北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
干涉式光纤陀螺在空间环境下受粒子辐射、电磁场等多种物理场共同影响, 使角速度输出误差劣化。文章通过分析光纤陀螺磁场误差主要来源, 推导了光纤陀螺磁场误差模型。基于磁场误差模型探究辐射对磁场误差相关参数的影响, 建立辐射诱导磁场误差变化理论模型。在此基础上, 通过影响机理分析和实验验证, 确定辐射主要通过影响维尔德常数和光纤应力双折射进而影响光纤陀螺输出零偏。进一步地, 通过搭建小型化光纤陀螺样机, 对保偏光纤环进行辐射处理并进行了相应磁场误差测试。测试结果表明, 光纤陀螺磁场误差随辐射总剂量发生变化, 其变化规律符合辐射诱导磁场误差变化模型。
光纤陀螺 空间辐射 磁场误差模型 fiber optic gyroscope space radiation magnetic field error model
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
光纤陀螺已成为航天器惯性导航与姿轨控制的主选器件。经过几十年的技术攻关，北京航空航天大学形成了成熟的光纤陀螺技术体系，研制了适用于各种空间应用需求的光纤陀螺系列产品。对北京航空航天大学光纤陀螺空间应用的若干关键技术加以综述。基于高可靠和小型化要求，介绍了双光源四轴光纤陀螺方案，阐述了光纤陀螺在轨故障诊断技术；为进一步实现小型化，介绍了小型三轴一体光纤陀螺配置方案以及利用时分复用技术实现的最简三轴陀螺配置方案；介绍了进一步提高组件级抗辐照性能的基于保偏光子晶体光纤的光纤陀螺方案。基于上述关键技术和配置方案的系列光纤陀螺产品，已在数十次空间任务中发挥了重要作用。
光纤光学 光纤陀螺 空间应用 在轨诊断 时分复用 光子晶体光纤 中国激光
2022, 49(19): 1910001
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院 光电工程系， 北京 100191
为提高光纤布拉格光栅(FBG)形状传感器的形状重建精度，减小光栅点的重建位置误差，设计了一种FBG传感元件结构。通过建立传感元件应变传递力学模型，推导出平均应变传递率表达式，并结合传感元件有限元仿真模型，分析了相关结构参数对传感元件应变传递率的影响，将有限元仿真与理论计算结果进行对比，验证了理论模型的有效性。进而分析了应变传递率对传感系统形状重建精度的影响，得出当光栅点应变传递率保持在90%以上时，光栅点的重建位置误差将保持在0.08mm内。该研究表明，通过合理控制影响参数，可有效提高传感元件应变传递效率，减小传感系统形状重建位置误差，从而提高光纤形状传感器的形状重建定位精度。
光纤传感 光纤光栅 应变传递 位置误差 形状重建精度 optical fiber sensing fiber grating strain transfer position error shape reconstruction accuracy
1 兰州交通大学电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
2 甘肃省人工智能与图形图像处理工程研究中心, 甘肃 兰州 730070
针对视频图像易受噪声干扰和背景变化复杂的特点,改进传统Census变换特征值对中心像素的依赖问题,建立Census模板以保持Census变换对光线变化的稳健性。将改进后的Census变换特征值、图像像素值、更新频数、最近更新时间和动态指数等多种特征融合,建立了一种新的背景建模算法。利用帧间亮度差,自适应选择融合多种特征更新背景模型,依据动态指数衡量背景变化复杂程度,建立不同的更新规则,提升模型对光线突变和复杂场景处理的稳定性。经测试多组标准视频序列,本算法检测精度优于其他算法,有效改善了光线突变对前景目标提取的影响,提高了对光线突变和复杂场景的稳健性,减少了运动目标的孔洞和像素漂移产生的假前景。
机器视觉 视频处理 Census变换 运动目标检测 背景建模
1 兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃 兰州 730070
2 甘肃省人工智能与图形图像处理工程研究中心，甘肃 兰州 730070
为了构建鲁棒的背景模型和提高前景目标检测的准确性，综合考虑视频图像在同一位置上像素点的时间相关性和邻域像素的空间相关性，本文提出一种基于多特征融合的背景建模方法，用单帧图像中像素的邻域相关性快速建立初始背景模型，利用视频图像序列像素值、频数、更新时间和自适应敏感度更新背景模型，有效改善了ghost 现象，减少运动目标的孔洞和假前景。通过多组数据测试，表明本算法提高了对动态背景、复杂背景的适应性和鲁棒性。
多特征融合 运动目标检测 背景建模 multi-feature joint matching motion detection background modeling
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
在原子光学、量子通信、生物医学、食品安全和激光测量研究等领域, 常常需要对荧光信号进行测量。而这些荧光信号的强度往往十分微弱, 一般的探测方法难以检测。因此, 针对微弱原子荧光光场分布信息的探测需求, 设计搭建了一套测量系统。选用硅光电倍增管作为测量系统的探测元件, 设计了跨阻放大电路来实现微弱电流信号的放大, 并利用MultiSim软件对电路进行仿真分析, 最终完成了测量系统的搭建、实现了对微弱光场的测量。实验结果表明, 该系统可以很好地满足微弱光场分布信息的测量需求。
硅光电倍增管 原子荧光 测量系统 跨阻放大 MultiSim仿真 Si-photomultiplier tube atomic fluorescence measurement system trans-impedance amplifier MultiSim simulation
