激光陀螺仪失效机理分析与寿命预测方法研究

【摘要】： 环形激光陀螺仪(Ring Laser Gyro,简称RLG)是以光学干涉原理为基础发展起来的新型光电惯性敏感仪器,它利用环形谐振腔内顺、逆运行的两束光的谐振频率差来测量载体对于惯性空间的转速和方位。它具有高灵敏度、高精度、大动态范围等性能优势,是当前在惯性导航领域得到广泛应用的非机电式惯性敏感仪。 由于激光陀螺仪结构复杂,研制与生产费用高,生产工艺要求严格,因此它的寿命问题已引起使用方和研制方的高度重视。 本论文首先分析了传统的寿命预测方法——加速寿命试验应用于激光陀螺仪这种长寿命产品的寿命预测时所存在的不足;然后,从影响激光陀螺仪寿命的内因——失效机理出发,提出了一种新的激光陀螺寿命预测方法。 激光陀螺仪失效机理非常复杂,其中对寿命影响最为重要的因素是阴极溅射和反射镜的污染及损伤。论文通过对比发现,工作气体中所含有的杂质气体氢气会加剧这两种因素对寿命的影响,并且氢含量的多少与激光陀螺仪输出功率下降之间存在着某种函数关系,而当激光陀螺输出功率下降到初始强度的1/e时就可以判定陀螺失效。因此论文提出通过测量工作气体中杂质氢的含量来预测激光陀螺仪寿命的新方法。考虑到氢的含量非常微弱,在测量时采用气相色谱法,并通过自适应非线性随机共振算法对色谱信号进行处理,以便提取出被仪器噪声淹没了的微弱氢信号的色谱曲线,最后根据氢含量与其色谱峰面积呈正比计算出工作气体中的氢含量。这种寿命预测方法能够有效的利用有限的时间、经费和资源来进行寿命预测,缩短试验周期,减少试验费用。 另外,本论文还介绍了一种基于记忆模型的寿命预测方法,这是一篇美国专利中提出的激光陀螺在线寿命预测方法,在国内未见相似工作,在这里介绍权作日后激光陀螺寿命预测方法进一步发展的参考。