[發明專利]消除光纖陀螺標度因數加速度效應的方法

無效

• 申請號: 200810060895.2
• 申請日: 2008-03-25
• 公開（公告）號: CN101256078A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 陳杏藩;劉承;舒曉武;胡慧珠
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及光電子技術中光纖傳感技術，特別是涉及一種消除光纖陀螺標度因數加速度效應的方法。

背景技術

光纖陀螺是一種新型的角速度測量儀，其工作原理是基于光學賽格奈克效應的光纖干涉儀，即當環形干涉儀旋轉時，產生一個正比于旋轉速率的相位差，通過檢測該相位差，即可得到環形干涉儀所在系統的角速度。由于光纖陀螺具有全固態、帶寬大及具有多種協議數字輸出的優點，被廣泛的用于導航和姿態控制等應用系統中。

光纖陀螺輸出的數字信號的大小和輸入角速度的比例系數稱為光纖陀螺的標度因數，簡稱為標度因數；標度因數由光纖陀螺所用光纖圓環的截面積、光纖長度和光源波長等決定，理想情況下為常數；但由于所用光源波長變化、結構變化及信號處理方案的不同，該比例系數不是常數，而是在不同環境下有一定的偏差，常用標度因數非線性度來描述這個偏差的大小。

很多應用場合中測量參數為角度，需要將光纖陀螺輸出的角速度信息對時間進行積分以獲得旋轉角，從而要求光纖陀螺在相當寬的范圍內都具有很高的精度，因為任何過去的誤差都會削弱未來的信息，從而要求有高的標度因數性能，而且越高精度的應用系統對標度因數的精度要求越高，需要保證標度因數在不同運動狀態下的誤差均小于某一數值，否則最終會導致應用系統將會誤差過大而動態性能下降。

當前光纖陀螺研究主要集中在其靜態性能上，如零偏的溫度性能或標度因數的溫度性能等，這些參數都為靜態性能，和光纖陀螺實際應用環境有區別。實際應用中，系統主要處于運動狀態中，必然存在加減速，靜態性能指標并不能完全描述光纖陀螺在這種環境下的實際工作性能狀態，若要更準確全面地評價光纖陀螺的指標，需要進一步考慮其動態性能。

影響動態性能中的一個重要因素是標度因數的加速度效應：垂直于光纖陀螺敏感軸平面內的加速度引起光纖圓環截面積的變化，導致標度因數隨加速度變化的現象。靜止運動時系統速度不變，標度因數的加速度效應為零；而實際應用中系統更多的是處于運動狀態，此時必然存在的加減速過程將導致光纖陀螺輸出信號的標度因數隨系統加速度的變化而變化，影響了加速度信號的正確解算，削弱了應用系統的動態性能。需要這樣一種技術，能夠消除光纖陀螺標度因數的加速度效應，使光纖陀螺在動態加減速過程中，標度因數能夠保持足夠穩定的性能指標，以配合系統的應用要求，提高動態性能指標。

發明內容

針對目前光纖陀螺研究中，動態性能逐漸成為評價光纖陀螺的重要指標，而標度因數加速度效應降低限制了該指標的現狀，本發明的目的在于提供一種消除光纖陀螺標度因數加速度效應的方法，以保證標度因數在動態加減速過程中保持和靜態一致的性能，以配合應用系統要求，提高動態性能。

發明原理：

光纖陀螺標度因數為光纖陀螺的輸出和輸入之間的關系，標度因數K可表示如下式，其中L、D分別為光纖陀螺所用光纖圓環的光纖長度和環半徑，LD表示了光纖圓環的有效截面積，λ為光纖陀螺的光源波長，c為真空中光速：

K=2πLDλc---(1)]]>

從式(1)可以知道，標度因數反比于光源波長λ、正比于光纖圓環的光纖長度和環直徑的乘積，在理想狀態下，L、D和λ不變化，標度因數是一個常數。但實際上，光纖圓環不是理想的剛體，在受垂直其軸向(也即光纖陀螺的敏感軸)平面內力的作用下截面形狀會產生畸變，如從原來的圓變為橢圓，其等效截面積LD也會發生變化；若系統在垂直其軸向平面內進行加減速運動，則在光纖圓環內產生相同方向的加速力，改變了等效截面積LD，并導致了標度因數是加速度的函數，此即為光纖陀螺標度因數的加速度效應。而沿光纖圓環軸向的力不會影響光纖陀螺的等效截面積LD，不會造成標度因數的變化。

標度因數加速度效應的具體形式決定于光纖圓環的結構剛性，光纖圓環的剛性越好，該函數關系越弱，但實際設計過程中兼顧到重量等其他原因，不能完全消除這個關系；且此關系函數為一個非線性函數，其變量為垂直光纖圓環軸向平面內的加速度的幅度大小，和該加速度在該平面內的具體方向無關。