光纖陀螺在球面非均勻磁場中的磁敏感性研究

肖程　劉軍　殷建玲　魯軍

摘要： 磁光法拉第效應是光纖陀螺中存在的非互易效應，會在陀螺輸出零位附加一個固定偏置，從而影響光纖陀螺的精度。針對陀螺內部電路的輻射磁場為球面非均勻磁場的特點，建立了球面非均勻磁場的光纖陀螺磁敏感誤差模型。采用數(shù)值模擬的方法分析了球面非均勻磁場對光纖陀螺磁敏感性的影響并進行了實驗驗證。實驗證明，球面磁場源距離光纖環(huán)越近，光纖陀螺磁敏感誤差越大；球面磁場源位于光纖環(huán)中心軸附近時，光纖陀螺磁敏感誤差較??；球面磁場源在光纖環(huán)內部中心軸向移動時，光纖陀螺磁敏感誤差基本不變。

關鍵詞： 光纖光學； 光纖陀螺； 法拉第效應； 球面磁場； 磁敏感性

中圖分類號： TN 253文獻標志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2014.05.012

引言

光纖陀螺是一種新型的慣性測量器件，有著傳統(tǒng)陀螺難以比擬的優(yōu)點。作為一種全固態(tài)陀螺，光纖陀螺具有動態(tài)范圍大、響應速度快、體積小、抗沖擊振動、啟動時間短、工藝簡單以及易于大批量生產(chǎn)等優(yōu)點[1-2]。

光纖陀螺自1976年問世以來，經(jīng)過30多年的發(fā)展，其在軍用和民用領域取得了巨大的成就，被公認為取代機械陀螺的下一代陀螺。光纖陀螺磁敏感性誤差作為光纖陀螺的主要非互易誤差源之一[3]，是評價光纖陀螺性能的重要參數(shù)。本文通過分析光纖陀螺內部電路輻射磁場的分布特征，建立了球面非均勻磁場中的光纖陀螺磁敏感誤差模型。探討了球面非均勻磁場對光纖陀螺磁敏感性誤差的影響。

1光纖陀螺磁敏感性機理

磁光法拉第效應是當線偏振光通過處于磁場作用下的透明介質時，其線偏振光的偏振角會發(fā)生旋轉，產(chǎn)生磁場作用下的一種旋光現(xiàn)象[4-5]。由于磁光法拉第效應，在單模光纖中磁場改變了構成入射線偏振光的左、右圓偏振光的相位，導致兩束反向傳播的線偏振光的偏振面產(chǎn)生一個夾角，使光在光纖環(huán)中傳輸時產(chǎn)生一個非互易相位差[6]。由于這一誤差無法與光纖陀螺的Sagnac效應區(qū)分，因此產(chǎn)生法拉第效應誤差，導致光纖陀螺具有磁敏感性。

2光纖陀螺內部電路輻射磁場

光纖陀螺的內部磁場主要由陀螺內部電路板產(chǎn)生。利用電磁場分布掃描系統(tǒng)，對光纖陀螺的電路板進行了電磁場輻射特性掃描。

2.1測試設備

利用瑞典Detectus公司生產(chǎn)的RX644EH型電磁場分布掃描儀，Agilent公司的E4440A頻譜分析儀，以及計算機控制與顯示軟件構成的電磁場分布掃描系統(tǒng)，對光纖陀螺的電路板進行電磁場輻射特性掃描。圖1為電磁場分布掃描系統(tǒng)框圖。光學儀器第36卷

針對測試對象，XYZ軸的移動距離（被測設備最大尺寸）為600×400×200 mm，最小移動步徑為1 mm，定位精度±0.3 mm。掃描測試時，選擇低頻磁場探頭LFB-3進行測試，掃描頻帶為0～50 MHz。

2.2掃描結果與分析

陀螺主控電路正面輻射強度最大的8.761 MHz的輻射特性如圖2所示。從圖2可以看出，隨著探頭與主控電路板上表面之間距離的增加，該電路板輻射強度逐漸下降。這說明電路板輻射磁場分布更接近球面分布，而非強度與探頭高度無關的柱面分布的勻強磁場。

