CN112710331A - 光纤陀螺仪初始化校准方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了光纤陀螺仪初始化校准方法及系统，在光纤陀螺仪的光学部分已组装完成，但电学部分未组装时，对所述光纤陀螺的光学部分进行初始化校正，并保存所述光学部分的初始化校正参数；在所述光纤陀螺仪的光学部分和电学部分均组装完成时，调用所述初始化校正参数对所述光纤陀螺仪的电学部分进行校正，通过在组装光纤陀螺仪整体前完成校准动作，降低校准难度，避免由于光纤陀螺仪光学部分器件校准失败造成的光纤陀螺仪报废，提升生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及光学陀螺校正技术领域，尤其涉及光纤陀螺仪初始化校准方法及系统。
背景技术
光纤陀螺仪使用光纤环中正向、反向传输的光信号在光电转换模块处的干涉光强来进行旋转角速度的判定。理想情况下，在Y波导不施加任何光学延时调制且无旋转情况下，在光电转换模块处的干涉光强最强。但实际情况是由于敏感环绕制过程中的应力、光纤的微小缺陷、组装误差等导致光纤陀螺仪在静止且Y波导不添加任何光学延时调制时，光电转换模块处获取的光强并非最大值，目前光纤陀螺仪采用标定方式来解决此类问题，标定指的是光纤陀螺仪整体加工完成后针对偏移量进行校准后标定校准值，存在两个问题：为减少机械应力对光纤陀螺仪影响，光纤陀螺仪的光纤环在组装过程中往往采用非可拆卸的安装方式(如UV胶固化粘贴)，组装成陀螺仪整体后，光学部分无法进行单独拆卸，且光纤陀螺仪整体体积大，导致现有的光纤陀螺校正操作难度增大，且校准效率低下，此外，组装完成后校准失败整个光纤陀螺仪都需要作废，这也导致了光纤陀螺仪的成本上升，因此，现有的光纤陀螺仪组装采用非可拆卸的安装且整体体积大造成的校正操作难度增大、校正效率低已成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了光纤陀螺仪初始化校准方法及系统，用于解决现有的光纤陀螺仪组装采用非可拆卸的安装且整体体积大造成的校正操作难度增大、校正效率低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种光纤陀螺仪初始化校准方法，包括以下步骤：
在光纤陀螺仪的光学部分已组装完成，但电学部分未组装时，对光纤陀螺的光学部分进行初始化校正，并保存光学部分的初始化校正参数；
在光纤陀螺仪的光学部分和电学部分均组装完成时，调用初始化校正参数对光纤陀螺仪的电学部分进行校正。
优选的，初始化校正参数包括相位零偏电压以及静态工作点偏置电压，对光纤陀螺的光学部分进行初始化校正，包括以下步骤：
将光学部分与光学测试工装对接，将光学部分的Y波导的第一光学通路和第二光学通路的偏置电压均调节至0；
调节Y波导的第一光学通路的调制电压直至光学部分的光电转换模块输出的光强值最大，并将光强值最大时的调制电压作为相位零偏电压保存；
调节Y波导的第二光学通路的调制电压直至光学部分的光电转换模块输出的光强值最小，并将光强最小时的第二光学通路调制电压的0.5倍电压值作为所述静态工作点偏置电压。
优选的，初始化校正参数保存在光纤陀螺中的、与光学部分绑定的存储单元中。
优选的，调用初始化校正参数对光纤陀螺仪的电学部分进行校正，包括以下步骤：
电学部分的控制部分读取存储单元的初始化校正参数，并调整电学部分输出给光学部分的电压，使Y波导的第一光学通路的调制电压输出相位零偏电压，使Y波导的第二光学通路的调制电压输出静态工作点偏置电压。
一种光纤陀螺仪初始化校准系统，包括：
光学校正组件：用于在光纤陀螺仪的光学部分已组装完成，但电学部分未组装时，对光纤陀螺的光学部分进行初始化校正，并保存光学部分的初始化校正参数；
电学校正组件：用于在光纤陀螺仪的光学部分和电学部分均组装完成时，调用初始化校正参数对光纤陀螺仪的电学部分进行校正。
优选的，初始化校正参数包括相位零偏电压以及静态工作点偏置电压，光学校正组件包括：校正控制模块、光学测试工装以及监测模块，校正控制模块分别与光学测试工装以及监测模块连接；
光学测试工装用于光学部分对接，提供光学部分工作所需的工作电压；
监测模块用于实时监测光学部分的光模转换模块的输出光强值以及对应的Y波导的第一光学通路和第二光学通路的调制电压值，并将输出光强值以及对应的Y波导的第一光学通路和第二光学通路的调制电压值发送给校正控制模块；
