郭伟[1]2003年在《谐振式光纤陀螺的基础研究》文中进行了进一步梳理光纤陀螺是一种先进的感测载体自转角速度的测量仪，它利用固态的全光纤结构实现光学Sagnac效应的量测，克服了机电陀螺及环形激光陀螺在构造上或因需要一定的高速度旋转质量，导致动态性能及寿命的降低，或因谐振要求过于苛刻，使工艺复杂性及成本过高等一系列缺点，从而成为当今最具有竞争性的新型陀螺。干涉式光纤陀螺已经进入实用化阶段，与干涉式光纤陀螺相比，达到同样的灵敏度，谐振式光学陀螺需要的光纤或波导长度要短得多，可以实现将环形腔、输入输出光路、调制器等在单片平面波导上的集成，特别适合于微型光学陀螺(RMOG)，代表将来陀螺小型化的发展趋势。 本文首先对谐振式光纤陀螺做了理论上的分析，对其关键器件---谐振腔的谐振特性和谐振式光纤陀螺的极限灵敏度做了深入研究，重点分析了综合考虑激光器线宽、耦合器耦合系数和谐振腔损耗条件下，极限灵敏度与激光器线宽和耦合系数之间的相互关系，通过分析发现了存在一个最佳耦合系数使陀螺的灵敏度最小，并且激光器光谱线宽越宽，最佳耦合系数也越大。接着对谐振式光纤陀螺中的主要噪声因素的产生机理做了分析，归纳整理了我们关心的几种噪声的补偿方法。 本文首次提出并设计了一种新结构的硅基无源环形波导式谐振腔，该设计与微机械技术相结合利用集成反射镜实现光波导直角转弯，摆脱了以前的波导式环形谐振腔中必需包含的弯曲波导，易于光学集成；同时该结构具有谐振腔越小损耗就越小的特点，有很好的微型化前景，很适合应用于谐振式微光陀螺(RMOG)领域。 在理论研究的基础上，提出了一种谐振式光纤陀螺的系统构建。根据系统要求完成了光路和检测电路的设计。分析了光路的传递函数，论述了系统检测原理。在实验室现有的条件下，对关键光器件进行了性能测试，对电路进行了测试并确定了电路参数，对谐振腔也完成了初步测试，观察到了光学谐振腔的谐振现象。这些测试结果表明各部分设计基本满足系统设计要求。
王善军[2]2008年在《光纤环形腔特性研究》文中研究指明针对国内惯性系统对高精度陀螺仪的需求,本文设计出一种基于Sagnac效应的谐振式光纤陀螺,并对其核心敏感部件环形谐振腔进行了特性分析和模拟实验。本文首先对谐振式光纤陀螺做了理论上的分析,对其关键器件——谐振腔的谐振特性和谐振式光纤陀螺的极限灵敏度做了深入研究,重点分析了综合考虑激光器线宽、耦合器耦合系数和谐振腔损耗条件下,极限灵敏度与激光器线宽和耦合系数之间的相互关系。在理论研究的基础上,提出了一种交叉耦合谐振式光纤陀螺的系统构建。在实验室现有的条件下,对关键光器件进行了性能分析,对谐振腔也完成了初步模拟,制备了交叉耦合环型谐振器样品,建立了测试实验装置,观察到了光学谐振腔的谐振现象。这些测试结果表明各部分设计基本满足系统设计要求。
崔忠升[3]2004年在《数字谐振式光纤陀螺的理论和实验研究》文中研究表明光纤陀螺是一种先进的测量载体绝对角速度的仪表，它利用固态的全光纤结构和Sagnac效应来实现测量，克服了机电陀螺在构造上需要一定的高速度旋转质量，导致动态性能及寿命的降低，或者环形激光陀螺因谐振要求过于苛刻，使工艺复杂性及成本过高等一系列缺点，从而成为当今最具有竞争性的新型陀螺。现在干涉式光纤陀螺已经进入实用化阶段。与干涉式光纤陀螺相比，为达到同样的灵敏度，谐振式光学陀螺需要的光纤或波导长度要短几十倍，并可以进一步实现将环形腔、输入输出光路、调制器等集成在单片平面波导上，特别适合于研制微型光学陀螺。而微型光学陀螺代表了将来陀螺小型化的发展趋势。 本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。 