一种可消除尖峰信号的干涉式光纤陀螺制造技术

本发明专利技术公开了一种可消除尖峰信号的干涉式光纤陀螺，光路部分包括光源、分束器、Y分支、敏感光纤环、探测器和辅助探测器，在分束器和探测器之间增设有用于消除尖峰信号光强的光强控制单元，电路部分包括强度噪声抑制单元、逻辑控制与运算处理单元及功率反馈控制单元，逻辑控制与运算处理单元的一路输出通过逻辑开关接光强控制单元，每到尖峰信号出现时，逻辑控制与运算处理单元通过逻辑开关启动光强控制单元，由光强控制单元使尖峰信号光强衰减至设定值。本光纤陀螺能够实现光测试信号阶段的信号光强调制，能够消除光纤陀螺工作点往复引发的信号尖峰现象，并由此提高光纤陀螺的实测精度以及环境适应性能。

【技术实现步骤摘要】
一种可消除尖峰信号的干涉式光纤陀螺
本专利技术涉及光纤陀螺结构改进，具体指一种可消除尖峰信号的干涉式光纤陀螺，属于陀螺

技术介绍
光纤陀螺作为一种新型惯性仪表，具有无转动部件、测角范围大、长寿命、高灵敏度和高可靠性等优点，目前在国外的军民市场已经普及推广，国内虽起步较晚，但发展速度较快，未来一段时间光纤陀螺必将逐渐替代传统机械陀螺成为惯性应用领域的主流仪表配置方案。干涉式光纤陀螺设计方案是目前工程中普遍采用的方案，其主要由光学部件和电子部件两部分组成，其中光学部件的性能在根本上决定了光纤陀螺的极限精度和性能，是干涉式光纤陀螺设计的核心问题。目前干涉式光纤陀螺光路结构所采取的方案是一种最小化的光纤Sagnac干涉仪结构，其光路结构如图1所示。工作原理为：由光源1发出的光先后经过分束器2、Y分支4后分成两束反向传播光进入敏感光纤环5，两束信号光经过光纤环的传输过程后再次经过Y分支4、分束器2后汇聚，最终到达探测器6。两束光再汇聚时发生干涉，探测器6接收到的实际为两光的干涉强度信号。从分光到合光的过程中，两束光携带了不同的相位信息，坐标系的不同角速度会引入两束光不同的相位差。通过测量两束光之间的相位差，最终得到坐标系的转动速度。两光的干涉信号是一条光强和相位差的余弦曲线，陀螺的实际工作状态下需要选择合适的工作点，以±π/2为例。陀螺采取常规的方波调制，工作点在±π/2之间往复切换。对于理想的方波，最终的输出信号也会是理想的方波型信号，如图2。而事实上在电路调制过程中无法实现理想的方波信号，而是一种近似的梯形方波，如图3。这样就导致探测器端的输出信号产生了信号尖峰，如图4，图4为光纤陀螺实际工作状态下可能产生的各种形状信号，尖峰幅度大小应该同光波强度大小相符。这种结构的光路在通常的以方波调制为基础的调制过程中会出现工作点切换引起的信号尖峰现象。要保持光纤陀螺工作时的闭环状态，工作点的往复切换是必需的，故信号尖峰的出现也是无法避免的。信号尖峰是在光路状态下就已经产生的，同时信号尖峰中并不包含陀螺测试信息。对信息提取工作来说信号尖峰的存在是有害无益的，这样的信号尖峰对后期的电路处理都是有比较严重的问题的。其主要影响如下：(1)在光电转换过程中，由于信号尖峰的幅值远大于有效信号的幅值，尖峰信号在转换过程中率先饱和，导致光信号在转变为电信号的过程中存在波形失真；(2)陀螺工作的不同状态下，信号尖峰的形状及幅度大小会发生变化，将会导致在光电转换后完整的信号波形发生微小形变，信号的微小变化都会导致实测误差的出现，影响不同工作状态下陀螺的输出真值；(3)尖峰信号同样随时间和环境变化产生形变，导致陀螺产生漂移趋势项；(4)另外，实际工作中尖峰信号的幅度、宽度还会同陀螺本身的光学参数相关。