校正控制模块用于控制光学测试工装的输出：将光学部分的Y波导的第一光学通路和第二光学通路的偏置电压均调节至0，再调节Y波导的第一光学通路的调制电压直至光学部分的光电转换模块输出的光强值最大，并将光强值最大时的调制电压作为相位零偏电压保存；再调节Y波导的第二光学通路的调制电压直至光学部分的光电转换模块输出的光强值最小，并将光强最小时的第二光学通路调制电压的0.5倍电压值作为所述静态工作点偏置电压。
优选的，校正控制模块将初始化校正参数保存至光纤陀螺中的、与光学部分绑定的存储单元中。
优选的，电学校正组件内置于光纤陀螺仪的电学部分的控制模块中，电学校正组件用于控制控制模块读取存储单元的初始化校正参数，并调整电学部分输出给光学部分的电压，使Y波导的第一光学通路的调制电压输出相位零偏电压，使Y波导的第二光学通路的调制电压输出静态工作点偏置电压。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明中的光纤陀螺仪初始化校准方法及系统，在光纤陀螺仪的光学部分已组装完成，但电学部分未组装时，对所述光纤陀螺的光学部分进行初始化校正，并保存所述光学部分的初始化校正参数；在所述光纤陀螺仪的光学部分和电学部分均组装完成时，调用所述初始化校正参数对所述光纤陀螺仪的电学部分进行校正，通过在组装光纤陀螺仪整体前完成校准动作，降低校准难度，避免由于光纤陀螺仪光学部分器件校准失败造成的光纤陀螺仪报废，提升生产效率。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例中的一种光纤陀螺仪初始化校准方法的流程图；
图2是本发明优选实施例中的光纤陀螺仪的结构简图；
图3是本发明优选实施例中的光纤陀螺仪的Y波导结构简图；
图4是本发明优选实施例中的光纤陀螺仪的铌酸锂晶体上的电压与延时关系图；
图5是本发明优选实施例中的光学部分的校正流程图；
图6是本发明优选实施例中的光学部分中输出光强和角速度之间的关系图；
图7是本发明优选实施例中的电学部分的校正流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例一：
如图1所示，本实施例中公开了一种光纤陀螺仪初始化校准方法，包括以下步骤：
在光纤陀螺仪的光学部分已组装完成，但电学部分未组装时，对光纤陀螺的光学部分进行初始化校正，并保存光学部分的初始化校正参数；
在光纤陀螺仪的光学部分和电学部分均组装完成时，调用初始化校正参数对光纤陀螺仪的电学部分进行校正。
此外，在本实施例中还公开了一种光纤陀螺仪初始化校准系统，包括：
光学校正组件：用于在光纤陀螺仪的光学部分已组装完成，但电学部分未组装时，对光纤陀螺的光学部分进行初始化校正，并保存光学部分的初始化校正参数；
电学校正组件：用于在光纤陀螺仪的光学部分和电学部分均组装完成时，调用初始化校正参数对光纤陀螺仪的电学部分进行校正。
本发明中的光纤陀螺仪初始化校准方法及系统，在光纤陀螺仪的光学部分已组装完成，但电学部分未组装时，对所述光纤陀螺的光学部分进行初始化校正，并保存所述光学部分的初始化校正参数；在所述光纤陀螺仪的光学部分和电学部分均组装完成时，调用所述初始化校正参数对所述光纤陀螺仪的电学部分进行校正，通过在组装光纤陀螺仪整体前完成校准动作，降低校准难度，避免由于光纤陀螺仪光学部分器件校准失败造成的光纤陀螺仪报废，提升生产效率。
实施例二：
实施例二是实施例一的优选实施例，其与实施例一的不同之处在于，对光纤陀螺仪初始化的校正方法进行了细化：
如图2所示，在本实施例中，需校正的光纤陀螺包括光学部分和电学部分，其中,光学部分包括依次连接激光器、耦合器、Y波导以及光纤环，此外光学部分还增设有存储单元；所述电学部分包括激光器驱动模块、光电探测器、信号调理模块、AD转换模块、逻辑处理模块以及驱动电路模块，所述逻辑处理模块分别与所述AD转换模块、驱动电路模块以及激光器驱动模块连接，所述AD转换模块、所述信号调理模块、光电探测器、耦合器依次连接，所述驱动电路与Y波导连接。