本文还讨论了一种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，本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，本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。本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。此方案充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。 本文最后采用叁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。 浙江大学硕十学位论文2、川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 采川改变腔长的方法来实现调频，比采川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。
周启[4]2009年在《谐振式光纤陀螺建模与仿真》文中指出光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的新型角速度传感器,与传统的机械陀螺相比,具有动态范围宽、成本低、重量轻、寿命长、可靠性高等优点,在军事以及民用领域均有广泛的应用。谐振式光纤陀螺(R-FOG)是一种新型的光纤陀螺,由于其原理特点而受到了国内外的广泛研究,而国内还处在理论向实际应用的转型中,本文将对谐振式光纤陀螺的一些理论现象进行仿真试验,为谐振式光纤陀螺的进一步研究奠定了理论基础,对减少经费和缩短研究周期具有一定的现实意义。具体研究内容如下:首先,对谐振式光纤陀螺的原理进行了深入分析,相比已经进入实用化的干涉式光纤陀螺,谐振式光纤陀螺在原理和结构上与其有较大的不同,综合分析国内外对谐振式光纤陀螺的最新研究,研究一种可行的原理方案,并对该结构方案进行分析比较,对谐振式光纤陀螺样机的研制具有指导意义。其次,对谐振式光纤陀螺的光路结构进行研究,重点分析了环形谐振腔。对光纤陀螺光路各组成部件的性能参数进行了分析,给出了它们相应的数学矩阵描述,为下面的研究奠定了一定的理论基础。利用琼斯矩阵和相干矩阵建立了此型光纤陀螺光路传输系统数学模型,讨论分析了光路中各组件的性能参数不同时陀螺的输出及偏振噪声误差。由以上工作提出,设计了谐振式光纤环形腔的实验装置,并进行测试。最后,分析了影响R-FOG检测精度的因素。从理论和实验上分析了各种误差参数的产生机理及其对系统精度的影响,并提出各自相应的解决方案,对克尔效应导致陀螺标度因数非线性的产生机理进行了分析,针对克尔效应提出一种新颖、有效的方法来消除——通过控制CW或CCW的光强,从Sagnac效应中识别出克尔效应来抑制。着重分析了谐振腔内光波偏振态对检测信号的影响及其补偿方法,得到对中低精度的陀螺采用由缠绕的单模光纤组成的环形谐振腔比较理想,对高精度陀螺采用由衔接处使用90°偏振轴旋转的保偏光纤组成的环形谐振腔。
