一種光纖陀螺溫場零偏性能的檢測方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種光纖陀螺溫場零偏性能的檢測方法，包括步驟：測量分布式布里淵頻移變化量Δν

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種光纖陀螺溫場零偏性能的檢測方法
本專利技術(shù)涉及光纖陀螺
，尤其涉及一種光纖陀螺溫場零偏性能的檢測方法。
技術(shù)介紹
光纖陀螺儀作為全新一代全固態(tài)慣性儀表，基于薩格納克工作原理，感測裝載物體沿其敏感軸向的旋轉(zhuǎn)角速率信息。光纖陀螺儀的發(fā)展不僅依賴于精密的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計和精益的信號處理工藝，還得益于光纖通信及光學(xué)波導(dǎo)等基礎(chǔ)工藝研究的快速發(fā)展。相比上一代機械陀螺儀，成熟的光纖陀螺儀具有長壽命、輕重量、低功耗、低成本、易加工等固有優(yōu)勢，在航空、航天及航海等國防領(lǐng)域均具有廣闊應(yīng)用前景。在航空工業(yè)方面，光纖陀螺儀將逐漸替代上一代機械陀螺儀，逐漸裝備到各類航空器的慣性導(dǎo)航及姿態(tài)穩(wěn)定平臺中。由于機載航空器在實際應(yīng)用過程中，通常經(jīng)歷快速溫變、極端高低溫等外界環(huán)境因素的輸入，致使閉環(huán)光纖陀螺的應(yīng)用性能嚴重劣化。所以，閉環(huán)光纖陀螺的溫場零偏指標已經(jīng)成為評價其實用性、可靠性的重要參數(shù)，將決定機載慣導(dǎo)系統(tǒng)的實際工作水平。前期工程研究人員認為，光纖敏感環(huán)材料在溫變環(huán)境中的熱脹冷縮及光彈效應(yīng)，必然導(dǎo)致閉環(huán)光纖陀螺溫變性能劣化，并采用雙極及其冪對稱等特殊方式繞制敏感環(huán)，致力于同時提高光纖敏感環(huán)位置坐標、快軸有效折射率及其溫度系數(shù)、周向應(yīng)變及環(huán)境溫度相對其繞制中點的對稱性，實現(xiàn)消除閉環(huán)光纖陀螺溫變誤差的目的。但是，在實際工程化過程中，由于材料選型及工藝波動，比如保偏光纖涂層厚度波動、保偏光纖涂層強度參量波動、繞環(huán)張力波動、繞環(huán)膠加注量波動、繞環(huán)膠固化條件波動等，使得上述光纖敏感環(huán)繞制方式并不能完全解決閉環(huán)光纖陀螺溫變零偏問題，仍然出現(xiàn)形態(tài)失控、不同程度的性能劣化。針對上述多影響因素導(dǎo)致閉環(huán)光纖陀螺溫變零偏劣化的實際工程化難題，國內(nèi)外光纖陀螺廠商均致力于建立一種閉環(huán)光纖陀螺溫變零偏的準確測量及評價體系，將各種溫變零偏不利因素的影響量級定量隔離。國外這部分工作開展較早，在較早的公開發(fā)表文獻專利上，著重針對光纖敏感環(huán)所處溫場對閉環(huán)光纖陀螺的溫變零偏影響進行定量隔離，并提出工程化解決方案，但是并沒有考慮光彈效應(yīng)的影響，模型缺乏準確性。近幾年，國外已將光彈效應(yīng)考慮進去，但是復(fù)雜的有限元分析極大地增加分析的工作量。綜上所述，多因素輸入導(dǎo)致光纖敏感環(huán)的溫變性能劣化機理復(fù)雜，急需一種直接的、簡便的檢測手段來定位每種因素對光纖敏感環(huán)溫變零偏的影響趨勢及相對量級，從而理清思路、分步分塊不斷提升閉環(huán)光纖陀螺的溫變性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