而在外界环境影响下，陀螺光路光学参数也会发生微小的变化，这同样直接影响到探测器得到的信号波形，进而影响到光纤陀螺的性能。以上所述尖峰信号的影响势必会造成光纤陀螺的测量误差，由于尖峰信号在测试过程中无法避免，陀螺测试过程中这一误差项始终存在，尤其对于高精度光纤陀螺来说这一误差因素是不可忽略的。为了减小尖峰信号对陀螺性能的影响，高精度掺铒光纤陀螺必须采取必要的措施对上述误差加以抑制和消除。目前通常采取的手段主要是：一、为避免尖峰信号的饱和，在光电转换过程中大大降低转换倍率。这样做实际牺牲了光探测器件的转换效率，是以牺牲陀螺测试精度为代价的。二、采取后期特殊电路滤波的方法，消除电信号中的尖刺以减小采样影响。这样做也不是理想的解决办法，电信号中的信号尖峰出现总会影响陀螺工作的实际波形，尽管能够后期消除尖峰，却没有办法完全抑制波形变形，而且过于繁琐的滤波电路也会增加电路的复杂程度，增大电路噪声，影响高精度陀螺的测试精度。目前还没有一种比较理想的技术解决方案能从根本上解决光纤陀螺的尖峰信号导致的误差以及对探测电路的诸多影响。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种可消除尖峰信号的干涉式光纤陀螺，本光纤陀螺能够实现光测试信号阶段的信号光强调制，能够消除光纤陀螺工作点往复引发的信号尖峰现象，并由此提高光纤陀螺的实测精度以及环境适应性能。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种可消除尖峰信号的干涉式光纤陀螺，包括光路部分和电路部分，其中光路部分包括光源、分束器、Y分支、敏感光纤环、探测器和辅助探测器，电路部分包括强度噪声抑制单元、逻辑控制与运算处理单元及功率反馈控制单元，探测器和辅助探测器的输出分别通过A/D转换单元接强度噪声抑制单元的输入，强度噪声抑制单元的输出接逻辑控制与运算处理单元的输入，逻辑控制与运算处理单元的一路输出通过功率反馈控制单元接光源以及光源驱动电路，用于稳定光源或者光路中工作光强；逻辑控制与运算处理单元的第二路输出同时通过相位控制第一反馈和增益控制第二反馈接D/A转换单元，D/A转换单元输出接光路的Y分支上，用于实现干涉信号的稳定；逻辑控制与运算处理单元的第三路输出连接到陀螺的数据输出模块上用于输出陀螺数据；在分束器和探测器之间增设有用于消除尖峰信号光强的光强控制单元，逻辑控制与运算处理单元的第四路输出通过逻辑开关接光强控制单元，每到尖峰信号出现时，逻辑控制与运算处理单元通过逻辑开关启动光强控制单元，由光强控制单元使尖峰信号光强衰减至设定值。本专利技术在陀螺光路输出分束器和探测器之间增加了一个光强控制单元，专门用于消除信号尖峰的光强，每到信号尖峰出现时启动光强控制单元，使其输出光强衰减至特定数值，相当于在光路上对信号波形进行滤波。经过光强控制单元后得到的信号波形相比之前变得更加规则，而且随环境的微小形变也要小得多，对于光纤陀螺的性能不论是精度上还是稳定性上都有了明显的改善。本专利技术光强控制单元通过高速调节陀螺干涉仪输出的光信号的瞬时光强，以消除陀螺调制态之间的没有测量信息的信号尖峰。光强控制单元可以是波导型调制器结构也可以采用高速光开关的形式，包括由此概念延伸出的其它光强控制方式。附图说明图1-目前高精度光纤陀螺光路结构示意图。图2-理想方波调制产生的信号。图3-非理想方波调制产生的常见信号。图4-光纤陀螺实际工作状态下可能产生的各种形状信号。图5-现有技术最小化光纤陀螺方案原理框图。图6-本专利技术高精度光纤陀螺方案原理框图。