)隨輻照的變化情況,結(jié)果表明模塊的抗輻照效果明顯,能夠滿足探測器組件抗輻射的要求。

基于干涉型光纖陀螺的小型化和工程化設(shè)計(jì)要求,研究了一種新穎的收發(fā)一體模塊,從對(duì)sld光源進(jìn)行建模入手,設(shè)計(jì)了小型化的光學(xué)系統(tǒng)。并用zemax軟件進(jìn)行了仿真。這種收發(fā)模塊采用全保偏技術(shù),體積小,可靠性高,可以有效地抑制光源與耦合器的串音干擾。與應(yīng)用較為廣泛的混偏技術(shù)相比,可以避免溫度變化、振動(dòng)等原因?qū)饫w陀螺系統(tǒng)精度的影響,從而提高光纖陀螺的整體性能。

針對(duì)油氣井測量所面臨的小口徑、高溫、高沖擊等環(huán)境挑戰(zhàn),研究了一種應(yīng)用小口徑光纖陀螺和mems加速度計(jì)構(gòu)成的新型油氣井用快速定向測斜系統(tǒng),為確保該環(huán)境下的測量精度,提出了快速粗測與精測相結(jié)合的方法,設(shè)計(jì)了優(yōu)化的二位置尋北方案,通過旋轉(zhuǎn)自動(dòng)調(diào)整測量位置,并用小波濾波對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理,以實(shí)現(xiàn)儀器快速精密定向測斜。論文給出了系統(tǒng)方案、尋北測斜算法和小波濾波算法。測試結(jié)果表明:該系統(tǒng)90s定向精度優(yōu)于±1°,傾角精度達(dá)到±0.1°以內(nèi),信號(hào)傳輸距離超過9000m。該方案采用了固態(tài)結(jié)構(gòu)的慣性敏感器,使系統(tǒng)抗沖擊能力大大提高,可靠性增強(qiáng),各主要指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)動(dòng)調(diào)式定向儀,非常適合全天候野外作業(yè)環(huán)境,具有廣闊的應(yīng)用前景。

針對(duì)全數(shù)字閉環(huán)光纖陀螺,分析階梯波復(fù)位不理想時(shí)對(duì)陀螺標(biāo)度因數(shù)和零偏穩(wěn)定性的影響。在陀螺閉環(huán)系統(tǒng)中加入第二反饋回路,可實(shí)現(xiàn)調(diào)制通道增益自動(dòng)調(diào)整。研究了復(fù)位誤差的解調(diào)原理,在采用積分控制規(guī)律的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)回路的傳遞函數(shù),并分析系統(tǒng)的過渡過程和穩(wěn)態(tài)誤差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,加入第二反饋回路可以在不干擾主回路工作情況下,消除復(fù)位誤差,改善陀螺性能。

目前彈載慣性測量組合測試標(biāo)定精度受外界干擾影響較大,特別是光纖陀螺溫度穩(wěn)定性低,易受環(huán)境溫度影響參數(shù)變化,導(dǎo)致誤差補(bǔ)償效果不好。針對(duì)該問題,提出設(shè)計(jì)一種光纖陀螺旋轉(zhuǎn)慣性測量組合。在慣性測量組合外加旋轉(zhuǎn)軸,在導(dǎo)彈飛行過程中使慣性測量組合繞旋轉(zhuǎn)軸連續(xù)旋轉(zhuǎn),將射前補(bǔ)償不完全誤差調(diào)制為周期項(xiàng),從而達(dá)到誤差自補(bǔ)償?shù)男Ч?。理論分析和仿真結(jié)果表明,通過旋轉(zhuǎn)不僅能自動(dòng)補(bǔ)償與轉(zhuǎn)軸垂直方向慣性儀表的常值誤差和部分安裝誤差,而且能補(bǔ)償加速度計(jì)部分一次項(xiàng)誤差、二次項(xiàng)誤差和部分交叉軸耦合項(xiàng)誤差,選擇合適的旋轉(zhuǎn)方案還可以完全消除旋轉(zhuǎn)速度與陀螺儀標(biāo)度因數(shù)誤差、安轉(zhuǎn)誤差的耦合誤差。

