CN104964681B - 一种开环光纤陀螺的自检电路及自检方法 - Google Patents

一种开环光纤陀螺的自检电路及自检方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104964681B
CN104964681B CN201510419852.9A CN201510419852A CN104964681B CN 104964681 B CN104964681 B CN 104964681B CN 201510419852 A CN201510419852 A CN 201510419852A CN 104964681 B CN104964681 B CN 104964681B
Authority
CN
China
Prior art keywords
self
circuit
inspection
light source
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510419852.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104964681A (zh
Inventor
杨波
厉毓良
常维鑫
张嘉渭
张力
李海忠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi Huayan Aero-instrument Co Ltd
Original Assignee
Shaanxi Huayan Aero-instrument Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi Huayan Aero-instrument Co Ltd filed Critical Shaanxi Huayan Aero-instrument Co Ltd
Priority to CN201510419852.9A priority Critical patent/CN104964681B/zh
Publication of CN104964681A publication Critical patent/CN104964681A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104964681B publication Critical patent/CN104964681B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
    • G01C19/721—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

一种开环光纤陀螺的自检电路，包括：一光源；所述光源一端连接驱动其发光的光源驱动电路，另一端经耦合器C2、偏振器、耦合器C1连接至PZT，所述耦合器C2连接有探测器，探测器输出端设置有前放大电路，所述前放大电路一路连接光源驱动电路，一路连接信号接入点，信号接入点的输出端通过信号调制电路连接至解调电路，信号调制电路输出端连接PZT，解调电路的输入端连接有信号波形；所述信号接入点的输入端连接有调相电路和自检差分放大电路；所述光源驱动电路还连接有自检电路。一种开环光纤陀螺的自检方法，包括空中自检和地面自检；所述空中自检，用于对光源驱动电路的驱动电流进行实时监测；所述地面自检，包括陀螺静止自检部分和陀螺旋转自检部分。