鑒于上述的分析，本專利技術(shù)旨在提供一種閉環(huán)光纖陀螺溫場零偏性能的檢測及評價方法，用以解決現(xiàn)有方法準確性低，工作量大、復(fù)雜性高的問題。本專利技術(shù)的目的主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：提供一種光纖陀螺溫場零偏性能的檢測方法，具體包括以下步驟：步驟S1.測量出一連續(xù)時間段內(nèi)光纖材料的分布式布里淵頻移變化量Δνb和分布式瑞利頻移變化量Δνr；步驟S2.根據(jù)上一步測量得到的分布式布里淵頻移變化量Δνb和分布式瑞利頻移變化量Δνr，計算出連續(xù)時間段內(nèi)光纖材料的分布式溫度變化量ΔT及分布式周向應(yīng)變變化量Δεz；步驟S3.根據(jù)光纖材料各組成成分的材料參量及幾何參量，以及上一步計算得到的分布式周向應(yīng)變變化量Δεz，計算出連續(xù)時間段內(nèi)光纖材料的分布式徑向應(yīng)變變化量Δεr；步驟S4.根據(jù)步驟S2中計算得到的分布式溫度變化量ΔT，分布式周向應(yīng)變變化量Δεz，以及步驟S3中計算得到的分布式徑向應(yīng)變變化量Δεr，解算出連續(xù)時間段內(nèi)光纖陀螺的溫變零偏變化量ΔΩ；步驟S5.獲取起始時刻對應(yīng)的零偏值Ω0，根據(jù)步驟S1～S4得到得到連續(xù)時間段內(nèi)的溫變零偏變化量，獲得在經(jīng)過上述連續(xù)時間段后的零偏值Ω0+ΔΩ；步驟S6.重復(fù)步驟S1-S5，計算經(jīng)過多個連續(xù)時間段的零偏值的標準差，將標準差作為光纖陀螺的檢測指標，以檢測光纖陀螺溫場零偏性能。優(yōu)選的，分布式布里淵頻移變化量Δνb采用基于BOTDA原理的設(shè)備測量得到；所述分布式瑞利頻移變化量Δνr采用基于COTDR原理的設(shè)備測量得到。優(yōu)選的，光纖材料的分布式溫度變化量ΔT及分布式周向應(yīng)變變化量Δεz采用以下公式計算：Δνb＝B11Δεz+B12ΔT；Δνr＝R11Δεz+R12ΔT；其中，B11、B12、R11、R12為常數(shù)。優(yōu)選的，分布式周向應(yīng)變變化量Δεz和分布式徑向應(yīng)變變化量Δεr采用有限元分析方法進行計算。優(yōu)選的，材料參數(shù)包括楊氏模量、泊松比和線性熱膨脹系數(shù)；幾何參量包括包層直徑、內(nèi)涂覆層直徑和外涂覆層直徑。優(yōu)選的，溫變零偏變化量ΔΩ的解算公式為：其中，n代表光纖材料有效折射率，L代表光纖環(huán)長度，R代表光纖環(huán)平均半徑，代表光纖材料有效折射率的溫度系數(shù)，A、B代表光彈系數(shù)，z代表光纖環(huán)上每一微元段光纖材料的周向坐標。優(yōu)選的，將檢測指標低于0.01°/h的光纖陀螺標記為性能穩(wěn)定的光纖陀螺。本專利技術(shù)有益效果如下：本專利技術(shù)能夠直接、簡便地定位材料選型、工藝波動等因素對光纖溫變零偏的影響趨勢及相對量級，進而提高光纖陀螺在快速溫變、極端溫度條件下的應(yīng)用性能水平；還能夠有效降低光纖陀螺研制成本，縮短光纖陀螺研制周期。本專利技術(shù)的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本專利技術(shù)而了解。本專利技術(shù)的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。附圖說明附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本專利技術(shù)的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。圖1為光纖陀螺溫場零偏性能的檢測方法流程圖；圖2為基于BOTDA原理的設(shè)備測量得到的分布式布里淵散射頻移量曲線；圖3為光纖材料的分布式周向應(yīng)變曲線；圖4為光纖材料的分布式徑向應(yīng)變曲線；圖5為光纖陀螺的溫變零偏變化曲線。具體實施方式下面結(jié)合附圖來具體描述本專利技術(shù)的優(yōu)選實施例，其中，附圖構(gòu)成本申請一部分，并與本專利技術(shù)的實施例一起用于闡釋本專利技術(shù)的原理。本專利技術(shù)的一個具體實施例，公開了一種光纖陀螺溫場零偏性能的檢測方法，流程圖如圖1，包括以下步驟：步驟S1.