CN111854801A - 一种光纤陀螺光源光强稳定性检测方法 - Google Patents

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袁朦
卜兴华
廉正刚
皮亚斌
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Abstract

本发明公开了一种光纤陀螺光源光强稳定性检测方法，提供一种可实时检测光纤陀螺光路中光强相对大小的技术方案，通过观察光强随时间波动的幅度和趋势，来评价光强稳定性的优劣。本发明基于光纤陀螺主流的光路、电路方案，将光电探测器与光纤陀螺电路板连接，对光电探测器输出的电压信号进行数据转换、ADC采样。ADC采样频率远高于光源光强波动的频率，将高速ADC采样的数据等效为光源光强的实时数据，可以准确地观察到光强波动的信息，进行光源光强稳定性的分析和评价。本发明解决了光纤陀螺无法直接检测或评价光源光强稳定性的难题，该方法实现难度低、效率高、准确度好。

Description

一种光纤陀螺光源光强稳定性检测方法
技术领域
本发明属于光纤陀螺制作技术领域，尤其涉及一种光纤陀螺光源光强稳定性检测方法。
背景技术
光纤陀螺是(FOG)一种基于Sagnac效应的光纤角速度传感器，具有全固态、成本低、可靠性高、启动速度快等优点，被广泛应用于飞机、潜艇、军舰、导弹、卫星等领域，近年来成为国内外惯性器件的一个研究热点。目前主流的光纤陀螺技术方案，均采用SLD、ASE等半导体辐射光源为系统光路提供光信号，通过实时检测返回到光电探测器处的光强度大小，来解算Sagnac相位差，从而获得被测角速度的大小。
SLD、ASE光源具有良好的波长稳定性、功率稳定性、较大的输出光功率以及较短的去相干长度(较宽的光谱宽度)等优点，有利于提高光纤陀螺的零偏精度和标度因数稳定性。但随着光源光功率的增大，光路光信号的光强会受到宽光谱中不同频率分量的拍频而引起波动，光源光功率越大，光强波动幅度越大。另外，在某些光源驱动电路存在电子干扰或光纤陀螺光路局部存在损耗异常等情况下，达到光电探测器处的光强也可能出现光强波动幅度较大的现象。
在中、高精度光纤陀螺光路系统中，光强波动引起的相对强度噪声(RelativeIntensity Noise，RIN)是影响光纤陀螺零偏精度、随机游走的主要噪声源，因此对光纤陀螺光路光强的稳定性进行检测是非常重要的。但实际上，常规的光功率计、光强测试仪采样率偏低，采样数据处理的方式是对单位时间内的光强求平均值，根本无法真实反映光纤陀螺光源光强的波动趋势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种光纤陀螺光源光强稳定性检测方法，用于实时测试光纤陀螺光路中光强的相对大小，通过观察光强随时间波动的幅度和趋势，来评价光强稳定性的优劣。本发明方法实现难度低、效率高、准确度好。研究人员基于此方法可开展光纤陀螺光路或类似光路的光强稳定性的测试、分析、优化。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光纤陀螺光源光强稳定性检测方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，将光电探测器与信号处理电路板连接，其中，信号处理电路板依次包括ADC采样电路、数据处理逻辑芯片、数据接口电路或编程仿真接口电路；
步骤二，通过信号处理电路板的ADC采样电路，对光电探测器输出的电压信号进行数据转换、ADC采样；选用的ADC芯片的输出数据位宽不低于12位。
步骤三，设置ADC芯片工作时钟，对光电探测器输出的电压信号进行高速ADC采样；
步骤四，通过信号处理电路板的数据逻辑处理芯片，对采样的原始数据进行保存、处理，再由数据接口电路或编程仿真接口电路发送到计算机上，将此数据等效为光源光强的实时数据，用于观察光强的波动和进行光源光强稳定性的分析。
按上述技术方案，所述步骤三中，ADC芯片工作时钟频率不低于40MHz。
按上述技术方案，所述步骤四中，采样的原始数据可临时储存在RAM、ROM或其它缓存中。
按上述技术方案，所述步骤四中，可通过信号处理电路板的数据接口电路，将临时存储的ADC采样的原始数据发送至计算机。
按上述技术方案，所述步骤四中，在计算机上用数据逻辑处理芯片的编程仿真软件，间接读取ADC采样的原始数据。
