光纤陀螺温度误差及其抑制方法研究

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陀螺仪是惯性技术领域指示方位角的重要传感器,在导航、制导、卫星定位、大地测量等军用和民用的诸多领域起着至关重要的作用。基于Sagnac效应的光纤陀螺由于具有质量轻、尺寸小、精度高、寿命长、无运动部件的优点,已经成为现今国际上工业应用的重要陀螺仪之一。国外研制的光纤陀螺及其系统已经得到了广泛的应用,而国内光纤陀螺的研发状况远远落后于国际先进水平。制约国内光纤陀螺研发及其工化应用的主要问题在于:光纤陀螺在应用环境中易受温度变化与温度梯度的影响,导致陀螺输出存在较大漂移。而光纤环圈作为光纤陀螺中最重要的敏感核心,它对温度的敏感程度直接影响陀螺的温度性能。  本文主要研究内容如下:  (1)首先阐述了光纤陀螺基本原理及其国内外发展现状,以及引起光纤陀螺中敏感核心—光纤环圈发生温度漂移的机理。  (2)分析了热应力引起的温度误差机理,提出带有缓冲层的新型光纤环圈模式,建立光纤环圈的温度有限元模型,通过有限元分析及实验验证,证明带有缓冲层的新型光纤环圈在降低热应力引起的误差方面较传统光纤环圈有明显的优势。  (3)在详细研究由温度梯度引起的Shupe非互异性误差的机理后,指出使用特殊的光纤环圈绕制方法可以有效的抑制陀螺由于温度梯度而引起的漂移问题。通过理论推导,证明采用现阶段最为常用的四极对称方法制作而成的光纤环圈仍然存在残余的Shupe误差。经过提出光纤环圈的十六极绕法。通过理论分析和对比实验证明,采用十六极绕法绕制的光纤环圈可以更为有效的抑制Shupe误差的影响。  (4)提出加入补偿匝的方法,对光纤环圈及Y波导的尾纤的相对长度进行适当调整,实验证明该方法可以对光纤环圈制作过程中的非理想因素引入的Shupe误差进行抑制。
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