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(guò)載、高精度等方面優(yōu)勢(shì)顯著，近年來(lái)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(zhǎng)為代價(jià)，加強(qiáng)光學(xué)Sagnac效應(yīng)的同時(shí)，為系統(tǒng)帶來(lái)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(duì)于腔長(zhǎng)1.8m的光纖環(huán)，外界溫度每變化1℃，R-FOG內(nèi)部?jī)蒃SOPS諧振谷的相對(duì)波動(dòng)量約FSR/4，這對(duì)于R-FOG諧振頻率的準(zhǔn)確檢測(cè)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(chǎng)傳遞函數(shù)，分析了光纖損耗變化引起的FWHM波動(dòng)對(duì)FRR性能參數(shù)的影響;介紹了諧振式光纖陀螺角速度檢測(cè)原理;描述了表征諧振式光纖陀螺性能的幾個(gè)重要指標(biāo);詳細(xì)分析了R-FOG中的背散射及偏振波動(dòng)噪聲，以及相應(yīng)

3、的噪聲抑制技術(shù)。
　　然后，利用光波場(chǎng)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(dòng)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(duì)稱的現(xiàn)象;深入探究了諧振曲線不對(duì)稱性對(duì)光纖環(huán)形諧振腔性能參數(shù)FWHM、 F、 Q以及ρ的影響;詳細(xì)分析了FRR入腔光波的溫度特性及其對(duì)R-FOG偏置誤差的影響;論述了諧振曲線不對(duì)稱性對(duì)R-FOG標(biāo)度因數(shù)及標(biāo)度因數(shù)非線性度的影響;最后分析了FRR溫度波動(dòng)引起R-FOG角速度偏移的機(jī)理

4、，并對(duì)R-FOG輸出進(jìn)行了理論仿真。
　　文章最后介紹了開(kāi)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(jì)并搭建了基于FR主動(dòng)溫度控制的開(kāi)環(huán)R-FOG系統(tǒng);針對(duì)不同F(xiàn)RR溫度下，環(huán)腔輸出譜線、R-FOG標(biāo)度因數(shù)及標(biāo)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試;分析了FRR溫度波動(dòng)引起的P-ESOP諧振谷不對(duì)稱度RAR與R-FOG標(biāo)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(shí)，P-ESOP諧振曲線不對(duì)稱度RAR為0.0075，對(duì)應(yīng)的標(biāo)度因數(shù)為5.43mV/(°/s)，標(biāo)度因數(shù)非線性度為0.34％，R-FOG零偏誤差漂移為0.07°/s;當(dāng)FRR溫度為25.50℃時(shí)，P-ESOP諧振曲線不對(duì)稱度RAR為0.2174，對(duì)應(yīng)的標(biāo)度因數(shù)為0.39mV/(°/s)，標(biāo)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(shí)的100倍?？芍?，F(xiàn)RR內(nèi)P-ESOP不對(duì)稱