Description

一种开环光纤陀螺的自检电路及自检方法
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及到一种开环光纤陀螺的自检电路及自检方法。
背景技术
近些年来，开环光纤陀螺以其体积小，重量轻，成本低，结构简单，功耗低，启动时间短，使用寿命长等特点得到越来越多业内人士的关注，在低精度领域已经有逐步替代机械式速率陀螺的发展趋势，但是在飞控领域仍然无法取代传统的机械陀螺，主要原因是在飞控系统上要求速率陀螺具有故障自检功能(包括地面自检和空中自检两部分功能)，但此前的开环光纤陀螺都不具有该自检功能。
发明内容
本发明的目的是为了解决开环光纤陀螺不能进行自检的问题，提供了一种通过硬件电路实现开环光纤陀螺自检功能的电路及方法。
本发明的自检功能包括空中自检和地面自检两部分。要实现空中自检，关键是找出合适的被监测点和监测参数。对于故障检出，既要有尽量好的辨识性、尽可能大的覆盖面，同时监测又不能影响其本身的正常工作。
通过比较分析，将光源驱动级的电阻上端作为监测点，把光源驱动电流在此电阻上形成的压降是否超限作为空中自检的监测参数，进行实时监控，可以满足空中自检的要求。如果该压降超过一定值，即可判定或者提前预判陀螺已发生故障。
与空中自检不同，地面自检可以在每次陀螺投入使用前进行。这就给加特定信号以对相关电路、光路进行检测带来了实现的可能。意味着可以进行更多功能单元的测试，弥补空中自检的覆盖遗留。
实现地面自检的关键在于确定测试信号的来源、波形、大小、注入点、检测点、检测方式等。对比开环光纤陀螺在静止时和旋转时电路的工作原理及特点，发现陀螺在静止时和旋转时探测器后端电路的信号波形是不同的，且有着一定关系。静止时可以将经过探测器后的信号看成只有二次谐波，一次谐波分量为零，频率为两倍调制频率的正弦信号，而在旋转时，一次谐波不为零，可以将其看作是一次谐波与二次谐波相叠加得到波形，对此波形进行解调即可得到陀螺输出信号。因此，本发明的设计思路是在陀螺静止时输出一个模拟陀螺有旋转时的电压输出，即陀螺静止时，在探测器后端得到的二次谐波信号上叠加一个一次谐波，再经过解调输出，若能得到我们所期望的电压输出，则说明陀螺工作正常，否则说明陀螺存在某种故障。其关键是如何产生叠加时需要的一次谐波信号。
具体为：
一种开环光纤陀螺的自检电路，包括：一光源；
所述光源一端连接驱动其发光的光源驱动电路，另一端经耦合器C2、偏振器、耦合器C1连接至PZT，所述耦合器C2连接有探测器，探测器输出端设置有前放大电路，所述前放大电路一路连接光源驱动电路，一路连接信号接入点，信号接入点的输出端通过信号调制电路连接至解调电路，信号调制电路输出端连接PZT，解调电路的输入端连接有信号波形；所述信号接入点的输入端连接有调相电路和自检差分放大电路；
所述光源驱动电路还连接有自检电路。
本发明设计的自检电路，其工作原理是将PZT振荡电路产生的一次谐波叠加在探测器后端的二次谐波上，用合成的波形近似等效陀螺旋转时产生的波形。此方法不需要重新设计振荡电路，只需将PZT振荡电路中产生的一次谐波提取出来，将其叠加在探测器后端电路上，但是在叠加时要注意两个信号的相位关系，所以此部分电路需要具有差分放大和调相两种功能。
进一步地，所述自检差分放大电路的输入端与信号调制电路通过两路模拟开关连接。
一种开环光纤陀螺的自检方法，包括空中自检和地面自检；
所述空中自检，用于对光源驱动电路的驱动电流进行实时监测，根据空中自检电路输出的大小判断光源的工作状态；
所述地面自检，是在陀螺静止时，将地面自检电路产生的一次谐波信号叠加在探测器后端的前放电路中的二次谐波信号上，使其叠加后的波形等效于陀螺在旋转时前放电路中的波形，再经过后端锁相电路和解调电路对此信号进行解调产生稳定直流电压输出，使陀螺在静止时能够产生有速率输入时的电压输出。
本发明的有益效果为：发明设计的开环光纤陀螺自检方法电路结构简单，易于实现，具有高可靠性，同时具体良好的自检测效果，其能检测到的陀螺故障占总故障的百分之八十以上，解决了开环光纤陀螺不能进行自检的技术问题，具有非常巨大的实用价值和经济价值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
参照图1，光源驱动电路1.1驱动光源7.1发光，通过光源耦合对接，使光源发出的光入射进光纤中，光沿光纤传输，经过耦合器C2 7.2、偏振器7.3和耦合器C1 7.4后分成两束正反两个方向传播的光束，其中一路光纤绕在PZT 6上，信号调制电路1.3产生一倍调制频率的正弦信号使PZT 6进行振荡，使得两个方向传输的光经过PZT 6调制的时间相差一个时间τ，由于两束光的调制时间不同，会产生非互易误差，即当两束光再次相遇后会产生相位差，在信号调制电路中通过调节PZT 6振荡幅值可以改变相位差。当陀螺静止时，在探测器7.6上就会产生一个光强强弱周期性变化的电信号，将此信号经过放大、滤波就形成2倍调制频率的正弦信号，经过前放电路1.6放大后，对此信号进行贝塞尔分解后其奇次谐波分量为零，偶次谐波不为零，其中二次谐波分量所占比例最大，此时陀螺解调输出为零；当陀螺旋转时，由于萨格奈克效应产生固定的直流偏量，与信号调制电路1.3产生的π/2调制信号共同作用后，探测器7.6输出信号中一次谐波分量增大，二次谐波分量相对减小，其输出波形变为一次谐波和二次谐波相叠加形成的波形，经过后端锁相电路及解调电路1.5对此信号进行解调滤波后产生直流电压信号输出3。
空中自检电路4主要是对光源驱动电路1.1的驱动电流进行实时监测，根据空中自检电路输出4.1的大小就可以知道光源的工作状态；地面自检电路时通过模拟开关5.1、5.2和5.3接入到电路中，其中5.2和5.3控制PZT+和PZT-的输入，5.1控制自检信号输出。PZT两端的差分信号经过自检差分放大电路2.1和调相电路2.2，转换成幅值和相位可调的信号，将此信号加在陀螺电路信号接入点1.2，合成模拟陀螺旋转时的信号波形1.4，在经过解调电路1.5解调产生陀螺输出3。

Claims (3)

1.一种开环光纤陀螺的自检电路，其特征在于，包括：
一光源；
所述光源一端连接驱动其发光的光源驱动电路，另一端经耦合器C2、偏振器、耦合器C1连接至PZT，所述耦合器C2连接有探测器，探测器输出端设置有前放大电路，所述前放大电路一路连接光源驱动电路，一路连接信号接入点，信号接入点的输出端通过信号调制电路连接至解调电路，信号调制电路输出端连接PZT，解调电路的输入端连接有信号波形；所述信号接入点的输入端连接有调相电路和自检差分放大电路；
所述光源驱动电路还连接有自检电路单元。
2.根据权利要求1所述的一种开环光纤陀螺的自检电路，其特征在于，所述自检差分放大电路的输入端与信号调制电路通过两路模拟开关连接。
3.一种开环光纤陀螺的自检方法，其特征在于，所述自检电路单元包括空中自检和地面自检；
所述空中自检，用于对光源驱动电路的驱动电流进行实时监测，根据空中自检电路输出的大小判断光源的工作状态；
所述地面自检，是在光纤陀螺静止时，将地面自检电路产生的一次谐波信号叠加在探测器后端的前放大电路中的二次谐波信号上，使其叠加后的信号波形等效于光纤陀螺在旋转时前放电路中的信号波形，再经过后端锁相电路和解调电路对此信号进行解调产生稳定直流电压输出，使光纤陀螺在静止时能够产生有速率输入时的电压输出。
CN201510419852.9A 2015-07-16 2015-07-16 一种开环光纤陀螺的自检电路及自检方法 Active CN104964681B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510419852.9A CN104964681B (zh) 2015-07-16 2015-07-16 一种开环光纤陀螺的自检电路及自检方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510419852.9A CN104964681B (zh) 2015-07-16 2015-07-16 一种开环光纤陀螺的自检电路及自检方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104964681A CN104964681A (zh) 2015-10-07
CN104964681B true CN104964681B (zh) 2017-10-13

