携手健康网携手健康网

新型光纤为基于光的陀螺仪带来了重大改进

研究人员在提高谐振器光纤陀螺仪的性能方面迈出了重要的新一步,谐振器光纤陀螺仪是一种仅使用光即可感应旋转的光纤传感器。由于陀螺仪是大多数导航系统的基础,因此这项新工作有一天可能会为这些系统带来重要的改进。

霍尼韦尔国际公司研究小组的负责人格伦·桑德斯说:“高性能陀螺仪用于许多类型的空中,地面,海洋和太空应用中的导航。” “尽管我们的陀螺仪仍处于开发的早期阶段,但如果它能够发挥其全部性能,它将有望成为下一代制导和导航技术之一,不仅可以推动精度的极限,而且可以减小尺寸和重量。”

在光学协会(OSA)的《光学快报》上,来自霍尼韦尔和英国南安普敦大学光电研究中心的研究人员描述了他们如何使用新型空心光纤来克服限制先前谐振器光纤陀螺仪的几个因素。这使他们能够将陀螺仪稳定性最苛刻的性能要求提高到以前发表的涉及空心纤维的工作的500倍之多。

桑德斯说:“我们希望将这些陀螺仪用于下一代民航,自动驾驶汽车以及采用导航系统的许多其他应用中。” “的确,随着我们提高制导和导航系统的性能,我们希望打开全新的功能和应用程序。”

用光感应旋转

谐振光纤陀螺仪使用两个激光,它们以相反的方向穿过光纤线圈。光纤的末端被连接以形成一个光学谐振器,从而使大部分的光将再循环并绕线圈进行多次行程。当线圈静止时,在两个方向上传播的光束共享相同的共振频率,但是当线圈旋转时,共振频率彼此相对移动,其方式可用于计算运动方向或方向用于安装陀螺仪的车辆或设备。

霍尼韦尔一直在开发谐振器光纤陀螺仪技术,这是因为与当前传感器相比,霍尼韦尔具有在较小尺寸的设备中提供高精度导航的潜力。但是,要找到一种能够在这些陀螺仪所需的超细激光线宽下承受均匀适度的激光功率水平而又不会引起会降低传感器性能的非线性影响的光纤,就具有挑战性。

桑德斯说:“在2006年,我们建议将空心光纤用于谐振器光纤陀螺仪。” “由于这些纤维将光限制在中央空气或充满气体的空隙中,基于它们的传感器不会遭受困扰基于固体纤维的传感器的非线性影响。”

使用更好的纤维

在南安普敦大学的奥斯丁·塔兰塔(Austin Taranta)领导的新工作中,研究人员希望了解一种全新的中空纤芯纤维能否带来更大的改进。被称为无节点反谐振光纤(NANF)的这种新型光纤表现出比其他空心光纤更低的非线性效应。

NANF的光衰减也很低,这可以提高谐振器的质量,因为光在通过光纤的较长传播长度上都能保持强度。实际上,已证明这些光纤的光损耗是任何空心光纤的最低,而在光谱的许多部分中,光纤的损耗是最低的。

对于谐振器光纤陀螺仪,至关重要的是,光只能在穿过光纤的单个路径中传播。NANF通过消除由反向散射,偏振耦合和模态杂质引起的光学误差来帮助实现这一目标,这些误差都是陀螺仪中潜在的误差或额外噪声的来源。消除它们消除了其他光纤技术最重要的性能限制。

桑德斯说:“尽管这种传感器的骨干是新型光纤,但当我们以前所未有的精度检测共振频率时,我们还努力大大降低了噪声。” “这对于提高性能和朝着使传感器小型化迈进至关重要。”

实现长期稳定

霍尼韦尔的研究人员进行了实验室研究,以表征新型光纤陀螺仪传感器在稳定旋转条件下(即仅在地球自转的情况下)的性能。这建立了仪器的“偏置稳定性”。为了消除自由空间光学装置中的噪声和干扰,将陀螺仪安装在稳定的静态墩台上。通过合并NANF,研究人员能够证明每小时0.05度的长期偏置稳定性,这接近民用飞机导航所需的水平。

塔兰塔说:“通过在这种极为苛刻的应用中证明纳米光纤的高性能,我们希望展示出这些光纤在其他精密科学谐振腔中的特殊应用前景。”研究人员现在正在努力制造一种具有更多功能的陀螺仪原型。紧凑而稳定的配置。他们还计划合并最新一代的NANF,这种NANF的光损耗将提高四倍,模态和偏振纯度也将大大提高。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。