光纤陀螺

摘要： 作为光纤陀螺误差的重要组成部分,随机噪声严重影响着光纤陀螺的精度,对光纤陀螺随机噪声进行准确建模和补偿是提升陀螺精度的有效方式。本文针对光纤陀螺随机噪声的复杂性,难以对其进行精确分析,ARIMA(auto-regressive moving average)模型Kalman滤波中有色噪声不能使用状态扩充法建模的问题,扩展了Harvey方程,实现有色噪声白化。同时,考虑先验噪声的不确定性以及模型参数在线更新导致的参数与状态噪声相互耦合,分析了动态Allan方差估计量测噪声的不足,使用VBAKF(variational Bayesian adaptive Kalman filter)实时修正滤波状态噪声与量测噪声。试验表明,Harvey法较传统滤波建模方式,随机噪声序列方差降低40%,Harvey法结合VBAKF使序列方差降低了54%;VBAKF较动态Allan方差,可以更好地估计量测噪声。结果表明,此方法可有效抑制随机噪声Kalman滤波中有色噪声和随机模型不准确的影响,提高随机误差补偿精度。

摘要： 光纤陀螺的温度特性分析在惯性导航领域具有鲜明的应用背景,对于培养学生的设计、建模和分析能力具有重要意义。传统课堂教学不能使学生对光纤陀螺温度特性有直观上的认识,为此该文基于MATLAB-GUI设计开发了光纤陀螺温度特性虚拟仿真教学平台。该平台主要包含基本参数设定模块、边界条件设定模块和仿真结果显示模块3个主要部分。通过该虚拟仿真系统能够向学生直观展示光纤陀螺在不同变温条件和不同结构设计条件下的误差输出特性,引导和培养学生的参数化设计思想,为学生今后开展相关研究奠定工程实践基础。

摘要： 目前,国内关于光纤陀螺和捷联系统技术的研究日趋成熟。随着新型光纤陀螺罗经可以大大提升舰船保障和生存能力,将逐步取代传统机电式平台罗经,成为航海领域的舰船首选航行保障设备。在对光纤陀螺罗经工作机理和关键技术深入分析的基础上,提出满足光纤陀螺罗经试验鉴定需求的试验理念和试验模式,利用该方法进行试验设计,对试验中的关键条件、主要指标和考核因素等重点方面进行详细的分析与阐述。通过陆上试验和航行试验,验证了研究在试验鉴定中具有一定的应用价值,同时可指导捷联航姿系统试验。

摘要： 采用定向钻进技术进行煤层中的瓦斯抽放是煤矿井下瓦斯治理最有效的方法。钻机开孔定向的精度决定其是否能够按照预定设计的轨迹钻进,是影响瓦斯抽采效果的因素之一。提出了一种新型的基于光纤陀螺和MEMS陀螺相结合的煤矿井下钻机开孔定向仪,系统中光纤陀螺和MEMS陀螺的精度决定钻机开孔定向的精度,减小其随机漂移是提高开孔精度的重要手段之一。提出了随机漂移误差的处理流程,建立了随机漂移误差的模型,在此基础上,通过卡尔曼滤波方式对随机漂移进行滤波处理,并进行Allan方差分析。分析结果表明,经过卡尔曼滤波后,陀螺的误差系数较滤波前明显减小,有效地抑制了噪声,验证了陀螺随机漂移建立模型的正确性。

摘要： 高精度光纤陀螺所用的基于放大自发辐射(ASE)效应的掺铒光纤光源光功率能够达到几毫瓦甚至几十毫瓦,由于功率较大,使陀螺的光源相对强度噪声(RIN)成为影响陀螺角度随机游走系数(ARW)的主要噪声,因此抑制RIN是提高高精度光纤陀螺性能的关键步骤之一,本文通过梳理了不同的RIN抑制方法的特点,对各类RIN抑制方法研究及应用进行综述。

摘要： 针对光纤陀螺温度漂移过程中,长时间序列的复杂程度分析问题,提出了一种新的排列熵计算模型。排列熵算法能够有效放大时间序列的微弱变化,且计算简单、效率高,在时间序列分析方面具有很好的效果。但时间序列长度对排列熵的影响较大,同时,长时间序列的排列熵算法效率较低。为了有效计算长漂移序列的排列熵,引入包络曲线思想并计算包络均值,提出了一种新的均值排列熵算法。实验结果表明,均值排列熵算法不依赖于光纤陀螺漂移数据序列长度,提高了计算效率,是一种稳定性强的非线性特征参数,能够有效衡量时间序列复杂程度。

