本发明专利技术提供一种高精度高可靠性的光纤陀螺及其工作方法，属于光纤陀螺技术领域，包括环圈组件，环圈组件包括安装于屏蔽盒内的高精度光纤环圈和低精度光纤环圈，屏蔽盒包括水平S型扫掠结构，高精度光纤环圈和低精度光纤环圈分别从正反同轴的方向安装到水平S型扫掠结构的两侧，二者独立盘纤，组成单轴冗余环圈组件。本发明专利技术不但安装简单、结构可靠、具有很高的力学特性，而且可实现高、低精度光纤环圈在极限环境条件下的稳定输出。限环境条件下的稳定输出。限环境条件下的稳定输出。
【技术实现步骤摘要】
一种高精度高可靠性的光纤陀螺及其工作方法
[0001]本专利技术属于光纤陀螺
，尤其是涉及一种高精度高可靠性的光纤陀螺及其工作方法。
技术介绍
[0002]光纤陀螺是一种用于惯性导航的光纤传感器。因其无活动部件高速转子，称为固态陀螺仪。
[0003]光纤陀螺由于是固态陀螺，因此具有诸多优点，例如精度范围覆盖广泛，其中高精度光纤陀螺精度可达到万分之一度量级，低精度光纤陀螺也可制成度量级。
[0004]但不同精度的光纤陀螺也有不同的特点和缺点，高精度光纤陀螺虽然零偏稳定性高，角度随机游走系数高，但是其环境适应性相对较差，在高量级振动和大冲击的情况下无法稳定输出，而低精度光纤陀螺虽然精度较低，但是其自身绕环直径小，纤长较短，因此具有很强的环境适应能力。
[0005]授权公告号CN109579822B的中国专利技术专利中公开了一种采用双环结构的光纤陀螺仪，该专利公开了在有限空间内，使用同等光纤长度的光纤陀螺，在不增加单个光纤环光纤长度的前提下，提高光纤陀螺的精度，且使其精度达到最高。但该专利虽然使用两个同等尺度的光纤环圈提升了了精度，但轴向尺寸上必然是单个环圈的两倍以上，占用空间大、成本较高，且无法解决高精度光纤环圈环境适应性差的问题，对提高光纤陀螺可靠性没有好处。
[0006]因此，研发一种高精度高可靠性的光纤陀螺，实现高精度光纤陀螺的高可靠性应用是十分必要的。
技术实现思路
[0007]本专利技术要解决的问题是提供一种高精度高可靠性的光纤陀螺及其工作方法。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种高精度高可靠性的光纤陀螺，包括环圈组件，所述环圈组件包括高精度光纤环圈和低精度光纤环圈，所述高精度光纤环圈和低精度光纤环圈安装于屏蔽盒内，所述屏蔽盒包括水平S型扫掠结构，所述高精度光纤环圈和低精度光纤环圈分别从正反同轴的方向粘接到水平S型扫掠结构的两侧，二者独立盘纤，所述水平S型扫掠结构正反两个止口分别焊接有屏蔽盖。
[0009]本专利技术还包括Y波导、耦合器和信号处理电路，所述Y波导包括第一Y波导和第二Y波导，所述第一Y波导的双端与高精度光纤环圈相连，所述第二Y波导的双端与低精度光纤环圈相连，所述信号处理电路包括依次连接的光电探测器、前置放大器、A/D转换器和FPGA数字处理单元，所述第一Y波导和第二Y波导分别通过光开关与耦合器相连，所述耦合器分别连接光源和光电探测器。
[0010]所述FPGA数字处理单元包括采集模块、切换控制模块和角速度输出反馈模块，所述采集模块用于采集A/D转换器转换输出的数字量值；所述切换控制模块用于将采集模块
采集到数字量值进行比较处理，并根据比较结果控制光开关的切换；所述角速度输出反馈模块用于将采集模块采集到数字量值转化为角速度信息输出，一路输出至显示终端，一路输出反馈至Y波导形成闭环。
