摘要：核磁共振陀螺作为目前世界上体积最小的导航级陀螺,受到了国内外的广泛重视。核磁共振陀螺通过检测磁场中原子核自旋进动频率的改变确定载体角速度,核磁共振陀螺的陀螺精度与静磁场的均匀性、稳定性密切相关。然而核磁共振陀螺静磁系统往往存在端口漏磁,形成杂散磁场,在长期工作过程中会磁化磁屏蔽罩,最终干扰陀螺精度。从核磁共振陀螺静磁场分布的理论分析出发,通过数学计算和计算机仿真,分析和研究了静磁系统的端口漏磁,并对静磁系统进行了优化设计。设计的核磁共振陀螺静磁系统端口漏磁在1.5倍螺线管直径范围内较传统方案平均减小45.4%,满足了核磁共振陀螺的使用需求。该工作为核磁共振陀螺仪设计和制造提供了一定的理论依据和参考价值。

摘要：针对单晶硅挠性摆式加速度计的高精度工程化应用需求,设计了加速度计组件及温控系统。针对大多数温控系统工作时的瞬时电流较大问题,设计了一种带抽头的加热片,将温控分为粗温控和精温控两个阶段,不同阶段采用不同的加热电阻。测试结果表明,设定目标温度为60℃,当外界环境温度从5℃到55℃变化时,温控系统到温时间小于15 min,控温精度小于±0.1℃,精温控时的最大电流为粗温控时的33.4%。连续15天通电实验表明,该组件的加速度计刻度系数K1稳定性小于10×10^(-6),偏值K0稳定性小于10μg,满足各类高精度、工程化的应用需求。

摘要：腔内模式椭圆偏振态和磁场是激光陀螺产生磁致误差的两个必要条件,减小腔内模式椭圆率是降低激光陀螺磁灵敏度的重要途径。基于琼斯矩阵的谐振腔理论,提出了建立自洽方程的位置原则;提出了自洽方程求解中起振模式的选取方法;形成了准确、完善的腔内模式椭圆率计算公式。采用数值分析法,分析了平面腔激光陀螺反射镜参数及光路非共面误差对腔内本征模式偏振态的影响机理;提出了两种通过配置反射镜反射相移减小腔内模式椭圆率的新方法。

摘要：由直角梯形棱镜构成的环形谐振腔的输出信号在机械振动环境下会受到影响,使输出波形幅值产生调制。为了改善谐振腔输出信号质量,从工程探索的角度出发,首次将对称型全反射棱镜纳入谐振腔的结构设计方案中。通过理论计算和有限元分析的方法,对比了两种谐振腔的光线传输特性和应力分布。结果表明,对于传输波长为632.8 nm的激光谐振腔而言,对称型结构可以保证构成谐振腔的光学元件具有对称的应力分布,降低棱镜上的应力双折射效应,提高输出信号的稳定性。对称性棱镜环形谐振腔的激光传输轨迹更稳定,装配要求更宽松,应力极值仅为非对称结构的15%。通过对比,在一个激励周期内,对称型谐振腔的激光输出能量波动相比原始结构降低了52.63%,平稳性获得了显著的改善。使用对称型环形谐振腔,对于提高我国现阶段环形激光传感器件的输出稳定性提供了一种新的技术途径。

摘要：设计并搭建了一套反射镜损耗增量的实时测量系统,实验得到反射镜损耗变化曲线。结果表明,该系统能有效地监测反射镜损耗在等离子体环境中变化的过程,并揭示损耗变化规律,并发现实际损耗增量和与等离子体作用后的自然放置时间密切相关;改变放电电流和腔体气压,损耗增量幅度明显不同。测量结果为等离子体作用下反射镜损耗变化机理的研究提供了实验依据。

