閉環(huán)光纖陀螺振動特性研究.pdf

1、光纖陀螺是一種以Sagnac效應為工作原理的角速度傳感器，在導航、制導與控制領(lǐng)域中有著廣泛的應用，它主要包括光學傳感和信號檢測與處理兩部分。光學傳感部分是光纖陀螺的核心，它決定了陀螺的精度和各種環(huán)境特性；信號檢測電路的一方面把光路所敏感出的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為可以滿足工程應用的信號，另一方面則根據(jù)光學傳感部分的特點進行各種處理、控制等，對于提高傳感器的精度也起到重要的作用。
　　本文首先對光纖陀螺信號處理電路進行了深入地研究，根據(jù)功能要

2、求給出了閉環(huán)光纖陀螺信號處理電路的原理框圖，詳細討論了閉環(huán)光纖陀螺中為了提高陀螺的檢測靈敏度所采用的相位偏置調(diào)制技術(shù)，以及為了達到閉環(huán)工作而采用的信號反饋技術(shù)；在此基礎(chǔ)上，建立了信號處理電路的傳遞函數(shù)的表達式，并利用該表達式，對光纖陀螺的頻率特性進行了分析，為最終確定如何通過改進信號處理電路來提高光纖陀螺的振動特性奠定了理論基礎(chǔ)。
　　其次，分析了組成光路的各個光學元件特性，主要利用光學的基本理論及分析偏振光的有效工具─“瓊斯矩陣

3、”，以線偏振光的傳輸為實例，建立了閉環(huán)光纖陀螺中主要光學元件的模型，并以此為基礎(chǔ)獲得了閉環(huán)光纖陀螺的光學模型；進而對閉環(huán)光纖陀螺的主要誤差源偏振噪聲、非互易性噪聲、磁光法拉第效應噪聲以及非線性克爾噪聲進行了分析，這對于研究光纖陀螺的各種特性具有非常重要的指導意義。
　　結(jié)合已建立的閉環(huán)光纖陀螺光學模型和電路數(shù)學模型，從理論上分析了振動對光纖陀螺性能影響的機理，并從振動可能引入的光纖傳感環(huán)圈的幾何參數(shù)變化、光路中非互易相移、光強信號

4、調(diào)制三個方面探討了振動對陀螺性能的具體影響；理論分析表明，通過在光路中采用四極對稱繞法，在電路中采用自動增益控制技術(shù)以及提高電路的帶寬等措施，將極大改善閉環(huán)光纖陀螺的振動特性。
　　根據(jù)光纖陀螺性能測試方法和判定標準，闡述了關(guān)于光纖陀螺國軍標GJB2494-96中對光纖陀螺主要技術(shù)指標的定義和考核方法，通過實例給出測試結(jié)果，并重點介紹了目前國際上已經(jīng)應用十分廣泛，而在我國尚處于探索階段的Allan方差的基本原理以及該方法在光纖陀螺

5、數(shù)據(jù)分析中的應用。
　　最后，通過試驗研究了振動對光纖陀螺性能的影響，設計出了試驗裝置、試驗方法，對光纖陀螺中的每個組成部分分別進行篩選試驗，進一步確定了影響陀螺振動特性的因素，提出了相應的控制措施和實施辦法，振動試驗數(shù)據(jù)和結(jié)果驗證了理論分析的正確性，以及減小振動效應措施的有效性。
　　綜上所述，本論文通過理論分析與試驗找到了影響光纖陀螺振動特性的原因并提出了解決措施，對光纖陀螺的設計、研究和應用有重要的指導意義，所取得的創(chuàng)