[0011]所述水平S型扫掠结构的截面呈S形，该水平S型扫掠结构包括高精度光纤环圈粘接凹槽和低精度光纤环圈粘结凹槽，所述高精度光纤环圈粘接凹槽和低精度光纤环圈粘结凹槽同轴设置，该高精度光纤环圈粘接凹槽位于水平S型扫掠结构正面外圈位置，所述低精度光纤环圈粘结凹槽位于水平S型扫掠结构反面内圈位置，所述高精度光纤环圈粘接凹槽和低精度光纤环圈粘结凹槽之间设置有共用粘接壁。将屏蔽盒设计成水平S型扫掠结构，不但结构截面系数高，具有更大的抗弯刚度和抗扭刚度，而且在重量增加不明显的情况下，模态频率会有较大的提升。
[0012]所述屏蔽盒安装于基座上，所述光源与环圈组件同轴设置，位于环圈组件下方，所述基座包括方形的底座和位于底座中心位置的圆环状的凸台，所述光源嵌于凸台内侧设置。
[0013]所述屏蔽盒外侧设置有外罩，所述外罩包括罩体和安装法兰，所述安装法兰固定于罩体边缘位置，用于固定外罩和基座，所述罩体上设置有对外出线口。
[0014]所述Y波导和耦合器安装于水平S型扫掠结构中心位置，位于环圈组件的中轴线上，该中轴线位置还设置有盘纤槽，所述盘纤槽用于高精度光纤环圈、低精度光纤环圈、Y波导和耦合器和之间的连接；所述水平S型扫掠结构正面位于低精度光纤环圈粘结凹槽内侧设置有四个上表面圆柱凸台，所述上表面圆柱凸台用于安装信号处理电路；所述水平S型扫掠结构反面位于低精度光纤环圈粘结凹槽内侧设置有四个下表面凸台，所述下表面凸台用于将屏蔽盒和基座固定。
[0015]其中，所述屏蔽盖包括正面屏蔽盖和反面屏蔽盖，所述正面屏蔽盖焊接于高精度光纤环圈粘接凹槽的上安装止口，所述反面屏蔽盖焊接于低精度光纤环圈粘结凹槽的下安装止口。
[0016]其中，所述正面屏蔽盖和反面屏蔽盖上均设置有圆形盘纤墙、弧形导向槽和平直出纤槽。
[0017]本专利技术还提供了一种高精度高可靠性的光纤陀螺的工作方法，包括以下步骤：S1、光源经过耦合器对外输出两路光信号，工作初始时，采用高精度光纤环圈工作，即光开关控制第一路光信号通过，第一路光信号经过光开关后进入第一Y波导，分别沿顺、逆时针在高精度光纤环圈内传播一圈后，两束光信号返回第一Y波导，发生干涉后进入耦合器；
[0018]S2、所述耦合器接收到第一Y波导传送的干涉光信号后，信号经光电探测器、前置放大器和A/D转换器进入FPGA数字处理单元进行处理，所述FPGA数字处理单元的采集模块采集A/D转换器转换后的数字量值，然后通过切换控制模块将与、比较，进而控制光开关切换，实现高精度光纤环圈和低精度光纤环圈的切换，所述的取值范围公式为：（1）式（1）中，为A/D转换器转换后的数字量值，是高精度光纤环圈
能测量的正向最大角速度对应的数字量值，是高精度光纤环圈能测量的反向最大角速度对应的数字量值，当的取值范围在式（1）的范围内，光开关继续控制第一路光信号通过，使高精度光纤环圈工作，当的取值范围在式（1）的范围外，则光开关控制第二路光信号通过，切换至低精度光纤环圈工作，用于应对恶劣环境。
[0019]S3、当该重新回到式（1）的范围内，则FPGA数字处理单元控制光开关切换至高精度光纤环圈光路，重新采用高精度光纤环圈工作，完成应对恶劣环境的一个工作循环。
[0020]在步骤S2中，所述FPGA数字处理单元的采集模块采集A/D转换器转换后的数字量值，在输入切换控制模块的同时，也输入角速度输出反馈模块，通过角速度输出反馈模块向显示终端输出和角速度信息，并向Y波导输出反馈角速度信息，形成闭环。
[0021]在步骤S2中，所述的计算方法为：（2）式（2）中，k为数字量条纹转换系数，λ为光源平均波长，c为光速，L为高精度光纤环圈长度，D为高精度光纤环圈直径。
