Метод определения коэффициента температурной чувствительности контура волоконно-оптического гироскопа

Погудин Г.К., Алейник А.С., Никитенко А.Н., Арцер И.Р., Стригалёв В.Е., Ошлаков В.С., Волковский С.А., Смирнов Д.С., Кубланова И.Л.

Ссылка для цитирования:

Погудин Г.К., Алейник А.С., Никитенко А.Н., Арцер И.Р., Стригалёв В.Е., Ошлаков В.С., Волковский С.А., Смирнов Д.С., Кубланова И.Л. Метод определения коэффициента температурной чувствительности контура волоконно-оптического гироскопа // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 8. С. 35–49. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-08-35-49

Pogudin G.K., Aleinik A.S., Nikitenko A.N., Artser I.R., Strigalev V.E., Oshlakov V.S., Volkovskii S.A., Smirnov D.S., Kublanova I.L. A method to estimate the thermal sensitivity coefficient of a fiber-optic gyroscope loop [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 8. P. 35–49. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-08-35-49

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Коэффициент температурной чувствительности контура волоконнооптического гироскопа. Цель работы. Создание и проверка метода определения механической и оптической составляющих коэффициента температурной зависимости масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа. Метод. Используется алгоритм для определения коэффициента температурной зависимости масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа экспериментально и расчётный метод вычисления коэффициента температурной чувствительности волоконно-оптического контура. Основные результаты. Разработан метод определения коэффициента температурной чувствительности контура волоконно-оптического гироскопа. Экспериментально подтверждена взаимозависимость коэффициента температурной зависимости средневзвешенной по частоте центральной длины волны спектра выходного излучения эрбиевого суперлюминесцентного источника, коэффициента температурной зависимости масштабного коэффициента и коэффициента температурной чувствительности контура волоконно-оптического гироскопа. Практическая значимость. Результаты исследования могут применяться при подборе параметров источника излучения под характеристики конкретного волоконно-оптического контура для компенсации величины коэффициента температурной чувствительности, а также для учёта значения коэффициента температурной чувствительности контура при миниатюризации и разработке его конструкции, макетировании и оценке характеристик производимых изделий в рамках производства. Кроме того, по данным исследования возможны разработка методики и создание измерительного стенда, необходимых для анализа температурных коэффициентов контуров в процессе их отбраковки или сортировки при изготовлении волоконно-оптического гироскопа.

Ключевые слова:

волоконно-оптический гироскоп, контур волоконно-оптического гироскопа, коэффициент температурной чувствительности, масштабный коэффициент волоконно-оптического гироскопа, эрбиевый суперлюминесцентный источник

Благодарность:

:авторы выражают благодарность АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» за предоставление доступа к оборудованию для проведения измерений. Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSER-2024-0006).

Коды OCIS: 120.0120, 120.5790, 060.2800

Список источников:

1. Nayak J. Fiber-optic gyroscopes: From design to production // Applied Optics. 2011. V. 50. № 25. P. 152–161. https://doi.org/10.1364/AO.50.00E152
2. Lefèvre H.C. The fiber-optic gyroscope: Achievement and perspective // Gyroscopy and Navigation. 2012. V. 3. P. 223–226. https://doi.org/10.1134/S2075108712040062
3. Chamoun J.N., Digonnet M.J.F. Noise and bias error due to polarization coupling in a fiber optic gyroscope // Journal of Lightwave Technology. 2015. V. 33. № 13. P. 2839–2847. https://doi.org/10.1109/JLT.2015.2416155
4. Sanders G.A., Strandjord L.K., Wu J. et al. Development of compact resonator fiber optic gyroscopes // 4th IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems (INERTIAL). Kauai, Hawai, USA. March 27–30. 2017. P. 168–170. https://doi.org/10.1109/ISISS.2017.7935657
5. Драницына Е.В., Егоров Д.А., Унтилов А.А. Современное состояние разработок волоконно-оптических гироскопов и перспективы их развития // Гироскопия и навигация. 2023. Т. 31. № 4. C. 2–21. https://doi.org/10.23919/ICINS51816.2023.10168323
6. Lefèvre H.C. The fiber-optic gyroscope. Norwood, USA: Artech House, 2022. 550 p.
7. Huang Y.-W., Peng T.-S., Wang L.A. et al. Performance comparison of fiber-optic gyroscopes using single pass backward and double pass backward superfluorescent fiber sources // 20th International Conference on Optical Fibre Sensors. Edinburgh, United Kingdom. October 5–9. 2009. V. 7503. P. 651–654. https://doi.org/10.1117/12.835365

