光纤陀螺用保偏光纤及光纤环测试方法研究

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。