国家杰出青年科学基金(51225504)
- 作品数：43 被引量：134H指数：8
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- 谐振式光纤陀螺双光路调相谱最优参数确定方法被引量：8
- 2015年
- 调相谱检测技术是谐振式光纤陀螺(R-FOG)角速率信号提取的关键技术,通过选取合适的调制参数,可大大提升陀螺的综合性能。利用相位调制频谱展开式,依据调相谱载波分量和调制信号的幅度关系,提出了双光路调相谱最优参数的确定方法,该方法在保证陀螺最佳灵敏度工作点的同时,有效地抑制了背向散射噪声的影响;在正弦波调相谱下,采用自外差法实测了相位调制器的半波电压,得到了调相谱载波分量与调制电压幅度的关系曲线,与理论分析相符;以长度为12 m的保偏光纤熔接环为敏感谐振腔,直径为0.15 m,耦合系数为50%,进行了不同角速率的转动测试,得到了动态范围为±480(°)/s、非线性度为3%的转动结果。
- 焦新泉郑永秋安盼龙李小枫陈浩陈家斌刘俊闫树斌
- 关键词：谐振式光纤陀螺相位调制载波抑制
- 微球腔谐振频率的锁定及频移测量实验
- 2014年
- 对微球腔耳语回廊模式下的谐振特性所表现出的光学非线性进行了分析,对直径1mm的SiO2微球腔的谐振谱线和解调曲线进行了仿真;搭建了微球腔耦合测试系统,得到了微球腔半高全宽值为78.42MHz、Q值为2.5×106的谐振谱线;基于正弦波相位调制技术对谐振谱线进行了同步解调,以减小相位复位脉冲噪声的影响;采用环路锁频技术实现了谐振频率的跟踪和锁定,对锁定精度和锁定时间进行了分析,实验结果为锁定透射谱强度至1%的时间为8 ms,锁定后可测频移分辨率为375 kHz,为微球腔的传感测量提供了实验依据。
- 郑永秋任勇峰薛晨阳焦新泉安盼龙张建辉闫树斌刘俊
- 光学微球腔尾纤曲率敏感特性研究
- 2015年
- 光学微球谐振腔由于其超高的Q值及极小的模式体积等优点,在高灵敏度传感和光通信等方面得到了广泛的研究,理论分析了尾纤弯曲产生的应力双折射,并分析了其对微球腔谐振特性的影响。定量地改变尾纤弯曲曲率,测试微球腔的谐振波长,研究了微球腔尾纤对弯曲曲率的敏感特性。实验结果表明,光学微球腔尾纤弯曲影响着微球腔的谐振模式,能够导致谐振波长变化,随其弯曲曲率的变大,微球腔的谐振波长持续红移,能够用来测量曲率。
- 商成龙唐军谢成峰张天恩雷龙海王明焕郭泽彬郭浩刘俊薛晨阳张文栋
- 关键词：光纤光学谐振特性
- 硅基盘型腔的光学谐振式陀螺DQ乘积优化被引量：3
- 2015年
- 硅基盘型谐振腔由于其高品质因数Q值的特性,作为谐振式陀螺的核心元件,有望实现谐振式陀螺的小型化、集成化,成为目前谐振式陀螺中研究的基础。谐振式陀螺的极限灵敏度受谐振腔的DQ乘积(谐振腔直径D与Q值的乘积)的大小直接影响,提出制作大尺寸的盘型谐振腔获得高的DQ乘积,从而提升谐振式陀螺的极限灵敏度。通过理论计算仿真得到盘型谐振腔的Q值、DQ乘积以及陀螺灵敏度与谐振腔直径D的对应关系及其原因,实验中,采用传统半导体工艺制备不同直径的盘型腔(400μm^10 mm),通过与锥形光纤进行耦合测试得到输出透射谱线,得到盘型谐振腔直径D与Q值的变化成正比关系,得到最优的盘型腔参数,当D=10 mm时,Q值可达1.2×106,通过提升工艺精度以及后续优化还有极大的提升空间,理想条件下将实验得到的数据通过理论计算得到谐振式陀螺灵敏度可达0.02°/s,提供了一种提高谐振式陀螺灵敏度的思路。
- 焦新泉郭泽彬刘建华商成龙唐军刘俊薛晨阳陈家斌
- 关键词：光学器件
- 电容式加速度传感器设计及工艺加工被引量：13
- 2017年
- 针对精确制导的应用需求,设计了一种量程为100g"三明治"电容式加速度传感器,通过ANSYS仿真软件在100g及10 000g高过载条件下进行应力分析和模态分析,并通过Matlab分析、优化结构参数从而确定传感器敏感结构的具体尺寸。利用阻抗分析仪分析得到了传感器的静态电容为14.09 pF,结构输出灵敏度为0.281 8 pF/g,传感器的输出灵敏度为13.5μV/g。根据结构特性设计工艺流程并进行关键工艺加工:硅基质量块双面湿法腐蚀、ICP干法刻蚀及玻璃通孔电镀工艺。最终,通过实验验证电容式加速度传感器设计的可行性。
- 任建军石云波唐军冯恒振杜文略
- 关键词：电容式加速度传感器高过载湿法腐蚀电镀工艺灵敏度
- 平面环形谐振腔微光学陀螺结构设计与优化被引量：1
- 2015年
- 提出具有高群有效折射率的双环级联作为核心元件的谐振式平面光波导陀螺结构,基于光学Sagnac原理得到了双微环耦合谐振式光学陀螺理论灵敏度与群有效折射率的一般表达式和双环与单环陀螺系统的灵敏度关系,并由耦合模理论方法得到了双环系统耦合器的两个透射系数对应的群有效折射率变化情况.在环腔半径R1=R2=100μm、环腔传输损耗系数t1=t2=0.95的情况下,针对环与环之间耦合器和环与波导之间耦合器透射系数对群有效折射率的不同影响,得到了最大群有效折射率的产生条件.采用文中参数(R=100μm,t=0.95)计算的单环谐振式陀螺灵敏度为(104—105) °/h,而双环级联谐振系统理论灵敏度能够达到10°/h.该研究对微环耦合谐振腔在角速度检测上的应用有重要的意义.
