CN107504983A - 小型光纤陀螺y波导驱动电路及半波电压漂移补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型光纤陀螺Y波导驱动电路及半波电压漂移补偿方法，在Y波导驱动电路的反馈放大网络中加入负温度系数的温敏电阻，利用温敏电阻温度升高则阻值变小、温度降低则阻值增大的温度特性，当陀螺环境温度变化时改变反馈放大网络的放大倍数，引起Y波导调制电压变化，相位调制量改变，从而补偿温度引起的Y波导附加相位漂移。本发明只增加了少量的器件,成本低，工艺简单、不破坏Y波导的封装结构，有效解决了目前小型化光纤陀螺Y波导半波电压漂移引起的附加相移不能实时有效跟踪和补偿的问题，是一种较为实用的解决Y波导半波电压变化引起的附加相位漂移的方法。

Description

小型光纤陀螺Y波导驱动电路及半波电压漂移补偿方法
技术领域
本发明涉及光纤陀螺的测试、标定、误差补偿领域，具体是一种小型光纤陀螺Y波导驱动电路及半波电压漂移补偿方法。
背景技术
Y波导是光纤陀螺中的关键器件，它和光纤线圈形成了Sagnac干涉仪。Y波导在光纤陀螺主要起分光、起振、偏置的作用，其性能的好坏直接影响光纤陀螺精度，Y波导中的有项参数半波电压，它随温度发生变化，同时存在其它一些电气漂移，因而在全数字闭环光纤陀螺的阶梯波2π复位电压不可能保持一个恒定值，而在一个小的范围存在漂移，因此，Y波导半波电压随温度变化而产生一个附加相位漂移,进而影响到陀螺的标度因数性能，因此，在光纤陀螺中设计2π复位电路来跟踪和补偿因半波电压随温度变化而产生的附加相位漂移。2π复位电路与光纤陀螺的调制解调方法密切相关。
光纤陀螺的调制解调主要有方波调制和四状态调制两种调制方法，四状态调制方式在每一个2τ周期内都可以得到Y波导半波电压的修正误差，不受复位次数限制，但该方法适应于光纤环较长的中高精度光纤陀螺仪，一般要求光纤长度应大于500m。方波调制方式通过采集复位后的半个方波周期内光电转换器输出信号，与非复位周期信号相减，得到2π复位误差。这种通过比较复位前后信号来确定误差量的方式，存在一个缺陷，即在低转速时会因复位少而无效。小型化光纤陀螺的光纤长度一般小于300m，不能采用四状态调制方法，存在Y波导半波电压随温度变化产生的附加相移不能有效补偿的缺点。
发明内容
本发明旨在提供一种小型光纤陀螺Y波导驱动电路及半波电压漂移补偿方法，解决目前小型化光纤陀螺Y波导半波电压漂移引起的附加相移不能实时有效跟踪和补偿的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种小型光纤陀螺Y波导驱动电路，包括反馈放大网络；还包括温敏电阻；所述温敏电阻与所述反馈放大网络中的反馈电阻串联，使得Y波导驱动电路放大倍数为(Rf+Rt)/R1；其中，Rf为反馈电阻值；Rt为温敏电阻值；R1为反馈放大网络输入电阻值。
借由上述驱动电路，只增加少量的器件,成本低，工艺简单、不破坏Y波导的封装结构，即可实现小型化光纤陀螺Y波导半波电压随温度变化产生的附加相移被有效补偿。
所述反馈放大网络包括运算放大器；该运算放大器的正输入端接所述输入电阻；所述反馈电阻与所述温敏电阻串联后，再与所述输入电阻并联。该结构简单，成本低廉。
输入电阻通过D/A变换器接处理器。
为了使用方便，所述温敏电阻粘贴在所述Y波导的金属外壳上。
相应地，本发明还提供了一种小型光纤陀螺Y波导半波电压漂移补偿方法，该方法主要实现过程为：在Y波导驱动电路的反馈放大网络中加入负温度系数的温敏电阻，利用温敏电阻温度升高则阻值变小、温度降低则阻值增大的的温度特性，当陀螺环境温度变化时改变反馈放大网络的放大倍数，引起Y波导调制电压变化，相位调制量改变，从而补偿温度引起的Y波导附加相位漂移。
上述方法一种较为实用的解决Y波导半波电压变化引起的附加相位漂移的方法。
本发明中，所述温敏电阻的温度系数α的计算公式为：
其中，R1为反馈放大网络输入电阻值；R25表示温敏电阻在室温下的阻值；R′＝Rk+Rk25，Rk25为温敏电阻的初始电阻值，Rk是实际使用中为方便计算与温敏电阻串联的一个电阻；Rf为反馈放大网络的反馈等效电阻值。选择合适的温敏电阻及补偿电路就能够较好地补偿温度引起Y型波导的附加相位漂移。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明只增加了少量的器件,成本低，工艺简单、不破坏Y波导的封装结构，有效解决了目前小型化光纤陀螺Y波导半波电压漂移引起的附加相移不能实时有效跟踪和补偿的问题，是一种较为实用的解决Y波导半波电压变化引起的附加相位漂移的方法。
附图说明
图1常见光纤陀螺Y波导驱动放大电路示意图；
图2本发明光纤陀螺Y波导驱动放大电路示意图；
图3本发明纤陀螺Y波导驱动放大电路电阻反馈网络等效图。
具体实施方式
下面对本发明方法在小型光纤陀螺半波电压跟踪和补偿具体实施方式作以说明：
在光纤陀螺闭环控制系统中，加在Y波导两极的调制电压是信号处理器解调探测器输出中连续两个τ周期的误差信号，通过D/A转化电路变为模拟信号，再通过电路放大后加于Y波导上，如图1所示，电路放大倍数为Rf/R1。本发明提出在Y波导的金属外壳贴一个温敏电阻，温敏电阻与原放大电路的Rf串联构建新的放大电路，如图2所示，新电路放大倍数为(Rf+Rt)/R1。
下面说明加入温敏电阻后为什么能跟踪和补偿Y波导半波电压随温度变化引起的附加相移。
Y波导采用推挽式工作方式，施加两个电极的调制电压大小相等极性相反，我们取其中一极电路分析，如图2所示。当外界温度变化时，一方面Y波导半波电压随温度变化而变化，与常温相比(25℃)会有相位漂移，另一方面温敏电阻阻值也会随外界温度变化而变化，从而运放电路的放大倍数(Rf+Rt)/R1也会发生变化，引起Y波导的调制电压变化，使Y波导的相位调制量发生变化，引起Y波导附加相移。我们只要使加入温敏电阻后的放大电路引起的附加相移与Y波导半波变化引起的相位漂移实时大小相等方向相反，那么选择合适运放电路的放大倍数变化引起的相位调制量就能跟踪和补偿Y波导的附加相位漂移。
根据Y波导厂家相关资料，计算室温(25℃)下，Y波导调制相位为温度变化ΔT时，Y波导产生的附加相位漂移为：
上式(1)表明，温度升高引起的附加相位漂移使Y波导的调制相位增大；温度下降使Y波导的调制相位减小，Y波导相位与温度成线性关系。
在实际应用中，为计算方便，由温敏电阻构成的运放放大电路的反馈电阻网络由一个阻值较大的电阻Rk和温敏电阻Rt串联起来，然后再与电阻R0并联起来，其结构如图3。其反馈等效电阻为：
式中，R′＝Rk+Rk25，Rk25为温敏电阻的初始电阻.温度引起温敏电阻阻值变化为Rt＝R25+R25αΔT，R25表示温敏电阻在室温下的阻值；α表示温敏电阻的温度系数.当温度上升ΔT时，Rf阻值变为
温敏电阻阻值变化引起运放电路放大倍数变化，导致Y波导上所加的电压变化量为
由于R0+R′＞＞R25ΔT因此
Y波导相位变化量为
假设Y波导驱动电压为V，当温度变化ΔT时，Y波导温度相位漂移量为Δφ，要使温度补偿电路能补偿Y波导的温度相位漂移必须使这两者在温度变化时相位变化量总和为零，即再根据式(5)，得到
再根据式(1)，温敏电阻的温度系数应为
因此，根据式(8)选择合适的温敏电阻及补偿电路就能够较好地补偿温度引起Y型波导的附加相位漂移。