本发明产生的有益效果是：提供一种光纤陀螺光源光强稳定性检测方法，用于实时测试光纤陀螺光路中光强的相对大小，通过观察光强随时间波动的幅度和趋势，来评价光强稳定性的优劣。本发明方法实现难度低、效率高、准确度好。研究人员基于此方法可开展光纤陀螺光路或类似光路的光强稳定性的测试、分析、优化。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是典型的光纤陀螺(单轴)结构示意图；
图2是本发明实施例光纤陀螺光源光强稳定性检测方法；
图3是本发明实施例中测试结果光强分布示意图；
图4是本发明实施例中测试结果光强分布示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例光纤陀螺光源光强稳定性检测方法中，如图1、图2所示，利用光纤陀螺的信号处理电路板实现。光纤陀螺采用干涉式Sagnac光路方案，其中2×2耦合器输入端1与光源连接，输入端2与光电探测器的输入端连接，2×2耦合器的一个输出端与Y波导的输入端连接，Y波导的两个输出端分别与光纤环的两个输出端连接。信号处理电路板包括ADC采样电路、数据处理逻辑芯片、数据接口电路、编程仿真接口电路，其中逻辑芯片是FPGA，ADC芯片最高采样时钟频率是65MHz、数据位宽12位。通过调节光源驱动温控电路板的温控电路参数，来调整控温精度，从而模拟光强波动幅度不同的现象。本实施例中采用了图2中第二种方式，即用FPGA芯片的编程仿真软件间接读取ADC采样的原始数据，事实上也可以采用第一种方式，即用数据接口电路把ADC采样的原始数据发送给计算机。通过信号处理电路板的ADC采样电路，对光电探测器输出的电压信号进行数据转换、ADC采样；通过信号处理电路板的数据逻辑处理芯片，保存和处理ADC芯片输出的一段时间内的原始数据，数据量较大，可临时储存在RAM、ROM或其它缓存中；通过信号处理电路板的数据接口电路，将临时存储的ADC采样数据打包发送到计算机。
本发明实施例中，通过调节光源驱动温控电路板的温控电路参数，使控温精度分别约为1℃、0.2℃，由于光源光强受温度波动影响，当控温精度越差，光强波动则越大，从而用来模拟光强稳定性不同的两种情况。用本发明提出的技术方案，对光强的相对大小进行了测试，数据如图3、图4所示，其中，Y轴数值代表光强大小，X轴代表采样次数。图3中光强数据波动范围约为35，且存在非常明显的周期性震荡，图4中光强数据波动范围约为8，基本上看不到明显的震荡，图4中光强的波动幅度显然比图3中要小，且变化趋势也更平稳，这说明其光强稳定性优于图3。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种光纤陀螺光源光强稳定性检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一，将光电探测器与信号处理电路板连接，其中，信号处理电路板依次包括ADC采样电路、数据处理逻辑芯片、数据接口电路或编程仿真接口电路；
步骤二，通过信号处理电路板的ADC采样电路，对光电探测器输出的电压信号进行数据转换、ADC采样；
步骤三，设置ADC芯片工作时钟，对光电探测器输出的电压信号进行高速ADC采样；
步骤四，通过信号处理电路板的数据逻辑处理芯片，对采样的原始数据进行保存、处理，再由数据接口电路或编程仿真接口电路发送到计算机上，将此数据等效为光源光强的实时数据，用于观察光强的波动和进行光源光强稳定性的分析。
2.根据权利要求1所述的光纤陀螺光源光强稳定性检测方法，其特征在于，所述步骤三中，ADC芯片工作时钟频率不低于40MHz。
3.根据权利要求1或2所述的光纤陀螺光源光强稳定性检测方法，其特征在于，所述步骤四中，采样的原始数据可临时储存在RAM、ROM或其它缓存中。
4.根据权利要求1或2所述的光纤陀螺光源光强稳定性检测方法，其特征在于，所述步骤四中，可通过信号处理电路板的数据接口电路，将临时存储的ADC采样的原始数据发送至计算机。
5.根据权利要求1或2所述的光纤陀螺光源光强稳定性检测方法，其特征在于，所述步骤四中，在计算机上用数据逻辑处理芯片的编程仿真软件，间接读取ADC采样的原始数据。
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