[發明專利]一種閉環光纖陀螺固有頻率測試方法和裝置

在審

• 申請號: 202111471948.1
• 申請日: 2021-12-06
• 公開（公告）號: CN114264318A
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 朱福祥
• 申請（專利權）人: 河北漢光重工有限責任公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗

本發明公開了一種閉環光纖陀螺固有頻率測試方法和裝置。在探測器輸出端疊加正弦輸入或階躍輸入，然后通過上位機采集光纖陀螺的角速度輸出響應數據，根據響應數據計算得到光纖陀螺的固有頻率，能夠實現光纖陀螺高達十幾kHz固有頻率的測量，且無需改變光纖陀螺軟硬件，適合光纖陀螺的大批量生產，效率高，成本低。同時，將光纖陀螺放置在溫度試驗箱中，可以非常方便地完成全溫范圍內光纖陀螺固有頻率的測試。

技術領域

本發明涉及光纖陀螺固有頻率測試技術領域，具體涉及一種閉環光纖陀螺固有頻率測試方法和裝置。

背景技術

光纖陀螺是一種基于薩格奈克效應的角速度傳感器。當光纖陀螺相對慣性空間旋轉時，沿光纖陀螺內部光纖環順時針和逆時針方向傳輸的兩束光因薩格奈克效應產生相位差，再由探測器檢測出相位差。光纖陀螺閉環控制電路根據檢測出的相位差解算出光纖陀螺旋轉的角速度。固有頻率是光纖陀螺非常重要的性能指標，決定了光纖陀螺角速度輸出的動態響應。固有頻率測試方法是給光纖陀螺施加一個階躍輸入或一組正弦輸入。若施加的是階躍輸入，根據光纖陀螺的角速度輸出響應的超調量、上升時間可以得到固有頻率。若施加的是一組不同頻率的正弦輸入，可以根據光纖陀螺對應的角速度輸出幅值得到固有頻率。

傳統的階躍輸入或正弦輸入的施加方法是：

1)使用突停臺給光纖陀螺施加階躍輸入。但突停臺產生的階躍輸入與理想的階躍輸入相比，誤差較大，此時光纖陀螺角速度輸出響應的超調量和上升時間與理想值差距較大，由此計算出的固有頻率的誤差較大。

2)使用角振動臺給光纖陀螺施加正弦輸入。光纖陀螺的固有頻率最高可達幾千Hz，而角振動臺最高僅為幾百Hz，遠低于光纖陀螺固有頻率。該方式不能測量高固有頻率的光纖陀螺，具有很大的局限性。

并且上述兩種設備均無法測試全溫范圍內光纖陀螺的固有頻率。

目前還有一種方式，即3)在光纖陀螺閉環控制電路的閉環控制程序或光路中疊加正弦輸入或階躍輸入，來測試光纖陀螺的固有頻率。但該技術需要改變光纖陀螺的技術狀態，不符合光纖陀螺大批量生產的規范，降低了生產效率，給技術狀態控制帶來不便。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種閉環光纖陀螺固有頻率測試方法，在探測器輸出端疊加正弦輸入或階躍輸入，然后通過上位機采集光纖陀螺的角速度輸出響應數據，根據響應數據計算得到光纖陀螺的固有頻率，本發明能夠實現光纖陀螺高達十幾kHz固有頻率的測量，且無需改變光纖陀螺軟硬件，適合批量生產，效率高，成本低。

本發明的閉環光纖陀螺固有頻率測試方法，通過給光纖陀螺施加一個階躍輸入或一組正弦輸入，計算獲得其固有頻率；其中，正弦輸入或階躍輸入疊加在閉環光纖陀螺的探測器的輸出信號中；其中，階躍輸入為：幅值為±A_i，頻率為的雙極性方波，其中，τ為光纖陀螺的渡越時間；正弦輸入為：幅值為±B_i、頻率為的雙極性方波，其中B_i按正弦規律變化，變化頻率為其中，f_c為閉環控制電路晶振頻率；D_f為模擬正弦輸入的頻率；n為累加數據的位數。

較優的，所述雙極性方波的生成方法如下：

首先根據光纖陀螺閉環控制電路發送的同步時鐘對幅值數據A_i/B_i進行差分處理，得到一對差分方波：同步時鐘為上升沿時，差分輸出的一路為A_i/B_i，另一路為0；同步時鐘為下降沿時，差分輸出反向；

然后將所述差分方波進行運放相減處理，得到一路雙極性方波。

較優的，疊加階躍輸入時，根據光纖陀螺的角速度輸出響應的超調量、上升時間計算光纖陀螺的固有頻率；疊加正弦輸入時，根據光纖陀螺對應的角速度輸出幅值計算光纖陀螺的固有頻率。