光源良好的平均波長穩定性是保證光纖陀螺標度因子穩定性的重要條件。而光纖光源平均波長的變化主要源于環境溫度的變化。為了使光源獲得更好的輸出特性,需要對光源泵浦溫度進行精密控制。文中闡述了一種基于fpga和max1968芯片設計的光纖陀螺用光纖光源泵浦溫度自動控制(atc)技術。控制過程中提出了一種新的控制算法--遞進式pid。與傳統pid算法相比,遞進式pid算法的最大特點是其各個參數可以隨外界環境而變化。經試驗測定,泵浦的溫度穩定性能夠穩定在±0.03℃以內,因而泵浦具有很好的平均波長穩定性。

為優化雙程后向結構的摻鉺光源,分析了光纖長度、泵浦功率和溫度的變化對光源平均中心波長的影響,初步確定了摻鉺光纖長度的優化范圍,并在全溫度范圍內進行實驗驗證。實驗選用的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,光源的平均波長穩定性為0.6℃-1。通過建立光譜分布優化仿真模型,實現輸出光譜的近高斯分布,3db帶寬達到32nm。經過優化后得到的摻鉺光纖光源具有輸出功率高、平均波長穩定性好、輸出光譜呈高斯分布等優勢,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。光纖的性能參數直接決定光纖陀螺的性能。常規硅芯光纖制造工藝比較成熟,但受限于物理條件,"克爾效應"、"瑞利背向散射效應"、"法拉第效應"和"舒珀效應"影響比較大。近年來,基于光子帶隙效應的導光機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用在光纖陀螺制造中。介紹空芯光子帶隙光纖的性能特點,尤其是相比常規硅芯光纖的優勢;空芯光子帶隙光纖的技術發展潛力;展望其在光纖陀螺中的應用前景。

針對光纖線圈較容易受溫度影響的問題,從熱至應力的角度,推導了由熱應力導致的光纖陀螺的相位差離散數學公式,并在此基礎上,對四級對稱繞法繞制的無骨架光纖環建立了有限元模型。結合光纖陀螺工作環境的載荷和邊界條件對其不同溫度下的熱應力分布進行仿真分析。仿真分析結果表明,光纖環內側受到的熱應力較大,高低溫下熱應力值分別達到最大和最小,與實際實驗結論相符,驗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熱應力及溫度的相關問題。

雙干涉光纖陀螺是一種新型光纖陀螺,可加倍sagnac信號,具有輕小型、高信噪比的優點.為改善雙干涉光纖陀螺光纖環的溫度性能,針對其光路建立了光纖環溫度致非互易誤差模型,仿真分析了光纖環中90°熔點位置對溫度致非互易誤差的影響,提出了將90°熔點置于光纖環中點時陀螺的溫度致非互易誤差將顯著減小,并進行了實驗驗證,實驗結果與理論分析相符.結果表明將90°熔點置于光纖環中點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誤差數學離散公式的基礎上,建立四極對稱法繞制光纖環的有限元模型,分析多材料組成下的光纖環在仿真時所需的綜合物性參數.結合光纖陀螺工作環境的載荷和邊界條件,對某型光纖環進行數值仿真,定量分析了光纖陀螺在工作溫度下光纖環的shupe誤差,驗證了模型建立的正確性.在此條件下,分析光纖環的結構參數、熱學參數和熱擾動參數對shupe誤差的影響.結果表明:通過增加繞制層數,提高導熱系數,合理布置熱源,可以明顯抑制光纖環的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定性,減少其對光纖陀螺輸出的影響,首先建立了耦合器分光比與各參數間關系的數學模型,分析了環境變化對單模耦合器分光比穩定性的影響;其次建立了分光比穩定性與光纖陀螺輸出誤差間關系的數學模型,仿真與實驗結果表明,當光纖陀螺存在角加速度時,光纖耦合器分光比變化率越大,光纖陀螺輸出誤差越大。當分光比變化率△c.r>1.4e-03/s,不到1min即可使光纖陀螺輸出誤差ε>0.001(°)/h,對中高精度光纖陀螺的輸出準確度將造成嚴重影響。提出了降低光纖耦合器分光比變化率的一些方法,對光纖陀螺的光路設計和耦合器的適當選取具有較大參考價值。

