諧振式光纖陀螺溫度特性的研究.pdf

1、諧振式光纖陀螺是一種用于敏感角速度的慣性元器件，在小型化、集成化、抗過載、高精度等方面優(yōu)勢顯著，近年來引起了研究人員的廣泛關(guān)注。不同于干涉式光纖陀螺，諧振式光纖陀螺利用光波的多次循環(huán)傳輸提高系統(tǒng)精度及靈敏度，而不以犧牲光纖環(huán)形諧振腔腔長為代價，加強光學(xué)Sagnac效應(yīng)的同時，為系統(tǒng)帶來光纖環(huán)溫度分布不均勻引起的Shupe效應(yīng)。然而，諧振式光纖陀螺的核心敏感元件—保偏光纖環(huán)形諧振腔具有極高的溫度靈敏度，雙折射率差溫度系數(shù)為2.39×10-

2、7/℃，對于腔長1.8m的光纖環(huán)，外界溫度每變化1℃，R-FOG內(nèi)部兩ESOPS諧振谷的相對波動量約FSR/4，這對于R-FOG諧振頻率的準確檢測是十分有害的。
　　本文首先介紹了光學(xué)Sagnac效應(yīng)，建立了光纖環(huán)形諧振腔的光波場傳遞函數(shù)，分析了光纖損耗變化引起的FWHM波動對FRR性能參數(shù)的影響;介紹了諧振式光纖陀螺角速度檢測原理;描述了表征諧振式光纖陀螺性能的幾個重要指標;詳細分析了R-FOG中的背散射及偏振波動噪聲，以及相應(yīng)

3、的噪聲抑制技術(shù)。
　　然后，利用光波場瓊斯傳輸矩陣構(gòu)建了保偏光纖環(huán)形諧振腔的溫度波動效應(yīng)模型;從理論上仿真FRR溫度變化引起的P-ESOP諧振谷左右不對稱的現(xiàn)象;深入探究了諧振曲線不對稱性對光纖環(huán)形諧振腔性能參數(shù)FWHM、 F、 Q以及ρ的影響;詳細分析了FRR入腔光波的溫度特性及其對R-FOG偏置誤差的影響;論述了諧振曲線不對稱性對R-FOG標度因數(shù)及標度因數(shù)非線性度的影響;最后分析了FRR溫度波動引起R-FOG角速度偏移的機理

4、，并對R-FOG輸出進行了理論仿真。
　　文章最后介紹了開環(huán)諧振式光纖陀螺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及器件參數(shù);設(shè)計并搭建了基于FR主動溫度控制的開環(huán)R-FOG系統(tǒng);針對不同F(xiàn)RR溫度下，環(huán)腔輸出譜線、R-FOG標度因數(shù)及標度因數(shù)非線性度、R-FOG零偏誤差及零偏誤差漂移的相關(guān)特性進行了實驗測試;分析了FRR溫度波動引起的P-ESOP諧振谷不對稱度RAR與R-FOG標度因數(shù)及其非線性度以及系統(tǒng)零偏誤差漂移之間的關(guān)系。
　　結(jié)果表明:FRR溫

5、度為27℃時，P-ESOP諧振曲線不對稱度RAR為0.0075，對應(yīng)的標度因數(shù)為5.43mV/(°/s)，標度因數(shù)非線性度為0.34％，R-FOG零偏誤差漂移為0.07°/s;當FRR溫度為25.50℃時，P-ESOP諧振曲線不對稱度RAR為0.2174，對應(yīng)的標度因數(shù)為0.39mV/(°/s)，標度因數(shù)非線性度為0.948％，R-FOG零偏誤差漂移6.69°/s，該值等于FRR溫度為27℃時的100倍。可知，F(xiàn)RR內(nèi)P-ESOP不對稱