電錘是一種常見的電動(dòng)工具,以其獨(dú)特且強(qiáng)大的鉆孔功能和便捷的使用方式廣泛應(yīng)用于建筑和裝飾等工程領(lǐng)域。特別是在室內(nèi)外懸掛安裝工程等方面更是不可或缺。然而,在電錘的使用過程中卻經(jīng)常發(fā)生一些傷人事故,嚴(yán)重地威脅作業(yè)人員的人身安全。例如在鋼筋混凝土鉆孔作業(yè)時(shí),一旦鉆頭遇到鋼筋突然卡住,扭矩瞬間加大,致使錘身發(fā)生反轉(zhuǎn)而扭傷作業(yè)人員的手臂,輕者會(huì)造成作業(yè)人員軟組織扭傷,重者則會(huì)讓作業(yè)人員的骨折乃至有生命危險(xiǎn)。因此,電錘的安全性就成為電錘設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

為了研究在地面環(huán)境下模擬分析空間用光纖陀螺輸出特性,對(duì)光纖陀螺靜態(tài)高速輸出連續(xù)相同數(shù)據(jù)的特性展開了研究。通過對(duì)光纖陀螺系統(tǒng)建模,研究了前向增益與兩種陀螺輸出濾波器的特性。提出了一種計(jì)算光纖陀螺靜態(tài)條件下輸出連續(xù)相同數(shù)據(jù)概率的方法。通過理論計(jì)算、仿真、實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法,相互驗(yàn)證了其正確性,發(fā)現(xiàn)陀螺輸出連續(xù)五次相同的概率的量級(jí)為10-11,發(fā)生的概率極小,為空間應(yīng)用光纖陀螺系統(tǒng)時(shí)鐘故障診斷提供了參考。通過研究發(fā)現(xiàn)陀螺前向增益越小,越容易導(dǎo)致陀螺輸出連續(xù)相同的數(shù)據(jù);陀螺濾波器對(duì)陀螺輸出連續(xù)相同數(shù)據(jù)的固有特性有重要的影響;平滑濾波器較fir濾波器更容易導(dǎo)致輸出連續(xù)相同的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)研究和分析了國產(chǎn)超輻射發(fā)光二極管(sld)光源的熱敏電阻器的全溫溫度特性。試驗(yàn)和分析結(jié)果表明:不同sld光源內(nèi)的熱敏電阻器特性存在不一致性,而不同廠家的光源之間的這種不一致性更為顯著;部分廠家的sld光源的監(jiān)測熱敏電阻器與控制熱敏電阻器差異較大,已失去監(jiān)測價(jià)值;熱敏電阻器與溫度的關(guān)系更接近steinhart-hart方程,而非普遍使用的指數(shù)形式;在中精度光纖陀螺的溫控范圍內(nèi),熱敏電阻器的溫度系數(shù)為435±10ω/℃,而不是普遍認(rèn)為的500ω/℃。該結(jié)果一方面為設(shè)計(jì)數(shù)字化溫度控制方案提供了更為嚴(yán)格的熱敏電阻器的溫度模型,另一方面,細(xì)化了光源溫控精度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),可進(jìn)一步提高溫控效果。