沈庆[5]2006年在《谐振式光纤陀螺数字系统设计》文中认为陀螺是重要的惯性传感器,是导航和制导系统的基础部件。基于Sagnac效应的光学陀螺有许多其他陀螺无法取代的独特优点,它全部由固态器件组成,相对于传统的机械陀螺来说,可以承受更大的振动和冲击,具有寿命长、动态范围宽、功耗低、质量轻等优点。谐振式光纤陀螺(R-FOG)用一个光纤环形谐振腔作为核心敏感部件,把Sagnac效应反映到谐振频率的变化上,相对于基于相位敏感的干涉式光纤陀螺,理论上具有更高的精度和更大的动态范围。由于Sagnac效应是一种极其微弱的效应,因此信号检测在陀螺系统中占有非常重要的地位。论文利用数字信号处理技术,设计了一个基于DSP和FPGA的检测系统,并对检测和反馈控制算法进行了建模仿真和优化设计。在此基础上,完成了整个R-FOG数字系统的联合调试,并顺利完成整个系统的锁定。 论文首先介绍了整个谐振式光纤陀螺数字系统的结构设计,然后按照Sagnac效应与环形腔的谐振特性,分析了整个陀螺系统的工作原理,结合目前系统检测精度要求,提出了数字系统需要实现的功能和参数指标。考虑到目前A/D转换器、D/A转换器的量化位数与系统的要求有一定差距,在A/D端,提出利用多次采样平均技术和数字滤波技术来抑制由于位数不足带来的量化噪声,在D/A反馈控制端采用了不同台阶高度的组合技术提高控制的精度,并利用Matlab对相应的精度扩展措施进行分析验证。利用解调信号和谐振频率偏差在靠近谐振点附近的近似线性关系,对反馈控制对象建立了数学模型,经过理论分析和仿真计算,确定了环路的控制算法和最佳锁定参数。 在确定了数字系统方案的基础上,设计了一个基于DSP和FPGA的电子系统,通过两者的协同工作,实现了对光电信号的同步检测和解调,并把精度扩展的方法在硬件上实现。同时,以DSP为核心在数字系统上实现了环路控制算法。最终,通过数字系统与光路的联调,验证了数字调制方案的效果,也验证了整个检测方案的可行性。通过闭环的频率锁定实验,证明了环路的频率锁定方案的效果,为整个谐振式光纤陀螺系统的研制打下了基础。
李如春, 顾伟驷, 马慧莲, 方迎联[6]2005年在《谐振式光纤陀螺的数字检测方案及其优化设计》文中认为提出了一种基于 DSP 芯片实现的双频率数字调制谐振式光纤陀螺系统的闭环检测方案。在此方案中,利用带通滤波器从探测器的输出光强信号中提取其基波频率的正弦信号,通过相关检测原理去掉干扰的噪声,并利用低通滤波器提取与探测器输出光强幅度直接成正比的直流信号,将其转换成相应的谐振频差,利用此频差即可求得陀螺的旋转角速度。此方案检测线路简单,操作方便,基于 DSP 芯片的实现则大大提高了系统处理速度。同时,还利用 Matlab 软件对检测系统中的滤波器参数进行了优化设计,提高了系统的检测精度。
房丹[7]2009年在《光纤环形谐振器的技术研究》文中进行了进一步梳理光纤陀螺是基于光学Sagnac效应来测量载体旋转角速度的一种惯性传感器件.谐振式光纤陀螺作为新一代惯性旋转传感器的代表,因而各国都开展了广泛的相关研究,光纤环形谐振器则是谐振式光纤陀螺的核心敏感部件。本文首先简述了谐振式光纤陀螺的基本原理,然后对光纤环形腔的谐振特性进行了分析,给出了谐振条件,通过数值方法对谐振系统各光学参数进行了优化。在理论研究的基础上对系统中的光器件以及制作工艺进行了分析,选定定向耦合器的耦合比,完成了光纤环形谐振器的研制。通过实验完成了对谐振特性的测试,测得精细度F达90。这些测试结果表明光纤环形谐振器设计满足了中等谐振式光纤陀螺要求,为研科研项目提供了技术支持。
张旭琳, 马慧莲, 何时进, 丁纯, 王跃林[8]2003年在《谐振式光纤陀螺的研究进展》文中认为谐振式光纤陀螺作为新一代惯性旋转传感器的代表 ,被广泛研究 .文章通过大量的文献调查和深入研究 ,对谐振式光纤陀螺的发展历史、基本工作原理、主要噪声因素及相应的补偿措施等进行了详细分析 ,并对谐振式光纤陀螺未来的发展趋势作了展望 .
