CN110595505A - 一种测量光纤环温度特性的多参数仿真平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤陀螺技术领域，具体涉及可以更加完整的计算光纤陀螺的热漂移误差的一种测量光纤环温度特性的多参数仿真平台。本发明包括参数输入模块、结果显示模块、程序控制模块，其特征在于所述的参数输入模块中包括光纤环的基本参数、求解参数、仿真参数、温控条件仿真参数、变温条件仿真参数。本发明因基于Shupe效应和弹光效应的双重分析，可以更加完整的计算光纤陀螺的热漂移误差；因添加多个光路和电路的配置参数，可以根据其计算噪声的随机游走系数；根据事实情况，可以充分考虑到光纤环最外侧未绕满时对光纤陀螺热漂移误差的作用。

Description

一种测量光纤环温度特性的多参数仿真平台

技术领域

本发明涉及光纤陀螺技术领域，具体涉及可以更加完整的计算光纤陀螺的热漂移误差的一种测量光纤环温度特性的多参数仿真平台。

背景技术

光纤陀螺作为惯性系统的核心部件，对温度敏感度很大，温度漂移成为其主要的误差源之一。温度变化对陀螺精度的影响主要反映在两个方面：一是陀螺器件材料性能本身对温度的敏感性；二是周围温度场对陀螺工作状态的影响。光纤陀螺受工作环境温度的影响主要因为光纤线圈周围的温度场对光纤线圈的作用是不均匀的，从而会引起非互易相移误差的产生。这种误差将导致光纤陀螺的零点位置发生漂移并引起其标度因子的不稳定，严重制约着光纤陀螺检测精度的提高。对于实用化的光纤陀螺，一般要求其具有较宽的工作温度范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量光纤环温度特性的多参数仿真平台。

本发明的目的是这样实现的：

一种测量光纤环温度特性的多参数仿真平台，包括参数输入模块、结果显示模块、程序控制模块，所述的参数输入模块中包括光纤环的基本参数、求解参数、仿真参数、温控条件仿真参数、变温条件仿真参数。

结果显示模块中包括显示温控和变温条件下的温度变化和温度误差曲线，以及相应的零偏稳定性、零偏不稳定性、随机游走系数。

程序控制模块包含“运行”和“停止”按键。

每一个需要输入的仿真参数都有默认值，没有输入的情况下默认设定为其值。

在程序运行时，会显示进度条，“停止”按钮，即可停止程序的运行。

需要在基本参数模块中输入外界到光纤环各表面的热扩散系数。

与现有的技术相比，本发明光纤环温度特性的多参数仿真平台的特点是：因基于Shupe效应和弹光效应的双重分析，可以更加完整的计算光纤陀螺的热漂移误差；因添加多个光路和电路的配置参数，可以根据其计算噪声的随机游走系数；根据事实情况，可以充分考虑到光纤环最外侧未绕满时对光纤陀螺热漂移误差的作用。并且其有益效果是可以在光纤环的实际生产前可以让人更快的了解其温度特性，并知道该如何有效改善光纤陀螺的环境温度适应性；其直观性强，便于操作。此方法易于工程实践，能在同类光纤陀螺的基础上有效得提高性能，具有较高的工程应用价值。

附图说明

图1是光纤环参数默认值图；

图2是操作界面示意图；

图3是光纤环温度特性的多参数仿真平台的模块结构示意图；

图4(a)图是温控条件下，参数为默认值，勾选输出百秒平滑、环外侧加热得到的仿真过程图；

图4(b)图是温控条件下，参数为默认值，勾选输出百秒平滑、环外侧加热得到的仿真结果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和特点更能易于理解，下面结合附图对本发明的一个实施例进行详细阐述。

本实施例所述的光纤环温度特性的多参数仿真平台，是基于MATLAB软件GUI界面设计，由三大部分组成，分别为参数输入模块、结果显示模块、程序控制模块。所述的参数输入模块用于实现所需仿真参数的输入和仿真条件的选择；所述的结果显示模块用于显示仿真设定的温度曲线，以及仿真得出的误差结果；所述的程序控制模块用于对整个程序进行总体控制，平台操作界面如图2所示。

参数输入模块分为以下几个小模块：基本参数模块、求解参数模块、仿真参数模块，温控条件仿真参数模块和变温条件仿真参数模块。

在基本参数模块中输入环导热率、密度、比热容、热交换系数、探测器光功率、探测器跨阻抗、探测器响应度、光源光谱宽度、光源平均波长、偏置相位、外界到环内表面的热扩散系数、外界到环上表面的热扩散系数、外界到环外表面的热扩散系数、外界到环下表面的热扩散系数、环内半径。在求解参数模块选择数据保存路径，输入时间步长、空间步长。在仿真参数模块中选择温控条件仿真或变温条件仿真，输出添加噪声或输出百秒平滑，环内侧加热、环外侧加热、环顶部加热或环底部加热；并输入环绕满时的层数、环绕满时的匝数、环最外两层的匝数。在温控条件仿真参数模块输入仿真时间、初始温度、最终温度、时间常数。在变温条件仿真参数模块输入仿真时间、初始温度、最高温度、最低温度、变温速率、保温时间。

结果显示模块分为以下几个部分：温控和变温条件下的温度变化曲线、温控和变温条件下的温度误差曲线，相应的零偏稳定性、零偏不稳定性、随机游走系数。温控和变温条件下的温度变化曲线部分在或变温条件仿真参数模块输入温度参数后进行显示；温控和变温条件下的温度误差曲线部分在输入其他参数、勾选仿真条件后进行显示，并显示相应的零偏稳定性、零偏不稳定性、随机游走系数。

