文档介绍：浙江大学
硕士学位论文
Sagnac光纤干涉仪的数字式闭环技术研究
姓名:潘舒明
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:周柯江
2013-03-08
摘要厍蜃宰M队傲浚.。/,而零偏不稳定性达到。/婊巫呦凳.#浚关键词:干涉式光纤陀螺、数字闭环光纤干涉仪,亦称之为干涉式光纤陀螺,是一种基于效应,用来测量旋转角速度的设备。其中数字闭环检测方案的光纤陀螺以其动态范围广、精度高等优点,在工业界有着广泛的应用。本文对数字闭环检测方案的光纤陀螺技术作了研究。首先,分析了光路结构、器件、噪声及其误差机理。其次,针对闭环检测方案作系统分析,得出稳态角速度误差共零和角度误差为零的条件。设计了第二闭环以提高系统线性度稳定性并对其作分析。第三,分析了信号处理电路板的各个组成部分。然后,提出了可以提高光纤陀螺性能的几种主要技术,分别是提出了新的光路结构可以倍增系统灵敏度,消除了死区,扩展了最大量程。最后,对研制的两种数字闭环式光纤陀螺样机作性能测试。实验结果如下。在常温条件下,光纤陀螺的标度因数稳定性为,零偏为.。/ú,随机游走系数为。/√T谝一。娜路段冢阄绿跫虏馐裕闫馗葱栽嘉痟,零偏不稳定性为#痟,随机游走系数为。/√再。在以/的变温条件下,光纤陀螺性能较差,数字板及光纤线圈都会对输出零偏有较大的影响。双倍灵敏度光纤陀螺样机仅在常温下作测试,⑵骷孕阅艿挠跋旖洗,零偏为一#痟对性能有较大提高。
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致谢潘舒明年掠谡愦笥袢随着本论文的完成,两年半的硕士生涯已经接近尾声。在此我要衷心感谢我的导师周柯江教授这两年多以来对我工作的耐心指导和严格要求。本论文的完成离不开周老师对我的细心指导和鼓励。周老师不仅在学习上给予我很大的帮助,在生活中对我关怀备至,在人生道路上更是为我指引了方向,使我受益匪浅。此外,在论文工作中,得到了实验室江晓清教授、金仲和教授、杨建义教授、周强副教授、马慧莲副教授、王昊老师的悉心指导与无私帮助,在此一并对他们表示诚挚的感谢和敬意。感谢江苏华富电子有限公司周芝福董事长、李晓玮室长、胥晓春、杨义成、张瑜对我科研工作的支持和帮助。与此同时,感谢已经毕业的阮晔锋师兄、申越师姐、张大茂师兄、孙国鑫师兄和毛慧师兄。感谢实验室徐兆斌博士、杨伟君博士、俞旭辉博士、胡世昌博士、张顾洪博士、赵明臣博士、朱辉杰博士、汪宏浩博士、马铭俊博士、娄延年博士、朱忠益硕士、王文怡硕士、袁铁山硕士、郭学卫硕士、陈江渝硕士、王萌萌硕士、任晓欢硕士、王俊硕士、檀亚松硕士、周建雄硕士、石伟丞硕士和魏兵硕士。感谢刘树俊硕士、师弟胡科可硕士和夏超硕士等在科研工作中给予的无私帮助。这个充满团结的群体,让我度过了两年多愉快的日子。最后,仅以此文献给我的父母、亲人和朋友们。你们默默的支持和鼓励,是我不断前行的动力。
髀课题背景变化的光纤干涉仪,在工业界有着非常广泛的应用。它可以用来进行公里以上的高速光纤数据通信部梢宰魑5缌骷撇饬康缌髑慷萚。而它最主要的应用还在于能够测量干涉仪相对于惯性空间的旋转角速度,即陀螺。在过去的嗄昀铮勇菀谴笾律暇舜踊缡健⒓す馐降焦庀耸酵勇性导航系统在飞机上成功通过了试验【俊攴ü蒲Ъ襍噜⒚髁艘恢可以旋转的环形干涉仪,证实了光学系统可以检测相对惯性空间的旋转【浚佣陀螺——环形激光陀螺脖怀晒χ圃欤庖馕蹲殴庋勇莸姆⒄谷〉昧谐振腔,其谐振频率随效应发生变化,通过测量两相向光波之间的频率差可以测得旋转角速度。它的敏感光纤长度仅为几米,分辨率却可以很高。但目前由于瑞利散射及效应等原因,仍处于研究阶段。布里渊型光纤陀螺使用到几千米,可以获得较高的灵敏度,同时采用四极对称绕法来绕制光纤线圈,可光纤干涉仪是一种基于效应的用来测量干涉光路之间相位差的发展。年法国科学家傅科利用高速旋转刚体存在的方向稳定性,设计了世界上第一台陀螺仪装置,上世纪年代,由液浮陀螺仪构成的惯开启了光学陀螺时代。自从年激光器出现以后,基于效应的第二代实质性的进步【俊S牖缤勇莸脑聿煌ü饬考す馐诖ǜ谢纺诘母缮来实现角速度的测量。由于光学陀螺是全固态且没有运动部件,具有体积小、成本低、寿命长、质量轻、结构简单等优点,因此,自从它问世以后就取得了快速的发展和应用。随着光纤技术的进步,陀螺仪进入了光纤陀螺的发展阶段。光纤陀螺按其工作原理可分为三种类型:干涉型光纤陀螺、谐振腔光纤陀螺和布里渊型光纤陀螺【俊P痴袷焦庀送勇莅高功率光源激发光纤中的布里渊散射光し⒊龅纳⑸涔獾钠德仕鍿效应而改变,通过测量双向光波之间的频率差,同样可以测得旋转角速度。美国及德国有关机构都曾大力研究,解决了许多种问题