Family

ID=54218735

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510419852.9A Active CN104964681B (zh) 2015-07-16 2015-07-16 一种开环光纤陀螺的自检电路及自检方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104964681B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109931922B (zh) * 2017-12-15 2021-08-10 湖南中部芯谷科技有限公司 一种光纤陀螺启动快速自检测方法
CN113252021B (zh) * 2021-07-05 2021-11-02 西安中科华芯测控有限公司 一种光纤陀螺高覆盖率飞行前自检方法及自检系统
CN113916264B (zh) * 2021-11-07 2024-04-09 陕西华燕航空仪表有限公司 一种新型开环光纤陀螺自检电路及自检方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100327899B1 (ko) * 1999-11-03 2002-03-09 오길록 모드 로킹 광섬유 레이저 안정화 장치 및 그 방법
JP4234885B2 (ja) * 2000-07-07 2009-03-04 日本航空電子工業株式会社 サニヤック干渉計型電流センサ
US7857413B2 (en) * 2007-03-01 2010-12-28 Applied Materials, Inc. Systems and methods for controlling and testing jetting stability in inkjet print heads
CN101424708B (zh) * 2008-12-05 2011-06-22 北京航空航天大学 光学电压互感器
CN102135430A (zh) * 2010-01-25 2011-07-27 北京三驰科技发展有限公司 一种基于光纤陀螺的捷连航姿系统
CN102607547B (zh) * 2012-02-17 2014-07-09 北京大学 光纤陀螺仪的数字域平衡探测方法及装置
CN102788595A (zh) * 2012-07-27 2012-11-21 北京航空航天大学 基于Faraday效应的光纤陀螺频率特性评估方法与装置
CN103604444B (zh) * 2013-11-26 2016-04-06 中国人民解放军国防科学技术大学 基于正弦波调制及二次谐波检测的光纤环本征频率测量装置及方法
CN104635010A (zh) * 2015-02-06 2015-05-20 宁波永耀信息科技有限公司 全光纤电流互感器检测系统
CN204422662U (zh) * 2015-02-26 2015-06-24 北京芯动联科微电子技术有限公司 一种采用开环放大器的多路时分复用电容检测电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN104964681A (zh) 2015-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103389084B (zh) 基于双耦合光纤环形谐振腔相干效应的谐振式光纤陀螺
CN104297702B (zh) 一种Bell‑Bloom自调制三轴磁场测量的方法及装置
CN104964681B (zh) 一种开环光纤陀螺的自检电路及自检方法
JP2769924B2 (ja) 光ファイバ回転センサ
CN103471579B (zh) 一种采用双向全互易耦合光电振荡器的角速度检测方法
CN105136175B (zh) 一种基于自混频技术的相位敏感光时域反射系统
US7038783B2 (en) Eigen frequency detector for Sagnac interferometers
US6798523B2 (en) Sensor and method for detecting fiber optic faults
CN103411598B (zh) 一种基于光路差分的双干涉式光纤陀螺仪2π复位电压测量方法
US20150098088A1 (en) Methods and apparatus of tracking/locking resonator free spectral range and its application in resonator fiber optic gyroscope
CN103438882B (zh) 一种低标度因数误差的光纤陀螺
CN104677508A (zh) 一种基于圆偏振探测光的原子自旋进动检测方法及装置
CN208350099U (zh) 基于六态调制的闭环光纤陀螺光功率自检测装置
JP2002508061A (ja) 光ファイバ・ジャイロスコープ振動誤差補償器
CN102353373A (zh) 基于双路闭环锁定技术的谐振式光学陀螺
CN101713701A (zh) 基于外差技术测试相位调制器半波电压装置及方法
CN102650524A (zh) 一种基于宽谱光源双折射调制的差分双干涉式闭环光纤陀螺仪
CN110530497A (zh) 基于光电振荡器的干涉型光纤振动传感解调系统和方法
CN109931922A (zh) 一种光纤陀螺启动快速自检测方法
CN107702731B (zh) 一种对未知参数陀螺仪的测试方法
CN103411600B (zh) 一种基于光路差分的双干涉式光纤陀螺仪±π/2参数测量方法
CN111060089A (zh) 基于电子自旋磁共振差分的高灵敏核自旋进动检测方法
CN102607547A (zh) 光纤陀螺仪的数字域平衡探测方法及装置
KR101097396B1 (ko) 광변류기 및 이의 신호처리방법
EP1476718A1 (en) Saw tooth bias modulation and loop closure for an interferometric fiber optic gyroscope

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant