论文部分内容阅读
光纤陀螺仪作为惯性技术中的角速度传感器,广泛地应用在航空、航海以及国防工业等领域。超大环光纤陀螺仪是在光纤陀螺仪的基础上通过增加光纤环的尺寸,达到增强Sagnac效应的目的,以此提高测量的精度以及灵敏度,使得超大环光纤陀螺仪零偏稳定性优于10-3°/h,可以在大地测量、地震监测、世界时（Universal Time,UT1）等精密测量领域应用。然而超大环光纤陀螺仪中光纤环尺寸的增加也会带来更大的噪声问题,这给超大环光纤陀螺仪信号的探测工作带来了困难,成为制约超大环光纤陀螺仪发展的因素之一。本文以“基于超大环光纤陀螺仪的世界时精密测量”项目为背景,对超大环光纤陀螺仪的电路进行研制,设计出结构简单、性能良好的电路处理方案,实现对Sagnac信号的有效检测。首先,介绍了超大环光纤陀螺仪的工作原理以及信号检测方法,并分析了超大环光纤陀螺仪中存在的问题。其次搭建了超大环光纤陀螺仪电路硬件,为了减小温度和振动对电路的影响,采取温控措施,并对实验室的温度、湿度、倾斜度进行了测量和评估,测试结果显示在采取温控的情况下温度波动小于0.30℃、湿度波动5%、倾斜度波动小于0.30角秒,可以满足我们对搭建电路以及相关实验的环境需求。最后,以虚拟仪器PXI系统与LabVIEW软件为平台,对超大环光纤陀螺仪电路控制程序进行了设计,在常温条件下,利用设计出电路控制程序在光纤环直径为38cm、光纤总长度30 km的超大环光纤陀螺仪中进行了测试,测试结果显示超大环光纤陀螺仪的零偏稳定性到达10-5°/h。接下来重点在光纤环直径为12cm、光纤总长度1.5 km的光纤陀螺仪中进行了电路算法对比实验,在对电路算法优化后,在4°/s输入角速度范围内测得光纤陀螺仪的标度因数非线性到达35.1ppm,光纤陀螺仪的零偏稳定性达到了1.6 10-3°/h,同时实测出地球自转角速度平均值与理论值误差为1.7%,相比于电路算法优化前,标度因数的非线性度以及测量地球转速平均值误差均提高了一个量级,零偏稳定性提高了4.1倍。