光纤陀螺测试

光纤陀螺惯导技术是一种基于Saganca效应的角速度传感器以获取航行器的速度、姿态与角度信息的导控技术。光纤陀螺作为一个干涉型传感器,内部干涉仪受众多环境因素的影响是一个共性问题,比如温度变化、应力作用以及外界冲击等因素都会对光纤陀螺性能(例如陀螺热致漂移和标度因数)产生影响。光纤敏感环由保偏光纤按照一定的缠绕方式绕制而成,作为光纤陀螺惯导技术的“大脑”来感受外界的姿态变化,光纤敏感环对温度和应变变化非常敏感,在光纤陀螺的实际工作过程中,内部的发热与环境温度的变化施加在光纤敏感环中的一段光纤时,就会造成温度扰动,除非该段光纤位于缠绕体的中部,则必然会产生一个非互易相移,该非互易相移与由旋转姿态所引起的相移无法区分,从而使光纤陀螺产生大的漂移误差,影响光纤陀螺的输出精度,所以需要对光纤敏感环进行温度、应变测试。

光纤敏感环的温变测试曲线。a) 温度曲线;b) 温度速率曲线

使用OFDS-L-E对3km的光纤敏感环进行温变测试,为了实现对光纤环全温性能的测试,在实验中我们选取测试的温度范围为-45~70℃。测试所用的温度曲线如上图a,首先,我们在25℃保温20min后,开始以1℃/min的速率降温到-45℃,降温时间大约1小时左右,接着在-45℃保温1小时后开始以1℃/min的速率升温到70℃,最后在70℃下保温1小时后完成实验,对应的温度速率如上图所示。

我们对3 km的光纤敏感环进行全温测试,每隔5 min采用OFDR进行一次测试,全温测试完成后,统计全温热应变解耦测试结果如上图所示。

可见,解耦后的全温应变分布中性面基本为0 με,且全温的中性面大致重合,说明此时结果是正确的,并且应变范围为-40 με到40 με,应变基本呈现“V型”分布,温度越大,热膨胀得到的应变值越大,符合如图所示的理论分析,其基本都能分辨出该缠绕体所缠绕的层数以及该层在不同温差下的应变表现结果。

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