- 刘俊张天恩张伟雷龙海薛晨阳张文栋唐军
- 关键词：透射系数
- 谐振式光学陀螺背散射噪声的抑制被引量：1
- 2017年
- 背散射噪声是制约陀螺精度的重要因素。针对由背向反射光引入的背散射噪声建立了数学模型,并进行了理论推导及仿真。利用光电探测器(PD)的带通性能设置合适的参数,将其主频率外的以背散射噪声为主的干扰噪声滤除掉。实验表明,设置合适的滤波参数使背散射噪声得到明显的抑制,最大可抑制10 d B左右的背散射噪声。
- 闫徐林闫树斌郑永秋张成飞薛晨阳刘俊
- 关键词：光电探测器带宽
- 基于偶极子补偿法的硅微机械陀螺仪带宽拓展被引量：8
- 2015年
- 硅微机械陀螺仪的机械灵敏度与驱动和检测模态的谐振频率差Δf成反比,而Δf处的谐振峰是影响陀螺带宽的直接因素,带宽约0.54Δf,因此,带宽和机械灵敏度往往成为两个互为矛盾的指标。基于自动控制原理中介绍的偶极子理论提出了偶极子补偿控制技术,该方法在不影响机械灵敏度的前提下可有效拓展陀螺带宽。首先,对涉及到的双质量硅微机械陀螺仪的结构形式和工作原理进行了介绍,指出陀螺实际工作的检测模态是由检测同相和反相模态叠加而成,设计了陀螺开环检测回路,分析了带宽是由驱动反相和检测反相模态的谐振频率差决定,并结合检测力反馈激励法验证了上述结论;其次,根据偶极子工作原理设计了偶极子补偿控制器的系统传递函数和电路,并对相关内容进行了仿真,验证了电路参数的准确性;最后,基于偶极子补偿控制器建立了硅微机械陀螺仪闭环检测系统,分析了该系统的稳定性,并对该系统的带宽特性进行了仿真和测试,结果显示带宽由原来的13 Hz拓展到了76 Hz,很好地证明了本文提出方法的可行性。此外,鉴于双质量陀螺的实际检测模态,在消除了第一个Δf谐振峰对带宽的影响后,由检测同、反相模态叠加产生的共轭零点引起的幅值谷为带宽进一步提高的限制因素。
- 曹慧亮李宏生申冲刘俊杨波
- 关键词：硅微机械陀螺仪控制器设计
- 高量程加速度计动态线性校准系统被引量：4
- 2016年
- 设计了双弹头霍普金森杆用于精确标定高g值加速度计的动态线性参数。基于一维应力波传播理论和弹性波叠加原理,分析了双弹头霍普金森杆为不同尺寸时对获取所需激励加速度信号的影响。利用ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件对不同设计条件下双弹头霍普金森杆的冲击效果进行了仿真分析。通过对不同影响因素的对比,确定了结构参数,设计了直径为30mm,长度为1 200mm的双弹头霍普金森杆,即高量程加速度计动态线性校准系统。利用设计的双弹头霍普金森杆对高量程加速度计进行了动态线性校准和试验验证,结果显示加速度计动态线性误差在5%以内,证明了设计的装置可对高量程加速度计进行动态线性校准,校准结果基本满足冲击校准的要求。
- 石云波杨志才曹慧亮智丹陈艳香王艳阳
- 关键词：加速度计ANSYS/LS-DYNA应力波
- 不同相位调制波形对背向散射噪声的抑制被引量：9
- 2014年
- 谐振式光纤陀螺系统中,背向散射噪声成为制约其系统精度的重要因素之一.对陀螺双路系统其中一路光波信号进行研究,利用相位调制频谱展开及光场叠加的方法,对光纤环形谐振腔输出光场进行理论分析.理论上载波分量的出现会在系统中引入背向散射噪声,因此仿真分析引入载波分量的幅度,得到采用三角波调制比正弦波更有利于抑制载波分量.以抑制载波分量为目标,搭建自外差载波抑制测试平台,对相位调制器施加三角波与正弦波两种波形调制,得到采用三角波调制时载波抑制比最高可达64.3dB,比正弦波调制时高出6dB,与理论分析相符;在陀螺系统应用中,采用三角波调制时陀螺输出信号载波抑制程度更大,波动更小,更加稳定.
- 闫树斌李小枫郑永秋郑永秋张成飞安盼龙刘俊张成飞
- 关键词：谐振腔相位调制背向散射载波