首先基于光纖材料的布里淵散射現(xiàn)象，測量出一連續(xù)時間段內(nèi)光纖材料的分布式布里淵頻移變化量Δνb，基于光纖材料的瑞利散射現(xiàn)象，測量出同一連續(xù)時間段內(nèi)光纖材料的分布式瑞利頻移變化量Δνr。沿光纖材料傳輸?shù)墓庾优c光纖材料熱噪聲產(chǎn)生的聲子的相互作用產(chǎn)生布里淵散射現(xiàn)象，光纖材料的折射率波動產(chǎn)生瑞利散射現(xiàn)象。由于光纖材料的布里淵頻率偏移及瑞利頻率偏移，與光纖材料的楊氏模量、泊松比、密度及有效折射率相關(guān)；所以當光纖感受到外界溫度變化時，其不同位置的楊氏模量、密度及有效折射率發(fā)生變化，同時外界溫度導(dǎo)致光纖材料產(chǎn)生熱脹冷縮，形成光纖的周向應(yīng)變。這種周向應(yīng)變通過光彈效應(yīng)同樣使光纖材料不同位置的密度及有效折射率發(fā)生變化，可以通過有限元等方法，計算光纖材料在溫變環(huán)境中以上各物理參量的變化情況，確定此時間段內(nèi)的光纖材料的分布式布里淵散射頻移量及分布式瑞利散射偏移量。任意時間段內(nèi)的光纖材料的分布式布里淵頻移變化量，可以通過基于BOTDA(Brillouinopticalfibertimedomainanalysis，布里淵光纖時域分析)原理的設(shè)備測量得到。任意時間段內(nèi)的光纖材料的分布式瑞利頻移變化量可以通過基于COTDR(CorrelationOpticalTimeDomainReflectomete本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種光纖陀螺溫場零偏性能的檢測方法，其特征在于，包括步驟：步驟S1.測量出一連續(xù)時間段內(nèi)光纖材料的分布式布里淵頻移變化量Δν

【技術(shù)特征摘要】
1.一種光纖陀螺溫場零偏性能的檢測方法，其特征在于，包括步驟：步驟S1.測量出一連續(xù)時間段內(nèi)光纖材料的分布式布里淵頻移變化量Δνb和分布式瑞利頻移變化量Δνr；步驟S2.根據(jù)上一步測量得到的分布式布里淵頻移變化量Δνb和分布式瑞利頻移變化量Δνr，計算出連續(xù)時間段內(nèi)光纖材料的分布式溫度變化量ΔT及分布式周向應(yīng)變變化量Δεz；步驟S3.根據(jù)光纖材料各組成成分的材料參量及幾何參量，以及上一步計算得到的分布式周向應(yīng)變變化量Δεz，計算出連續(xù)時間段內(nèi)光纖材料的分布式徑向應(yīng)變變化量Δεr；步驟S4.根據(jù)步驟S2中計算得到的分布式溫度變化量ΔT，分布式周向應(yīng)變變化量Δεz，以及步驟S3中計算得到的分布式徑向應(yīng)變變化量Δεr，解算出連續(xù)時間段內(nèi)光纖陀螺的溫變零偏變化量ΔΩ；步驟S5.獲取起始時刻對應(yīng)的零偏值Ω0，根據(jù)步驟S1～S4得到得到連續(xù)時間段內(nèi)的溫變零偏變化量，獲得在經(jīng)過上述連續(xù)時間段后的零偏值Ω0+ΔΩ；步驟S6.重復(fù)步驟S1-S5，計算經(jīng)過多個連續(xù)時間段的零偏值的標準差，將標準差作為光纖陀螺的檢測指標，以檢測光纖陀螺溫場零偏性能。2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的光纖陀螺溫場零偏性能的檢測方法，其特征在于，步驟S1中所述分布式布里淵頻移變化量Δνb采用基于BOTDA原理的設(shè)備測量得到。3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的光纖陀螺溫場零偏性能的檢測方法，其特征在于，步驟S1中所述分布式瑞利頻移變化量Δνr采用基于COTDR原理的設(shè)備測量得到。4.根據(jù)權(quán)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：謝良平，魏飛，王媛娣，丁闊，
申請(專利權(quán))人：中航捷銳北京光電技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：北京,11