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全反射棱镜式激光陀螺关键技术研究

刘健宁  
【摘要】:全反射棱镜式激光陀螺是一种新型惯性敏感仪表。本文针对某型号棱镜式激光陀螺,根据半经典Lamb理论对其工作特性和稳频伺服控制进行了全面、深入的分析,并对关键技术及装配工艺进行了创新性设计。全面掌握了该器件的工作原理和设计技术,为新结构、新型号、新工作体制的棱镜式陀螺的设计奠定了基础。进一步,实验中发现棱镜式激光器存在特殊的双纵模锁定工作状态,在此基础上,理论和实验研究了一种双纵模稳频棱镜式激光器,取得了满意的成果。最终,利用这种新工作体制的棱镜式激光器作为核心器件,研制了一种无需任何偏频技术、实现自偏频的高精度棱镜式激光陀螺。论文叙述的主要研究内容和成果有:1、研究棱镜式激光陀螺的基本工作原理和特性,利用ABCD矩阵分析环境温度波动对陀螺光路稳定性的影响。2、对陀螺器件在稳频伺服系统的设计方面进行了全面的理论分析和研究,建立了稳频伺服过程的数学、物理模型。通过有限元分析法研究毛细腔热传导过程,并根据相关结果指导优化控制参数。最终,分析结果与实验结果一致。3、研究了棱镜式激光陀螺横模特性和限模技术,特别研究了一种新型合光棱镜结构。提出了一种稳频状态下准确装配限模光阑、合光棱镜的新方案,研制了一套利用棱镜布儒斯特角反射光作为稳频信号源,在免抖动条件下利用光强的直流信号进行稳频的工艺装置。这套工艺装置的使用,使陀螺一次装配合格率由原先的40%提升至目前的75%以上。4、根据双折射理论,研究了应力对棱镜式激光陀螺工作稳定性的影响。提出了一种利用反射光椭偏度以及反射光斑检验棱镜残余应力的新型检测技术,该技术在实际工艺加工、装配过程中大大提高了对应力的分辨能力。5、研究了一种新型棱镜式双纵模自偏频陀螺,理论上利用Lamb理论对这种新体制激光陀螺的工作原理和特性进行了研究。针对实验中发现的激光陀螺锁区不稳定的特性,在单纵模状态下,计算分析了背向散射系数R取不同函数形式对陀螺闭锁阈值的影响。提出了一种新的双纵模稳频技术方案,实现该稳频方案实测频率稳定度达10-10。在此基础上,搭建了棱镜式双纵模自偏频陀螺的原理样机,实验验证了自偏频理论分析的正确性,该原理样机常温下测试精度优于0.003o/h。


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