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2021深圳无人机展览会丨高精度光纤陀螺技术的发展与思考
城市:
上海
关键词:
展台设计
新闻分类:
展会信息
日期:
2021-05-02 21:05:58
发布者:
品邦小李
浏览次数:
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目前面临的问题是,通过干涉仪较长光路的光谱可能有噪声分布上的较大改变,进而与对比路噪声分布失去对比性,失去相减抑制效果。该分析可以解释目前较短干涉光路的抑制效果更明显的现象,而较短光路与高精度设计本身是矛盾的。因此,方案需要与传输过程的光谱控制研究同时开展,一旦解决后可实现光纤陀螺在精度上的大幅度进步。

⒉配套光纤器件的问题

高精度光纤陀螺的关键器件包括Y波导集成光学器件、光纤光源、保偏光纤环等。从性能指标来讲,国内存在高精度光纤陀螺与高品质器件供需不平衡的问题。例如:Y波导集成光学器件的高芯片消光比、低残余强度调制等指标不满足要求;光纤环的偏振串音稳定性、背向散射、粘接后存在局部应力集中等问题;光纤光源的光谱形状、光谱稳定度和偏振稳定度不理想等问题,这些问题尚未在制造工艺上很好解决,批次性难以保障。此外由于光纤器件本身延伸自光纤通信产业,存在器件测试与陀螺应用脱节,器件指标无法直接在计算模型中体现等问题。建立陀螺光路精确模型的意义在于,对器件设计制造和测试方案进行正确的指导,从光路总体全局和指标相互联系的角度权衡指标要求,建立完备的器件―陀螺指标对应体系。

例如,光纤陀螺光路中的光纤耦合器、Y波导集成光学器件、光纤环均应建立光谱透射性指标,以保障光路传输过程中的光谱稳定。目前配套的光器件,仅有宽带光纤耦合器列出了光学带宽指标,其关联的另一项指标是波长相关损耗(蕞大值),没有光谱平均波长变化信息,没有温度相关变化信息。而且常用的光谱分析仪分辨率只有0.01nm,也无法分辨常规条件下的光谱变化展台设计

借助微结构光纤等新材料、相变温控等新方法、新型工艺光纤器件以及激光封焊新工艺的研究和应用,也是支持高精度光纤陀螺的发展的有效途径。
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⒊电路设计和控制算法的问题

光纤陀螺干涉仪输出的微弱信号,容易受到模拟电路不稳定的影响。虽然还没有文献进行具体分析,但电路本身的抗干扰设计和热设计,对高精度光纤陀螺的长期漂移存在较大影响。通过模/数隔离接地、电源分区、滤波网络优化、电磁兼容设计等技术手段可以大大减小这些电学干扰。其他方面,在电路方案中实现本征频率跟踪的第三闭环设计也有利于抑制陀螺输出的漂移和标度因数的稳定,国外已实现,国内还在研究阶段。

调制波形的随机性可将对探测端的相关性串扰降至蕞低,从而抑制陀螺输出“死区”的产生,但不是“死区”产生的唯一原因,还包含其他光学、电路噪声等。另外,通过增加AD和DA转换位数实现量化噪声的抑制,也是实现输出降噪的有效手段。

⒋陀螺总成的技术、工艺问题

光纤陀螺在实际应用中表现出的精度水平与陀螺自身的光器件装配、惯性测量系统对陀螺的装配方式都紧密相关。目前,国内在高精度光纤陀螺在装配方面缺乏有效的理论指导,光纤陀螺测试评价标准与应用环境也有较大差距,综合导致了实际应用中的精度变差。

从结构设计来讲,高精度光纤陀螺的自身设计上,需要采用多层结构,减缓光纤环的温度变化速率、促进温度的平衡分布,进而提升陀螺的温度适应性能,国内已有相应的研究基础。另一方面,惯性测量系统在设计上同样要考虑陀螺的温度均衡性,例如,系统的底座可能是进行热传递的集中通道,在环境温度变化的影响下正交坐标系下三轴陀螺温度场存在严重失衡。如果在热量的物理传导上实现陀螺的蕞佳温度均衡设计(可能是非正交的异形化结构设计),综合统筹内部热源分布,再从矩阵变换的角度投影到等效的数学平台,可能是解决系统温度问题的一个较好方案。

在陀螺总成工艺上,光纤环固化胶吸收、释放水汽导致的光纤环尺寸变化也是影响标度因数稳定性的直接原因。采用激光焊接方案会比密封橡胶圈和密封胶方案在维持吸水导致的标度因数稳定性上更加有效,通过封焊工艺也可进一步均化温度场扰动。另外,找到更合适材料的光纤环粘接底板和粘接方案,也是解决光纤环应力匹配问题、提高光纤陀螺温度性能的有效途径。综合应用系统温度控制、减振设计、建模补偿等技术途径,可以很好改善高精度光纤陀螺的环境适应性能展台设计

四、结语

近几年,国外在高精度光纤陀螺在研制和应用上进步幅度巨大,但公开报道中与高精度光纤陀螺理论与技术相关的文献资料极少。一方面,说明对光纤陀螺的技术认知已接近成熟,基本技术方向已经明确;另一方面,涉及核心产品的方案细节、器件指标、控制补偿算法和装配工艺方案等具体问题需要国内技术工作者自力更生解决。

目前,高精度光纤陀螺已在随机游走系数、长时间零偏稳定性、成本、可制造性等方面具有突出的优势。法国iXblue公司的MARINS系列产品光纤陀螺等效零偏重复性达到1.5×10-5°/h,已可望静电陀螺之项背。在光纤陀螺的理论精度上,随机游走系数可达10-6°/h1/2以内,长时间零偏稳定性指标可达10-6°/h以内,零偏重复性精度更高(理论上为0),相应可满足惯性导航系统3个月乃至更长时间的导航需要。不仅如此,高精度光纤陀螺高精度和高敏感性,其应用也已延伸到度量学、地震学、结构传感以及惯性测试设备校准等领域展台设计。来源:互联网

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