3球面非均勻磁場中的光纖陀螺磁敏感誤差模型

若假定光纖環(huán)置于平行于光纖環(huán)平面的磁感應強度為B0的均勻磁場中，θ為磁場方向與光纖環(huán)所成的角度，θ0為磁場方向相對基準軸的角度，τ（θ）為光纖扭轉率，V為費爾德常數(shù)，Δβ為光纖雙折射率，r為光纖環(huán)半徑，m為光纖環(huán)在橫向上纏繞的層數(shù)，則該磁場所產(chǎn)生的徑向法拉第相位誤差可以表示為[7]：光纖陀螺磁敏感誤差與磁場源的位置、大小，以及光纖環(huán)的高度、半徑有關。磁場源距離光纖環(huán)越近，光纖陀螺的磁敏感相位誤差越大。2） 在光纖環(huán)外部，光纖陀螺磁敏感誤差隨著球面磁場距離光纖環(huán)上表面高度H0的增大而減小，隨著球面磁場距離光纖環(huán)側邊緣距離R的增大而減小。3） 當磁場源位于光纖環(huán)中心軸附近時，光纖陀螺磁敏感誤差較小。實際上，由于扭轉量不是均勻分布的，各點產(chǎn)生的法拉第相位效應也不會完全抵消。這個結論說明，將光纖陀螺內部輻射較大的元件置于光纖環(huán)中心軸附近，可減小其對陀螺輸出的影響。4） 球面磁場源在光纖環(huán)內部中心軸向移動時，光纖陀螺磁敏感誤差基本不變。

5實驗結果

通過設置光纖陀螺內部電路距離光纖環(huán)上表面的高度，從而改變球面磁場源距離光纖環(huán)上表面的高度，采集陀螺的輸出數(shù)據(jù)，如圖7所示。改變球面磁場源距離光纖環(huán)側邊緣的水平距離，采集陀螺的輸出數(shù)據(jù)，如圖8所示。改變球面磁場源處于光纖環(huán)內部的高度，采集陀螺的輸出數(shù)據(jù)，如圖9所示。圖7表明，在光纖環(huán)外部，光纖陀螺磁敏感誤差與球面磁場距離光纖環(huán)上表面高度H0成反比。圖8表明，光纖陀螺磁敏感誤差與球面磁場距離光纖環(huán)側邊緣距離R也成反比。圖9表明，光纖陀螺的光纖環(huán)對于在其內部中心軸向移動的球面磁場源而言，磁敏感性強度基本不變。分析3組實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)圖7、圖9中的陀螺輸出數(shù)據(jù)較小，說明當磁場源位于光纖環(huán)中心軸附近時，光纖陀螺磁敏感誤差較小。實驗結果驗證了數(shù)值模擬分析的正確性，同時也表明了所建立的球面非均勻磁場中的光纖陀螺磁敏感誤差模型的合理性。

6結論

基于光纖陀螺內部電路輻射磁場的掃描結果及其磁敏感性機理，著重研究了光纖陀螺在球面非均勻磁場中的磁敏感性特征。1）利用電磁場分布掃描系統(tǒng)，得到光纖陀螺內部電路輻射磁場為呈球面分布的非均勻磁場；2）在建立了光纖陀螺在球面非均勻磁場中的磁敏感誤差模型的基礎上，對處于不同球面非均勻磁場下的光纖環(huán)法拉第效應進行了數(shù)值模擬分析；3）實驗驗證了數(shù)值模擬分析的正確性。得到球面磁場源距離光纖環(huán)越近，光纖陀螺磁敏感誤差越大；球面磁場源位于光纖環(huán)中心軸附近時，光纖陀螺磁敏感誤差較小；球面磁場源在光纖環(huán)內部中心軸向移動時，光纖陀螺磁敏感誤差基本不變?；谝陨辖Y論，為了減小光纖陀螺自身內部電路輻射磁場對光纖環(huán)的影響，在設計陀螺內部結構時，應考慮將內部電路的主要輻射磁場源集中于光纖環(huán)中心軸附近。全面分析了光纖陀螺在球面非均勻磁場中的磁敏感性特征，為以后光纖陀螺內部結構的優(yōu)化設計和光纖陀螺磁敏感性抑制方法的研究提供了一定的參考。

參考文獻：

[1]UDD E，LEFEVRE H C，HOTATE K.Fiber optic gyroscope：20th anniversary conference[J].SPIE，1996，2837：1.