毛献辉, 田芊, 滕云鹤, 章燕申[9]2003年在《几种光学陀螺的研究进展》文中研究指明除了He-Ne气体激光陀螺外,国内外提出了研制新型光学陀螺的多种方案。该文介绍了其中干涉式光纤陀螺、循环再入式光纤陀螺、集成光学陀螺、半导体激光陀螺的研究现状,着重介绍了超短脉冲激光陀螺研究;同时指出了光学陀螺的发展趋势。
王立辉[10]2009年在《消偏型光纤陀螺仪关键技术研究》文中研究指明保偏技术解决了光纤陀螺面临的信号衰减和非互易性偏振误差问题,成为光纤陀螺的主要技术方案。目前,采用保偏技术的保偏型光纤陀螺已经达到了导航级和精密级的水平,但是,在工程应用方面仍存在成本高不利于批量化生产、弯曲损耗大不利于小型化、抗辐射能力弱不利于空间应用等难题。采用消偏技术的消偏型光纤陀螺克服了保偏型光纤陀螺的弱点,促进了光纤陀螺向低成本、小型化及空间应用方向发展,但是,相对于保偏型光纤陀螺而言,消偏型光纤陀螺结构复杂,存在较明显的偏振误差、磁场误差等误差因素。本文以研制开发导航级消偏型光纤陀螺为应用背景,把消偏型光纤陀螺的光波偏振态误差、磁场误差、系统设计及数据处理作为关键技术,开展研究工作：1.详细分析波导介质及光路形状对Sagnac效应的影响,阐述数字闭环光纤陀螺中Sagnac相位的检测方法及相关的光波相干性理论、光波互易性理论、光波偏振态理论,以上述理论为基础,采用功率谱密度方法来探讨两种光源不同的光谱特性对相干性的影响,并针对消偏型光纤陀螺中光波偏振态的特点,研究Lyot消偏器的结构及消偏器的端口互易性原理。2.分析光纤环的受力特性,推导光纤环的应力双折射并建立光纤环的应力双折射模型,以此为基础,量化应力对光纤环双折射特性的影响,并优化Lyot消偏器结构参数。采用斯托克斯参量、庞加莱球及Jones矩阵分析消偏型光纤陀螺的光波偏振态,描述去偏振光波的传播过程,建立消偏型光纤陀螺的非互易性偏振相位误差模型,以该模型为基础,研究消偏型光纤陀螺中偏振相位误差的抑制方法及光波干涉信号的功率稳定性、波长稳定性,提出解决办法。3.采用Jones矩阵建立光纤陀螺的磁场偏置相位误差模型,对光纤陀螺中光纤长度、光纤扭转率等因素与磁场误差之间的关系进行理论研究。以上述理论分析为基础,采用微元法求取光纤环中光波在顺时针方向和逆时针方向的传输矩阵,构建消偏型光纤陀螺的径向磁场误差模型,得出消偏型光纤陀螺中径向磁场相位漂移的数学描述。依据光纤环的轴向排列结构,提出采用螺旋角展开法,建立消偏型光纤陀螺的轴向磁场误差模型,并量化消偏型光纤陀螺中轴向磁场相位漂移。以上述径向磁场误差及轴向磁场误差的量化结果为理论基础,分析消偏型光纤陀螺的磁场误差因素,提出降低消偏型光纤陀螺对磁场环境敏感性的具体措施。4.把光电信号结合起来,研究消偏型光纤陀螺的系统结构。在光纤环绕制、Lyot消偏器结构及消偏型光纤陀螺光路结构设计方面,采取措施来优化光路系统；在闭环信号处理方式、时钟、电源、电磁兼容(EMC)等方面,采取措施来优化电路系统；从整体上来提高系统的稳定可靠性。5.消偏型光纤陀螺输出数据中包含了大量时变噪声,把自适应滤波算法引入到光纤陀螺数据处理中,构建固定步长LMS滤波器及变步长LMS滤波器,形成时变的拟合模型及辩识参数。对两种滤波器在数据滤波过程中的参数调节能力、运算速度等指标作了对比,采用Allan方差对两种滤波算法处理之后的数据进行分析,并对滤波效果做出评价。
参考文献：
[1]. 谐振式光纤陀螺的基础研究[D]. 郭伟. 浙江大学. 2003
[2]. 光纤环形腔特性研究[D]. 王善军. 长春理工大学. 2008
[3]. 数字谐振式光纤陀螺的理论和实验研究[D]. 崔忠升. 浙江大学. 2004
[4]. 谐振式光纤陀螺建模与仿真[D]. 周启. 哈尔滨工程大学. 2009
[5]. 谐振式光纤陀螺数字系统设计[D]. 沈庆. 浙江大学. 2006
[6]. 谐振式光纤陀螺的数字检测方案及其优化设计[J]. 李如春, 顾伟驷, 马慧莲, 方迎联. 光电工程. 2005
[7]. 光纤环形谐振器的技术研究[D]. 房丹. 长春理工大学. 2009
[8]. 谐振式光纤陀螺的研究进展[J]. 张旭琳, 马慧莲, 何时进, 丁纯, 王跃林. 光通信研究. 2003
[9]. 几种光学陀螺的研究进展[J]. 毛献辉, 田芊, 滕云鹤, 章燕申. 压电与声光. 2003
[10]. 消偏型光纤陀螺仪关键技术研究[D]. 王立辉. 哈尔滨工程大学. 2009
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