Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование метода локального температурного воздействия и его применение для компенсации дрейфа волоконно-оптического гироскопа Рупасов Андрей Викторович

Исследование метода локального температурного воздействия и его применение для компенсации дрейфа волоконно-оптического гироскопа
<
Исследование метода локального температурного воздействия и его применение для компенсации дрейфа волоконно-оптического гироскопа Исследование метода локального температурного воздействия и его применение для компенсации дрейфа волоконно-оптического гироскопа Исследование метода локального температурного воздействия и его применение для компенсации дрейфа волоконно-оптического гироскопа Исследование метода локального температурного воздействия и его применение для компенсации дрейфа волоконно-оптического гироскопа Исследование метода локального температурного воздействия и его применение для компенсации дрейфа волоконно-оптического гироскопа Исследование метода локального температурного воздействия и его применение для компенсации дрейфа волоконно-оптического гироскопа Исследование метода локального температурного воздействия и его применение для компенсации дрейфа волоконно-оптического гироскопа Исследование метода локального температурного воздействия и его применение для компенсации дрейфа волоконно-оптического гироскопа Исследование метода локального температурного воздействия и его применение для компенсации дрейфа волоконно-оптического гироскопа Исследование метода локального температурного воздействия и его применение для компенсации дрейфа волоконно-оптического гироскопа Исследование метода локального температурного воздействия и его применение для компенсации дрейфа волоконно-оптического гироскопа Исследование метода локального температурного воздействия и его применение для компенсации дрейфа волоконно-оптического гироскопа
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Рупасов Андрей Викторович. Исследование метода локального температурного воздействия и его применение для компенсации дрейфа волоконно-оптического гироскопа: диссертация ... кандидата технических наук: 05.11.07 / Рупасов Андрей Викторович;[Место защиты: Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий механики и оптики].- Санкт-Петербург, 2014.- 135 с.

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1 Аналитический обзор 14

1.1 Причины возникновения температурной ошибки выходного сигнала волоконно-оптических датчиков, связанные с чувствительным элементом 14

1.2 Причины возникновения температурной ошибки выходного сигнала волоконно-оптических датчиков, связанные с интегрально-оптическим модулятором 22

1.2.1 Температурная нестабильность электрооптического коэффициента фазового модулятора 22

1.2.2 Пироэлектрический эффект в фазовом модуляторе 25

1.3 Причины возникновения температурной ошибки выходного сигнала волоконно-оптических датчиков, связанные с источником оптического излучения 29

1.4 Конструктивные методы борьбы с температурным дрейфом в волоконно-оптических датчиках 32

1.5 Алгоритмические методы борьбы с температурным дрейфом 35

1.6 Выводы по главе 42

ГЛАВА 2 Объект, методы и аппаратура исследования...46

2.1 Описание исследуемого волоконно-оптического гироскопа 46

2.1.1 Схема ВОГ 46

2.1.2 Принцип работы ВОГ в условиях изменяющейся температуры48

2.2 Методика дифференцированного исследования температурных свойств волоконно-оптического гироскопа 49

2.3 Программно-аппаратный комплекс для создания локальных тепловых воздействий на волоконный контур 51

ГЛАВА 3 Исследование температурных характеристик источника излучения 54

3.1 Исследование зависимости выходного сигнала ВОГ от температуры источника света 54

3.1.1 Расчет погрешности масштабного коэффициента ВОГ 54

3.1.2 Экспериментальное исследование влияния температуры источника излучения на выходной сигнал волоконно-оптического гироскопа 56

3.2 Причины возникновения дрейфа выходного сигнала ВОГ при температурном воздействии на источник света 65

3.3 Выводы по главе 73

ГЛАВА 4 Исследование температурных характеристик многофункциональной интегрально-оптической схемы

4.1 Исследование влияния температуры многофункциональной интегрально-оптической схемы на дрейф выходного сигнала волоконно-оптического гироскопа 75