[2]譚曦，劉軍，殷建玲.正方形亥姆霍茲線圈的磁場均勻性[J].光學儀器，2012，34（1）：39-44.

[3]HOTATE K，TABE K.Drift of an optical fiber gyroscope caused by the Faraday effect：e xperiment[J].Lightwave Technology，1987，5（7）：997-100.

[4]王夏霄，宋凝芳，張春熹，等.光纖陀螺磁敏感性的實驗研究[J].北京航空航天大學學報，2005，31（10）：1116-1120.

[5]董宇，張悅，華文深，等.基于磁致旋光效應的光電裝備隱身技術[J].光學儀器，2012，34（6）：80-85.

[6]李堅，寧提綱.干涉型光纖陀螺中磁光Faraday效應的研究[J].光電子·激光，2007，18（4）：400-403.

[7]王巍.干涉型光纖陀螺儀技術[M].北京：中國宇航出版社，2010：170-185.第36卷第5期2014年10月光學儀器OPTICAL INSTRUMENTSVol.36， No.5October， 2014

摘要： 磁光法拉第效應是光纖陀螺中存在的非互易效應，會在陀螺輸出零位附加一個固定偏置，從而影響光纖陀螺的精度。針對陀螺內部電路的輻射磁場為球面非均勻磁場的特點，建立了球面非均勻磁場的光纖陀螺磁敏感誤差模型。采用數(shù)值模擬的方法分析了球面非均勻磁場對光纖陀螺磁敏感性的影響并進行了實驗驗證。實驗證明，球面磁場源距離光纖環(huán)越近，光纖陀螺磁敏感誤差越大；球面磁場源位于光纖環(huán)中心軸附近時，光纖陀螺磁敏感誤差較??；球面磁場源在光纖環(huán)內部中心軸向移動時，光纖陀螺磁敏感誤差基本不變。

關鍵詞： 光纖光學； 光纖陀螺； 法拉第效應； 球面磁場； 磁敏感性

中圖分類號： TN 253文獻標志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2014.05.012

引言

光纖陀螺是一種新型的慣性測量器件，有著傳統(tǒng)陀螺難以比擬的優(yōu)點。作為一種全固態(tài)陀螺，光纖陀螺具有動態(tài)范圍大、響應速度快、體積小、抗沖擊振動、啟動時間短、工藝簡單以及易于大批量生產(chǎn)等優(yōu)點[1-2]。

光纖陀螺自1976年問世以來，經(jīng)過30多年的發(fā)展，其在軍用和民用領域取得了巨大的成就，被公認為取代機械陀螺的下一代陀螺。光纖陀螺磁敏感性誤差作為光纖陀螺的主要非互易誤差源之一[3]，是評價光纖陀螺性能的重要參數(shù)。本文通過分析光纖陀螺內部電路輻射磁場的分布特征，建立了球面非均勻磁場中的光纖陀螺磁敏感誤差模型。探討了球面非均勻磁場對光纖陀螺磁敏感性誤差的影響。

1光纖陀螺磁敏感性機理

磁光法拉第效應是當線偏振光通過處于磁場作用下的透明介質時，其線偏振光的偏振角會發(fā)生旋轉，產(chǎn)生磁場作用下的一種旋光現(xiàn)象[4-5]。由于磁光法拉第效應，在單模光纖中磁場改變了構成入射線偏振光的左、右圓偏振光的相位，導致兩束反向傳播的線偏振光的偏振面產(chǎn)生一個夾角，使光在光纖環(huán)中傳輸時產(chǎn)生一個非互易相位差[6]。由于這一誤差無法與光纖陀螺的Sagnac效應區(qū)分，因此產(chǎn)生法拉第效應誤差，導致光纖陀螺具有磁敏感性。

