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光纖陀螺儀誤差分析與補償
- 2019-11-22-

       光纖陀螺儀的誤差補償技術:

       1)抑制光纖中的散射噪聲;

       2)改進半導體激光光源的噪聲特性;

       3)減小溫度引起的系統漂移;

       4)改善功能元件的性能;

       5)抑制光電檢測器及電路的噪聲;

       6)提高FOG的環境適應性;


       光路的互易性

       光纖陀螺正常工作前提是保證其光路互易性。所謂互易性是指兩束相干光除因相位調制及線圈旋轉產生的相位差外,不存在其它任何因素引起的相位差。換句話說,使系統中順、逆時針傳播的兩束光受到的外部干擾完全一-致,在輸出中不反映任何外界干擾的影響。對光纖陀螺儀,滿足互易性,就要具有同光路、同偏振態和同模式三個特征。


       1)抑制光纖中的散射噪聲;


      光纖中的后向瑞利散射是由于光纖內部介質不均勻而產生的,還可以認為它是隨機分布的后向反射。當光纖中后向散射光和主光束相干疊加時,對主光束將產生相位影響。光纖中后向瑞利散射以及來自光界后面的后向散射是光纖陀螺儀的主要噪聲源。


      目前抑制這些噪聲的主要方法有:


      (1)采用超發光二極管等低相干光源;


      后向瑞利散射引起的相位噪聲大小主要依賴于光源的相干長度,短相干光源中,散射光對主光束的相干度很小,因而主光束的相位基本上不受散射光的影響,后向瑞利散射噪聲得到抑制。


      (2)對后向散射光提供頻差并對光源進行脈沖調制;(3)采用光隔離器;


      (4)用寬帶激光器、跳頻激光器、相位調制器等作為光源,以破壞光源的時間相干性,使其后向散射光的干涉平均為零。


       2)改進半導體激光光源的噪聲特性;


      光源的波長變化、頻譜分布變化及光功率的波動,將直接影響干涉的效果。返回到光源的光直接干擾了它的發射狀態,引起二次激發,與信號光產生二次干涉,引起發光強度.和波長的波動。


      目前的解決方法有:


      (1)對于光源波長變化的影響,通過數據處理方法解決;若波長變化是由溫度引起,則直接測量溫度,進行溫度補償;


      (2)對于返回光的影響,采用光隔離器,信號衰減器或選用超輻射發光二級管等低相干光源。


      3)減小溫度引起的系統漂移;


      一方面,環境溫度的變化將使纖芯的折射率及媒質(包括纖芯、包層和涂敷層)的熱膨脹系數以及光纖環的面積發生改變,從而影響光在媒質中的傳輸,直接影響到對轉動角速度檢測的標度因數的穩定性;另一方面,熱輻射造成光纖環局部溫度梯度,引起左右旋光路光程不等,從而引起非互易相移,這個非互易的相位偏移將疊加在由Sagnac效應產生的非互易相移中,從而影響光纖陀螺的精度。.


      常用的抑制方法主要有:


      (1)對光纖線圈進行恒溫處理,鋁箱屏蔽隔離并進行適當的溫度補償;


      (2)采用溫度系數小的光纖和被覆材料;


      (3)采用四極對稱方法來繞制光纖環并在工藝和狀態控制上提出嚴格要求,以減少溫度引起的溫度漂移。


      4)光路功能元件的性能;


      光路功能元件包括偏振器、耦合器(分束器,合束器)、相位調制器以及光電檢測器等。


      在光纖陀螺中,偏振器的不理想、光纖線圈的偏振干擾以及其它器件的偏振波動效應等對光纖陀螺的偏置穩定性影響很大。此外,器件性能不佳導致引入后與光纖的對接所帶來光軸不對準,接點缺陷等引起的附加損耗和缺陷,產生破壞互易性的新因素。


      減少這些器件噪聲的主要方法: .


      (1)采用保偏光纖,提高偏振器消光比;(2)采用偏振面補償裝置及退偏振鏡;


      (3)提高器件和光路組裝工藝水平,以獲得高性能的器件和光路。


       5)抑制光電檢測器及電路的噪聲

除探測器靈敏度之外,調制頻率噪聲、前置放大器噪聲和散粒噪聲(與光探測過程相關聯的基本噪聲)都是影響光纖陀螺儀性能的噪聲源。

目前的解決方法有:

       (1)優選調制頻率來減少噪聲分量,用電子學方法來減少放大器噪聲;

       (2)盡量選擇大的光源功率和低損耗的光纖通路,來加大光信號,提高抑制比,以相對減少散粒噪聲的影響。

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