光源设计及其对光纤陀螺性能影响的研究

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干涉型光纤陀螺因其具备生产工艺简单、稳定性强、使用寿命较长、具备较大的动态范围、良品率高等诸多优势,正越来越多地作为捷联惯性导航系统的核心角速率传感器件。在对干涉型光纤陀螺的改进和研制工作中,新型光源的提出和其性能的改善在该过程中扮演了重要角色。在中低精度应用场合,工程中一般使用超辐射二极管光源就能满足指标要求;而在高精度应用场合,掺铒光纤光源以其良好的光学特性和温度性能,成为高精度干涉型光纤陀螺仪的首选光源。由于光源作为干涉型光纤陀螺仪的重要信号源,其性能优良影响着光纤陀螺的性能好坏。因此本文的思路围绕着光源对于干涉型光纤陀螺性能的影响这一问题,对高精度干涉型光纤陀螺所用的掺铒光纤光源进行工作原理介绍,对光路结构、电路结构设计和实现,并分析了掺铒光纤光源的性能指标对于干涉型光纤陀螺标度因数的影响,最后通过试验验证了所设计的光源符合系统要求。本文的具体工作如下:对掺铒光纤光源的光路系统和电路系统进行了设计和实现。在对掺铒光纤光源的基本工作原理进行介绍的基础上,对几种典型的基本光路形式进行分析,根据分析对比结果,设计了双向泵浦环形腔光源结构;根据光路结构功能需求,进行温控电路、监测保护电路、恒流驱动电路的设计,并设计实现相应控制监控程序。研究光源对干涉型光纤陀螺的性能影响。从提出光源性能参数指标入手,给出自相干函数等光谱指标的数值计算方法,根据该方法设计了基于MATLAB GUIDE的光谱仿真分析软件。并分析了光谱非对称性、平均波长对光纤陀螺干涉响应和标度因数的影响,根据分析结果对光源性能和光谱参数提出了相干性、热稳定性、光谱对称性的指标要求。对所设计的光源进行电路调试和光路调试,并进行了光源变温与常温试验。试验结果表明,本所设计的光源在0℃至50℃温度范围内输出功率大于10mW,平均波长稳定性约为2ppm/℃,谱宽大于35nm;以上指标完全符合高精度干涉型光纤陀螺光源要求,验证了本文方案可行有效。进行了光纤陀螺标度因数试验,验证了高精度光纤陀螺在使用本文所设计实现的光源在时标度因数性能较好。
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