2光纖陀螺內部電路輻射磁場

光纖陀螺的內部磁場主要由陀螺內部電路板產(chǎn)生。利用電磁場分布掃描系統(tǒng)，對光纖陀螺的電路板進行了電磁場輻射特性掃描。

2.1測試設備

利用瑞典Detectus公司生產(chǎn)的RX644EH型電磁場分布掃描儀，Agilent公司的E4440A頻譜分析儀，以及計算機控制與顯示軟件構成的電磁場分布掃描系統(tǒng)，對光纖陀螺的電路板進行電磁場輻射特性掃描。圖1為電磁場分布掃描系統(tǒng)框圖。光學儀器第36卷

針對測試對象，XYZ軸的移動距離（被測設備最大尺寸）為600×400×200 mm，最小移動步徑為1 mm，定位精度±0.3 mm。掃描測試時，選擇低頻磁場探頭LFB-3進行測試，掃描頻帶為0～50 MHz。

2.2掃描結果與分析

陀螺主控電路正面輻射強度最大的8.761 MHz的輻射特性如圖2所示。從圖2可以看出，隨著探頭與主控電路板上表面之間距離的增加，該電路板輻射強度逐漸下降。這說明電路板輻射磁場分布更接近球面分布，而非強度與探頭高度無關的柱面分布的勻強磁場。

3球面非均勻磁場中的光纖陀螺磁敏感誤差模型

若假定光纖環(huán)置于平行于光纖環(huán)平面的磁感應強度為B0的均勻磁場中，θ為磁場方向與光纖環(huán)所成的角度，θ0為磁場方向相對基準軸的角度，τ（θ）為光纖扭轉率，V為費爾德常數(shù)，Δβ為光纖雙折射率，r為光纖環(huán)半徑，m為光纖環(huán)在橫向上纏繞的層數(shù)，則該磁場所產(chǎn)生的徑向法拉第相位誤差可以表示為[7]：光纖陀螺磁敏感誤差與磁場源的位置、大小，以及光纖環(huán)的高度、半徑有關。磁場源距離光纖環(huán)越近，光纖陀螺的磁敏感相位誤差越大。2） 在光纖環(huán)外部，光纖陀螺磁敏感誤差隨著球面磁場距離光纖環(huán)上表面高度H0的增大而減小，隨著球面磁場距離光纖環(huán)側邊緣距離R的增大而減小。3） 當磁場源位于光纖環(huán)中心軸附近時，光纖陀螺磁敏感誤差較小。實際上，由于扭轉量不是均勻分布的，各點產(chǎn)生的法拉第相位效應也不會完全抵消。這個結論說明，將光纖陀螺內部輻射較大的元件置于光纖環(huán)中心軸附近，可減小其對陀螺輸出的影響。4） 球面磁場源在光纖環(huán)內部中心軸向移動時，光纖陀螺磁敏感誤差基本不變。

5實驗結果

通過設置光纖陀螺內部電路距離光纖環(huán)上表面的高度，從而改變球面磁場源距離光纖環(huán)上表面的高度，采集陀螺的輸出數(shù)據(jù)，如圖7所示。改變球面磁場源距離光纖環(huán)側邊緣的水平距離，采集陀螺的輸出數(shù)據(jù)，如圖8所示。改變球面磁場源處于光纖環(huán)內部的高度，采集陀螺的輸出數(shù)據(jù)，如圖9所示。圖7表明，在光纖環(huán)外部，光纖陀螺磁敏感誤差與球面磁場距離光纖環(huán)上表面高度H0成反比。圖8表明，光纖陀螺磁敏感誤差與球面磁場距離光纖環(huán)側邊緣距離R也成反比。圖9表明，光纖陀螺的光纖環(huán)對于在其內部中心軸向移動的球面磁場源而言，磁敏感性強度基本不變。分析3組實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)圖7、圖9中的陀螺輸出數(shù)據(jù)較小，說明當磁場源位于光纖環(huán)中心軸附近時，光纖陀螺磁敏感誤差較小。實驗結果驗證了數(shù)值模擬分析的正確性，同時也表明了所建立的球面非均勻磁場中的光纖陀螺磁敏感誤差模型的合理性。

6結論

基于光纖陀螺內部電路輻射磁場的掃描結果及其磁敏感性機理，著重研究了光纖陀螺在球面非均勻磁場中的磁敏感性特征。1）利用電磁場分布掃描系統(tǒng)，得到光纖陀螺內部電路輻射磁場為呈球面分布的非均勻磁場；2）在建立了光纖陀螺在球面非均勻磁場中的磁敏感誤差模型的基礎上，對處于不同球面非均勻磁場下的光纖環(huán)法拉第效應進行了數(shù)值模擬分析；3）實驗驗證了數(shù)值模擬分析的正確性。得到球面磁場源距離光纖環(huán)越近，光纖陀螺磁敏感誤差越大；球面磁場源位于光纖環(huán)中心軸附近時，光纖陀螺磁敏感誤差較小；球面磁場源在光纖環(huán)內部中心軸向移動時，光纖陀螺磁敏感誤差基本不變?；谝陨辖Y論，為了減小光纖陀螺自身內部電路輻射磁場對光纖環(huán)的影響，在設計陀螺內部結構時，應考慮將內部電路的主要輻射磁場源集中于光纖環(huán)中心軸附近。全面分析了光纖陀螺在球面非均勻磁場中的磁敏感性特征，為以后光纖陀螺內部結構的優(yōu)化設計和光纖陀螺磁敏感性抑制方法的研究提供了一定的參考。

參考文獻：

[1]UDD E，LEFEVRE H C，HOTATE K.Fiber optic gyroscope：20th anniversary conference[J].SPIE，1996，2837：1.

[2]譚曦，劉軍，殷建玲.正方形亥姆霍茲線圈的磁場均勻性[J].光學儀器，2012，34（1）：39-44.

[3]HOTATE K，TABE K.Drift of an optical fiber gyroscope caused by the Faraday effect：e xperiment[J].Lightwave Technology，1987，5（7）：997-100.

[4]王夏霄，宋凝芳，張春熹，等.光纖陀螺磁敏感性的實驗研究[J].北京航空航天大學學報，2005，31（10）：1116-1120.

[5]董宇，張悅，華文深，等.基于磁致旋光效應的光電裝備隱身技術[J].光學儀器，2012，34（6）：80-85.

[6]李堅，寧提綱.干涉型光纖陀螺中磁光Faraday效應的研究[J].光電子·激光，2007，18（4）：400-403.

[7]王巍.干涉型光纖陀螺儀技術[M].北京：中國宇航出版社，2010：170-185.第36卷第5期2014年10月光學儀器OPTICAL INSTRUMENTSVol.36， No.5October， 2014

摘要： 磁光法拉第效應是光纖陀螺中存在的非互易效應，會在陀螺輸出零位附加一個固定偏置，從而影響光纖陀螺的精度。針對陀螺內部電路的輻射磁場為球面非均勻磁場的特點，建立了球面非均勻磁場的光纖陀螺磁敏感誤差模型。采用數(shù)值模擬的方法分析了球面非均勻磁場對光纖陀螺磁敏感性的影響并進行了實驗驗證。實驗證明，球面磁場源距離光纖環(huán)越近，光纖陀螺磁敏感誤差越大；球面磁場源位于光纖環(huán)中心軸附近時，光纖陀螺磁敏感誤差較小；球面磁場源在光纖環(huán)內部中心軸向移動時，光纖陀螺磁敏感誤差基本不變。

關鍵詞： 光纖光學； 光纖陀螺； 法拉第效應； 球面磁場； 磁敏感性

中圖分類號： TN 253文獻標志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2014.05.012

引言

光纖陀螺是一種新型的慣性測量器件，有著傳統(tǒng)陀螺難以比擬的優(yōu)點。作為一種全固態(tài)陀螺，光纖陀螺具有動態(tài)范圍大、響應速度快、體積小、抗沖擊振動、啟動時間短、工藝簡單以及易于大批量生產(chǎn)等優(yōu)點[1-2]。