摘要： 针对光纤陀螺惯性导航装置启动过程中非稳态温度场对光纤环性能的影响,构建了以四极对称绕法为基础的热漂移误差模型,理论分析了缓变温度条件下Shupe效应和热应力对零偏误差的影响,讨论了光纤环每层匝数与热效应误差的关系。提出了一种简单高效的光纤环温度性能评价试验方法,试验证明该方法具有较好的评估准确性。

摘要： 为了研究陀螺用光纤环保偏能力的温度稳定性,采用白光干涉仪测试了光纤环在-40~80°C范围内7个温度点的偏振耦合分布。从光纤双折射、整体偏振耦合幅值、局部大偏振耦合点三个方面对测试结果进行了分析。光纤双折射随环境温度的升高线性减小,80°C时光纤双折射相对于-40°C下降了13.73%,说明了温度越高光纤本身保偏能力越低。整体偏振耦合幅值表现出了以40°C为最低点的抛物线形温度分布,说明了绕环胶固化温度是影响光纤环在宽温域整体外应力的主要因素。分析了换层处的大耦合点偏振耦合幅值在低温下出现高低间隔分布的原因是光纤环与结构件的粘接胶采用高温固化方法造成的。三个方面的综合分析表明,环境温度与光纤拉丝温度的差值是影响光纤内应力的主要因素,绕环胶和粘接胶的固化温度是影响光纤外应力的主要因素。测试分析结果为后续优化光纤环的保偏能力温度稳定性提供了参考。

摘要： 针对低成本光纤陀螺的可靠性需求,结合实际应用环境,对某型光纤陀螺的温度场进行数值分析,并基于热设计的结构改进对此型光纤陀螺进行结构优化,从而在结构设计上最大程度抑制光纤环的Shupe误差,为光纤陀螺温度性能的提高打下基础。

摘要： 如果在现有光纤陀螺精度基础上进一步提高捷联惯性导航系统的导航精度,采用误差自补偿的旋转调制技术势在必行;连续旋转对准方式是光纤陀螺惯导系统实现高精度对准的一种有效技术手段;为了实现高精度的单轴旋转光纤陀螺捷联惯性导航系统,提出一种实现单轴旋转导航系统所需的低功耗、低成本、中精度旋转控制方案,一般往复旋转运动的理想效果是旋转机构围绕载体坐标系的基准角,作匀速的往复旋转;航向解藕往复旋转模式是航向追踪运动与往复旋转运动的两种矢量叠加;旋转机构的设计方案集电子、自控、软件、机械于一体,惯导中的惯性测量单元置于旋转机构上,直流电机通过变速箱轴承驱动旋转机构转动,通过测角装置上传角位置,旋转机构带动惯性测量单元以设定的速率和旋转方式进行旋转和定位;经过理论分析、设计和试验验证,该旋转控制机构控制精度良好,可靠性好,能够满足中高精度光纤陀螺捷联惯性导航系统的研制需求。

摘要： 本文介绍的"存储式光纤陀螺测斜探管"主要解决超高温大井深环境下钻孔轨迹测量"测斜探管"问题,它包括钻孔各孔深井段倾角、方位角、工具面向角及温度的测量.目标是攻克光纤陀螺传感器温度漂移、光纤陀螺惯测组合井下环境适应性、仪器外场标定技术和误差分析校正等关键技术,研制的超高温钻孔轨迹测量仪,使用环境温度可达270°C,环境压力120MPa,通过在高温地热能钻探工程、干热岩钻探工程、科学钻探工程、深部矿产资源勘探和深部油气资源勘探等工程中的应用,拓展应用领域,为超高温大深度钻井轨迹测量提供技术支撑.

摘要： 随着地震学的发展,旋转地震波被证实存在且包含潜在的地震信息,基于Sagnac效应的传感仪器使得直接测量旋转运动成为可能.本文展示了一种基于干涉光纤陀螺仪(IFOG)的便携式三分量宽带旋转地震仪,其自噪声在0.005～125Hz频段内约为1.2×10-7rads-1/√Hz,标度系数非线性度在-250°/s～+250°/s范围内低于10ppm(百万分之一).通过人工源地震实验,对比平移加速度记录的数据表明,三分量旋转地震仪可以获得良好的一致性.本文所研制的三分量旋转地震仪的性能及实验结果证明,光纤陀螺仪正成为探测地震旋转运动的首选仪器.