分析了光纖陀螺用探測器模塊在輻照條件下的失效模式,針對元器件的材料、結構、表面處理等方面提出了抗輻射的設計方案,測試了采用該方案設計的探測器模塊的參數隨輻照的變化情況,結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計要求,研究了一種新穎的收發一體模塊,從對sld光源進行建模入手,設計了小型化的光學系統。并用zemax軟件進行了仿真。這種收發模塊采用全保偏技術,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。與應用較為廣泛的混偏技術相比,可以避免溫度變化、振動等原因對光纖陀螺系統精度的影響,從而提高光纖陀螺的整體性能。

針對油氣井測量所面臨的小口徑、高溫、高沖擊等環境挑戰,研究了一種應用小口徑光纖陀螺和mems加速度計構成的新型油氣井用快速定向測斜系統,為確保該環境下的測量精度,提出了快速粗測與精測相結合的方法,設計了優化的二位置尋北方案,通過旋轉自動調整測量位置,并用小波濾波對信號進行處理,以實現儀器快速精密定向測斜。論文給出了系統方案、尋北測斜算法和小波濾波算法。測試結果表明:該系統90s定向精度優于±1°,傾角精度達到±0.1°以內,信號傳輸距離超過9000m。該方案采用了固態結構的慣性敏感器,使系統抗沖擊能力大大提高,可靠性增強,各主要指標均優于傳統動調式定向儀,非常適合全天候野外作業環境,具有廣闊的應用前景。

針對全數字閉環光纖陀螺,分析階梯波復位不理想時對陀螺標度因數和零偏穩定性的影響。在陀螺閉環系統中加入第二反饋回路,可實現調制通道增益自動調整。研究了復位誤差的解調原理,在采用積分控制規律的基礎上,推導回路的傳遞函數,并分析系統的過渡過程和穩態誤差。實驗結果表明,加入第二反饋回路可以在不干擾主回路工作情況下,消除復位誤差,改善陀螺性能。

目前彈載慣性測量組合測試標定精度受外界干擾影響較大,特別是光纖陀螺溫度穩定性低,易受環境溫度影響參數變化,導致誤差補償效果不好。針對該問題,提出設計一種光纖陀螺旋轉慣性測量組合。在慣性測量組合外加旋轉軸,在導彈飛行過程中使慣性測量組合繞旋轉軸連續旋轉,將射前補償不完全誤差調制為周期項,從而達到誤差自補償的效果。理論分析和仿真結果表明,通過旋轉不僅能自動補償與轉軸垂直方向慣性儀表的常值誤差和部分安裝誤差,而且能補償加速度計部分一次項誤差、二次項誤差和部分交叉軸耦合項誤差,選擇合適的旋轉方案還可以完全消除旋轉速度與陀螺儀標度因數誤差、安轉誤差的耦合誤差。

電錘是一種常見的電動工具,以其獨特且強大的鉆孔功能和便捷的使用方式廣泛應用于建筑和裝飾等工程領域。特別是在室內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常發生一些傷人事故,嚴重地威脅作業人員的人身安全。例如在鋼筋混凝土鉆孔作業時,一旦鉆頭遇到鋼筋突然卡住,扭矩瞬間加大,致使錘身發生反轉而扭傷作業人員的手臂,輕者會造成作業人員軟組織扭傷,重者則會讓作業人員的骨折乃至有生命危險。因此,電錘的安全性就成為電錘設計的重要內容。

