1 华中科技大学人工智能与自动化学院，湖北 武汉 430074
2 多谱信息智能处理技术全国重点实验室，湖北 武汉 430074
3 华中光电技术研究所武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430223
通过对光纤陀螺温度漂移的剖析推导，分析了温度扰动引起陀螺漂移误差的深层次原因，并结合过程相关性理论，对各个温度项影响因子与光纤陀螺实际输出相关性进行验证分析，提出一种同时考虑温度、温变速率、温度梯度以及三者乘积耦合项的算法补偿模型。对该模型的补偿效果进行离线补偿验证，结果表明，采用该算法补偿模型能明显抑制光纤陀螺的变温零漂。为了进一步验证该模型的有效性，把离线获得的补偿参数载入陀螺存储器，经过多样本实验测试，补偿后可有效提高光纤陀螺的全变温零偏稳定性，验证了该补偿算法在工程上的可实施性和推广价值。
光纤光学 光纤陀螺 Shupe 效应 光纤环圈 温变速率 补偿算法
强激光与粒子束
2023, 35(9): 099004
1 中北大学仪器与电子学院，山西 太原 030051
2 山西省自动化检测装备与系统工程技术研究中心，山西 太原 030051
针对目前光纤环缺陷检测方法可靠性低、实用性差的问题，提出一种基于改进低秩表示模型的光纤环缺陷检测算法。基于低秩表示理论对缺陷检测问题进行模型构建，将无缺陷的光纤环图像建模为低秩结构，将缺陷建模为稀疏结构；同时将拉普拉斯正则化约束项施加到低秩表示模型中，以扩大缺陷区域与背景之间的差距；为了提高算法的效率，采用幂法迭代的思想来实现奇异值分解。通过实验对算法进行验证，结果表明，所提算法对不同类型的缺陷均具有良好的检测性能，且与其他算法相比，取得最优的表现。
光纤环 缺陷检测 低秩表示 奇异值 幂法迭代 激光与光电子学进展
2022, 59(22): 2215008
北京自动化控制设备研究所 惯性技术国防科技重点实验室, 北京 100074
无人机、机器人以及自动驾驶等领域对光纤陀螺尺寸、重量、成本综合性能提升有着迫切的需求, 具有小体积、高性能、低成本等技术优势的集成化光纤陀螺成为目前的研究热点。文章梳理了美国、俄罗斯等在集成化光纤陀螺方面的最新研究成果和产品技术动态, 从集成光学芯片设计加工、微小型高对称光纤环圈绕制、集成光学芯片与微小型光纤环圈直接耦合三个方面, 阐述了集成化光纤陀螺面临的技术和工艺难题, 分析了解决方案。最后, 展望了集成化光纤陀螺的未来发展趋势和应用前景。
集成化光纤陀螺 集成光学芯片 微小型光纤环圈 直接耦合 integrated fiber optic gyroscope integrated optical chip miniature fiber coil direct coupling
北京航天时代光电科技有限公司, 北京 100094
将光纤环接入光纤陀螺系统,用全温零偏极差评价其温度性能是光纤环常用的评价方法。针对全温零偏极差因仅能判断光纤环温度性能而对后期应用指导作用不明显的问题,提出光纤环等效不对称长度的概念和基于此判据的光纤环温度性能评价方法。通过量化分析,明确了等效不对称长度的测试方法,验证了等效不对称长度用于评价光纤环温度性能的可行性以及该参数对应用的指导效果。实验结果显示,光纤环等效不对称长度与全温零偏极差近似线性相关,根据该参数对称性调整3只光纤陀螺,在温度变化率为1 ℃/min和2 ℃/min下测试时,其温度性能均得到明显改善。由此表明等效不对称长度不仅能准确评估光纤环温度性能,同时对光纤环应用具有较强的指导意义。
光纤光学 光纤陀螺 光纤环 等效不对称长度 Shupe误差 评价方法 光学学报
2021, 41(23): 2306002
北京航天时代光电科技有限公司, 北京 100094
Shupe误差是影响高精度光纤陀螺工程应用的主要技术瓶颈之一,针对高精度光纤陀螺装配封装后温度性能劣化的问题,对光纤陀螺光路进行了温度误差分析,揭示了干涉光路装配应力对Shupe误差的影响机理,并对不同状态下装配应力引入的温度误差进行了测试,选取初装全温零偏极差均为0.11 (°)/h的3只光纤陀螺,并以粘接光纤环和Y波导尾纤的方式控制装配应力对称性,当尾纤粘接长度为30 cm时,2只装配应力对称性较差的光纤陀螺全温零偏极差变为0.24 (°)/h和0.43 (°)/h,温度性能出现明显劣化,装配应力对称性较好的光纤陀螺全温零偏极差为0.13 (°)/h,温度性能未出现明显劣化。实验结果表明,干涉光路装配应力不对称会引起光纤陀螺温度性能出现明显劣化,且劣化程度与装配应力对称性直接相关,装配应力对称性越好,温度性能劣化越小。