4.2 Исследование многофункциональной интегрально-оптической схемы локальным нагревом 78

4.3 Исследование влияния паразитной амплитудной модуляции МИОС 83

4.4 Исследование влияния пироэлектрического эффекта в МИОС на дрейф выходного сигнала ВОГ 87

4.5 Выводы по главе 89

ГЛАВА 5 Исследование температурных характеристик волоконного контура 90

5.1 Математическая модель ВОГ с переменными длинами свободных концов волоконного контура, намотанного по квадрупольной схеме90

5.1.1 Расчет температурного поля волоконного контура 90

5.1.2 Расчет паразитной разности фаз в волоконном контуре с заданным температурным полем 96

5.1.3 Метод вычисления интеграла по длине намотки катушки 98

5.2 Исследование зависимости выходного сигнала ВОГ от временных температурных градиентов в волоконном контуре 106

5.3 Исследование анизотропных свойств волоконного контура с временными температурными градиентами 108

5.3.1 Моделирование влияния временных температурных градиентов в волоконном контуре на показания ВОГ при различных направлениях распространения тепла 108

5.3.2 Экспериментальное исследование влияния направления температурных градиентов в волоконном контуре на дрейф выходного сигнала ВОГ 110

5.4 Метод компенсации дефектов ВОК с квадрупольной намоткой 112

5.4.1 Моделирование влияния длины плеч волоконного контура на ошибку выходного сигнала ВОГ 113

5.4.2 Экспериментальное исследование влияния температуры на дрейф выходного сигнала ВОГ при различных длинах плеч волоконного контура 115

5.5 Метод компенсации ошибки выходного сигнала ВОГ, вызванной температурной нестабильностью волоконного контура 121

5.6 Выводы по главе 125

Заключение 127

Список литературы 130

Причины возникновения температурной ошибки выходного сигнала волоконно-оптических датчиков, связанные с интегрально-оптическим модулятором

Принцип действия большинства волоконно-оптических фазовых датчиков основан на измерении разности фаз оптических сигналов в двулучевом интерферометре, который является чувствительным элементом. Разность фаз интерферирующих волн зависит от разности оптического пути, преодолеваемого световыми лучами. Как правило, в двулучевых интерферометрах одно из плеч является опорным, и оптический путь в этом плече остается неизменным. Второе плечо – измерительное. Под действием измеряемой физической величины изменяется показатель преломления оптического волокна во втором плече интерферометра, соответственно изменяется оптический путь и фаза светового сигнала.

Однако оптический путь в двулучевом интерферометре изменяется не только вследствие воздействия измеряемой физической величины. Одним из главных факторов, влияющих на показания волоконно-оптического фазового датчика, является температура. Температурная нестабильность окружающей среды вызывает изменение показателя преломления и длины оптического волокна. Как следствие, изменяется оптический путь и фаза светового сигнала не только в измерительном плече, но и в опорном, притом влияние температуры на каждое плечо различно. Разница оптических путей в опорном и измерительном плечах интерферометра определяет рабочую точку фазового ВОД. Таким образом, в условиях изменяющейся температуры рабочая точка интерферометра зависит от времени, следовательно, будет наблюдаться так называемый «дрейф нуля». Конструкция волоконно-оптического гироскопа такова, что интерферирующие лучи проходят по одному и тому же волокну, что на первый взгляд исключает проблему температурного дрейфа нуля. Однако исследования показали, что это не так.

Изменение температуры окружающей среды и собственное тепловыделение (например, от электроники, входящей в состав ВОГ) влияют на распределение тепла внутри гироскопа. Обычно рассматривают три фактора, вызывающих температурную ошибку в выходном сигнале: собственно температура, температурный пространственный градиент и скорость изменения температуры. Считается, что температурный пространственный градиент и скорость изменения температуры оказывают значительно больший эффект на выходной сигнал ВОГ, чем просто абсолютное значение температуры.

