[發明專利]一種提高光纖陀螺輸出精度的方法

無效

• 申請號: 200710071456.7
• 申請日: 2007-09-30
• 公開（公告）號: CN101290225A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發明（設計）人: 程淼;胡慧珠;舒曉武;劉承
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G01C25/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及光電子技術中光纖傳感器的領域，尤其涉及一種提高光纖陀螺輸出精度的方法。更具體地說，是指一種通過硬件補償數模轉換器的積分非線性誤差來提高光纖陀螺輸出精度的方法。

背景技術

閉環光纖陀螺的調制主要有兩種功能：動態偏置以及閉環反饋。其中動態偏置使系統工作于最靈敏的±π/2工作點，而閉環反饋是提供一個額外的相位，以補償系統轉動帶來的Sagnac相移，保持光纖陀螺準確的工作在±π/2工作點，從而獲得線性度好的標度因子。

目前動態偏置和閉環反饋的實現是通過給集成相位調制器施加電壓而完成的，外加電壓會產生與之成正比的相位差。外加電壓的實現，是通過信號處理電路產生數字信號，經過數模轉換器和后放驅動電路施加在集成相位調制器上的。由于該電壓攜帶了反饋和偏置的信息量，它的誤差會直接反應為干涉測量值的誤差，而陀螺正是對該干涉測量信號進行解調和積分后輸出的，所以這個誤差會直接反應為光纖陀螺輸出的誤差。只有提供準確的2π電壓才能保證集成相位調制器產生的光相位差的準確性，從而保證光纖陀螺輸出的精度。

在信號處理電路-數模轉換器-后放驅動電路的回路中，數模轉換器的積分非線性誤差是最主要的誤差源，該誤差的存在降低了反饋和偏置電壓的精度，導致了反饋和偏置電壓的不準確，從而降低了光纖陀螺的輸出精度。

發明內容

本發明的目的是針對目前光纖陀螺研究中，尚無測試數模轉換器的積分非線性誤差并進行硬件補償的現狀，提供一種提高光纖陀螺輸出精度的方法。

發明原理：

根據Sagnac干涉儀的光路原理，最終到達探測器上的干涉信號可表示為：

I＝I₀[1+cos(φ_m+φ_Ω+φ_FB)]????(1)

其中φ_m為為系統的調制深度，而φ_Ω為系統輸入轉速所產生的Saganc相移，φ_FB為實現閉環需要的反饋相移。其中，φ_m和φ_FB均是通過信號處理電路產生數字信號，經過數模轉換器和后放驅動電路施加在集成相位調制器上的。令從處理器到集成相位調制器環節的理想系數為K，數模轉換器的積分非線性誤差引起的誤差系數為ΔK，此時(1)式可以改寫為：

I＝I₀{1+cos[φ_Ω+(K+ΔK)*(ΔV_FB+ΔV_mod)]}????(2)

其中ΔV_mod為時延差分調制電壓，而ΔV_FB為反饋值所對應的電壓。通過(2)式可以看出ΔK值的存在直接影響了干涉測量的輸出電流值，帶來了輸出電流值的誤差，而后期正是對這個輸出進行解調積分獲得光纖陀螺的輸出。所以ΔK值會對光纖陀螺的輸出精度產生直接影響。一般使用的14位數模轉換器的積分非線性誤差為±2LSB。對于開環檢測大動態范圍的情況，設線圈長度為100m，直徑為3cm的光纖陀螺，動態范圍為2400°/s，此時2LSB的積分非線性誤差引起的誤差高達1055°/h。對于開環檢測小動態范圍的情況，設線圈長度為1km，直徑為10cm的光纖陀螺，動態范圍為73°/s，2LSB的積分非線性誤差引起的誤差也有32°/h，比地球自轉角速度還高一倍以上。

為了降低數模轉換器的積分非線性誤差影響，搭建數模轉換器的數字碼輸入-模擬值輸出的測試系統；獲得數模轉換器從0到2^N-1的不同數字碼輸入響應的模擬值輸出的對照表；計算得到相應于不同數字碼輸入的積分非線性誤差的對照表；通過硬件補償數模轉換器的積分非線性誤差，獲得準確的數模轉換器輸出。

本發明所采用的提高光纖陀螺輸出精度的方法包括步驟如下：

1)采用計算機、主板、數模轉換器和高精度萬用表搭建數模轉換器的數字碼輸入-模擬值輸出的測試系統；

2)使用數字碼輸入-模擬值輸出的測試系統，從0開始直到2^N-1逐一向數模轉換器發送數字碼，N為數模轉換器的位數；利用高精度萬用表采集輸出的相應模擬值，作出從0到2^N-1的不同數字碼輸入響應的模擬值輸出的對照表；

3)利用數字碼輸入響應的模擬值輸出的對照表計算得到相應于不同數字碼輸入的積分非線性誤差的對照表；