光纖陀螺自1976年問世以來，經(jīng)過30多年的發(fā)展，其在軍用和民用領域取得了巨大的成就，被公認為取代機械陀螺的下一代陀螺。光纖陀螺磁敏感性誤差作為光纖陀螺的主要非互易誤差源之一[3]，是評價光纖陀螺性能的重要參數(shù)。本文通過分析光纖陀螺內部電路輻射磁場的分布特征，建立了球面非均勻磁場中的光纖陀螺磁敏感誤差模型。探討了球面非均勻磁場對光纖陀螺磁敏感性誤差的影響。

1光纖陀螺磁敏感性機理

磁光法拉第效應是當線偏振光通過處于磁場作用下的透明介質時，其線偏振光的偏振角會發(fā)生旋轉，產(chǎn)生磁場作用下的一種旋光現(xiàn)象[4-5]。由于磁光法拉第效應，在單模光纖中磁場改變了構成入射線偏振光的左、右圓偏振光的相位，導致兩束反向傳播的線偏振光的偏振面產(chǎn)生一個夾角，使光在光纖環(huán)中傳輸時產(chǎn)生一個非互易相位差[6]。由于這一誤差無法與光纖陀螺的Sagnac效應區(qū)分，因此產(chǎn)生法拉第效應誤差，導致光纖陀螺具有磁敏感性。

2光纖陀螺內部電路輻射磁場

光纖陀螺的內部磁場主要由陀螺內部電路板產(chǎn)生。利用電磁場分布掃描系統(tǒng)，對光纖陀螺的電路板進行了電磁場輻射特性掃描。

2.1測試設備

利用瑞典Detectus公司生產(chǎn)的RX644EH型電磁場分布掃描儀，Agilent公司的E4440A頻譜分析儀，以及計算機控制與顯示軟件構成的電磁場分布掃描系統(tǒng)，對光纖陀螺的電路板進行電磁場輻射特性掃描。圖1為電磁場分布掃描系統(tǒng)框圖。光學儀器第36卷

針對測試對象，XYZ軸的移動距離（被測設備最大尺寸）為600×400×200 mm，最小移動步徑為1 mm，定位精度±0.3 mm。掃描測試時，選擇低頻磁場探頭LFB-3進行測試，掃描頻帶為0～50 MHz。

2.2掃描結果與分析

陀螺主控電路正面輻射強度最大的8.761 MHz的輻射特性如圖2所示。從圖2可以看出，隨著探頭與主控電路板上表面之間距離的增加，該電路板輻射強度逐漸下降。這說明電路板輻射磁場分布更接近球面分布，而非強度與探頭高度無關的柱面分布的勻強磁場。

3球面非均勻磁場中的光纖陀螺磁敏感誤差模型

若假定光纖環(huán)置于平行于光纖環(huán)平面的磁感應強度為B0的均勻磁場中，θ為磁場方向與光纖環(huán)所成的角度，θ0為磁場方向相對基準軸的角度，τ（θ）為光纖扭轉率，V為費爾德常數(shù)，Δβ為光纖雙折射率，r為光纖環(huán)半徑，m為光纖環(huán)在橫向上纏繞的層數(shù)，則該磁場所產(chǎn)生的徑向法拉第相位誤差可以表示為[7]：光纖陀螺磁敏感誤差與磁場源的位置、大小，以及光纖環(huán)的高度、半徑有關。磁場源距離光纖環(huán)越近，光纖陀螺的磁敏感相位誤差越大。2） 在光纖環(huán)外部，光纖陀螺磁敏感誤差隨著球面磁場距離光纖環(huán)上表面高度H0的增大而減小，隨著球面磁場距離光纖環(huán)側邊緣距離R的增大而減小。3） 當磁場源位于光纖環(huán)中心軸附近時，光纖陀螺磁敏感誤差較小。實際上，由于扭轉量不是均勻分布的，各點產(chǎn)生的法拉第相位效應也不會完全抵消。這個結論說明，將光纖陀螺內部輻射較大的元件置于光纖環(huán)中心軸附近，可減小其對陀螺輸出的影響。4） 球面磁場源在光纖環(huán)內部中心軸向移動時，光纖陀螺磁敏感誤差基本不變。

