光纤陀螺用保偏光纤及光纤环测试方法研究

发布时间：2016-12-21 10:25

  本文关键词：光纤陀螺用保偏光纤及光纤环测试方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

《哈尔滨工程大学》 2010年

光纤陀螺用保偏光纤及光纤环测试方法研究

韩书新  

【摘要】： 光纤陀螺是一种惯性仪表,它是通过检测光纤环中顺、逆时针方向传输的两束光的光程差来测量载体速度的。其原理是基于Sagnac效应。光纤陀螺与传统陀螺相比,具有可靠性高、寿命长、动态范围大等优点,如今已成为惯性导航领域主流仪器。目前,我国的光纤陀螺精度与国外相比还比较低,其中对光纤陀螺性能影响最重要的一点,就出在光纤陀螺的重要部件光纤环上,光纤质量的好坏将直接影响光纤陀螺的检测精度。 本文首先详细阐述了保偏光纤的结构与基本原理,通过分析光纤陀螺用保偏光纤光纤环绕制过程,得出保偏光纤在绕环过程,容易受到的弯曲和扭转应力作用而产生的形变,形变又会产生形变感生双折射。理论分析得出,形变感生双折射的对保偏光纤固有双折射会产生影响。并使用OptiFiber软件对保偏光纤的两种形变感生双折射进行了仿真。 为了进一步研究熊猫型保偏光纤的双折射特性,运用有限元法及ANSYS软件,对熊猫型保偏光纤进行了热力学仿真。仿真结果清晰地表现出了熊猫型保偏光纤的保偏机理。通过对仿真结果的分析,得出了当保偏光纤温度提升时,会在光纤陀螺的检测端衍生出大量的交叉耦合,这中现象会对光纤陀螺检测精度造成严重的影响。 通过对保偏光纤绕环方法及固胶的研究,得出了固胶前后光纤环内部典型结构光纤的热应力及双折射变化情况。固胶后的光纤环热致感生双折射较固胶前改善了许多。通过光纤陀螺使用环境的分析,仿真了保偏光纤环在使用过程中的温度场变化过程。持续加温会使光纤环内部产生温差,其大小与升温时间有关,这个温差会导致光纤陀螺性能的不稳定性。 最后,针对光纤环温度性能测试进行研究,设计出一套用于光纤陀螺用光纤环的光功率检测方案。通过对不同光纤环的测试,并比较测试结果发现,光纤绕环时的不对称,会导致光纤陀螺的温度稳定性大大降低,对光纤陀螺的信号检测造成不利影响,为今后光纤陀螺用光纤环的检测提供了理论依据。

