本文選題：光纖陀螺　切入點(diǎn)：空間輻照效應(yīng)　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：光纖陀螺(FOG)作為新型慣性敏感器件,具有重量輕,體積小,使用壽命長(zhǎng),功耗低,靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用于航空,航天,航海等領(lǐng)域。但在光纖陀螺的空間應(yīng)用中,由于光纖陀螺主要由光學(xué)器件和電子器件組成,宇宙空間存在的高能粒子,射線,電磁等惡劣環(huán)境會(huì)對(duì)光纖陀螺產(chǎn)生不利影響,如光纖環(huán)的損耗增加、光源波長(zhǎng)的漂移、光功率的下降、光纖陀螺電子器件的邏輯翻轉(zhuǎn)。從而導(dǎo)致光纖陀螺性能衰退,甚至永久性的損毀。本文圍繞空間輻照效應(yīng)對(duì)光纖陀螺的影響以及抗輻照的方案展開相關(guān)研究。論文的主要內(nèi)容如下:光纖陀螺的基本原理與對(duì)空間輻照環(huán)境進(jìn)行分析:介紹光纖陀螺的基本原理,為后面分析輻照環(huán)境對(duì)陀螺的影響做出基礎(chǔ)。分析空間輻照環(huán)境,以及輻照效應(yīng)對(duì)空間飛行器光電器件帶來(lái)的影響。空間輻照對(duì)光纖陀螺的影響研究:分別對(duì)輻照環(huán)境對(duì)陀螺光路與電路的影響進(jìn)行研究。在空間輻照的環(huán)境下,光纖陀螺的光路中會(huì)出現(xiàn)光纖環(huán)損耗增加、光源波長(zhǎng)漂移、光功率衰減、光電探測(cè)器暗電流增加等問(wèn)題,輸出光波長(zhǎng)的變化會(huì)導(dǎo)致陀螺標(biāo)度因數(shù)的不穩(wěn)定,輸出光功率的衰減會(huì)導(dǎo)致陀螺隨機(jī)游走系數(shù)的增加,從而導(dǎo)致光纖陀螺的性能下降;空間輻照環(huán)境下,陀螺電子器件主要會(huì)受到單粒子效應(yīng)的影響,導(dǎo)致器件的邏輯翻轉(zhuǎn),鎖定甚至燒毀。此外,輻照環(huán)境帶來(lái)的附加電磁干擾也會(huì)對(duì)陀螺電路以及陀螺數(shù)據(jù)的傳輸產(chǎn)生不利影響。針對(duì)空間輻照對(duì)光纖陀螺產(chǎn)生的這些不利影響,需要進(jìn)行相應(yīng)的防護(hù)技術(shù)。光纖陀螺的抗輻照方案設(shè)計(jì)與驗(yàn)證:分別對(duì)陀螺光路和電路進(jìn)行抗輻照方案設(shè)計(jì)。為解決空間輻照使光路中輸出光平均波長(zhǎng)漂移和光功率衰減的問(wèn)題,首先從總體上對(duì)陀螺光路進(jìn)行了設(shè)計(jì):由于對(duì)陀螺光路中光學(xué)器件均屬于保偏器件,輻射環(huán)境下陀螺光路會(huì)受到“色心”的影響。將光纖陀螺光路系統(tǒng)保偏部分全部采用光子晶體光纖,并對(duì)光路進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì),提升了輻照環(huán)境下陀螺光路的穩(wěn)定性。之后對(duì)光纖環(huán)和光源進(jìn)行了設(shè)計(jì):由于光子晶體光纖其制備材料為純2Si O,摻雜小,對(duì)輻射的敏感較低。因此,將光子晶體用于光纖的制備,陀螺在空間中會(huì)有更好的適應(yīng)能力。針對(duì)光源輸出光平均波長(zhǎng)的漂移,對(duì)陀螺光源輸出光譜進(jìn)行整形,采用近高斯型光譜輸出光光源,保證了光源輸出光平均波長(zhǎng)的穩(wěn)定性。對(duì)于陀螺的電路分別從硬件和軟件的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)。硬件上對(duì)陀螺各個(gè)模塊進(jìn)行器件的選擇,電路的設(shè)計(jì),對(duì)陀螺的邏輯處理電路關(guān)鍵部分進(jìn)行了三模冗余(TMR)的設(shè)計(jì),保證了陀螺電路在空間輻照環(huán)境下的穩(wěn)定性。此外,軟件上對(duì)陀螺的數(shù)據(jù)傳輸加入循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)算法,提升了輻照下陀螺數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆�(wěn)定性。最后對(duì)光纖陀螺系統(tǒng)整體進(jìn)行了搭建與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,對(duì)陀螺隨機(jī)游走系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試與分析,得到所設(shè)計(jì)方案滿足陀螺空間應(yīng)用要求。
[Abstract]:Fiber optic gyro (FOG) as a new type of inertial sensitive device, has the advantages of light weight, small volume, long service life, low power consumption, high sensitivity, so it is widely used in aviation, aerospace, marine and other fields. But in the space application of fog, the fog is mainly composed of optical devices and electronic devices, high energy the existence of particles, space radiation, electromagnetic environment will adversely affect the fiber optic gyro, such as loss of fiber ring increases, the wavelength of the light source drift, decline of optical power and electronic device of fiber optic gyro logic flip. Leading to decline the performance of fiber optic gyroscope, or even permanent damage. Research on the influence of around the space radiation effects on fiber optic gyroscope and anti radiation scheme. The main contents are as follows: analysis of the basic principle of fiber optic gyro and the space radiation environment in the fog: The basic principle of the screw, make the basis for the subsequent analysis