摘要：基于包括子午和弧矢方向完整的4×4旁轴光线传输矩阵,建立了非共面谐振腔激光陀螺整体环绕传输矩阵.根据该矩阵,计算q参量矩阵,代入实际参量,分析并仿真计算了某型非共面谐振腔环形激光陀螺的复杂象散,得到了光路上任意位置光斑尺寸.实验采用CCD测量了该型激光陀螺输出光不同位置的光斑尺寸,通过多点测量值双曲线拟合的方法得出束腰宽度,仿真计算和实验结果一致.采用高斯光束理论,根据光场分布、光阑尺寸和位置确定衍射损耗,设计出合适的光阑方案,即将光阑设置在束腰位置,其形状为圆形,尺寸与束腰比值为2左右.实验证明该方案保证了该型非共面谐振腔环形激光陀螺单横模工作.

摘要：针对硅微加速度计中微小差分电容检测,提出了一种基于调制解调方法的闭环检测电路,介绍了该闭环检测系统的原理框图和实现途径。分析了基于单路载波的前置电容-电压(C-V)转换电路,证明了基于相关芯片的解调方法的有效性,其解调效率仅对开环输出有影响;基于双路反馈电路的静电力平衡回路有效提高该检测系统的线性度。结合硅微加速度计参数和电路设计参数,对加速度计系统进行了仿真,仿真结果显示系统稳定,刻度系数为0.9 V/gn左右,带宽700 Hz左右。结合表头进行的精密转台实验结果表明该加速度计系统刻度系数0.88 V/gn,量程可达±13 gn。

摘要：针对目前四频差动激光陀螺光学解调方案可靠性和温度特性差的特点,介绍一种基于FPGA的数字拍频解调方案。分析了四频差动激光陀螺数字拍频解调对电路系统的需求,对数字拍频解调的关键部件——低通滤波器进行了设计与实现。根据四频差动激光陀螺的特性参数计算滤波器的通带截止频率及阻带截止频率,使用MATLAB的滤波器设计和分析工具FDATool完成了有限冲击响应(FIR)数字滤波器的参数设计,并利用Xilinx公司的FPGA集成开发环境ISE实现FIR数字滤波器的片上系统设计。仿真和实验结果表明,所设计的FIR数字滤波器对四频差动激光陀螺的和频分量衰减达到-66dB,满足四频差动激光陀螺拍频解调的需求,并有助于实现四频差动激光陀螺的小型化和数字化。

摘要：耦合结构对MEMS音叉式陀螺振动特性具有重要影响。针对一种典型结构的音叉式陀螺及其耦合结构,在分析其工作原理的基础上,建立了其驱动模态的振动模型。基于该模型,计算了在陀螺刚度不对称、驱动力幅值不对称及质量不对称3种情况下,该耦合结构对陀螺振动特性的影响。利用有限元仿真软件,对该耦合结构在3种情况下对陀螺振动特性的影响进行了仿真比较。计算与仿真结果表明,当驱动力频率恒定时,耦合结构的刚度对振动特性无影响;但是对于工作在固有频率点的音叉式陀螺,通过改变耦合结构尺寸,能够调整陀螺固有频率,进而对振动特性产生影响。根据结果,提出了音叉式陀螺耦合结构的设计准则。

摘要：飞翼布局无人机(UAV)由于缺少垂直尾翼的安定作用,航向通道不稳定或具有弱稳定性,侧风条件下容易引起侧滑,影响航迹跟踪精度。针对一种没有安装侧滑角传感器的小型飞翼无人机,根据惯性器件测量数据和无人机气动参数,使用扩展Kalman滤波方法估计无人机的侧滑角大小并控制消除侧滑。在抑制侧滑的条件下,推导建立了无人机航迹跟踪侧向运动的非线性模型,利用反馈线性化方法,将运动模型转化为带有扰动的线性模型,进而引入虚拟控制变量,使用保性能H∞鲁棒控制器设计方法,优化得到航迹跟踪反馈控制参数。仿真结果表明:该方法能够估计并有效抑制侧风条件下飞翼无人机侧滑等干扰,实现航迹的精确跟踪。