程序控制模块包含“运行”和“停止”按键。“运行”键用于在所有参数输入和条件勾选完毕后开始运行整个程序。“停止”键用于发现参数输入或条件勾选有误后中止整个程序的运行。

每一个需要输入的仿真参数都有默认值，没有输入的情况下默认设定为其值。没有勾选仿真条件时，会弹出警告窗口。在输入所用参数、勾选仿真条件后点击“运行”按钮，即刻开始程序的运行。在程序运行时，会显示进度条，以提醒仿真的完成度。“停止”按钮，即可停止程序的运行，

设定图1所示的仿真参数，勾选温控条件仿真、输出百秒平滑、环外侧加热，点击“运行”按钮，进行温度仿真，仿真结果如图4所示。

以上所述之实施例仅为本发明的实施例之一，并非因此限定本发明的专利范围，故凡利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构、原理，均同理因包括在本发明的专利保护范围之内。

本发明主要解决的技术问题是提供一种量化光纤环温度特性的多参数仿真平台，从而使得光纤陀螺的光纤环在实际生产前能够更好地被验证其性能和可行性，并提高其环境的适应能力。为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是，光纤环温度特性的多参数仿真平台基于MATLAB软件GUI界面设计，由三大部分组成，分别为参数输入模块、结果显示模块、程序控制模块。所述的参数输入模块用于实现所需仿真参数的输入和仿真条件的选择；所述的结果显示模块用于显示仿真设定的温度曲线，以及仿真得出的误差结果；所述的程序控制模块用于对整个程序进行总体控制，平台操作界面如图2所示。

参数输入模块分为以下几个小模块：基本参数模块、求解参数模块、仿真参数模块，温控条件仿真参数模块和变温条件仿真参数模块。

在基本参数模块中输入环导热率、密度、比热容、热交换系数、探测器光功率、探测器跨阻抗、探测器响应度、光源光谱宽度、光源平均波长、偏置相位、外界到环内表面的热扩散系数、外界到环上表面的热扩散系数、外界到环外表面的热扩散系数、外界到环下表面的热扩散系数、环内半径。在求解参数模块选择数据保存路径，输入时间步长、空间步长。在仿真参数模块中选择温控条件仿真或变温条件仿真，输出添加噪声或输出百秒平滑，环内侧加热、环外侧加热、环顶部加热或环底部加热；并输入环绕满时的层数、环绕满时的匝数、环最外两层的匝数。在温控条件仿真参数模块输入仿真时间、初始温度、最终温度、时间常数。在变温条件仿真参数模块输入仿真时间、初始温度、最高温度、最低温度、变温速率、保温时间。

结果显示模块分为以下几个部分：温控和变温条件下的温度变化曲线、温控和变温条件下的温度误差曲线，相应的零偏稳定性、零偏不稳定性、随机游走系数。温控和变温条件下的温度变化曲线部分在或变温条件仿真参数模块输入温度参数后进行显示；温控和变温条件下的温度误差曲线部分在输入其他参数、勾选仿真条件后进行显示，并显示相应的零偏稳定性、零偏不稳定性、随机游走系数。

程序控制模块包含“运行”和“停止”按键。“运行”键用于在所有参数输入和条件勾选完毕后开始运行整个程序。“停止”键用于发现参数输入或条件勾选有误后中止整个程序的运行。

每一个需要输入的仿真参数都有默认值，没有输入的情况下默认设定为其值。没有勾选仿真条件时，会弹出警告窗口。在输入所用参数、勾选仿真条件后点击“运行”按钮，即刻开始程序的运行。在程序运行时，会显示进度条，以提醒仿真的完成度。“停止”按钮，即可停止程序的运行。

基本参数模块，求解参数模块用于实现光路(包括光纤环)和电路参数的初始化；仿真参数模块，温控条件仿真参数模块或变温条件仿真参数模块用于实现变温激励过程的初始化。将用于光纤环、变温激励过程初始化的参数代入Shupe误差、热应力误差数值计算模型，并用时域有限差分算法进行计算；将用于光路和电路参数初始化的参数代入热噪声、强度噪声、散粒噪声模型进行计算；将这两者结合就可得到总的热漂移误差曲线，并分析其Allan方差。其模块结构示意图如图3所示。

Claims (6)

1.一种测量光纤环温度特性的多参数仿真平台，包括参数输入模块、结果显示模块、程序控制模块，其特征在于，所述的参数输入模块中包括光纤环的基本参数、求解参数、仿真参数、温控条件仿真参数、变温条件仿真参数。

2.根据权利要求1中所述的一种测量光纤环温度特性的多参数仿真平台，其特征在于，结果显示模块中包括显示温控和变温条件下的温度变化和温度误差曲线，以及相应的零偏稳定性、零偏不稳定性、随机游走系数。

3.根据权利要求1所述的一种测量光纤环温度特性的多参数仿真平台，其特征在于，程序控制模块包含“运行”和“停止”按键。

4.根据权利要求1所述的一种测量光纤环温度特性的多参数仿真平台，其特征在于，每一个需要输入的仿真参数都有默认值，没有输入的情况下默认设定为其值。

5.根据权利要求1所述的一种测量光纤环温度特性的多参数仿真平台，其特征在于，在程序运行时，会显示进度条，“停止”按钮，即可停止程序的运行。

6.根据权利要求1所述的一种测量光纤环温度特性的多参数仿真平台，其特征在于，需要在基本参数模块中输入外界到光纤环各表面的热扩散系数。