摘要： 重力梯度仪的研究有益于提升密度分布探测的精细度.本文提出了一种基于探测质量旋转运动的重力梯度新型测量方案,利用自噪声水平为1.7×10-8rad/s/√Hz的光纤陀螺干涉测量旋转运动角加速度.根据该方案设计了一种重力梯度测量装置,通过两中心对称分布的探测质量敏感重力梯度.静态测试结果表明,该装置推算测量分辨率可达3.24E@100s,初步验证了该装置对重力梯度的探测能力.

摘要： 光纤陀螺本身存在着诸多噪声源,考虑到其作为惯性导航系统的核心器件,陀螺的噪声和零偏稳定性成为系统性能实现的关键.为抑制陀螺的噪声、提高随机游走系数(RWC)性能,本文分析了影响陀螺随机游走系数的几种重要因素,提出了可通过匹配光纤陀螺参数、选择合适的调试技术来降低RWC,提高陀螺性能的方法.设计影响RWC的相关实验,在大量实测数据分析的基础上,通过光纤陀螺匹配合适参数,提高了陀螺RWC的性能水平.另外,在分析实验得到的陀螺采样时各采样参数数据,确定了各采样参数和RWC的关系,随后提出了一种合理确定陀螺采样占空比的方法.

摘要： 磁光法拉第(Faraday)效应能形成与sagnac效应无法区分的非互易性相移,导致输出误差.首先,建立光纤陀螺磁场模型,获得陀螺漂移与轴向磁场和径向磁场的关系;其次,建立了单轴磁致漂移简易模型,并对单轴简易模型进行仿真,获得线双折射、光纤扭转率和光纤长度与法拉第漂移的关系曲线,同时获得了这些因素对干涉对比度的影响;最后通过实验测量亥姆霍兹线圈在恒流下产生的磁场对光纤陀螺输出的影响,验证了法拉第相移与磁场强度成线性关系,通过对不同屏蔽情况的磁敏感性测试,获得了光纤陀螺的磁敏感性,并验证了光纤陀螺磁屏蔽外壳在削弱法拉第漂移方面有明显效果.

摘要： 全温标度因数变化大小直接影响光纤陀螺的应用效果.随着中高精度光纤陀螺在复杂工况下的广泛应用,对陀螺标度因数变化的要求也在不断提高.光纤长度和光纤环平均直径在全温范围内的变化量是全温标度因数变化最大的影响因素.本文介绍了控制该变化量的常规方式,并提出通过不同排纤方式和不同光纤环窗口比的方法来进一步减小这种变化量的方法.通过仿真和试验证实:某型中等精度光纤环在不同制作工艺条件下全温标度因数变化量有将近300ppm的差值.

摘要： 介绍了光纤陀螺在长期存储和高低温循环后标度因数重复性超差问题,指出了光纤环圈胶体对光纤陀螺长期可靠性影响的重要性.基于高分子黏弹特性及时温等效模型,分析了光纤陀螺环圈胶体性能参数对陀螺标度因数长期稳定性影响机理.设计了光纤陀螺环圈胶体影响分离试验,搭建了影响因素分离测试系统,并给出标度影响实验结果.结果表明,环圈胶体参数是影响陀螺长期可靠性的重要因素,通过优化胶体玻璃化转变温度、模量以及线胀系数等工艺参数可以显著改善陀螺长期可靠性.

摘要： 分形噪声是光纤陀螺的主要噪声源.为了能仿真产生光纤陀螺的分形噪声,本文通过分析分数布朗运动的功率谱密度,结合FFT变换,提出了一种直接的合成方法——傅立叶逆变换法.该方法不仅可以仿真1/f噪声,还可以仿真1/fβ噪声,只要指定不同的谱参数β,就可以构造出相应的光纤陀螺分形噪声时间序列.仿真结果显示其运算简单高效,为光纤陀螺的优化设计、性能评价和故障诊断提供了有效的手段.

摘要： 研究了环圈固化胶热机械性能对光纤陀螺标度因数长期稳定性的影响,从理论上对标度因数稳定性影响因素进行了研究,建立了仿真模型,利用动态热机械分析仪(DMA)对环圈固化胶进行了热机械性能测试,分析了全温条件下固化胶模量和玻璃化转变温度与光纤陀螺标度因数的关系.理论分析和实验结果表明:环圈固化胶应力松弛效应影响陀螺标度因数长期稳定性,玻璃化转变温度位置和模量及其变化对光纤陀螺标度因数重复性影响很大,模量相对变化大,导致标度因数长期稳定性偏差;玻璃化转变过程中模量剧烈变化,导致该温度范围标度因数重复性差.