В 1980 году Шуп показал, что в условиях быстро изменяющейся температуры показатель преломления оптического волокна в каждом секторе волоконного контура будет различным [3, 6]. Соответственно, два световых луча, распространяющихся навстречу друг другу в волоконном контуре, будут проходить различный оптический путь. Этот невзаимный эффект, известный как эффект Шупа, порождает ошибку в измеряемой угловой скорости. Выражение для фазовой ошибки А(рЕ выглядит следующим образом: длина волны излучения, с - скорость распространения излучения в вакууме, п0 - показатель преломления сердцевины волокна, а -температурный коэффициент, определяющий зависимость показателя преломления волокна от температуры, dT(,t)/dt - функция, описывающая изменение температуры на протяжении волоконного контура, L – длина волоконного контура, – координата точки волокна в катушке.

Для подавления температурной невзаимности применяются различные схемы намотки оптического волокна (ОВ) в чувствительном элементе, главная цель которых заключается в обеспечении одинаковых условий для участков волокна, равноудаленных относительно его центра за счет симметричности структуры намотки. Наиболее широкое распространение получила квадрупольная схема намотки [7-9], применение которой позволило значительно снизить влияние эффекта Шупа [10, 11]. Однако квадрупольная намотка не может полностью исключить возникновение температурного дрейфа ВОГ, так как в многослойной структуре волоконно-оптического контура (ВОК) неизбежно присутствуют дефекты, обусловленные параметрами используемого оптического волокна или применяемой технологией намотки [А1, А2], вследствие чего нарушается симметричность чувствительного элемента [12,13].

Количественный анализ, основанный на температурной модели ВОГ, свидетельствует о необходимости учета температурных характеристик волоконного контура, а также внешних физических факторов, для разработки методик эффективного подавления температурного дрейфа в волоконно-оптических гироскопах [11, 14]. Теплопроводность волоконного контура и температурная зависимость эффективного показателя преломления ОВ в катушке являются критичными факторами для оценки влияния эффекта Шупа, поэтому для решения обозначенной проблемы необходимо рассматривать эти параметры детально.

Экспериментальное исследование влияния температуры источника излучения на выходной сигнал волоконно-оптического гироскопа

Несмотря на постоянное совершенствование технологий создания волоконно-оптических гироскопов температурная нестабильность остается одним из главных факторов, ограничивающих точность ВОГ. Согласно целому ряду работ, посвященных проблеме температурного дрейфа, нестабильность выходного сигнала, вызванная изменением температуры, может быть обусловлена множеством причин, никак не связанных между собой. Наличие сразу нескольких процессов, протекающих одновременно и независимо друг от друга, приводит к непредсказуемым изменениям в выходном сигнале прибора. Поэтому эффективное подавление тепловых эффектов невозможно без дифференцированного подхода к исследованию температурных свойств волоконно-оптического гироскопа.

Известен метод исследования температурных свойств ВОГ, подразумевающий выделение основных элементов прибора из общей конструкции и применение к ним локального температурного воздействия для оценки степени влияния на выходной сигнал [2]. Было установлено, что наибольший вклад в дрейф сигнала ВОГ дают волоконный контур, источник света и многофункциональная интегрально-оптическая схема, включающая поляризатор, X-разветвитель и электрооптический фазовый модулятор.

Вопреки устоявшейся теории, наряду с изменением масштабного коэффициента также наблюдается значительный дрейф нуля при изменении температуры источника света. Механизм влияния температурной нестабильности параметров источника света на масштабный коэффициент ВОГ известен давно, он связан с изменениями спектра оптического сигнала и его центральной длины волны [19]. Изменение мощности оптического сигнала может приводить к увеличению шума (Angle Random Walk) [47], однако невзаимность в схеме ВОГ при этом не возникает, и, соответственно, флуктуации оптической мощности не могут быть причиной дрейфа сигнала гироскопа. Подавляющее большинство ВОГ навигационного класса точности используют поляризационную схему, в которой поддерживается единственное состояние поляризации рабочего оптического сигнала. В этом случае поляризационные свойства сигнала от источника света также не могут повлиять на дрейф ВОГ, так как изменения поляризации преобразуются поляризатором, стоящим на входе интерференционной схемы, в изменения оптической мощности. Таким образом, вопрос о влиянии температуры источника излучения на дрейф выходного сигнала ВОГ остается нерешенным. Поэтому исследование механизма данного эффекта и поиск методов его подавления является одной из задач настоящей работы.

