基于熱電類(lèi)比法的光纖陀螺環(huán)模塊熱分析

劉海霞 蔣鷂飛 宋凝芳 賈 明

(北京航空航天大學(xué) 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，北京100191)

新一代陀螺——光纖陀螺(FOG，F(xiàn)iber-Optic Gyroscope)是利用光速的恒定性和光學(xué)上的Sagnac效應(yīng)，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件和磨損部件，為全固態(tài)儀表，具有成本低、壽命長(zhǎng)、質(zhì)量輕、體積小、動(dòng)態(tài)范圍大、精度應(yīng)用覆蓋面廣、抗電磁干擾、無(wú)加速度引起的漂移等優(yōu)點(diǎn)[1].經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展，關(guān)于光纖陀螺研究的很多技術(shù)問(wèn)題都已得到解決，但是內(nèi)外環(huán)境溫度的變化對(duì)光纖陀螺性能的影響還有待解決.溫度對(duì)陀螺性能的影響主要有噪聲和漂移，兩者分別體現(xiàn)在陀螺的零偏穩(wěn)定性和長(zhǎng)期輸出信號(hào).

光纖陀螺是典型的光機(jī)電一體化系統(tǒng)，3個(gè)模塊的溫度特性都會(huì)影響光纖陀螺溫度性能，研究者不斷對(duì)這3個(gè)模塊進(jìn)行溫度特性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)從而改善陀螺溫度性能.電路方面，有采用軟件補(bǔ)償算法對(duì)陀螺輸出信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償[2－3]，有通過(guò)硬件優(yōu)化，包括外部溫控系統(tǒng)和內(nèi)部自身硬件電路的優(yōu)化，一般溫控系統(tǒng)都比較復(fù)雜[4]，而自身電路的優(yōu)化效果有限，難以改變光纖環(huán)受熱不均等固有缺陷;在光路方面，采取光子晶體光纖[5]、溫度性能好的光電器件[6]等降低溫度對(duì)陀螺輸出性能的影響.在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，通過(guò)研究不同溫度下光纖環(huán)內(nèi)部溫度場(chǎng)分布，分析了在－30℃，25℃和50℃ 3個(gè)溫度下，光纖環(huán)線圈熱性參數(shù)對(duì)Shupe誤差的影響，從而對(duì)Shupe誤差進(jìn)行補(bǔ)償[7]，在Paul Ruffin提出的免交叉繞法基礎(chǔ)上采用特殊的免交叉光纖環(huán)線圈繞法[8]基本消除上一層對(duì)……