[發明專利]一種提高光纖陀螺零偏溫度靈敏度性能的方法

無效

• 申請號: 200710070936.1
• 申請日: 2007-08-21
• 公開（公告）號: CN101109637A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: 陳杏藩;劉承;舒曉武;胡慧珠
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及的一種光纖陀螺傳感器中信號處理的方法，尤其是涉及一種提高光纖陀螺零偏溫度靈敏度性能的方法。

背景技術

光纖陀螺是一種基于光學賽格奈克效應的角速度傳感器，通過檢測光纖干涉儀產生的賽格奈克光相位，以獲得系統的角速度，即轉速

由于制作光纖陀螺各器件性能非理想，其綜合的效果使得光纖陀螺在零角速度輸入時，輸出信號非零，而是具有一定的偏置，這個偏置稱為光纖陀螺的零偏，簡稱零偏。零偏是由多種不同的因素造成，在不同的應用環境中會隨環境的變化而變化，其中零偏隨溫度變化而變化的性質稱為系統的零偏溫度敏感性，用零偏溫度靈敏度指標表示，其定義是：相位于室溫的零偏值，由溫度變化引起的光纖陀螺零偏變化量與溫度變化量之比。該指標是用于評價光纖陀螺靜態溫度性能的重要指標之一。

光纖陀螺的零偏溫度敏感性會對系統的角速度測量引入額外誤差，從而導致光纖陀螺性能的退化。因為系統并不能夠區分光纖陀螺輸出信號是由溫度零偏造成的誤差信號或者是實際的角速度輸入，從而等效于光纖陀螺對角速度信號的分辨率和準確度的降低，相當于光纖陀螺在不同溫度下性能的惡化。為了提高系統的性能，特別的是在不同溫度中光纖陀螺的輸出穩定性，需要對系統的零偏進行控制，抑制甚至消除光纖陀螺由溫度引起的零偏變化，保證系統在不同的溫度下可以保持恒定零偏，提高零偏溫度靈敏度性能，獲取準確的的角速度信號。

光纖陀螺的零偏溫度靈敏度，惡化了光纖陀螺在寬溫度范圍應用時的靜態指標，在其輸出角速度信號上疊加了一個和溫度有關的誤差函數，限制了其應用場合，現有的技術是用附加溫控系統光纖陀螺進行溫控，使其工作在準恒溫環境，但這種技術存在嚴重的缺陷，需要體積龐大、功耗巨大、結構復雜溫控系統，在某些體積、重量、功耗要求高的系統中不能得到應用。

發明內容

針對目前光纖陀螺研究中，器件性能不理想性造成了光纖陀螺的零偏，且該零偏具有溫度敏感度，從而降低了光纖陀螺靜態性能，并限制了其應用場合的現狀，本發明的目的在于提供一種提高光纖陀螺零偏溫度靈敏度性能的方法，利用預先建立的模型，在不明顯增加功耗體積的前題下，在系統中引入一個補償器，以消除光纖陀螺的零偏溫度敏感性對系統性能的影響，提高器靜態溫度性能，以滿足更廣范圍應用環境的使用。

發明原理：

光纖陀螺零偏來源于制作光纖陀螺各器件性能非理想性上，當各器件的性能隨溫度變化而變化時就產生了零偏的溫度靈敏度。而具體的零偏和溫度的關系是各種復雜因素所決定，對于不同制作工藝的光纖陀螺的表現形式都不同，但對于某一光纖陀螺為固定函數。可將零偏隨溫度變化的關系表示為一個隱函數：

Bfog＝Bfog(T)????(1)

其中Bfog表示零偏，該函數為溫度的連續緩變函數。根據泰勒原理，該緩變連續函數可用多項式近似表示如下，并且這種表示是收斂的，即：

Bfog(T)＝B0+aT+bT²+...+kTⁿ????(2)其中B0、a、b、、、k對應于不同指數項的系數，n為表示式的最高次項次數，T為溫度。這種多項式的近似精度和多項式最高次項次數有關，增加近似多項式的次數可以得到更精確的逼近，從而可以有更精確的多項式模型，但要求更加復雜的計算量，要求更強的計算能力，實際使用需在計算量和近似程度之間選取一個平衡點，在計算量可接受的范圍那上盡可能增加多項式的次數，一般可選取二次，對于中低精度光纖陀螺可以取一次，對于高精度光纖陀螺取三次；B0為常數零偏，不影響零偏溫度靈敏性指標，可以不加考慮；Bfog(T)的表達式即光纖陀螺的零偏溫度模型，利用該模型可以補償掉溫度造成的靈敏性，提高光纖陀螺溫度靈敏度性能。

在利用式(2)作為光纖陀螺零偏溫度靈敏度模型時，其中各次項的系數需要預先測試所得，這可以通過溫度控制設備，如溫箱進行。將溫度控制設備按照預先選定的溫度點對光纖陀螺進行制冷或加熱，在溫度穩定時測試光纖陀螺的輸出零偏，重復該過程得到對應于一系列溫度點的一系列零偏值，利用最小二乘法對這兩個序列進行數據擬和可以得到各個不同指數項的系數。

獲得了各個指數項的系數相對于得到了零偏和溫度之間隱函數的近似表達式，將表達式作為零偏溫度靈敏度的模型。在光纖陀螺種加入補償器，通過溫度傳感器測量溫度，利用模型計算得到對應于該溫度點的零偏，并從此時光纖陀螺輸出數據中減去該值，將差作為補償后的光纖陀螺輸出數據，即可消除溫度造成的零偏變化，從而提高溫度靈敏度性能。