CN102322856B - 基于调制深度控制的闭环光纤陀螺快速启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于调制深度控制的闭环光纤陀螺快速启动方法。光纤陀螺高低温启动条件下，光源光功率与正常温度条件下相比会有很大的差异，导致探测器性能不稳定从而使光纤陀螺不能正常工作。而目前工程上在光纤陀螺启动前加温控的方法会增加光纤陀螺的启动时间，不能实现光纤陀螺在高低温条件下的快速启动。本发明通过获取光纤陀螺启动过程中的光源管芯温度，并比较光源管芯温度与光纤陀螺可正常工作温度，根据比较结果设定相应的调制深度，使探测器的输入光强始终保持在一个稳定的范围内，保证光纤陀螺在高低温启动条件下均能正常工作，从而实现光纤陀螺的快速启动。

Description

基于调制深度控制的闭环光纤陀螺快速启动方法
技术领域
本发明涉及光电子技术中光纤传感的领域，尤其涉及一种基于调制深度控制的闭环光纤陀螺快速启动方法。
背景技术
光纤陀螺是一种敏感角速度的传感器，其工作原理是基于Sagnac效应，即当环形干涉仪旋转时，产生一个正比于转速的相移，通过检测该相移即可得到环形干涉仪所在系统的角速度。由于光纤陀螺具有全固态、带宽大、成本低、精度覆盖面广、抗干扰能力强等众多优点，被广泛应用于导航和姿态控制系统中。
目前光纤陀螺所用光源大多为SLD光源。光源的管芯温度对光功率有很大影响。光源模型可采用ArcTan模型来进行分析。
中心波长为1310nm、驱动电流为50mA的光源的ArcTan模型为：
Figure 2011101458418100002DEST_PATH_IMAGE001
       （1）
其中：
Figure 740628DEST_PATH_IMAGE002
为特征温度，本文取25°C；
P为光源光功率，单位为uW；
T为光源管芯温度，单位为°C。
由（1）式模型得到的光源光功率-管芯温度曲线如图1所示。
由图1可知，当光纤陀螺在低温条件下启动时，光源光功率比正常温度条件下大很多，使探测器中干涉光强饱和导致光纤陀螺不能正常工作；当光纤陀螺在高温条件下启动时，其光功率比正常温度条件下小很多甚至趋近于零，会大大降低探测器的信噪比甚至当接收光强信号小于探测器灵敏度时探测器根本探测不到光强信号从而导致光纤陀螺不能正常工作。目前，工程上一般通过在光纤陀螺启动过程中加温控，将光源管芯温度控制在光纤陀螺可正常工作的温度范围，而后才给光源加驱动电流使其工作，其流程如图2所示，这样就增加了光纤陀螺的启动时间，不能实现光纤陀螺在高低温条件下的快速启动。
发明内容
本发明的目的是针对目前光纤陀螺在高低温条件下不能快速启动的问题，提供一种基于调制深度控制的光纤陀螺快速启动方法。
基于调制深度控制的闭环光纤陀螺快速启动方法的步骤如下：
1）设定光纤陀螺正常工作的光源管芯温度范围X，简称为设定温度；
2）光纤陀螺启动条件下，通过内置温度传感器获取光源的管芯温度T；
3）光源管芯温度T与设定温度X进行比较；
若光源管芯温度T在设定温度X范围内，则判定为光纤陀螺在设定温度下启动，设置调制深度为
Figure 2011101458418100002DEST_PATH_IMAGE003
；
若光源管芯温度T小于设定温度X的最小值，则判定为光纤陀螺在低温下启动，则根据光源管芯温度T的值设定相应的调制深度为，Δ为大于0的数；
若光源管芯温度T大于设定温度X的最大值，则判定为光纤陀螺在高温下启动，则根据光源管芯温度T的值设定相应的调制深度为
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，Δ为大于0的数；
4）读取光源管芯温度T，重复步骤3），直至光源管芯温度T在设定温度X范围内；
5）将偏置调制的调制深度设置为设定温度X下的调制深度
Figure 215920DEST_PATH_IMAGE003
，使光纤陀螺继续稳定工作。
本发明充分利用了闭环光纤陀螺探测器输入光强与调制深度的关系，在高低温启动条件下根据光源管芯温度条件设置相应的调制深度，使探测器正常工作，从而实现光纤陀螺在高低温条件下的快速启动。
附图说明
图1 是光源光功率与温度关系曲线；
图2 是目前工程上光纤陀螺高低温启动过程流程图；
图3 是探测器接收光强信号与相位差的关系；
图4 是实现光纤陀螺快速启动的算法流程图；
图5 是调制深度与管芯温度关系示意图。
具体实施方式
根据干涉式光纤陀螺的工作原理，闭环光纤陀螺探测器的接收光强信号为：
          