摘要： 针对光纤捷联惯性导航系统精度对环境温度的敏感性,通过试验研究了环境温度变化对中等精度光纤陀螺零偏漂移特性的影响.在此基础上,基于典型光纤捷联惯性系统内部几何结构,提出了基于强制/自然对流和半导体加热/制冷的光纤捷联惯性系统内部环境主动式闭环热控制方法;建立了基于Boussinesq方程的光纤捷联惯性系统内部热环境的热力学模型;采用有限体积法对基于主动式闭环热控制的光纤捷联惯性系统内部热环境进行了仿真研究.光纤捷联惯性系统内部热环境的稳态和非稳态数值仿真结果表明,提出的基于强制/自然对流和半导体加热/制冷的主动闭环热控制方法能够有效地控制光纤捷联惯性系统内部的工作温度,从而为光纤陀螺的稳定工作提供良好的热环境,对提高光纤捷联惯性系统的温度适应性有重要意义.

摘要： 本发明公开了一种光纤陀螺用抗弯抗扭光纤，其为螺旋高双折射保偏光纤，在光纤横截面内，光纤的双折射取向沿光纤轴向方向呈周期性螺旋分布的方式变化，光纤的螺旋双折射结构的螺距是对应的非螺旋高双折射线保偏光纤的线偏振拍长的至少10倍。本发明还提供使用该光纤的传感光纤环和光纤陀螺。以熊猫光纤为例，本发明的光纤在未弯曲状态下两个应力区的位置是互相交替的，而在弯曲状态下两个应力区在光纤被弯曲的圆弧內缘和外缘也是互相交替变化的，因而实际光纤的弯曲效应被全部抵消了，且光纤随机扭转产生的圆双折射特性远远小于光纤本身螺旋结构产生的固有圆双折射特性，确保了其具有稳定的温度特性和抗弯抗扭的特性。

摘要： 本发明涉及无光纤熔接点的光纤陀螺，包括超辐射发光二极管、光纤耦合器、Y波导调制器、光纤环、第一光电探测器。光纤耦合器包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口；Y波导调制器包括一个第一端口和两个第二端口。光纤耦合器的第一端口与超辐射发光二极管直接连接，光纤耦合器的第三端口与第一光电探测器直接连接，光纤耦合器的第四端口与Y波导调制器的第一端口直接连接，光纤环与Y波导调制器的两个第二端口直接连接。光纤耦合器由第一光纤和第二光纤通过熔融拉锥的方法制作，光纤环由第三光纤绕制而成。本发明还涉及制作上述光纤陀螺的方法。本发明的无光纤熔接点的光纤陀螺具有较强的环境适应性，故障率、传输损耗均较低。

摘要： 本发明公开一种双偏振光纤陀螺中的偏振非互易误差消除方法及双偏振光纤陀螺。本方法为：将光源分别经一环形器输入两个Y波导，每一所述Y波导的两输出端分别将Y波导调制后的信号输入两偏振分束合束器的一偏振分束端；两所述偏振分束合束器的偏振合束端通过保偏光纤环连接；每一所述环形器分别与一光电探测器连接，用于采集通过所述Y波导输出的干涉信号；其中，两所述Y波导上施加的调制信号相位相反；采用开环陀螺中的谐波解调方法对两所述光电探测器采集的干涉信号进行解调。本发明能够在已有的双偏振光纤陀螺的结构上，在很大程度上降低偏振交叉耦合带来的非互易误差，使双偏振光纤陀螺的两个偏振态都得到使用。

摘要： 本发明公开了一种光纤陀螺用抗弯抗扭光纤，其为螺旋高双折射保偏光纤，在光纤横截面内，光纤的双折射取向沿光纤轴向方向呈周期性螺旋分布的方式变化，光纤的螺旋双折射结构的螺距是对应的非螺旋高双折射线保偏光纤的线偏振拍长的至少10倍。本发明还提供使用该光纤的传感光纤环和光纤陀螺。以熊猫光纤为例，本发明的光纤在未弯曲状态下两个应力区的位置是互相交替的，而在弯曲状态下两个应力区在光纤被弯曲的圆弧內缘和外缘也是互相交替变化的，因而实际光纤的弯曲效应被全部抵消了，且光纤随机扭转产生的圆双折射特性远远小于光纤本身螺旋结构产生的固有圆双折射特性，确保了其具有稳定的温度特性和抗弯抗扭的特性。