為了研究在地面環境下模擬分析空間用光纖陀螺輸出特性,對光纖陀螺靜態高速輸出連續相同數據的特性展開了研究。通過對光纖陀螺系統建模,研究了前向增益與兩種陀螺輸出濾波器的特性。提出了一種計算光纖陀螺靜態條件下輸出連續相同數據概率的方法。通過理論計算、仿真、實驗相結合的研究方法,相互驗證了其正確性,發現陀螺輸出連續五次相同的概率的量級為10-11,發生的概率極小,為空間應用光纖陀螺系統時鐘故障診斷提供了參考。通過研究發現陀螺前向增益越小,越容易導致陀螺輸出連續相同的數據;陀螺濾波器對陀螺輸出連續相同數據的固有特性有重要的影響;平滑濾波器較fir濾波器更容易導致輸出連續相同的數據。

系統研究和分析了國產超輻射發光二極管(sld)光源的熱敏電阻器的全溫溫度特性。試驗和分析結果表明:不同sld光源內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光源的監測熱敏電阻器與控制熱敏電阻器差異較大,已失去監測價值;熱敏電阻器與溫度的關系更接近steinhart-hart方程,而非普遍使用的指數形式;在中精度光纖陀螺的溫控范圍內,熱敏電阻器的溫度系數為435±10ω/℃,而不是普遍認為的500ω/℃。該結果一方面為設計數字化溫度控制方案提供了更為嚴格的熱敏電阻器的溫度模型,另一方面,細化了光源溫控精度的評價標準,可進一步提高溫控效果。

精心整理 第四章工程實現 fogss是一個精密的機電系統裝置。通過工程設計工作，基本完成了前階段預期期間的 工程要求，同時發現了一些技術上的問題。本章將就硬件配置、控制系統綜合、軟件設計展 開討論。 4.1硬件組成 硬件系統的基本框圖如圖4-1所示。系統由從結構上由兩大塊組成：外框架回路（組件 名稱上標注1）和內框架回路（組件名稱上標注2），內環對外環有耦合作用，為了設計方便， 通過光電編碼器對環架進行了解耦。這樣，每個環架實現了單入單出，并且環架的控制律的 設計是類似的。 在硬件設計上，作了以下考慮： 1.采用工業pc和運動控制卡go400組成控制計算機系統。 這樣可以避免設計繁雜的硬件電路，并且可以使用pc機功能齊全的軟件系統，便于 軟件編程和系統調試。 2.采用compumotor公司的直接驅動方式的無刷直流電機作為執行器。 直接驅動電機的精度較高，而且可

慣性技術課件15--光纖陀螺(哈工大版,1-16全)

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 原理而達成的光傳導工具。微細的光纖封裝在塑料護套中，使得它能夠彎曲而不 至于斷裂。通常，光纖的一端的發射裝置使用發光二極管（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，由于光在光導纖維的傳導損耗比電在電線傳導 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名詞會被混 淆.多數光纖在使用前必須由幾層保護結構包覆,包覆后的纜線即被稱為光纜.光 纖外層的保護結構可防止周圍環境對光纖的傷害,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

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， 這光纖結構最 單，制作最容易，但模色散大，帶寬窄，已經很少使用。 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，這種光纖減小了模色散， 提高了帶寬。 單模光纖有g652、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 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，參雜過多會因材料色散損耗增加光纖的衰減，因此相對折 射率差△偏低（約為

4一階躍折射率光纖，纖芯半徑a=25μm，折射率n1=1.5，相對折射率差△=1%，長度l=1km。 求：（1）光纖的數值孔徑na；（2）子午線線的最大時延差 （3）若將光纖的包層和涂覆層去掉，求裸光纖的na和最大時延差 答：（1）na=sinmax=≈ ∴na≈1.5≈0.212, (2)△=≈△l/c ∴△≈(1)/=s=50ns (3)na=sinmax= ∴na=≈1.118，，不符合物理意義∴na=1 △=≈（）==2.5μs 5.在半導體激光器p-i曲線中，那些范圍對應于熒光？那段范圍對應于激光？ 縱軸：輸出功率 橫軸：激光器驅動電流 受激輻射：激光輸出自發輻 射：熒光輸出 當注入電流較小，小于閾值 電流時，對應熒光。當注入 電流達到閾值之后，對應激 光。 2、一個ge二極