[發明專利]一種光纖陀螺標度因數快速穩定方法

有效

• 申請號: 201410015432.X
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103776465A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 胡慧珠;薛蕃衍;繆立軍;舒曉武;劉承
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C19/72
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 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的領域，尤其涉及一種光纖陀螺標度因數快速穩定方法。

背景技術

光纖陀螺是一種敏感角速度的傳感器，其工作原理是基于薩格奈克效應，即當環形干涉儀旋轉時，產生一個正比于轉速的相移，通過檢測該相移即可得到環形干涉儀所在系統的角速度。薩格奈克相移與角速度的關系為

其中：

為薩格奈克相移，單位為rad；

R為光纖環半徑，單位為m；

L為光纖長度，單位為m；

c為光速；

Ω為光纖陀螺輸入角速度。

光纖陀螺的輸出為數字量表示的薩格奈克相移，表示為其與關系為

其中，a為轉換系數。

光纖陀螺標度因數k定義為光纖陀螺輸出數字量與輸入角速度之比，因此，標度因數k可表示為

k=bRLλ‾---(3)]]>

其中，b為綜合轉換系數。

由式（3）可知，光纖陀螺標度因數與光纖環半徑、光纖長度成正比，與光源中心波長成反比。

目前光纖陀螺所用光源大多為SLD光源，SLD光源的管芯溫度對中心波長有很大的影響，具體表現為中心波長隨光源管芯溫度的升高而增大。

實際應用中，光纖陀螺在高低溫條件下啟動后的數秒內，環境溫度變化對光纖環半徑和長度的影響較小，此時光源管芯溫度變化引起的中心波長變化是導致光纖陀螺啟動過程中標度因數不穩定的主要因素。

解決高低溫啟動下光纖陀螺工作不穩定的一種傳統方法是先對光源管芯進行溫控，使光源管芯溫度達到目標溫度，然后給光源加驅動電流使光纖陀螺開始工作。一般地，目標溫度設定為室溫，即25℃。然而，當陀螺處于高低溫條件下啟動時，光源管芯溫控到目標溫度所需的時間很長，一般需要十幾秒甚至數十秒，且考慮光源性能和壽命，給光源加驅動電流也不是一個階躍過程，而是讓驅動電流以固定斜率增大直至達到所需的驅動電流，這又會耗費一定時間，該方法使得光纖陀螺從啟動到穩定工作的時間很長，大大增加了啟動時間，其啟動過程如圖1所示。另一種傳統方法是在對光源管芯溫控的同時給光源加驅動電流，使得當溫控到目標溫度時，光源的驅動電流也剛好滿足驅動要求，這可以減小加驅動電流的時間，由于光源管芯溫控所需時間遠大于加驅動電流的所需時間，該方法對啟動時間減小的效果非常有限，其啟動過程如圖2所示。

本發明通過將光纖陀螺工作溫度分段，根據光纖陀螺啟動時的環境溫度設定光源管芯溫控的目標溫度，大大減小光源管芯溫控的目標溫度與環境溫度的差距，短時間內使光源管芯溫度穩定，并根據光源管芯溫控的目標溫度查表得到對應的標度因數，同時給光源加驅動電流，從而使光纖陀螺能快速進入穩定工作狀態，大大減少了光纖陀螺在高低溫條件下的啟動時間。

發明內容：

本發明的目的是克服現有技術的不足，針對目前光纖陀螺在高低溫條件下標度因數不能快速穩定的問題，提供一種光纖陀螺標度因數快速穩定方法。

光纖陀螺標度因數快速穩定方法的步驟如下：

1）假設光源工作溫度范圍為[T₁,T₂]，將該溫度范圍平均分為n段，每段溫度寬度為(T₂-T₁)/n；

2）選擇第i個溫度段的算術平均溫度點作為該段的特征溫度點T_i，設置光源的管芯溫控的目標溫度為T_i，測試光纖陀螺的標度因數K_i，以及該溫度下光源功率達到所需值時的驅動電流I_i，將所有的T_i，K_i和I_i存入到光纖陀螺內部ROM中，i＝1～n；