8. Guillaumond D., Meunier J.-P. Comparison of two flattening techniques on a double-pass erbium-doped superfluorescent fiber source for fiber-optic gyroscope // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2001. V. 7. № 1. P. 17–21. https://doi.org/10.1109/2944.924004
9. Wan H., Zhang D., Sun X. Stabilization of a superfluorescent fiber source with high performance erbium doped fibers // Optical Fiber Technology. 2013. V. 19. № 3. P. 264–268. https://doi.org/10.1016/j.yofte. 2013.02.006
10. Chang J., Manning T. Experimental optimization of an erbium-doped super-fluorescent fiber source for fiber optic gyroscopes // Journal of Semiconductors. 2011. V. 32. № 10. P. 104007. https://doi.org/10.1088/1674-4926/32/10/104007
11. Patrick H.J., Kersey A.D., Bums W.K. et al. An erbium-doped superfluorescent fiber source with long period fiber grating wavelength stabilization // 12th International Conference on Optical Fiber Sensors. Williamsburg, USA. 1997. V. 16. P. 138–141. https://doi.org/10.1364/OFS.1997.OWB6
12. Li Y., Jiang M., Zhang C.X. et al. High stability Erdoped superfluorescent fiber source incorporating an Er-doped fiber filter and a faraday rotator mirror // IEEE Photonics Technology Letters. 2013. V. 25. № 8. P. 731–733. https://doi.org/10.1109/LPT.2013.2250948
13. Wang A., Ou P., Feng L.S. et al. High-stability Erdoped superfluorescent fiber source incorporating photonic bandgap fiber // IEEE Photonics Technology Letters. 2009. V. 21. № 24. P. 1843–1845. https://doi.org/10.1109/LPT.2009.2034621
14. Wilkinson M., Bebbington A., Cassidy S.A. et al. D-fibre filter for erbium gain spectrum flattening // Electronics Letters. 1992. V. 2. № 28. P. 131–132. https://doi.org/10.1049/el:19920081
15. Wang A. High stability Er-doped superfluorescent fiber source improved by incorporating bandpass filter // IEEE Photonics Technology Letters. 2011. V. 23. № 4. P. 227–229. https://doi.org/10.1109/LPT.2010.2098436
16. Салех Б., Тейх М. Оптика и фотоника. Принципы и применения. Т. 2 / Перевод с англ. В.Л. Дербова. Долгопрудный: Интеллект, 2012. 784 с.
17. Moeller R.P., Burns W.K., Frigo N.J. Open-loop output and scale factor stability in a fiber-optic gyroscope // Journal of Lightwave Technology. 1989. V. 7. № 2. P. 262–269. https://doi.org/10.1109/50.17765
18. Chen S., Cheng J., Gao W. A phase modulation method for improving the scale factor stability of fiber-optic gyroscope // IEEE International Conference on Mechatronics and Automation. Takamatsu, Japan. August 05–08. 2008. P. 37–42. https://doi.org/10.1109/ICMA.2008.4798722
19. Shen C., Chen X. Analysis and modeling for fiber-optic gyroscope scale factor based on environment temperature // Applied Optics. 2012. V. 51. № 14. P. 2541–2547. https://doi.org/10.1364/AO.51.002541
20. Zhang E., Yang L., Xue B. et al. Compensation for the temperature dependency of fiber optic gyroscope scale factor via Er-doped superfluorescent fiber source // Optical Engineering. 2018. V. 57. № 8. P. 085106. https://doi.org/10.1117/1.OE.57.8.085106
21. Zhao S., Zhou Y., Shu X. Study on nonlinear error calibration of fiber optical gyroscope scale factor based on LSTM // Journal of the International Measurement Confederation. 2022. V. 190. P. 110783. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2022.110783

22. Кикилич Н.Е. Стабилизация параметров оптического излучения суперлюминесцентного волоконного источника для применения в волоконно-оптическом гироскопе // Автореферат канд. дис. СанктПетербург: Университет ИТМО, 2018. 138 с.
23. Дейнека И.Г. Исследование и оптимизация точностных и динамических параметров волоконно-оптических интерферометрических датчиков // Автореферат канд. дис. Санкт-Петербург: Университет ИТМО, 2014. 124 с.
24. Dranitsyna E.V., Egorov D.A., Untilov A.A. et al. Reducing the effect of temperature variations on FOG output signal // Gyroscopy and Navigation. 2013. V. 4. № 2. P. 92–98. https://doi.org/10.1134/S2075108713020041
25. Boiron H. Rayleigh-OFDR strain distribution measurement of a self-standing fiber-gyroscope coil // 9th IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems (INERTIAL). Avignon. France. May 08–11. 2022. P. 1–4. https://doi.org/10.1109/INERTIAL53425.2022.9787740
26. Kikilich N., Aleinik A., Pogudin G. et al. Stabilization of the mean wavelength of an erbium-doped fiber source as part of high-accuracy FOG with increased spectrum width // Applied Optics. 2022. V. 61. № 23. P. 6827–6833. https://doi.org/10.1364/AO.460504