光纤陀螺仪的误差补偿技术:
1)抑制光纤中的散射噪声;
2)改进半导体激光光源的噪声特性;
3)减小温度引起的系统漂移;
4)改善功能元件的性能;
5)抑制光电检测器及电路的噪声;
6)提高FOG的环境适应性;
光路的互易性
光纤陀螺正常工作前提是保证其光路互易性。所谓互易性是指两束相干光除因相位调制及线圈旋转产生的相位差外,不存在其它任何因素引起的相位差。换句话说,使系统中顺、逆时针传播的两束光受到的外部干扰完全一-致,在输出中不反映任何外界干扰的影响。对光纤陀螺仪,满足互易性,就要具有同光路、同偏振态和同模式三个特征。
1)抑制光纤中的散射噪声;
光纤中的后向瑞利散射是由于光纤内部介质不均匀而产生的,还可以认为它是随机分布的后向反射。当光纤中后向散射光和主光束相干叠加时,对主光束将产生相位影响。光纤中后向瑞利散射以及来自光界后面的后向散射是光纤陀螺仪的主要噪声源。
目前抑制这些噪声的主要方法有:
(1)采用超发光二极管等低相干光源;
后向瑞利散射引起的相位噪声大小主要依赖于光源的相干长度,短相干光源中,散射光对主光束的相干度很小,因而主光束的相位基本上不受散射光的影响,后向瑞利散射噪声得到抑制。
(2)对后向散射光提供频差并对光源进行脉冲调制;(3)采用光隔离器;
(4)用宽带激光器、跳频激光器、相位调制器等作为光源,以破坏光源的时间相干性,使其后向散射光的干涉平均为零。
2)改进半导体激光光源的噪声特性;
光源的波长变化、频谱分布变化及光功率的波动,将直接影响干涉的效果。返回到光源的光直接干扰了它的发射状态,引起二次激发,与信号光产生二次干涉,引起发光强度.和波长的波动。
目前的解决方法有:
(1)对于光源波长变化的影响,通过数据处理方法解决;若波长变化是由温度引起,则直接测量温度,进行温度补偿;
(2)对于返回光的影响,采用光隔离器,信号衰减器或选用超辐射发光二级管等低相干光源。
3)减小温度引起的系统漂移;
一方面,环境温度的变化将使纤芯的折射率及媒质(包括纤芯、包层和涂敷层)的热膨胀系数以及光纤环的面积发生改变,从而影响光在媒质中的传输,直接影响到对转动角速度检测的标度因数的稳定性;另一方面,热辐射造成光纤环局部温度梯度,引起左右旋光路光程不等,从而引起非互易相移,这个非互易的相位偏移将叠加在由Sagnac效应产生的非互易相移中,从而影响光纤陀螺的精度。.
常用的抑制方法主要有:
(1)对光纤线圈进行恒温处理,铝箱屏蔽隔离并进行适当的温度补偿;
(2)采用温度系数小的光纤和被覆材料;
(3)采用四极对称方法来绕制光纤环并在工艺和状态控制上提出严格要求,以减少温度引起的温度漂移。
4)光路功能元件的性能;
光路功能元件包括偏振器、耦合器(分束器,合束器)、相位调制器以及光电检测器等。
在光纤陀螺中,偏振器的不理想、光纤线圈的偏振干扰以及其它器件的偏振波动效应等对光纤陀螺的偏置稳定性影响很大。此外,器件性能不佳导致引入后与光纤的对接所带来光轴不对准,接点缺陷等引起的附加损耗和缺陷,产生破坏互易性的新因素。
减少这些器件噪声的主要方法: .
(1)采用保偏光纤,提高偏振器消光比;(2)采用偏振面补偿装置及退偏振镜;
(3)提高器件和光路组装工艺水平,以获得高性能的器件和光路。
5)抑制光电检测器及电路的噪声
除探测器灵敏度之外,调制频率噪声、前置放大器噪声和散粒噪声(与光探测过程相关联的基本噪声)都是影响光纤陀螺仪性能的噪声源。
目前的解决方法有:
(1)优选调制频率来减少噪声分量,用电子学方法来减少放大器噪声;
(2)尽量选择大的光源功率和低损耗的光纤通路,来加大光信号,提高抑制比,以相对减少散粒噪声的影响。
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