谐振式光纤陀螺温度特性的研究

发布时间：2018-05-27 22:13

  本文选题：谐振式光纤陀螺 + 温度效应　； 参考：《中北大学》2017年硕士论文

【摘要】：谐振式光纤陀螺是一种用于敏感角速度的惯性元器件,在小型化、集成化、抗过载、高精度等方面优势显著,近年来引起了研究人员的广泛关注。不同于干涉式光纤陀螺,谐振式光纤陀螺利用光波的多次循环传输提高系统精度及灵敏度,而不以牺牲光纤环形谐振腔腔长为代价,加强光学Sagnac效应的同时,为系统带来光纤环温度分布不均匀引起的Shupe效应。然而,谐振式光纤陀螺的核心敏感元件—保偏光纤环形谐振腔具有极高的温度灵敏度,双折射率差温度系数为2.39 107/-?℃,对于腔长1.8m的光纤环,外界温度每变化1℃,R-FOG内部两ESOPS谐振谷的相对波动量约FSR/4,这对于R-FOG谐振频率的准确检测是十分有害的。本文首先介绍了光学Sagnac效应,建立了光纤环形谐振腔的光波场传递函数,分析了光纤损耗变化引起的FWHM波动对FRR性能参数的影响;介绍了谐振式光纤陀螺角速度检测原理;描述了表征谐振式光纤陀螺性能的几个重要指标;详细分析了R-FOG中的背散射及偏振波动噪声,以及相应的噪声抑制技术。然后,利用光波场琼斯传输矩阵构建了保偏光纤环形谐振腔的温度波动效应模型;从理论上仿真FRR温度变化引起的P-ESOP谐振谷左右不对称的现象;深入探究了谐振曲线不对称性对光纤环形谐振腔性能参数FWHM、F、Q以及ρ的影响;详细分析了FRR入腔光波的温度特性及其对R-FOG偏置误差的影响;论述了谐振曲线不对称性对R-FOG标度因数及标度因数非线性度的影响;最后分析了FRR温度波动引起R-FOG角速度偏移的机理,并对R-FOG输出进行了理论仿真。文章最后介绍了开环谐振式光纤陀螺的系统结构及器件参数;设计并搭建了基于FRR主动温度控制的开环R-FOG系统;针对不同FRR温度下,环腔输出谱线、R-FOG标度因数及标度因数非线性度、R-FOG零偏误差及零偏误差漂移的相关特性进行了实验测试;分析了FRR温度波动引起的P-ESOP谐振谷不对称度RAR与R-FOG标度因数及其非线性度以及系统零偏误差漂移之间的关系。结果表明:FRR温度为27℃时,P-ESOP谐振曲线不对称度RAR为0.0075,对应的标度因数为5.43mV/(°/s),标度因数非线性度为0.34%,R-FOG零偏误差漂移为0.07°/s;当FRR温度为25.50℃时,P-ESOP谐振曲线不对称度RAR为0.2174,对应的标度因数为0.39mV/(°/s),标度因数非线性度为0.948%,R-FOG零偏误差漂移6.69°/s,该值等于FRR温度为27℃时的100倍。可知,FRR内P-ESOP不对称度RAR增大时,R-FOG标度因数减小,系统非线性度恶化,R-FOG零偏误差漂移增加,系统检测精度和灵敏度下降。
[Abstract]:Resonant fiber optic gyroscope (Rfog) is a kind of inertial component used for sensitive angular velocity. It has many advantages in miniaturization, integration, overload resistance, high precision and so on, and has attracted wide attention of researchers in recent years. Unlike interferometric fiber optic gyroscopes, resonator fiber optic gyroscopes (Rfog) improve the accuracy and sensitivity of the system by multiple circulatory transmission of optical waves, without sacrificing the length of fiber ring resonator to enhance the optical Sagnac effect. The Shupe effect caused by the uneven temperature distribution of the optical fiber ring is brought to the system. However, the core sensing element of the resonator fiber optic gyroscope, the polarization-maintaining fiber ring resonator, has extremely high temperature sensitivity. The temperature coefficient of the birefringence difference is 2.39,107 / -? 鈩，

本文编号：1943996