本文關(guān)鍵詞：光纖陀螺用保偏光纖及光纖環(huán)測試方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《哈爾濱工程大學(xué)》 2010年

光纖陀螺用保偏光纖及光纖環(huán)測試方法研究

韓書新  

【摘要】： 光纖陀螺是一種慣性儀表,它是通過檢測光纖環(huán)中順、逆時針方向傳輸?shù)膬墒獾墓獬滩顏頊y量載體速度的。其原理是基于Sagnac效應(yīng)。光纖陀螺與傳統(tǒng)陀螺相比,具有可靠性高、壽命長、動態(tài)范圍大等優(yōu)點,如今已成為慣性導(dǎo)航領(lǐng)域主流儀器。目前,我國的光纖陀螺精度與國外相比還比較低,其中對光纖陀螺性能影響最重要的一點,就出在光纖陀螺的重要部件光纖環(huán)上,光纖質(zhì)量的好壞將直接影響光纖陀螺的檢測精度。 本文首先詳細(xì)闡述了保偏光纖的結(jié)構(gòu)與基本原理,通過分析光纖陀螺用保偏光纖光纖環(huán)繞制過程,得出保偏光纖在繞環(huán)過程,容易受到的彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力作用而產(chǎn)生的形變,形變又會產(chǎn)生形變感生雙折射。理論分析得出,形變感生雙折射的對保偏光纖固有雙折射會產(chǎn)生影響。并使用OptiFiber軟件對保偏光纖的兩種形變感生雙折射進(jìn)行了仿真。 為了進(jìn)一步研究熊貓型保偏光纖的雙折射特性,運用有限元法及ANSYS軟件,對熊貓型保偏光纖進(jìn)行了熱力學(xué)仿真。仿真結(jié)果清晰地表現(xiàn)出了熊貓型保偏光纖的保偏機(jī)理。通過對仿真結(jié)果的分析,得出了當(dāng)保偏光纖溫度提升時,會在光纖陀螺的檢測端衍生出大量的交叉耦合,這中現(xiàn)象會對光纖陀螺檢測精度造成嚴(yán)重的影響。 通過對保偏光纖繞環(huán)方法及固膠的研究,得出了固膠前后光纖環(huán)內(nèi)部典型結(jié)構(gòu)光纖的熱應(yīng)力及雙折射變化情況。固膠后的光纖環(huán)熱致感生雙折射較固膠前改善了許多。通過光纖陀螺使用環(huán)境的分析,仿真了保偏光纖環(huán)在使用過程中的溫度場變化過程。持續(xù)加溫會使光纖環(huán)內(nèi)部產(chǎn)生溫差,其大小與升溫時間有關(guān),這個溫差會導(dǎo)致光纖陀螺性能的不穩(wěn)定性。 最后,針對光纖環(huán)溫度性能測試進(jìn)行研究,設(shè)計出一套用于光纖陀螺用光纖環(huán)的光功率檢測方案。通過對不同光纖環(huán)的測試,并比較測試結(jié)果發(fā)現(xiàn),光纖繞環(huán)時的不對稱,會導(dǎo)致光纖陀螺的溫度穩(wěn)定性大大降低,對光纖陀螺的信號檢測造成不利影響,為今后光纖陀螺用光纖環(huán)的檢測提供了理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：V241.5
【目錄】：

摘要5-6

ABSTRACT6-10

第1章 緒論10-19

1.1 光纖陀螺概述10-11

1.2 光纖陀螺國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r11-13

1.2.1 國外的研究現(xiàn)狀12-13

1.2.2 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀13

1.3 光纖陀螺的分類13-15

1.4 光纖陀螺的應(yīng)用前景及發(fā)展方向15-17

1.4.1 光纖陀螺的應(yīng)用前景15-16

1.4.2 光纖陀螺的發(fā)展方向16-17

1.5 課題研究的意義及主要研究內(nèi)容17-19

第2章 光纖陀螺基本原理及結(jié)構(gòu)19-30

2.1 引言19

2.2 Sagnac效應(yīng)與光纖陀螺19-21

2.2.1 Sagnac效應(yīng)19-21

2.2.2 光纖陀螺中的Sagnac效應(yīng)21

2.3 光纖陀螺的互易性結(jié)構(gòu)21-24

2.3.1 光路互易性原理21-22

2.3.2 光纖陀螺互易性結(jié)構(gòu)22-24

2.4 干涉型光纖陀螺的工作方式24-29

2.4.1 開環(huán)干涉型光纖陀螺的基本結(jié)構(gòu)25-27

2.4.2 閉環(huán)干涉型光纖陀螺的基本結(jié)構(gòu)27-29

2.5 本章小結(jié)29-30

第3章 保偏光纖的結(jié)構(gòu)及原理30-49

3.1 保偏光纖概述30-34

3.1.1 單模光纖與保偏光纖的偏振態(tài)保持差別31-33

3.1.2 通信與光纖傳感用保偏光纖的區(qū)別33-34

3.2 雙折射與光彈效應(yīng)34-36

3.3 保偏光纖的分類36-41

3.3.1 形狀雙折射保偏光纖37-38

3.3.2 應(yīng)力雙折射保偏光纖38

3.3.3 保偏光纖的雙折射38-41

3.4 保偏光纖形變感生雙折射分析41-48

3.4.1 保偏光纖的彎曲感生雙折射41-43

3.4.2 保偏光纖的扭轉(zhuǎn)感生雙折射43-48

3.5 本章小結(jié)48-49

第4章 光纖陀螺用保偏光纖結(jié)構(gòu)與特性分析49-65

4.1 光纖陀螺用保偏光纖49-50

4.2 有限元理論基礎(chǔ)與ANSYS軟件50-56

4.2.1 有限元法的基本思想50-51

4.2.2 有限元法的實現(xiàn)環(huán)節(jié)及其優(yōu)點51-53

4.2.3 有限元分析軟件ANSYS 簡介53-55

4.2.4 ANSYS軟件的基本分析過程55-56

4.3 保偏光纖的熱力學(xué)分析56-63

4.3.1 應(yīng)力雙折線保偏光纖56-58

4.3.2 熊貓型保偏光纖雙折射特性有限元分析58-62

4.3.3 保偏光纖雙折射溫度性能仿真62-63

4.4 本章小節(jié)63-65

第5章 光纖環(huán)性能分析與測試方法65-87

5.1 光纖環(huán)結(jié)構(gòu)分析65-68

5.1.1 光纖彎曲應(yīng)力感生雙折射65-66

5.1.2 光纖扭轉(zhuǎn)應(yīng)力感生雙折射66-67

5.1.3 光纖環(huán)的繞制方法67-68

5.2 光纖環(huán)性能影響因素68-69

5.3 光纖環(huán)性能分析與熱應(yīng)力仿真69-82

5.3.1 光纖環(huán)內(nèi)部光纖的熱力學(xué)分析69-71

5.3.2 光纖環(huán)固膠前后熱應(yīng)力有限元分析71-76

5.3.3 固膠前后典型結(jié)構(gòu)光纖的應(yīng)力與雙折射變76-78

5.3.4 光纖環(huán)溫度場變化仿真78-82

5.4 光纖環(huán)測試系統(tǒng)的設(shè)計82-86

5.4.1 光纖環(huán)測試方案設(shè)計82

5.4.2 光纖環(huán)測試實驗步驟82-83

5.4.3 測試結(jié)果與分析83-86

5.5 本章小結(jié)86-87

結(jié) 論87-88

參考文獻(xiàn)88-92

攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果92-93

致謝93

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【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：221887