Температурная нестабильность многофункциональной интегрально-оптической схемы проявляется, главным образом, в зависимости электрооптического коэффициента фазового модулятора, влияющего на масштабный коэффициент гироскопа [27-29]. Дрейф выходного сигнала ВОГ, вызванный изменениями температуры МИОС, может объясняться двумя причинами: пироэлектрическим эффектом в кристалле LiNbO3 [30, 33], а также наличием паразитного интерферометра [2]. Гипотеза о влиянии паразитного интерферометра в МИОС на дрейф волоконно-оптического гироскопа не была подтверждена экспериментально. Исследования пироэлектрического эффекта в кристаллах LiNbO3 проводились для ИОС c разветвителями Y-типа, в то время как отличительной особенностью МИОС в исследуемом ВОГ является разветвитель X-типа, для которых подобные исследования ранее не проводились. Таким образом, одной из основных задач настоящей работы является исследование механизма возникновения дрейфа выходного сигнала ВОГ, обусловленного изменением температуры МИОС с разветвителем X-типа, выполненного на основе кристалла LiNbO3 по технологии диффузии титана.

Температурные характеристики чувствительного элемента остаются главным критерием, определяющим чувствительность волоконно 44 оптического гироскопа к изменениям температуры. Традиционно для намотки волоконного контура применяется квадрупольная схема, которая значительно снижает дрейф выходного сигнала ВОГ, вызванный эффектом Шупа [7-11], но исключает его полностью. Остаточная ошибка связана с несовершенством структуры катушки, вызванной дефектами намотки и конечными размерами оптического волокна [12]. Более того, даже «идеальная» (без дефектов) намотка не гарантирует отсутствие температурного дрейфа в сигнале ВОГ [18]. Несмотря на обилие патентуемых методов намотки [50-56], предназначенных специально для подавления температурной невзаимности в волоконном контуре, широкого распространения они не получили. Согласно ряду публикаций основными методами борьбы с температурной нестабильностью ВОК являются оптимизация структуры чувствительного элемента [18, 57] и алгоритмическая компенсация [15, 58, 59]. В связи с этим актуальной задачей является математическое моделирование влияния конструкции волоконного контура на его температурные свойства, создание методики экспериментальной проверки математической модели, а также разработка метода алгоритмической компенсации температурного дрейфа.

Исследование многофункциональной интегрально-оптической схемы локальным нагревом

Также стоит отметить, что схема цифровой обработки сигналов ВОГ оперирует дискретным набором частот, которые могут не совпадать с собственной частотой волоконного контура. Поэтому, у двух интерферирующих волн изначально присутствует смещение модулирующих сигналов, которое определяет величину искажений в интерференционном сигнале.

При изменении температуры источника света изменяется его спектр, центральная длина волны, и, вследствие этого, собственная частота волоконного контура. Соответственно, изменяются параметры фазовой модуляции и форма искажений интерференционного сигнала. В результате возникает дрейф выходного сигнала ВОГ.