精心整理 第四章工程實(shí)現(xiàn) fogss是一個(gè)精密的機(jī)電系統(tǒng)裝置。通過工程設(shè)計(jì)工作，基本完成了前階段預(yù)期期間的 工程要求，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了一些技術(shù)上的問題。本章將就硬件配置、控制系統(tǒng)綜合、軟件設(shè)計(jì)展 開討論。 4.1硬件組成 硬件系統(tǒng)的基本框圖如圖4-1所示。系統(tǒng)由從結(jié)構(gòu)上由兩大塊組成：外框架回路（組件 名稱上標(biāo)注1）和內(nèi)框架回路（組件名稱上標(biāo)注2），內(nèi)環(huán)對(duì)外環(huán)有耦合作用，為了設(shè)計(jì)方便， 通過光電編碼器對(duì)環(huán)架進(jìn)行了解耦。這樣，每個(gè)環(huán)架實(shí)現(xiàn)了單入單出，并且環(huán)架的控制律的 設(shè)計(jì)是類似的。 在硬件設(shè)計(jì)上，作了以下考慮： 1.采用工業(yè)pc和運(yùn)動(dòng)控制卡go400組成控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 這樣可以避免設(shè)計(jì)繁雜的硬件電路，并且可以使用pc機(jī)功能齊全的軟件系統(tǒng)，便于 軟件編程和系統(tǒng)調(diào)試。 2.采用compumotor公司的直接驅(qū)動(dòng)方式的無刷直流電機(jī)作為執(zhí)行器。 直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的精度較高，而且可

慣性技術(shù)課件15--光纖陀螺(哈工大版,1-16全)

在熔融拉錐法制備保偏光纖耦合器工藝基礎(chǔ)上,對(duì)小尺寸、高溫度穩(wěn)定性保偏光纖耦合器的研制工藝進(jìn)行了研究.采用小火焰設(shè)計(jì)有效縮短了耦合器的封裝尺寸,保偏光纖耦合器幾何尺寸達(dá)到φ3mm×30mm.通過不同封裝工藝的實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了具有高溫度穩(wěn)定特性的保偏光纖耦合器,器件在全溫變化范圍(-40℃～60℃)內(nèi)分光比變化量小于2%,串音變化量小于3db.

光纖-光纜-光纖連接器,光纖插芯,光纖測試資料教材

光纖及光纖熔接

光纖和光纖尾纖 光纖 光纖是光導(dǎo)纖維的簡寫，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射 原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。微細(xì)的光纖封裝在塑料護(hù)套中，使得它能夠彎曲而不 至于斷裂。通常，光纖的一端的發(fā)射裝置使用發(fā)光二極管（lightemitting diode,led）或一束激光將光脈沖傳送至光纖，光纖的另一端的接收裝置使用光 敏元件檢測脈沖。在日常生活中，由于光在光導(dǎo)纖維的傳導(dǎo)損耗比電在電線傳導(dǎo) 的損耗低得多，光纖被用作長距離的信息傳遞。通常光纖與光纜兩個(gè)名詞會(huì)被混 淆.多數(shù)光纖在使用前必須由幾層保護(hù)結(jié)構(gòu)包覆,包覆后的纜線即被稱為光纜.光 纖外層的保護(hù)結(jié)構(gòu)可防止周圍環(huán)境對(duì)光纖的傷害,如水,火,電擊等.光纜分為:光纖, 緩沖層及披覆.光纖和同軸電纜相似，只是沒有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是光傳播的玻 璃芯。在多模光纖中，芯的直徑是15μm~50μm，大致與人的頭發(fā)

光纖分為多模光纖和單模光纖。 多模光纖分為階躍型多模光纖和梯度型多模光纖。 階躍型多模光纖---芯玻璃的折射率n1必須大于包層玻璃折射 率n2，在 玻璃與包層玻璃的界面上折射率呈階躍增大，且各自恒定不變， 這光纖結(jié)構(gòu)最 單，制作最容易，但模色散大，帶寬窄，已經(jīng)很少使用。 梯度型多模光纖---采用芯玻璃折射率自光纖芯軸最大n1處逐 漸減小至包層玻璃界面處n2的折射率分布做成精確的拋物線狀 （g=2）時(shí)，這種光纖減小了模色散， 提高了帶寬。 單模光纖有g(shù)652、g653、g654、g655、g656等類型。 單模光纖的纖芯直徑8-9um,外徑125um。 g652光纖---最長用的是簡單階躍匹配包層型和簡單階躍下凹內(nèi) 包層型。 簡單匹配包層型光纖性能稍差，一般采用參雜ge來提高纖芯折 射率，參雜過多會(huì)因材料色散損耗增加光纖的衰減，因此相對(duì)折 射率差△偏低（約為