[0022]其中，k、和的具体计算方法为：将本专利技术的光纤陀螺放置于转台上，选用高精度光纤环圈工作，
[0023]通过输入不同的角速度，得到对应的，与外界角速度的关系为：（3）式（3）中，a为转换系数，此时，通过FPGA数字处理单元中对应外界输入角速度得到的，可以拟合出与外界角速度的曲线，在曲线中取呈线性关系的一段优选段，该优选段呈中心本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高精度高可靠性的光纤陀螺，其特征在于：包括环圈组件，所述环圈组件包括高精度光纤环圈和低精度光纤环圈，所述高精度光纤环圈和低精度光纤环圈安装于屏蔽盒内，所述屏蔽盒包括水平S型扫掠结构，所述高精度光纤环圈和低精度光纤环圈分别从正反同轴的方向粘接到水平S型扫掠结构的两侧，二者独立盘纤，所述水平S型扫掠结构正反两个止口分别焊接有屏蔽盖。2.根据权利要求1所述的高精度高可靠性的光纤陀螺，其特征在于：还包括Y波导、耦合器和信号处理电路，所述Y波导包括第一Y波导和第二Y波导，所述第一Y波导的双端与高精度光纤环圈相连，所述第二Y波导的双端与低精度光纤环圈相连，所述信号处理电路包括依次连接的光电探测器、前置放大器、A/D转换器和FPGA数字处理单元，所述第一Y波导和第二Y波导分别通过光开关与耦合器相连，所述耦合器分别连接光源和光电探测器。3.根据权利要求2所述的高精度高可靠性的光纤陀螺，其特征在于：所述FPGA数字处理单元包括采集模块、切换控制模块和角速度输出反馈模块，所述采集模块用于采集A/D转换器转换输出的数字量值；所述切换控制模块用于将采集模块采集到数字量值进行比较处理，并根据比较结果控制光开关的切换；所述角速度输出反馈模块用于将采集模块采集到数字量值转化为角速度信息输出，一路输出至显示终端，一路输出反馈至Y波导形成闭环。4.根据权利要求1所述的高精度高可靠性的光纤陀螺，其特征在于：所述水平S型扫掠结构的截面呈S形，该水平S型扫掠结构包括高精度光纤环圈粘接凹槽和低精度光纤环圈粘结凹槽，所述高精度光纤环圈粘接凹槽和低精度光纤环圈粘结凹槽同轴设置，该高精度光纤环圈粘接凹槽位于水平S型扫掠结构正面外圈位置，所述低精度光纤环圈粘结凹槽位于水平S型扫掠结构反面内圈位置，所述高精度光纤环圈粘接凹槽和低精度光纤环圈粘结凹槽之间设置有共用粘接壁。5.根据权利要求1所述的高精度高可靠性的光纤陀螺，其特征在于：所述屏蔽盒安装于基座上，光源与环圈组件同轴设置，位于环圈组件下方，所述基座包括方形的底座和位于底座中心位置的圆环状的凸台，所述光源嵌于凸台内侧设置；所述屏蔽盒外侧设置有外罩，所述外罩包括罩体和安装法兰，所述安装法兰固定于罩体边缘位置，用于固定外罩和基座，所述罩体上设置有对外出线口。6.根据权利要求2所述的高精度高可靠性的光纤陀螺，其特征在于：所述Y波导和耦合器安装于水平S型扫掠结构中心位置，位于环圈组件的中轴线上，该中轴线位置还设置有盘纤槽，所述水平S型扫掠结构正面位于低精度光纤环圈粘结凹槽内侧设置有上表面圆柱凸台，所述上表面圆柱凸台用于安装信号处理电路；所述水平S型扫掠结构反面位于低精度光纤环圈粘结凹槽内侧设置有下表面凸台，所述下表面凸台用于...
【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，杨盛林，王晓丹，李莉，李宏武，刘伯晗，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。