Figure 406467DEST_PATH_IMAGE006
                         （1）
                                     （2）
其中
Figure 81162DEST_PATH_IMAGE008
为干涉仪的输入光强，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为转动对应的Sagnac相移，
Figure 542231DEST_PATH_IMAGE003
为偏置调制，
Figure 909758DEST_PATH_IMAGE010
为反馈相移。闭环光纤陀螺探测器接收光强信号与相位差关系如图3所示。
对于闭环光纤陀螺，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
近似为零。光纤陀螺稳定工作条件下，偏置调制的调制深度为
Figure 587602DEST_PATH_IMAGE003
，保证光纤陀螺有较大的相位检测灵敏度和较好的信噪比。而在低温或者高温启动的情况下，由于光源光功率很大或很小，探测器光强也很大或者很小造成探测器功能障碍从而使光纤陀螺不能正常工作。若在光纤陀螺低温或者高温启动时，根据光源管芯温度控制调制深度，保证探测器接收光强信号处于一个稳定的范围内，从而使探测器能正常工作，即可实现光纤陀螺在低温或者高温条件下的快速启动。
基于调制深度控制的闭环光纤陀螺快速启动方法的步骤如下：
1）设定光纤陀螺正常工作的光源管芯温度范围X，简称为设定温度；
2）光纤陀螺启动条件下，通过内置温度传感器获取光源的管芯温度T；
3）光源管芯温度T与设定温度X进行比较；
若光源管芯温度T在设定温度X范围内，则判定为光纤陀螺在设定温度下启动，设置调制深度为
Figure 800408DEST_PATH_IMAGE003
；
若光源管芯温度T小于设定温度X的最小值，则判定为光纤陀螺在低温下启动，则根据光源管芯温度T的值设定相应的调制深度为
Figure 381562DEST_PATH_IMAGE004
，Δ为大于0的数；
若光源管芯温度T大于设定温度X的最大值，则判定为光纤陀螺在高温下启动，则根据光源管芯温度T的值设定相应的调制深度为，Δ为大于0的数；
4）读取光源管芯温度T，重复步骤3），直至光源管芯温度T在设定温度X范围内；
5）将偏置调制的调制深度设置为设定温度X下的调制深度，使光纤陀螺继续稳定工作。
由上述5个步骤，就可以实现光纤陀螺在各种温度条件下的快速启动，具体流程如图4所示。
步骤3）中低温或者高温条件下的调制深度应根据温度值的变化进行相应的调整：在高低温条件下，随着温度逐渐趋近常温，调制深度的漂移量Δ越来越小，当温度等于常温时，调制深度偏移量为零。调制深度与温度关系如图5所示。 
本发明充分利用了闭环光纤陀螺探测器输入光强与调制深度的关系，在高低温启动条件下根据光源管芯温度条件设置相应的调制深度，使探测器正常工作，从而实现光纤陀螺在高低温条件下的快速启动。

Claims (1)

1.一种基于调制深度控制的闭环光纤陀螺快速启动方法，其特征在于它的步骤如下：
1）设定光纤陀螺正常工作的光源管芯温度范围X，简称为设定温度；
2）光纤陀螺启动条件下，通过内置温度传感器获取光源的管芯温度T；
3）光源管芯温度T与设定温度X进行比较；
若光源管芯温度T在设定温度X范围内，则判定为光纤陀螺在设定温度下启动，设置调制深度为                                                
Figure 2011101458418100001DEST_PATH_IMAGE001
；
若光源管芯温度T小于设定温度X的最小值，则判定为光纤陀螺在低温下启动，则根据光源管芯温度T的值设定相应的调制深度为
Figure 9849DEST_PATH_IMAGE002
，Δ为大于0的数；
若光源管芯温度T大于设定温度X的最大值，则判定为光纤陀螺在高温下启动，则根据光源管芯温度T的值设定相应的调制深度为
Figure 2011101458418100001DEST_PATH_IMAGE003
，Δ为大于0的数；
4）读取光源管芯温度T，重复步骤3），直至光源管芯温度T在设定温度X范围内；
5）将偏置调制的调制深度设置为设定温度X下的调制深度
Figure 225805DEST_PATH_IMAGE001
，使光纤陀螺继续稳定工作。
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