CN101696882A - 光纤陀螺仪开环信号调制解调电路 - Google Patents

光纤陀螺仪开环信号调制解调电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤陀螺仪开环信号调制解调电路。该电路采用了单片LVDT集成电路，用于光纤陀螺仪开环信号的调制和解调，同时实现正弦信号的产生、将一个奇次谐波幅度和一个偶次谐波幅度同步检测并相除、低通滤波获得转动信号相位的正切值。本发明用单片LVDT集成电路实现驱动相位调制器之正弦信号的产生、同步检测、除去光源光强波动的影响和低通滤波四个功能，极大地简化了信号处理电路。因为单片LVDT集成电路输出是转动信号相位的正切值，当相位增大并趋向π/2时，正切值向上弯曲，不会趋向饱和，使得求反正切运算误差减小。由于除法运算已经由单片LVDT集成电路内部实现，可以用低价格的单片计算机代替高价格的数字信号处理器进行非线性校正。

Description

光纤陀螺仪开环信号调制解调电路
技术领域
本发明涉及陀螺仪，尤其涉及一种光纤陀螺仪开环信号调制解调电路。
背景技术
现有的光纤陀螺开环信号调制解调电路如图2。光纤陀螺光学部分1由光源1.1、源分束器1.2、光纤起偏器1.3、环分束器1.4、光纤传感环1.5、相位调制器1.6和光电探测器1.7组成；正弦信号源8驱动光学部分1中的相位调制器1.6，光学部分1中的光电探测器1.7输出陀螺仪相对于惯性参考系的转动电信号，它的信号包含正弦信号源8频率的各个谐波分量，其中奇次谐波信号的振幅正比于转动信号相位的正弦值；偶次谐波信号的振幅正比于转动信号相位的余弦值；输出信号经过放大器3放大，滤波器4滤出一次谐波，峰值检测电路9检测出正比与光学部分1中光源光强的峰值幅度，滤波器4输出的一次谐波经过同步检测电路10，同步检测电路10的同步信号来源于正弦信号源8经过比较器6.2和相移器电路6.1的输出。同步检测电路10输出的一次谐波幅度经过低通滤波器11，输入双路模拟-数字转换器13；峰值检测电路9输出经过低通滤波器12，输入双路模拟-数字转换器13。双路模拟-数字转换器13将二路信号变成数字信号并输入到数字信号处理器14，数字信号处理器14实现以下功能：将二个信号相除，除光源光强变化的影响，然后求反正弦运算，输出转动信号。这种开环信号调制解调电路有以下缺点：单元电路器件较多，可靠性低；需要价格较高的数字信号处理器；因为一次谐波是转动信号相位的正弦值，当相位增大并趋向π/2时，正弦值弯曲并趋向饱和，求反正弦运算误差增大。本发明就是针对现有问题的一种非常有效又低成本的方案。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种光纤陀螺仪开环信号调制解调电路。
低成本的光纤陀螺仪开环信号调制解调电路包括光纤陀螺光学部分、光源、源分束器、光纤起偏器、环分束器、光纤传感环、相位调制器、光电探测器、单片LVDT集成电路、第一乘法器、第二乘法器、比较器、除法器、低通滤波、正弦信号源、放大器、第一滤波器、第二滤波器、比较器和相移器、相移器电路、比较器、带模拟-数字转换器的单片计算机；由光源发出的光经过源分束器一分为二，其中一束进入光纤起偏器的输入端，经过光纤起偏器的信号输入到环分束器，分成顺时针和逆时针两路信号进入光纤传感环，信号在光纤传感环传输过程中受到相位调制器的调制，其中相位调制器由正弦信号源产生的正弦信号驱动，光纤传感环的输出信号经过环分束器、光纤起偏器、源分束器进入到光电探测器，得到陀螺仪相对于惯性参考系的转动电信号；转动电信号经过放大器放大，滤波器滤出一次谐波，滤波器滤出二次谐波；滤波器滤出的一次谐波输入到单片LVDT集成电路的乘法器，滤波器滤出的二次谐波输入到单片LVDT集成电路的乘法器和比较器；单片LVDT集成电路中第一乘法器的同步信号来源于正弦信号源经过比较器和相移器电路的输出；单片LVDT集成电路中的内部除法器将一次谐波和二次谐波相除，除去光源光强波动的影响，经过单片LVDT集成电路内部的低通滤波输出转动信号相位的正切值，输入带模拟-数字转换器的单片计算机，实现模拟-数字转换，然后求反正切运算，输出转动信号。
本发明采用单片LVDT集成电路实现驱动相位调制器之正弦信号的产生、同步检测、除去光源光强波动的影响和低通滤波四个功能，极大地简化了信号处理电路。因为单片LVDT集成电路输出是转动信号相位的正切值，当相位增大并趋向π/2时，正切值向上弯曲，不会趋向饱和，使得求反正切运算误差减小。由于除法运算已经由单片LVDT集成电路内部实现，可以用低价格的单片计算机代替高价格的数字信号处理器进行非线性校正。
附图说明
图1是光纤陀螺仪开环信号调制解调电路结构示意图；
图2是现有的光纤陀螺开环信号调制解调电路结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，光纤陀螺仪开环信号调制解调电路包括光纤陀螺光学部分1、光源1.1、源分束器1.2、光纤起偏器1.3、环分束器1.4、光纤传感环1.5、相位调制器1.6、光电探测器1.7、单片LVDT集成电路2、第一乘法器2.1、第二乘法器2.2、比较器2.3、除法器2.4、低通滤波2.5、正弦信号源2.6、放大器3、第一滤波器4、第二滤波器5、比较器和相移器6、相移器电路6.1、比较器6.2、带模拟-数字转换器的单片计算机7；由光源1.1发出的光经过源分束器1.2一分为二，其中一束进入光纤起偏器1.3的输入端，经过光纤起偏器1.3的信号输入到环分束器1.4，分成顺时针和逆时针两路信号进入光纤传感环1.5，信号在光纤传感环传输过程中受到相位调制器1.6的调制，其中相位调制器由正弦信号源2.6产生的正弦信号驱动，光纤传感环的输出信号经过环分束器、光纤起偏器、源分束器进入到光电探测器1.7，得到陀螺仪相对于惯性参考系的转动电信号，它的信号包含单片LVDT集成电路2中正弦信号源2.6产生的信号频率的各个谐波分量，其中奇次谐波信号的振幅正比于转动信号相位值的正弦，偶次谐波信号的振幅正比于转动信号相位值的余弦；转动电信号经过放大器3放大，滤波器4滤出一次谐波，滤波器5滤出二次谐波；滤波器4滤出的一次谐波输入到单片LVDT集成电路2的乘法器2.1，滤波器5滤出的二次谐波输入到单片LVDT集成电路2的乘法器2.2和比较器2.3；单片LVDT集成电路2中乘法器2.1的同步信号来源于正弦信号源2.6经过比较器6.2和相移器电路6.1的输出；单片LVDT集成电路2的内部除法器2.4将一次谐波和二次谐波相除，除去光源光强波动的影响，经过单片LVDT集成电路2内部的低通滤波2.5输出转动信号相位的正切值，输入带模拟-数字转换器的单片计算机7，实现模拟-数字转换，然后求反正切运算，输出转动信号。
本发明单片LVDT集成电路2(linear variable differential transfoemer，线性变量差分变换器)采用模拟器件公司(ADI)的AD698，设置内置正弦信号源为10kHz，调节幅度，使得光纤陀螺的光电探测器输出的基频(10kHz)幅度和二次频率幅度(20kHz)在转动信号相位为45°时相等。放大器3用OPA27，滤波器4和5的中心频率分别为10kHz和20kHz，比较器和相移器6将正弦信号源变为方波并作移相，使得基频幅度同步检测信号最大。AD698内置输出滤波器设置为100Hz。带模拟-数字转换器的单片计算机7采用模拟器件公司(ADI)的AduC841。全部器件安装在直径50毫米的电路版上，在光纤陀螺转动信号相位为±65°的范围内，成功地实现信号的调制与解调。与图2的10个单元电路结构相比，图1结构仅用了6个单元电路，降低了成本和体积，降低了电路的调试难度。