【关键词】：
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：V241.5
【目录】：

摘要5-6

ABSTRACT6-10

第1章 绪论10-19

1.1 光纤陀螺概述10-11

1.2 光纤陀螺国内外发展状况11-13

1.2.1 国外的研究现状12-13

1.2.2 国内的研究现状13

1.3 光纤陀螺的分类13-15

1.4 光纤陀螺的应用前景及发展方向15-17

1.4.1 光纤陀螺的应用前景15-16

1.4.2 光纤陀螺的发展方向16-17

1.5 课题研究的意义及主要研究内容17-19

第2章 光纤陀螺基本原理及结构19-30

2.1 引言19

2.2 Sagnac效应与光纤陀螺19-21

2.2.1 Sagnac效应19-21

2.2.2 光纤陀螺中的Sagnac效应21

2.3 光纤陀螺的互易性结构21-24

2.3.1 光路互易性原理21-22

2.3.2 光纤陀螺互易性结构22-24

2.4 干涉型光纤陀螺的工作方式24-29

2.4.1 开环干涉型光纤陀螺的基本结构25-27

2.4.2 闭环干涉型光纤陀螺的基本结构27-29

2.5 本章小结29-30

第3章 保偏光纤的结构及原理30-49

3.1 保偏光纤概述30-34

3.1.1 单模光纤与保偏光纤的偏振态保持差别31-33

3.1.2 通信与光纤传感用保偏光纤的区别33-34

3.2 双折射与光弹效应34-36

3.3 保偏光纤的分类36-41

3.3.1 形状双折射保偏光纤37-38

3.3.2 应力双折射保偏光纤38

3.3.3 保偏光纤的双折射38-41

3.4 保偏光纤形变感生双折射分析41-48

3.4.1 保偏光纤的弯曲感生双折射41-43

3.4.2 保偏光纤的扭转感生双折射43-48

3.5 本章小结48-49

第4章 光纤陀螺用保偏光纤结构与特性分析49-65

4.1 光纤陀螺用保偏光纤49-50

4.2 有限元理论基础与ANSYS软件50-56

4.2.1 有限元法的基本思想50-51

4.2.2 有限元法的实现环节及其优点51-53

4.2.3 有限元分析软件ANSYS 简介53-55

4.2.4 ANSYS软件的基本分析过程55-56

4.3 保偏光纤的热力学分析56-63

4.3.1 应力双折线保偏光纤56-58

4.3.2 熊猫型保偏光纤双折射特性有限元分析58-62

4.3.3 保偏光纤双折射温度性能仿真62-63

4.4 本章小节63-65

第5章 光纤环性能分析与测试方法65-87

5.1 光纤环结构分析65-68

5.1.1 光纤弯曲应力感生双折射65-66

5.1.2 光纤扭转应力感生双折射66-67

5.1.3 光纤环的绕制方法67-68

5.2 光纤环性能影响因素68-69

5.3 光纤环性能分析与热应力仿真69-82

5.3.1 光纤环内部光纤的热力学分析69-71

5.3.2 光纤环固胶前后热应力有限元分析71-76

5.3.3 固胶前后典型结构光纤的应力与双折射变76-78

5.3.4 光纤环温度场变化仿真78-82

5.4 光纤环测试系统的设计82-86

5.4.1 光纤环测试方案设计82

5.4.2 光纤环测试实验步骤82-83

5.4.3 测试结果与分析83-86

5.5 本章小结86-87

结 论87-88

参考文献88-92

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果92-93

致谢93

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 孟照魁,张春熹,杨远洪,续永刚;光纤环绕制过程中的张力分析[J];北京航空航天大学学报;2005年03期

2 孟照魁;邵洪峰;徐宏杰;张春熹;;固胶对保偏光纤环的影响[J];北京航空航天大学学报;2006年08期

3 王中伟;拉丝张力对单模光纤截止波长和模场直径的影响[J];玻璃纤维;2005年05期

4 张锦林;;光纤陀螺的发展及应用[J];技术经济信息;1992年02期

5 蔡履中;偏振器的物理意义及圆偏振器的Jones矩阵——评《关于圆偏振器》一文[J];大学物理;2005年01期

6 赵勇,刘军,张春熹,刘海涛;光纤环绕制的实现技术[J];光电子技术;2003年01期

7 张桂才,杨清生;干涉式光纤陀螺的温度特性研究[J];光电子技术与信息;2001年01期

8 谭宇;光纤陀螺的发展与应用前景[J];光电子技术与信息;1995年03期

9 谢增华,王拥军,延风平,简水生;光纤陀螺及其在列车导航中的应用[J];光通信技术;1998年03期

10 陈伟,李诗愈,成煜,陆大方;保偏光纤技术进展及发展趋势[J];光通信研究;2003年06期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 郭献忠;曹新明;;区域约束混凝土轴心受压短柱的非线性分析[J];四川建筑科学研究;2009年04期

2 田维锋;周水兴;梅盖伟;;肋拱桥施工仿真的误差分析[J];四川建筑科学研究;2010年01期

3 高洪;孙波;查为民;孟舒;张海涛;;承载式客车车身结构有限元分析[J];安徽工程大学学报;2011年01期

4 高洪;孟舒;查为民;李玲纯;张海涛;;6-3-3并联机构物理样机结构优化[J];安徽工程大学学报;2011年03期

5 张明超;盛宏玉;;消能支撑框架减震结构的动力时程分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年05期

6 高荣誉;李卫卫;;钢筋混凝土叠合梁裂缝的数值模拟与分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2012年02期

