[發(fā)明專利]光纖陀螺溫度補償系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510274422.2
• 申請日: 2015-05-27
• 公開（公告）號: CN104964680A
• 公開（公告）日: 2015-10-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡國良
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州合欣美電子科技有限公司
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子測控領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖陀螺溫度補償系統(tǒng)。

背景技術(shù)

陀螺儀(gyroscope)意即“旋轉(zhuǎn)指示器”，是指敏感角速率和角偏差的一種傳感器．光纖陀螺儀是廣義上的陀螺儀，是根據(jù)近代物理學(xué)原理制成的具有陀螺效應(yīng)的傳感器。

光纖陀螺的工作原理是基于薩格納克(Sagnac)效應(yīng)。薩格納克效應(yīng)是相對慣性空間轉(zhuǎn)動的閉環(huán)光路中所傳播光的一種普遍的相關(guān)效應(yīng)，即在同一閉合光路中從同一光源發(fā)出的兩束特征相等的光，以相反的方向進(jìn)行傳播，最后匯合到同一探測點。

若繞垂直于閉合光路所在平面的軸線，相對慣性空間存在著轉(zhuǎn)動角速度，則正、反方向傳播的光束走過的光程不同，就產(chǎn)生光程差，其光程差與旋轉(zhuǎn)的角速度成正比。因而只要知道了光程差及與之相應(yīng)的相位差的信息，即可得到旋轉(zhuǎn)角速度。

與機(jī)電陀螺或激光陀螺相比，光纖陀螺具有如下特點：

(1)零部件少，儀器牢固穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的抗沖擊和抗加速運動的能力；

(2)繞制的光纖較長，使檢測靈敏度和分辨率比激光陀螺儀提高了好幾個數(shù)量級；

(3)無機(jī)械傳動部件，不存在磨損問題，因而具有較長的使用壽命；

(4)易于采用集成光路技術(shù)，信號穩(wěn)定，且可直接用數(shù)字輸出，并與計算機(jī)接口聯(lián)接；

(5)通過改變光纖的長度或光在線圈中的循環(huán)傳播次數(shù)，可以實現(xiàn)不同的精度，并具有較寬的動態(tài)范圍；

(6)相干光束的傳播時間短，因而原理上可瞬間啟動，無需預(yù)熱；

(7)可與環(huán)形激光陀螺一起使用，構(gòu)成各種慣導(dǎo)系統(tǒng)的傳感器，尤其是捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的傳感器；

(8)結(jié)構(gòu)簡單、價格低，體積小、重量輕。

光纖陀螺自1976年問世以來，得到了極大的發(fā)展。但是，光纖陀螺在技術(shù)上還存在一系列問題，這些問題影響了光纖陀螺的精度和穩(wěn)定性，進(jìn)而限制了其應(yīng)用的廣泛性。

譬如溫度瞬態(tài)的影響。理論上，環(huán)形干涉儀中的兩個反向傳播光路是等長的，但是這僅在系統(tǒng)不隨時間變化時才嚴(yán)格成立。

光纖陀螺的精度容易受到許多環(huán)境因素的限制，其中最主要的是由于溫度變化引起的熱非互易效應(yīng)的影響。當(dāng)環(huán)境溫度變化時，光纖陀螺的傳感器線圈內(nèi)各處的溫度隨之以不同的速度在變化。光纖陀螺傳感器線圈內(nèi)各部分的折射率等參數(shù)也相應(yīng)在變化。所以當(dāng)互逆光在不同的時刻通過光纖陀螺的傳感器線圈中的同一段光纖時，所經(jīng)歷的光程不同，相位改變也不同。這樣，即使被測對象沒有轉(zhuǎn)動，由于溫度的變化，互逆光之間也存在相位差，由此引入了誤差，嚴(yán)重限制了光纖陀螺的精度。

目前常規(guī)的光纖陀螺基本沒有考慮到溫度的影響，其測量精度不高，即便考慮到了溫度補償，基本上也是采用硬件溫度補償電路，使光纖陀螺的啟動時間較長。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對背景技術(shù)中所涉及的缺陷，提供一種光纖陀螺溫度補償系統(tǒng)。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

光纖陀螺溫度補償系統(tǒng)，包含光纖陀螺本體、第一溫度感應(yīng)器、第二溫度感應(yīng)器、切換模塊、控制模塊和顯示模塊，所述第一溫度感應(yīng)器、第二溫度感應(yīng)器通過切換模塊和控制模塊相連，所述控制模塊分別和光纖陀螺本體的輸出端、顯示模塊相連；

所述第一溫度感應(yīng)器設(shè)置在所述光纖陀螺本體的光纖環(huán)內(nèi)，用于感應(yīng)光纖陀螺光纖環(huán)內(nèi)的溫度；

所述第二溫度感應(yīng)器設(shè)置在所述光纖陀螺本體的殼體上，用于感應(yīng)光纖陀螺所在環(huán)境的溫度；

所述切換模塊用于切換所述第一溫度感應(yīng)器、第二溫度感應(yīng)器和控制模塊之間的連接關(guān)系；

所述顯示模塊用于顯示光纖陀螺經(jīng)溫度補償后X軸、Y軸和Z軸的角速度；

所述控制模塊包含切換控制單元、修正計算單元、補償計算單元和顯示控制單元；

所述切換控制單元用于控制切換模塊工作、分別讀取第一溫度感應(yīng)器、第二溫度感應(yīng)器感應(yīng)到的溫度值；

所述修正計算單元用于根據(jù)接收到的溫度信息計算光纖陀螺X軸、Y軸和Z軸的角速度修正值；

所述補償計算單元用于根據(jù)光纖陀螺X軸、Y軸和Z軸的角速度修正值計算出光纖陀螺X軸、Y軸和Z軸各自的溫度補償值；

所述顯示控制單元用于控制顯示模塊顯示光纖陀螺經(jīng)溫度補償后X軸、Y軸和Z軸的角速度。

作為本發(fā)明光纖陀螺溫度補償系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述控制模塊的處理器采用AVR系列單片機(jī)。

作為本發(fā)明光纖陀螺溫度補償系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述控制模塊的處理器采用Atmega168PA單片機(jī)。