光纤陀螺温度场仿真分析与陀螺外罩结构优化设计

通过对Shupe误差数学模型进行分析,确定了引起Shupe误差、导致陀螺零偏误差大的原因之一是闭环光纤陀螺光纤环温度场时空分布不均。利用Ansys Workbench与Icepark软件建立了闭环光纤陀螺敏感单元有限元热模型,并对该模型进行了瞬态与稳态温度场的仿真分析,得出通过改进陀螺外罩设计可以使光纤环温度场分布更加均匀,有助于减小Shupe误差引入的零偏误差。结合仿真结果,进一步对陀螺外罩的几种热设计方案进行了热仿真分析与定量化设计,确定了陀螺外罩的最优设计方案:当内层采用厚度为0.8mm的软磁合金材料作为隔热层,外层采用厚度为1.5mm硬铝材料作为均热层时,光纤环的温度时空变化率最小。通过对优化方案进行实验验证,使光纤环在降温过程中温度变化减小了1.8℃,使其最高最低点温度差减小了0.68℃。

基于虚拟仪器的方形磁光玻璃电流传感器

理论分析和实验研究了以方形磁光玻璃作为传感头敏感元件的光学电流传感器的传感特性,利用基于LabVIEW的虚拟仪器技术实现了该光学电流传感器的信号处理,同时从理论分析和数值模拟2个角度分析全反射引入的反射相移对系统输出的影响。实验结果表明,当待测电流值从100～340A线性增大时,传感器系统的输出具有很高的线性度,实验值与理论值仅相差1个比例系数,与反射相移的模拟结果相符。通过虚拟仪器的"校准"操作修正后,实验值与理论值十分吻合。

硅基光子集成芯片光纤陀螺

光纤陀螺用于敏感载体旋转角速率,是惯性导航系统的核心传感器之一。未来军用及民用领域对小体积、低成本的光纤陀螺需求巨大。利用光子集成芯片代替传统光纤分立器件,借助集成光学光刻工艺大规模批量生产的优势,降低生产成本,提高出货量,是光纤陀螺发展的重要方向。因此,在充分考虑目前国内微纳加工水平基础上,提出了一种工艺实现相对简单、可快速工程化的硅基光子集成芯片光纤陀螺设计方案。基于开环光纤陀螺架构,设计并加工了硅基光子芯片,实现了陀螺全部无源器件的片上集成,光子芯片尺寸约4 mm×3 mm;设计加工了四通道超细径保偏光纤阵列,实现波导与光纤多个耦合点的一次对准,大幅提高耦合封装效率;实现了光子集成芯片光纤陀螺样机25℃时零偏稳定性达到0.2°/h,性能优于相同结构的传统全光纤器件光纤陀螺。

基于动态温控的光纤陀螺高温工作控制方案

光纤陀螺工作温度的提升主要受制于光路系统,通过控制方案的优化可以提高光纤陀螺的工作温度。通过对光纤陀螺光路系统进行理论分析,提出了基于动态温控的光纤陀螺控制方案,通过试验验证了该方案的改进效果。光纤陀螺采用动态温度控制方案,一方面能够降低高温工作时的功耗,提高高温工作温度;另一方面可以降低光纤陀螺标度因数由于温度波动而引起的变化。

基于环状梯度折射率磁光玻璃的电流传感方法

为消除块状光学玻璃型电流传感器中反射相移对测量精度的影响,提出了一种折射率呈梯度分布的环形磁光玻璃传感头结构。该环形磁光玻璃的内外两侧均为折射率渐变层,中间为折射率均匀层。同时,为便于信号光的输入输出耦合,该环形磁光玻璃上有一定大小的开口。理论分析表明,在一定条件下,光线在环形磁光玻璃中传播时,可不再与玻璃和空气界面接触,从而可以有效地避免反射相移的影响,提高传感器的测量精度。通过数值模拟分析了环形磁光玻璃的结构参数对光线传播轨迹以及有效初始角的影响。结果表明,通过合理设计环形磁光玻璃的结构参数,可以得到具有较大有效初始角且无反射相移的高灵敏度磁光玻璃型电流传感器。