图7-本专利技术高精度光纤陀螺光路结构示意图。图8-经过光强控制单元后处理前后输出信号对比示意图。图9-本专利技术高精度光纤陀螺逻辑电路的功能示意图。图10-高精度光纤陀螺中利用阶梯方波产生反馈相位示意图。图11-本专利技术数字逻辑单元调制解调算法软件流程图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术提供了一种应用于高精度光纤陀螺的新型结构方案，该方案增加了信号光强控制模块用于消除光信号中的尖峰信号对陀螺的影响。该方案可应用于所有精度的光纤陀螺中，不仅限于高精度光纤陀螺。本专利技术高精度光纤陀螺方案原理框图如图6所示，图5是现有技术最小化光纤陀螺方案原理框图。不管本专利技术还是现有技术，干涉式光纤陀螺都包括光路部分和电路部分，以下结合图6并对比图5对各部分进行详细介绍。1.光路结构其中光路部分总体构成类似现有技术，也包括光源1、分束器2、Y分支4、敏感光纤环5、探测器6和辅助本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可消除尖峰信号的干涉式光纤陀螺，包括光路部分和电路部分，其中光路部分包括光源、分束器、Y分支、敏感光纤环、探测器和辅助探测器，电路部分包括强度噪声抑制单元、逻辑控制与运算处理单元及功率反馈控制单元，探测器和辅助探测器的输出分别通过A/D转换单元接强度噪声抑制单元的输入，强度噪声抑制单元的输出接逻辑控制与运算处理单元的输入，其特征在于：逻辑控制与运算处理单元的一路输出通过功率反馈控制单元接光源以及光源驱动电路，用于稳定光源或者光路中工作光强；逻辑控制与运算处理单元的第二路输出同时通过相位控制第一反馈和增益控制第二反馈接D/A转换单元，D/A转换单元输出接光路的Y分支上，用于实现干涉信号的稳定；逻辑控制与运算处理单元的第三路输出连接到陀螺的数据输出模块上用于输出陀螺数据；在分束器和探测器之间增设有用于消除尖峰信号光强的光强控制单元，逻辑控制与运算处理单元的第四路输出通过逻辑开关接光强控制单元，每到尖峰信号出现时，逻辑控制与运算处理单元通过逻辑开关启动光强控制单元，由光强控制单元使尖峰信号光强衰减至设定值。

【技术特征摘要】
1.一种可消除尖峰信号的干涉式光纤陀螺，包括光路部分和电路部分，其中光路部分包括光源、分束器、Y分支、敏感光纤环、探测器和辅助探测器，电路部分包括强度噪声抑制单元、逻辑控制与运算处理单元及功率反馈控制单元，探测器和辅助探测器的输出分别通过A/D转换单元接强度噪声抑制单元的输入，强度噪声抑制单元的输出接逻辑控制与运算处理单元的输入，其特征在于：探测器的输出为陀螺光路在正负两个或多个工作点上光强度数值的往复输出，包含了光源的强度噪声信号；辅助探测器为光源输出功率的定比例输出，包含了光源强度噪声的信号；比较探测器和辅助探测器中的相同噪声信号，并消除探测器中的噪声信号，实现光源的强度噪声抑制；导入逻辑控制与运算处理单元中的信号，即为消除了强度噪声后相对理想的信号；探测器和辅助探测器通过A/D转换单元引入的信号为工作点的电压值，在有旋转速率的时候工作点电压值被拉开，对逻辑控制与运算处理单元输出一个差动信号Φf；Φf代表光路中两相干...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，徐明，张晓锋，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十六研究所，
类型：发明
国别省市：