Claims (6)

1.一种小型光纤陀螺Y波导驱动电路，包括反馈放大网络；其特征在于，还包括温敏电阻；所述温敏电阻与所述反馈放大网络中的反馈电阻串联，使得Y波导驱动电路放大倍数为(Rf+Rt)/R1；其中，Rf为反馈电阻值；Rt为温敏电阻值；R1为反馈放大网络输入电阻值。
2.根据权利要求1所述的小型光纤陀螺Y波导驱动电路，其特征在于，所述反馈放大网络包括运算放大器；该运算放大器的正输入端接所述输入电阻；所述反馈电阻与所述温敏电阻串联后，再与所述输入电阻并联。
3.根据权利要求2所述的小型光纤陀螺Y波导驱动电路，其特征在于，所述输入电阻通过D/A变换器接处理器。
4.根据权利要求1～3之一所述的小型光纤陀螺Y波导驱动电路，其特征在于，所述温敏电阻粘贴在所述Y波导的金属外壳上。
5.一种小型光纤陀螺Y波导半波电压漂移补偿方法，其特征在于，该方法主要实现过程为：在Y波导驱动电路的反馈放大网络中加入负温度系数的温敏电阻，利用温敏电阻温度升高则阻值变小、温度降低则阻值增大的的温度特性，当陀螺环境温度变化时改变反馈放大网络的放大倍数，引起Y波导调制电压变化，相位调制量改变，从而补偿温度引起的Y波导附加相位漂移。
6.根据权利要求5所述的小型光纤陀螺Y波导半波电压漂移补偿方法，其特征在于，所述温敏电阻的温度系数α的计算公式为：
<mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mn>25</mn> </msub> </mfrac> <mo>*</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msup> <mi>R</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <msub> <mi>R</mi> <mi>f</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>*</mo> <mn>1.045</mn> <mo>*</mo> <msup> <mn>10</mn> <mrow> <mo>-</mo> <mn>5</mn> </mrow> </msup> <mo>;</mo> </mrow>
其中，R1为反馈放大网络输入电阻值；R25表示温敏电阻在室温下的阻值；R′＝Rk+Rk25，Rk25为温敏电阻的初始电阻值，Rk是实际使用中与温敏电阻串联的电阻值；Rf为反馈放大网络的反馈等效电阻值。
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