测量 光纤陀螺 光纤环 应力对称性 Shupe误差 热应力 光学学报
2021, 41(21): 2112002
针对高精度长环光纤陀螺在振动条件下性能下降的问题, 从光路、结构和电路闭环控制的角度分析了力学环境导致光纤陀螺误差的机理, 并建立了数字闭环控制的系统模型。根据分析和建模结果, 提出了从光学设计、光学工艺、结构设计和优化闭环控制的方式改善光纤陀螺抗振性能的方法, 并设计了优化闭环控制的增益参数改善振动环境的响应性能。优化参数后的光纤陀螺抗振性能得到了大幅度提高。试验结果证明了改进方案的正确性和有效性, 实现了高精度光纤陀螺在动态环境下应用的突破。
光纤陀螺 光纤环 振动误差 带宽 抗振性能 fiber optic gyroscope fiber coil vibration error bandwidth vibration resistance
为了测试保偏光纤环的偏振耦合分布及绕环光纤拍长,采用白光干涉仪对光纤环进行测试。一方面,通过测试获得了光纤环的偏振耦合分布,有利于研究影响光纤环保偏能力的主要外部因素。另一方面,通过识别光纤环两端尾纤与白光干涉仪两个熔点产生的偏振耦合干涉峰,获得了沿绕环光纤两正交偏振主轴传输的光信号的光程差,进而计算出了绕环光纤的拍长。实验表明,0.13°以上的角度对轴误差均可被有效识别。证明了采用白光干涉仪通过一次测量同时测得光纤环偏振耦合分布和绕环光纤拍长的可行性。该研究为保偏光纤环偏振特性的全面表征提供了一种简单有效的方法。
光纤光学 保偏光纤环 白光干涉仪 偏振耦合分布 拍长 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 230602
1 中北大学仪器与电子学院, 太原 030051
2 山西省自动化检测装备与系统工程技术研究中心, 太原 030051
主要针对光纤环在变化的温度场中产生的热致非互易性旋转速率误差(shupe误差)进行了仿真分析, 并且提出了一种新的光纤环绕制方法以减小shupe误差。首先建立了3种对称绕法下带骨架光纤环的有限元模型并对它们施加相同的随时间变化的均匀温度场载荷, 经分析计算得到了光纤环中各匝的温度变化率数据。再利用精确到匝的光纤环热致旋转速率误差数学模型进行计算, 最后得出3种绕法下光纤环的shupe误差。仿真分析的结果表明采用新提出的反交叉对称绕法的光纤环对shupe误差的抑制效果最好。
光纤环 shupe误差 有限元仿真 反交叉对称绕法 optical fiber coil shupe error finite element simulation reverse-crossing symmetric winding method
1 江南大学 理学院，江苏 无锡 214122
2 苏州光环科技有限公司，江苏 苏州 215123
3 河北大学，河北 保定 071002
保偏光纤环是保偏型光纤陀螺(FOG)的关键组成部分。偏振光在保偏光纤环内发生的二次偏振串扰在FOG干涉输出端会产生很多次干扰项引入相位误差，从而影响FOG的静态参数，如零偏稳定性。文章设计了一套实验夹具用于对保偏光纤环精准施压，通过控制两个夹具在保偏光纤的消偏长度内施压产生大量的二次串扰高点。测得光纤环的偏振串扰数据，并进行仿真计算得到零偏仿真值，与实际测试得到的零偏数据对比，理论仿真值与实际测试值一致。随着施压产生的二次串扰强度增大，FOG的零偏稳定性也随之恶化，施压产生的二次串扰点强度最大时,与未施压时相比，实验环1的零偏稳定性从0.006 3°/h恶化到0.015 1°/h，实验环2的零偏稳定性从0.012 5°/h恶化到0.017 1°/h。
保偏光纤环 二次偏振串扰 相位误差 零偏稳定性 polarizationmaintaining fiber coil secondorder polarization crosstalk phase error zerobias stability