7 刘平;崔建华;杨爱玉;王领;夏尧;;大体积钢筋混凝土转换梁底部钢筋应力分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2012年02期

8 王娜;;混凝土结构模板支撑体系施工控制技术研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2012年02期

9 李卫卫;潘正华;高荣誉;;钢筋混凝土叠合梁短期挠度的数值模拟分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2012年03期

10 杨义;孔晓玲;尹成龙;;高等农业院校机械制造课程教学改革研究[J];安徽农学通报(上半月刊);2009年05期

【同被引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨清宗;;用于光纤陀螺的LiNbO_3集成光学器件[J];半导体光电;1993年03期

2 廖柯,刘刚明,周勇,方荇,李金良;850nm超辐射发光二极管[J];半导体光电;2004年04期

3 吴衍记,彭昱,黄显林;光纤陀螺用Y波导半波电压的测试方法研究[J];半导体光电;2005年04期

4 王立辉;伍雪峰;孙枫;;光纤陀螺仪调制相位的畸变误差特性分析[J];半导体光电;2009年06期

5 陈宇中;张学亮;熊水东;张伟;胡永明;;开环光纤陀螺的光源强度噪声抑制方法研究[J];半导体光电;2010年05期

6 刘崇春,裘正定,杜锡钰;小波变换理论及其在信号处理中的应用[J];北方交通大学学报;1997年01期

7 杨远洪;王峥;伊小素;张惟叙;;基于掺铒超荧光光纤光源的高精度光纤陀螺[J];北京航空航天大学学报;2005年11期

8 袁瑞铭,陈慧,郝燕玲,董浩;闭环光纤陀螺信号检测与处理方法[J];传感器技术;2002年12期

9 周海波,刘建业,赖际舟,李荣冰;光纤陀螺仪的发展现状[J];传感器技术;2005年06期

10 王贵甫;贺安之;李振华;汪绳武;;SLD光源对光纤陀螺性能的影响[J];传感器与微系统;2006年06期

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 沈映欣;光纤陀螺用单Y1.3μmLiNbO_3集成光学器件[J];半导体光电;2000年02期

2 吴衍记,彭昱,黄显林;光纤陀螺用Y波导半波电压的测试方法研究[J];半导体光电;2005年04期

3 孟照魁;邵洪峰;徐宏杰;张春熹;;固胶对保偏光纤环的影响[J];北京航空航天大学学报;2006年08期

4 张登伟;舒晓武;牟旭东;刘承;;消偏光纤陀螺径向磁场问题的理论研究[J];传感技术学报;2005年04期

5 张登伟;牟旭东;舒晓武;刘承;;两种消偏陀螺的轴向磁场灵敏度[J];传感技术学报;2007年01期

6 张登伟;舒晓武;;轴向磁敏法评价消偏陀螺的性能[J];传感技术学报;2007年04期

7 单英,延凤平,简水生;光纤陀螺及其发展动态[J];传感器技术;1999年05期

8 周海波,刘建业,赖际舟,李荣冰;光纤陀螺仪的发展现状[J];传感器技术;2005年06期

9 周海波;刘建业;赖际舟;;干涉型光纤陀螺随机噪声的分析研究[J];传感器与微系统;2006年11期

10 张兴周;Sagnac效应光纤陀螺[J];传感器技术;1998年01期

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 金靖,宋凝芳,张春熹;光纤陀螺高速检测电路设计[J];中国惯性技术学报;2002年02期

2 工巍，杨清生;全光纤陀螺及其相位调制器设计[J];航天控制;1995年02期

3 延凤平,蓝慧娟,简水生;光纤陀螺温度补偿方案研究[J];光学学报;1999年07期

4 张春熹,陈秋芳;高精度去偏光纤陀螺的研制[J];电子测量与仪器学报;1997年03期

5 抚安;;光纤陀螺导航系统[J];船艇;1990年03期

6 邓飞帆;王健生;刘付力;;一种元件最少的调频光纤陀螺研究[J];深圳大学学报(理工版);1989年Z1期

7 赵岳生,邓正隆;光纤陀螺输出信号的可视化研究[J];中国惯性技术学报;2004年02期

8 徐宏杰,章民驹;新型组合晶体光纤陀螺的构想[J];中国激光;2001年10期

9 邱高理,舒晓武;光纤陀螺性能数字评价系统的可视化研究[J];光电工程;2002年S1期

10 符秀辉,王池,李文振;一种光纤陀螺仪的开发[J];华中科技大学学报(自然科学版);2004年S1期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 邵刘军;程向红;王宇;;基于光纤陀螺旋转罗经系统的设计与实现[A];微机电惯性技术的发展现状与趋势——惯性技术发展动态发展方向研讨会文集[C];2011年