Claims (1)

1.一种光纤陀螺仪开环信号调制解调电路，其特征在于包括光纤陀螺光学部分(1)、光源(1.1)、源分束器(1.2)、光纤起偏器(1.3)、环分束器(1.4)、光纤传感环(1.5)、相位调制器(1.6)、光电探测器(1.7)、单片LVDT集成电路(2)、第一乘法器(2.1)、第二乘法器(2.2)、比较器(2.3)、除法器(2.4)、低通滤波(2.5)、正弦信号源(2.6)、放大器(3)、第一滤波器(4)、第二滤波器(5)、比较器和相移器(6)、相移器电路(6.1)、比较器(6.2)、带模拟-数字转换器的单片计算机(7)；由光源(1.1)发出的光经过源分束器(1.2)一分为二，其中一束进入光纤起偏器(1.3)的输入端，经过光纤起偏器(1.3)的信号输入到环分束器(1.4)，分成顺时针和逆时针两路信号进入光纤传感环(1.5)，信号在光纤传感环传输过程中受到相位调制器(1.6)的调制，其中相位调制器由正弦信号源(2.6)产生的正弦信号驱动，光纤传感环的输出信号经过环分束器、光纤起偏器、源分束器进入到光电探测器(1.7)，得到陀螺仪相对于惯性参考系的转动电信号；转动电信号经过放大器(3)放大，滤波器(4)滤出一次谐波，滤波器(5)滤出二次谐波；滤波器(4)滤出的一次谐波输入到单片LVDT集成电路(2)的乘法器(2.1)，滤波器(5)滤出的二次谐波输入到单片LVDT集成电路(2)的乘法器(2.2)和比较器(2.3)；单片LVDT集成电路(2)中乘法器(2.1)的同步信号来源于正弦信号源(2.6)经过比较器(6.2)和相移器电路(6.1)的输出；单片LVDT集成电路(2)的内部除法器(2.4)将一次谐波和二次谐波相除，除去光源光强波动的影响，经过单片LVDT集成电路(2)内部的低通滤波(2.5)输出转动信号相位的正切值，输入带模拟-数字转换器的单片计算机(7)，实现模拟-数字转换，然后求反正切运算，输出转动信号。
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