摘要： 本发明提供一种三轴光纤陀螺的光纤环绕制方法及三轴光纤陀螺，本发明通过对光纤陀螺光纤环进行拉偏试验，根据实际测试的结果选择各个光路需要保持的频率差，从而提高错频设计的准确性；通过在原有三轴一体光纤陀螺基础上，仅在光纤环绕制过程中改变其中两轴光纤环对应的垫纤光纤层数即可实现三轴光纤陀螺的光路错频设计，有效的解决三轴光纤环的同频干扰问题，对原光纤陀螺的结构改动较小，利于实施用于改进光纤陀螺的精度；根据光纤环和结构件的尺寸范围，对三轴光纤陀螺三个光纤环的光纤总长度进行精确控制，实现三轴光纤陀螺光路错频的设计，解决了陀螺同频干扰问题，提高了陀螺的精度，保证光纤陀螺输出结果的可靠性。

摘要： 本发明涉及无光纤熔接点的光纤陀螺，包括超辐射发光二极管、光纤耦合器、Y波导调制器、光纤环、第一光电探测器。光纤耦合器包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口；Y波导调制器包括一个第一端口和两个第二端口。光纤耦合器的第一端口与超辐射发光二极管直接连接，光纤耦合器的第三端口与第一光电探测器直接连接，光纤耦合器的第四端口与Y波导调制器的第一端口直接连接，光纤环与Y波导调制器的两个第二端口直接连接。光纤耦合器由第一光纤和第二光纤通过熔融拉锥的方法制作，光纤环由第三光纤绕制而成。本发明还涉及制作上述光纤陀螺的方法。本发明的无光纤熔接点的光纤陀螺具有较强的环境适应性，故障率、传输损耗均较低。

摘要： 本申请公开一种光纤陀螺用收发模块及光纤陀螺，属于光电子器件设计领域。收发模块包括壳体，壳体的内壁成型有光源支座、分光部件支座和探测器支座，光源位于光源支座上，分光部件设置于分光部件支座上，探测部件设置在探测器支座上，壳体上设置了光纤插入孔，光纤插入孔中插接准直光线，准直光纤连接了调制器和光纤环。光源发出的光经分光部件分为第一光信号和第二光信号，第一光信号经准直光纤后进入调制器和光纤环，之后返回至分光部件分光得到第三光信号，第三光信号由探测部件进行探测确定信号值并输出。本申请提供的以上方案，可以在不影响器件性能的基础上，大幅度提高器件的集成度，缩小器件的体积。

摘要： 本发明公开了一种光纤陀螺电源监测电路、方法及光纤陀螺，所述电路包括多通道A/D转换器和控制器，所述A/D转换器的各通道输入端分别连接至光纤陀螺的各路供电电压并进行采集，所述A/D转换器输出的串行数据连接至所述控制器的I/O口，所述控制器内设置各路供电电压的门限值，所述控制器适于将所述串行数据与各路对应供电电压门限值进行比较，并根据比较结果判断各路供电电压是否正常。本发明对光纤陀螺的多路电源同步进行实时监测，不论哪路供电电压发生异常均可准确快速定位，提高了光纤陀螺输出信号的准确性和可靠性。

摘要： 本实用新型公开了一种光纤陀螺电路及光纤陀螺，其包括：第一整流二极管、稳压二极管、发光二极管以及第一电阻；所述第一整流二极管的负极、稳压二极管的负极、发光二极管的正极均连接输入电源正极，所述第一整流二极管的正极、稳压二极管的正极均连接输入电源负极，所述第一电阻一端连接所述发光二极管的负极，另一端连接输入电源负极。本实用新型中的光纤陀螺电路可以对电路整体以及光源进行电压保护，避免因反接、电压超过额定值造成电路、光源被击穿和烧毁，同时，操作人员可通过发光二极管的变化直观掌握电路的工作状态。

摘要： 本实用新型提供一种保偏光纤陀螺ASE光源及光纤陀螺，其包括：法拉第反射镜、合波器、掺铒光纤、隔离器、滤波器、耦合器、起偏器、泵浦激光器、光电二极管以及电路控制板；其中，所述法拉第反射镜、合波器、掺铒光纤、隔离器、滤波器、耦合器、泵浦激光器、光电二极管以及电路控制板均非保偏器件，所述起偏器为保偏器件。本实用新型可在保证ASE光源性能的基础上大幅降低制造、使用成本，有利于推广。