2 陈水华;杨清生;李永兵;;光纤陀螺双四位置寻北方法研究[A];2003年惯性仪表与元件学术交流会论文集[C];2003年

3 刘伟;袁洪;;光纤陀螺性能指标对寻北系统精度的影响与分析[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年

4 姜明;姜硕;王献周;吴昊;张新忠;;低成本单轴温控转台的设计[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年

5 罗家童;李友松;胡浩;;光纤传感器的发展及其应用[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年

6 杨远洪;张惟叙;;光纤陀螺及其应用[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（上册）[C];2001年

7 武志忠;王德钊;;μFORS-6型光纤陀螺的测试与滤波处理[A];2001年飞行器惯性器件学术交流会论文集[C];2001年

8 张树侠;柳贵福;;Allan方差法在光纤陀螺随机噪声分析中的应用[A];2001年飞行器惯性器件学术交流会论文集[C];2001年

9 许国祯;;光纤陀螺产业化问题探讨[A];中国惯性技术学会光电技术专业委员会第五次学术交流会暨重庆惯性技术学会第九次学术交流会论文集[C];2002年

10 张志君;武克用;;基于光纤陀螺的定向瞄准组合系统研究[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者 马丽元　通讯员 王丽梅;[N];中国航空报;2011年

2 王红霞;[N];中国航空报;2009年

3 本报记者 索阿娣;[N];中国航天报;2009年

4 王红霞;[N];中国航空报;2010年

5 ;[N];人民邮电;2005年

6 江苏法尔胜光子公司 苏武;[N];中国电子报;2004年

7 ;[N];中国航空报;2010年

8 程献影　唐新培;[N];中国航天报;2011年

9 记者 陈立;[N];中国航天报;2010年

10 通讯员 王红霞;[N];中国航空报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 张伟;基于开环光纤陀螺控制的无人作战平台稳定技术研究[D];国防科学技术大学;2010年

2 张琛;光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 党淑雯;光纤陀螺的信号分析及滤波技术研究[D];上海交通大学;2010年

4 陈世同;高精度光纤陀螺建模及信号处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

5 张娜;光纤陀螺的动态性能研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

6 杨汉瑞;光子晶体光纤陀螺温度效应的机理与抑制[D];哈尔滨工程大学;2013年

7 陈宇中;开环光纤陀螺性能改进及其在光纤矢量水听器姿态测量上的应用研究[D];国防科学技术大学;2011年

8 姬忠校;光纤陀螺性能改善技术研究[D];中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）;2011年

9 王鑫哲;光纤陀螺捷联旋转式惯导系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

10 徐博;舰船高精度光纤捷联惯性导航系统技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 葛翠艳;Y波导对光纤陀螺性能的影响研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 李亚梅;光纤陀螺测试与标定技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 齐雪;掺铒光纤光源对光纤陀螺性能影响的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

4 张立华;光纤陀螺捷联系统硬件平台的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年

5 孙英杰;光纤陀螺温度漂移误差建模及补偿技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

6 晨晓;基于光电混合集成技术的光电收发一体模块研究[D];北京航空航天大学;2010年

7 邱高理;光纤陀螺性能评价系统[D];浙江大学;2003年

8 刘仲恒;光纤陀螺及其数字信号处理[D];电子科技大学;2001年

9 王爽;光纤陀螺寻北系统误差研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

10 陈文海;光纤陀螺数据采集处理系统改进及振动特性研究[D];浙江大学;2004年

  本文关键词：光纤陀螺用保偏光纤及光纤环测试方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：221887