of effects of irradiation on gyro. Analysis of the space radiation environment, and the influence of irradiation effects brought to the space vehicle photoelectric devices. Research on space radiation effects on fiber optic gyros respectively to radiation environment, studied the influence of gyroscope light path and circuit. In the space radiation environment the optical fiber ring, optical fiber gyroscope will increase the loss of the light source, wavelength shift, optical power attenuation, photoelectric detector dark current increases and other issues, change the output wavelength will lead to gyro scale factor instability will lead to increased attenuation of gyro random walk coefficient of the output optical power, which leads to a decrease in the performance of optical fiber gyroscope; space radiation environment, electronic devices will be affected by the main gyro single particle effect, resulting in logic flip device, lock even burned. In addition, radiation ring Additional electromagnetic interference brought by environment will have a negative impact on gyro circuit and transmission gyro data. In view of these adverse effects of space radiation fog, the need for appropriate protection technology. The design and verification of anti radiation scheme for fiber optic gyroscope: designed the anti radiation scheme of gyro light path and circuit. To solve the space radiation that the output light wavelength drift and average optical power attenuation of light path, first has carried on the whole design of gyroscope light path: due to the optical gyro in the light path are polarization devices, the radiation environment of gyroscope light path will be "center". The influence of fiber optic gyroscope the system used in all parts of the polarization maintaining photonic crystal fiber, and the corresponding design of the light path, to enhance the stability of gyro optical radiation environment. After the fiber ring and the light source is designed by: Photonic crystal fiber and its preparation materials for the pure 2Si O, doped with small, low sensitive to radiation. Therefore, the photonic crystal fiber for the preparation of gyroscope in space will have better adaptability. The average optical wavelength drift of gyro light output spectrum in shaping by near Gauss type spectral output light source, to ensure the stability of light source output average wavelength. For gyro circuit respectively from the perspective of hardware and software. The hardware design of each module of gyro device selection, circuit design, logic processing circuit of gyroscope is the key parts of the redundancy of the third mock exam (TMR) design to ensure the stability of the circuit, gyro in space radiation environment. In addition, the software for data transmission to the gyro with cyclic redundancy check (CRC) algorithm, to enhance the stability of gyro data transmission. At the end of irradiation The fiber optic gyroscope system is built and verified by experiments. The random walk coefficient of gyroscope is tested and analyzed, and the design meets the requirement of gyro space application.

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN96

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本文編號(hào)：1681655