Для оценки влияния изменения спектра оптического сигнала на дрейф волоконно-оптического гироскопа был произведен расчет ошибки измеряемой угловой скорости согласно выражению (17). Расчет проводился для параметров исследуемого ВОГ (для которого получены зависимости на рис. 3.4): частота фазовой модуляции 68,45 кГц, длина волоконного контура 1500 м, размах и частота стационарной наводки в модулирующем сигнале, соответственно, 20 мВ и 1 МГц, размах модулирующего сигнала 1,6 В, показатели преломления сердцевины и оболочки оптического волокна, соответственно, 1,468 и 1,467. Ошибка выходного сигнала рассчитывалась для нескольких значений времени взятия отсчетов АЦП. Для спектров источника излучения, измеренных при температуре 15С и 35С и представленных на рис. 3.7, среднее значение дрейфа выходного сигнала ВОГ составило 0,039 /ч. При смещении момента взятия отсчетов АЦП расчетное значение дрейфа изменялось от 0,02 /ч до 0,06 /ч. Для сравнения, по результатам эксперимента (рис. 3.4) дрейф выходного сигнала ВОГ при изменении температуры источника от 15С до 35С составил 0,02 /ч. При смещении момента снятия отсчетов АЦП в исследуемых образцах ВОГ наблюдалось значительное изменение выходного сигнала.

Для определения влияния времени снятия отсчета (т.е. задержки ЦАП относительно АЦП) на выходной сигнал ВОГ был проведен эксперимент, в ходе которого ВОГ при постоянной комнатной температуре устанавливались на неподвижное основание так, чтобы его ось чувствительности была направлена горизонтально и отклонена от направления на восток примерно на 9 градусов. При этом скорость вращения составляла примерно 1,2 /ч. С помощью программы удаленного программирования в процессе работы ВОГ изменялось время задержки ЦАП относительно АЦП, при этом на осциллографе наблюдался пилообразный модулирующий сигнал на выходе ЦАП, скорость нарастания которого пропорциональна измеряемой скорости вращения. Расчет влияния времени снятия отсчета на выходной сигнал производился для скорости вращения гироскопа 1,2 /ч и для постоянного спектра оптического сигнала, остальные параметры совпадали с параметрами расчета ошибки, вызванной изменением температуры источника света.

На рис. 3.11 представлены графики расчетной и измеренной зависимости скорости вращения от времени задержки, полученные при различной частоте модулирующего напряжения Fмод=68,399 кГц и Fмод=68,306 кГц. Изменение частоты модулирующего сигнала Fмод приводит к изменению фазы и амплитуды сигнала ошибки скорости вращения. При расчете влияния времени задержки на выходной сигнал ВОГ стационарная наводка, присутствующая в сигнале ЦАП, описывалась синусоидой, поэтому расчетная зависимость на рис. 3.11 (б) также имеет форму синуса. В реальном приборе наводка имеет более сложную форму и частоту (рис. 3.9), и характер зависимости скорости вращения от времени задержки будет определяться, в том числе, этими параметрами.

Одним из методов подавления дрейфа, обусловленного влиянием спектра источника света на параметры модуляции, является снятие нескольких отсчетов на каждом такте интерференционного сигнала и последующее их усреднение. При этом измеряемая угловая скорость рассчитывается как разница средних значений интерференционного сигнала, и если интервал осреднения превышает период колебаний стационарной наводки ЦАП, ошибка, вызванная искажением интерференционного сигнала, существенно уменьшается.

Также одним из решений проблемы дрейфа, вызванного температурной нестабильностью источника света, является совершенствование схемы управляющей электроники ВОГ с целью минимизации наводок на модулирующий сигнал.

Температурные воздействия, оказываемые на исследуемый источник света, влияют преимущественно на спектральные характеристики излучения. При этом мощность сигнала и его поляризационные свойства не меняются. Искажения в выходном сигнале ВОГ, вызванные температурным изменением спектра источника света, преимущественно связаны с дрейфом нуля, а не с масштабным коэффициентом (при скорости вращения Земли). Объяснение зависимости дрейфа волоконно-оптического гироскопа от спектра оптического сигнала ранее не встречалось в известных источниках литературы, и было представлено впервые. Механизм влияния спектральных свойств источника света на дрейф ВОГ связан с искажениями модулирующего сигнала фазового модулятора, а также рассогласованием частоты фазовой модуляции и собственной частоты волоконного контура, зависящей от спектра оптического сигнала. Результаты расчета значения дрейфа ВОГ, вызванного изменением температуры источника света, подтверждаются результатами экспериментального исследования. Для подавления ошибки выходного сигнала, предложен метод, заключающийся в снятии нескольких отсчетов на каждом такте интерференционного сигнала и измерении разницы между усредненными значениями. Для уменьшения ошибки сигнала ВОГ также необходимо совершенствование схемы управляющей электроники ВОГ с целью минимизации наводок на модулирующий сигнал.

