[發明專利]一種光纖陀螺調制電壓的在線對準裝置及在線對準方法

有效

• 申請號: 201210495074.8
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN102944232A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 張琛;陸家兵;黃根旺;朱牡丹
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一七研究所
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 宋國榮

技術領域

本發明涉及一種在線對準裝置及在線對準方法，尤其是涉及一種光纖陀螺調制電壓的在線對準裝置及在線對準方法。

背景技術

光纖陀螺與傳統的機械陀螺相比，無任何運動部件，結構相對簡單、重量輕、啟動快、靈敏度高、動態范圍寬、可靠性高、可直接采用數字輸出，在機動載體和軍事上的應用十分理想。與環形激光陀螺相比，光纖陀螺不需要光學鏡片的高精密加工、光腔的嚴格密封和機械偏置技術，有效克服了激光陀螺的閉鎖現象。作為新型高性能慣性儀表，光纖陀螺代表了未來高精度陀螺儀表的發展方向。

在采用數字閉環信號處理的中高精度光纖陀螺中，用到一個非常關健的相位調制器件——鈮酸鋰多功能集成光學器件（Multifunction?Integrated?Optical?Components，簡稱MIOC）。MIOC集分束/合束、起偏/檢偏、相位調制三種功能于一體，光纖陀螺利用MIOC對光波進行相位反饋實現閉環。通過在MIOC電極上輸入一定的電壓調制信號，使光波產生與電信號成比例的相位差，用來抵消由于Sagnac效應所產生的相位差。由調制電場導致波導中傳輸的光波產生的相位差為：

式中：為調制電場，單位V/m；為鈮酸鋰晶體主軸方向的折射率；?為鈮酸鋰晶體的電-光張量系數；為鈮酸鋰晶體光波導的長度，單位是m；為在波導中傳輸光波的波長，單位是μm。外加電壓與相位差是線性關系。對應于時的調制電壓稱為MIOC的半波電壓，在光纖陀螺中，通過MIOC的半波電壓來求調制系數，并將該系數標定于整個器件，在其它相位點都通過該系數來調整加到電極上的電壓值。相位調制電壓的對準情況是影響高精度陀螺標度因數線性度的關健，差的調制電壓對準會導致陀螺出現漂移。

目前常用的半波電壓測量系統是利用鋪開的光纖陀螺光路，通過更換被測MIOC實現對每個器件的標定。依據是光纖陀螺的調制輸出響應：

根據上式，當相位差為時，干涉光功率有最小值。測量時，利用光纖環圈本征頻率一半的方波電信號作用在MIOC推挽調制電極上，從0開始逐漸向大調節方波幅值，當干涉光功率輸出或探測器輸出最低時，調制幅度即對應MIOC的半波電壓。這種測量方法存在的問題是：①忽略了MIOC固有相位差和地球轉速產生的相位差的影響；②MIOC對于不同的陀螺光源和敏感環路，其調制系數并不完全一致；③將MIOC固定封裝在光纖陀螺內部后，會因為調制電極板變形、溫度場分布變化等因素導致調制系數發生變化；④以測試標稱值為標準，測試儀表誤差會帶入到陀螺系統中，使調制電壓不準確。

發明內容

本發明主要目的是解決現有技術所存在的問題，提供一種光纖陀螺調制電壓的在線對準裝置，是消除地球轉速、MIOC固有相位調制和固化封裝對半波電壓測量的影響的一種光纖陀螺調制電壓的在線對準裝置。該裝置是利用每只封裝完成的光纖陀螺本身的光路和電路進行調制電壓對準，不需搭建專門的測試和調整系統，能對采樣數據的雙極值進行精確掃描鎖定、處理，達到調制電壓的精確對準的目的；采用數字最低有效位累加的調制電壓輸出方式，精確度達到陀螺工作時的極限。

本發明另一個目的是解決現有技術所存在的問題，提供了一種用本發明裝置進行的光纖陀螺調制電壓的在線對準方法。

本發明的一種光纖陀螺調制電壓的在線對準裝置技術方案是：

一種光纖陀螺調制電壓的在線對準裝置，包括與光纖陀螺敏感環路連接的反饋放大調制單元、與光纖陀螺敏感環路連接的干涉輸出單元、以及同時與反饋放大調制單元和干涉輸出單元連接的邏輯控制芯片、與邏輯控制芯片連接的晶振、以及與邏輯控制芯片連接的計算機系統。

在上述的一種光纖陀螺調制電壓的在線對準裝置，所述的邏輯控制芯片包括存在邏輯聯系的濾波及采樣模塊、計數模塊以及方波發生模塊；上述反饋放大調制單元與所述方波發生模塊連接；上述干涉輸出單元與所述濾波及采樣模塊連接；上述晶振與所述計數模塊連接；所述計數模塊和濾波及采樣模塊還同時與上述計算機系統連接。

在上述的一種光纖陀螺調制電壓的在線對準裝置，所述光纖陀螺敏感環路包括寬譜光源、光纖耦合器、被測相位調制器、光纖環圈以及PIN-FET光接收組件；寬譜光源與光纖耦合器的一個輸入端相連，被測相位調制器的輸入端與光纖耦合器的輸出端相連，被測相位調制器的輸出端與光纖環圈相連，PIN-FET光接收組件與光纖耦合器的另一個輸入端相連。

在上述的一種光纖陀螺調制電壓的在線對準裝置，所述反饋放大調制單元包括依次連接的D/A轉換器和功放，所述功放與被測相位調制器的調制電極連接，其中，D/A轉換器采用外部參考源。