数字谐振式光纤陀螺的理论和实验研究

摘要

该文首先介绍了谐振式光纤陀螺的基本原理,对其关键器件-谐振腔的谐振特性做了分析,重点分析了在激光器频宽一定的条件下谐振腔的输出特性,并最终将其转化为包含了激光器频宽的洛伦兹函数形式.根据此输出特性,计算了激光器频宽对谐振腔的归一化传递函数的影响.也分析了激光器对谐振腔的关键参数之一——自由谱线宽度(Free Spectral Range,FSR)的影响.该文还讨论了一利闭环谐振式光纤陀螺的方案,并做了原理分析.根据实际设计的需要,该文从理论上简要分析了信号处理电路的参数设计.由于线性相位调制器在谐振式光纤陀螺的检测过程中起到重要的作用,该文分析了由于相位调制器调制问题引入的边带频率效应,提出了消除边带频率和如何利用边带频率的方法.该文还证明如何用低位数的D/A实现高位数D/A功能的问题,并详细的讨论了实现方案,从理论上证明了此方案的可行性.此方案允分的考虑了数字电路的特点,实现过程简单,不需要DSP进行复杂的运算,而且实现精度高,几乎可以无误差的实现.该文最后采用三种不同的方法对谐振式光纤陀螺进行了开环和闭环的实验测试,并取得了以下实验结果:1、用频宽1MHz的LD作光源,采用电流注入调频的方法,观测到了谐振腔的输出特性曲线.证明了实验采用的激光器可以通过注入电流的方法实现调频.2、用改变谐振腔腔长的方法,观测到了更为清晰的谐振曲线.证明采用改变腔长的方法来实现调频,比采用电流调频的方法可能更为优越.3、采用电流注入法,在谐振点附近进行正弦调制,实现了对谐振点的短时间锁定,达到了闭环光纤陀螺设计的首要基本要求.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.1.1光纤陀螺的应用

1.1.2光纤陀螺的发展历史和研究现状

1.2谐振式光纤陀螺的研究进展

1.3本论文的意义和工作

第二章谐振式光纤陀螺的原理分析

2.1 SAGNAC效应和谐振式光纤陀螺的工作原理

2.1.1 Sagnac效应

2.1.2谐振式光纤陀螺原理概述

2.2环形谐振腔谐振特性分析

2.2.1环形谐振腔基本参数

2.2.2环形谐振腔谐振特性分析

2.3数值计算

2.3.1激光器频宽对FRR归一化传递系数的影响

2.3.2激光频宽对谐振腔精细度的影响

2.4小结

第三章谐振式光纤陀螺系统设计和性能分析

3.1谐振式光纤陀螺的设计方案和信号检测原理

3.1.1谐振式光纤陀螺方案设计

3.1.2谐振式光纤陀螺方案原理

3.2相位调制器边带频率效应理论分析

3.2.1锯齿波调制波形失真产生边带效应分析

3.2.2相位调制器的边带性能优化分析

3.2.3陀螺解决边频效应的意义

3.3数字阶梯波控制相位调制器分析和实现方案

3.4小结

第四章谐振式光纤陀螺的实验研究

4.1谐振式光纤陀螺关键元器件测试

4.1.1光学器件相位调制器性能测试和分析

4.1.2激光器控制电路性能简介

4.2环形谐振腔谐振特性测试

4.2.1锯齿波扫描检测谐振现象

4.2.2改变谐振腔长度测试谐振特性和结果分析

4.2.3谐振式光纤陀螺系统闭环测试

4.3小结

第五章总结

致谢

参考文献