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光纤陀螺热致非互易性分析及光纤环温度分布传感

李永范  
【摘要】:光纤陀螺是重要的惯性传感仪器,在国防武器装备和民用交通运输工具上都有广泛的应用。温度漂移是制约光纤陀螺精度的主要因素之一。虽然理想情况下,光纤环的四极性绕法能明显抑制光纤环中的热致非互易相移,但各种非理想因素严重限制了四极性绕法的优势。 本文分析了中点偏差、光纤直径尺寸对四极性绕法中相向传输光对称性的破坏,推导给出了包括中点偏差和光纤直径尺寸影响的四极性绕法热致非互易相移的计算公式,该公式相对于只考虑理想情况的计算公式,不仅能计算不同中点偏差和光纤直径情况下的热致非互易相移,而且揭示了存在非理想因素时,光纤环结构对热致非互易性的影响。通过对特定外界温度环境下温漂的数值计算,说明中点偏差和光纤直径大小引起的温漂严重制约光纤陀螺的性能,得到了一系列有指导意义的结论。 光纤环温度分布传感是光纤环温度补偿的前提。本文针对光纤环的结构特点,设计了两种使用光纤光栅的温度分布传感方案,对其可行性进行了分析,其中附加光纤光栅方案具有可实时精确测量、可多点复用、不影响陀螺正常工作的优点。论文还设计了采用保偏光纤的光纤光栅波长解调方案,通过巧妙地引入萨格纳克环结构,克服了保偏光纤输出的偏振相关性问题。论文搭建了温度传感实验装置,测量了一增敏光纤光栅的温度灵敏度系数,进行了使用长周期光纤光栅的传感波长解调实验。 本论文的理论和实验工作可望为光纤陀螺温度漂移和补偿打下较好基础。


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