Также в ходе исследования было установлено, что температурная нестабильность спектра источника света влияет на условия распространения света в МИОС и оптическом волокне, от которых зависит мощность сигнала интерферометра, при этом значение мощности сигнала интерферометра не влияет на выходной сигнал ВОГ. Изменение спектра источника света влияет на полуволновое напряжение фазового модулятора, входящее в выражение масштабного коэффициента ВОГ. Предложен метод температурной калибровки полуволнового напряжения фазового модулятора, при котором исключается влияние изменения спектра оптического сигнала, вызванного температурным воздействием на источник света, на масштабный коэффициент ВОГ.

Исследование влияния температуры многофункциональной интегрально-оптической схемы на дрейф выходного сигнала волоконно-оптического гироскопа

Для исследования чувствительности выходного сигнала ВОГ к температуре МИОС использовались три идентичных волоконно-оптических гироскопа интерференционного типа с обратной связью. Схема гироскопа представлена на рис. 2.1.

Испытания проводились в двух одинаковых независимых термокамерах, схема эксперимента представлена на рис. 4.1. В первую термокамеру помещался весь волоконно-оптический гироскоп за исключением МИОС и платы термодатчиков, в камере устанавливалась постоянная температура +15С. Во вторую термокамеру помещалась МИОС в корпусе и плата термодатчиков. Температурный режим во второй камере изменялся по заданному циклу в диапазоне +15..+35 С.

Расчет паразитной разности фаз в волоконном контуре с заданным температурным полем

Для уменьшения температурного влияния на выходной сигнал ВОГ предлагается использовать «подстройку» ВОК, заключающуюся в изменении длины плеч волоконного контура. Моделирование ВОК с учетом неизбежных дефектов намотки, связанных с конечными размерами оптического волокна, показало наличие сильной зависимости количественной оценки теплового дрейфа ВОГ от характеристик намотки, качества волокна и т.д. По аналогии с [18], где предлагалось уменьшить тепловой дрейф ВОГ, обусловленный температурными воздействиями на волоконный контур, за счет уменьшения длины одного из плеч интерферометра, было проведено математическое моделирование.

Главным отличием представленной математической модели и экспериментального исследования от работы [18] является различная конструкция исследуемого волоконно-оптического гироскопа. В работе [18] приводятся характеристики ВОГ с бескаркасным волоконным контуром, в то время как в представленной работе рассматривается ВОГ с волоконным контуром на керсиловом каркасе, что существенным образом влияет распределение тепла между наружными и внутренними слоями оптического волокна в катушке. Во-вторых, значительно отличаются параметры самого волоконного контура: в работе [18] оптическое волокно длиной 240 м наматывается в катушку диаметром 5.3 см в 24 слоя, а в представленной работе катушка имеет внутренний диаметр 172 мм, длина наматываемого волокна составляет примерно 1500 м и число слоёв в катушке – 28. Исходя из указанных геометрических параметров, исследуемый в данной работе гироскоп более чем в 20 раз превосходит по чувствительности аналог из работы [18]. Кроме того, геометрические параметры волоконного контура тоже влияют на распределение тепла между его слоями. Также важно отметить некоторые особенности методики «подстройки» волоконного контура. В работе [18] из волоконного контура вырезается участок определенной длины и далее разрезанное оптическое волокно соединяется при помощи сварки. В месте сварки нарушается структура анизотропных оптических волокон, ухудшаются поляризационные свойства, возникает температурная нестабильность характеристик, которая может повлиять на выходной сигнал ВОГ непредсказуемым образом. В представленных исследованиях соотношение длин плеч ВОК изменяется путем отмотки оптического волокна и извлечения из области температурных воздействий.