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
对掺铒光纤进行了伽马辐照实验, 根据辐照前后掺铒光纤的吸收系数和发射系数测试数据, 计算了掺铒光纤的吸收截面和发射截面。基于幂律模型建立了掺铒光纤吸收截面和发射截面的辐射模型。将吸收截面和发射截面的辐射模型代入掺铒光纤光源模型中, 仿真分析了掺铒光纤的辐射效应对掺铒光纤光源输出光谱及其特征参数的影响。结果表明: 与辐照前相比, 掺铒光纤被辐照后, 光纤光源的输出功率从9.32 mW衰减到4.30 mW; 平均波长从1531.60 nm漂移到1531.19 nm; 谱宽从8.79 nm变化到6.78 nm。最后通过实验验证了仿真结果的正确性。
光纤光学 辐射效应 掺铒光纤光源 输出特性 中国激光
2017, 44(12): 1206003
Author Affiliations
Abstract
School of Instrument Science and Opto-Electronics Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China
A model for the temperature sensitivity of radiation-induced attenuation (RIA) is investigated. The RIA spectra in a germanium (Ge) and phosphorous (P) co-doped fiber ranging from 825 to 1600 nm at different temperatures are measured and decomposed according to the configurational coordinate model. It is found that there is a linear relationship between the parameters of the color center absorption band and temperature. The model is verified at 850, 1310, and 1550 nm by both simulation and experiment. This work will be useful to research on the applications of optical fiber sensors in a complicated space environment.
060.2310 Fiber optics 120.6780 Temperature 300.6170 Spectra 350.5610 Radiation Chinese Optics Letters
2016, 14(3): 030601
Author Affiliations
Abstract
Institute of Opto-Electronics Technology, Beihang University, Beijing 100191, China
We propose a method for the real-time measurement of the reflection at both splicing points between a photonic bandgap fiber coil and conventional fiber during the process of fusion splicing in a photonic bandgap fiber optical gyroscope (PBFOG), using the interference among the secondary waves, which arise from the fusion splicing points and the mirror face produced by intentionally cutting the bear end of the coupler. The method is theoretically proven and experimentally verified in a practical PBFOG, and it is significant for inline examination of the fusion splicing quality and evaluation of the PBFOG performance.
060.2310 Fiber optics 060.5295 Photonic crystal fibers Chinese Optics Letters
2015, 13(3): 030601
1 中国科学院西安光学精密机械研究所,瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
介绍了一种基于锁相环及频率合成方法产生高重复频率正弦同步扫描种子源产生技术。利用锁相环实现了正弦信号与触发光脉冲的同步跟踪，并通过频率合成实现对正弦小信号的频率、相位、幅度的调制。调制相位可实现扫描时间的延迟，调节振幅可实现不同扫描速度。电路系统进行了实验测试，获得频率可达250 MHz、时间抖动小于10 ps的稳定正弦同步扫描种子源，证明设计达到了预期目标，满足光学条纹相机对种子源频率、幅度、抖动的高精度需求。
同步扫描 光学条纹相机 锁相环 频率合成 时间抖动 synchronous scan optical streak camera phase locked loop direct digital synthesize time jitter