5實驗結果

通過設置光纖陀螺內部電路距離光纖環(huán)上表面的高度，從而改變球面磁場源距離光纖環(huán)上表面的高度，采集陀螺的輸出數(shù)據(jù)，如圖7所示。改變球面磁場源距離光纖環(huán)側邊緣的水平距離，采集陀螺的輸出數(shù)據(jù)，如圖8所示。改變球面磁場源處于光纖環(huán)內部的高度，采集陀螺的輸出數(shù)據(jù)，如圖9所示。圖7表明，在光纖環(huán)外部，光纖陀螺磁敏感誤差與球面磁場距離光纖環(huán)上表面高度H0成反比。圖8表明，光纖陀螺磁敏感誤差與球面磁場距離光纖環(huán)側邊緣距離R也成反比。圖9表明，光纖陀螺的光纖環(huán)對于在其內部中心軸向移動的球面磁場源而言，磁敏感性強度基本不變。分析3組實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)圖7、圖9中的陀螺輸出數(shù)據(jù)較小，說明當磁場源位于光纖環(huán)中心軸附近時，光纖陀螺磁敏感誤差較小。實驗結果驗證了數(shù)值模擬分析的正確性，同時也表明了所建立的球面非均勻磁場中的光纖陀螺磁敏感誤差模型的合理性。

6結論

基于光纖陀螺內部電路輻射磁場的掃描結果及其磁敏感性機理，著重研究了光纖陀螺在球面非均勻磁場中的磁敏感性特征。1）利用電磁場分布掃描系統(tǒng)，得到光纖陀螺內部電路輻射磁場為呈球面分布的非均勻磁場；2）在建立了光纖陀螺在球面非均勻磁場中的磁敏感誤差模型的基礎上，對處于不同球面非均勻磁場下的光纖環(huán)法拉第效應進行了數(shù)值模擬分析；3）實驗驗證了數(shù)值模擬分析的正確性。得到球面磁場源距離光纖環(huán)越近，光纖陀螺磁敏感誤差越大；球面磁場源位于光纖環(huán)中心軸附近時，光纖陀螺磁敏感誤差較??；球面磁場源在光纖環(huán)內部中心軸向移動時，光纖陀螺磁敏感誤差基本不變?；谝陨辖Y論，為了減小光纖陀螺自身內部電路輻射磁場對光纖環(huán)的影響，在設計陀螺內部結構時，應考慮將內部電路的主要輻射磁場源集中于光纖環(huán)中心軸附近。全面分析了光纖陀螺在球面非均勻磁場中的磁敏感性特征，為以后光纖陀螺內部結構的優(yōu)化設計和光纖陀螺磁敏感性抑制方法的研究提供了一定的參考。

參考文獻：

[1]UDD E，LEFEVRE H C，HOTATE K.Fiber optic gyroscope：20th anniversary conference[J].SPIE，1996，2837：1.

[2]譚曦，劉軍，殷建玲.正方形亥姆霍茲線圈的磁場均勻性[J].光學儀器，2012，34（1）：39-44.

[3]HOTATE K，TABE K.Drift of an optical fiber gyroscope caused by the Faraday effect：e xperiment[J].Lightwave Technology，1987，5（7）：997-100.

[4]王夏霄，宋凝芳，張春熹，等.光纖陀螺磁敏感性的實驗研究[J].北京航空航天大學學報，2005，31（10）：1116-1120.

[5]董宇，張悅，華文深，等.基于磁致旋光效應的光電裝備隱身技術[J].光學儀器，2012，34（6）：80-85.

[6]李堅，寧提綱.干涉型光纖陀螺中磁光Faraday效應的研究[J].光電子·激光，2007，18（4）：400-403.

[7]王巍.干涉型光纖陀螺儀技術[M].北京：中國宇航出版社，2010：170-185.第36卷第5期2014年10月光學儀器OPTICAL INSTRUMENTSVol.36， No.5October， 2014