Из графика на рис. 5.11 (б) видно, что при отмотке 30 витков в реакции выходного сигнала на изменение температуры волоконного контура помимо «выброса», амплитуда которого значительно уменьшилась по сравнению с рис. 5.11 (а), также появился «прогиб», направленный в противоположном направлении. При этом угловая ошибка, равная результату интегрирования угловой скорости за время температурного воздействия, близка к нулю. При отмотке 50 витков (рис. 5.11 (в)) реакция ВОГ становится противоположной по знаку относительно первоначального состояния катушки. По графику на рис. 5.12 видно, что угловая ошибка изменяет знак по мере отмотки волокна с катушки и при определенном значении / величина ошибки становится равной нулю.

Экспериментальное исследование влияния температуры на дрейф выходного сигнала ВОГ при различных длинах плеч волоконного контура

Целью данного эксперимента является определение влияние разности длин плеч волоконного контура на дрейф выходного сигнала ВОГ при температурном воздействии. Для этого использовался испытательный стенд, описанный в п. 2.3, волоконный контур гироскопа устанавливался в оправку с нагревательными элементами, далее эта конструкция помещалась в термокамеру с постоянной температурой +15 C. При этом один из свободных концов волоконного контура отматывался на определенное количество витков, отмотанные витки выводились из области нагрева и находились в поролоновом кожухе при постоянной температуре +15 C. Остальная часть волоконного контура нагревалась при помощи испытательного стенда. Как было установлено в п. 5.2.2, для данной конструкции ВОГ отсутствует ярко выраженная зависимость дрейфа выходного сигнала от направления температурного воздействия, поэтому волоконный контур нагревался только с одной стороны. Место нагрева было диаметрально противоположно относительно места вывода отмотанных

Вначале была записана реализация выходного сигнала ВОГ с волоконным контуром в его исходном состоянии (без отмотки витков). Далее последовательно отматывалось 3, 10, 20 и 30 витков с одного из концов ВОК, и проводилась запись выходного сигнала гироскопа при определенном температурном воздействии. Закон изменения температуры во всех запусках был одинаковый. На рис. 5.15 представлены результаты эксперимента.

Из графиков рис. 5.15 видно, что по мере отматывания оптического волокна с одного из концов ВОК реакция в выходном сигнале гироскопа на температурное воздействие постепенно уменьшается (рис. 5.15 (б), (в) и (г)). Начиная с некоторого момента, в реакции выходного сигнала появляется характерный «прогиб», направленный противоположно первоначальному «выбросу» сигнала. Этот эффект начинает проявляться уже после отмотки 10 витков: при положительном перепаде температуры сразу после основного «выброса» в выходном сигнале следует небольшой «прогиб» (на рис. 5.15 (г) наблюдается с 2,5 ч до 3 ч и с 10,5 ч до 11 ч). Аналогичный «прогиб» присутствует в сигнале и для отрицательных температурных перепадов (рис. 5.15 (г) с 6,5 ч до 7 ч и с 14,5 ч до 15 ч). Далее по мере отматывания волокна «прогиб» растет, а основной «выброс» уменьшается. При определенном количестве отмотанного волокна «прогиб» становится равным по амплитуде с основным «выбросом», а затем начинает превалировать (рис. 5.15 (д)). При дальнейшей отмотке первоначальные «выбросы» исчезают совсем, и реакция выходного сигнала на температурные воздействия становится примерно равной по амплитуде и противоположной по знаку по сравнению с таковой в исходном состоянии ВОК.

Похожие диссертации на Исследование метода локального температурного воздействия и его применение для компенсации дрейфа волоконно-оптического гироскопа