其中，Y波导的结构如图3所示，Y波导是一种包含铌酸锂晶体的多功能光学模块，其中铌酸锂是一种折射率会随施加电压变化的物质，因此通过调整施加在铌酸锂晶体上的电压调节光透过铌酸锂晶体后的延时，如图4所示，在一定范围内，铌酸锂晶体上的电压与延时两者成线性关系，其中第一光学通路与第二光学通路部分主要成分即为铌酸锂晶体，第一、二光学通路两侧为电极，调整铌酸锂晶体延时即通过调整施加在电极两端的电压来实现。
上述光纤陀螺的生产过程中，首先进行光学部分的生产过程，主要包含以下步骤：
第一步、将激光器、耦合器以及Y波导依次熔接；
第二步、将Y波导与光纤环的熔接；
第三步、将光学部分的光学器件配置一个存储器件，用于存储相关的匹配参数，存储器推荐配置有SPI(Serial Peripheral Interface，串行外接接口)的存储器或者EEROM(Electrically Erasable Programmable read only memory，带电可擦可编程只读存储器)。
在本实施例中，公开的光纤陀螺仪初始化的校正方法的具体步骤如下：
一、光学部分的校正：
当光学部分组装完成后，即进行模块光学相位零偏电压的获取，由于光纤陀螺仪加工过程中的瑕疵或者器件一致性的差异，当光纤陀螺仪的光学部分组装完成后，在不旋转的状态下正向传输的激光与反向传输激光存在相位偏差的问题。光学相位零偏电压就是用来抵消这部分相位偏差的调制电压，指的是当在Y波导的一个分支上施加一定的偏置电压后，光纤陀螺仪光学部分光学的正向传输部分与逆向传输部分的相位变得相同，表现在光电转换器检测的光学强度最大。
如图5所示，光学部分的校正过程如下：
1、将光学部分与测试工装(电子部分)进行对接：光电探测器与耦合器对接，激光器驱动与激光器对接，Y波导驱动电路与Y波导对接；
2、校准系统上电，将Y波导两路(即第一光学通路和第二光学通路)的偏置电压分别调整为0，读取光电探测器上光强：
3、调整并获取相位零偏电压：
调整Y波导一路(即第一光学通路)的调制电压增大(电压为正值)，通过光电转换模块确认光强是否增强，若增强则继续增加调制电压，直至出现最大值，记录此时的调制电压即为相位零偏电压V1；若调制电压增大后光强减小，则减小偏置电压(电压为负值)，通过光电转换模块确认光强是否增强，若增强则继续减小调制电压，直至出现最大值，记录此时的调制电压即为相位零偏电压V1若减小偏置电压与增加偏置电压都会导致光强减小，则说明此时即为光学零偏状态，V1＝0；
4、调整并获取静态工作点偏置电压V2：
调整Y波导另外一路的偏置，按照施加电压变大进行调整，此时光强会逐渐减小，一直调整到光强最小值，记录此时的Y波导偏置电压V，此时调节了波长的一半，V2＝V/2对应调整量为四分之一波长，如图6所示，在此偏置下，光强随角速度变化的斜率最大，灵敏度最高，且接近线性，动态范围也大，光纤陀螺仪需要设定在以上偏置位置上，以保证良好的精度和响应
5、通过电子部分工装本光纤陀螺仪光学部分对应的调节电压V1、V2的电压值存储到与光学部分绑定的存储单位中。
二、电学部分的校正：
如图7所示，当校准过光纤陀螺仪光学组件最终组装成光纤陀螺仪后，首次上电后，电子部分读取存储器中的V1、V2参数，控制Y波导驱动电路向Y波导第一路输出V1静态工作点偏置电压，保证系统处于光学0偏状态；向第二路输出V2静态工作点偏置电压，将光纤陀螺仪调整到光强-角速度敏感工作状态。
此外，在本实施例中还公开了种光纤陀螺仪初始化校准系统，包括：
光学校正组件：用于在光纤陀螺仪的光学部分已组装完成，但电学部分未组装时，对光纤陀螺的光学部分进行初始化校正，并保存光学部分的初始化校正参数；
电学校正组件：用于在光纤陀螺仪的光学部分和电学部分均组装完成时，调用初始化校正参数对光纤陀螺仪的电学部分进行校正。
光学校正组件包括：校正控制模块、光学测试工装以及监测模块，校正控制模块分别与光学测试工装以及监测模块连接；
光学测试工装用于光学部分对接，提供光学部分工作所需的工作电压；
监测模块用于实时监测光学部分的光模转换模块的输出光强值以及对应的Y波导的第一光学通路和第二光学通路的调制电压值，并将输出光强值以及对应的Y波导的第一光学通路和第二光学通路的调制电压值发送给校正控制模块；
校正控制模块用于控制光学测试工装的输出：将光学部分的Y波导的第一光学通路和第二光学通路的偏置电压均调节至0，再调节Y波导的第一光学通路的调制电压直至光学部分的光电转换模块输出的光强值最大，并将光强值最大时的调制电压作为相位零偏电压保存；再调节Y波导的第二光学通路的调制电压直至光学部分的光电转换模块输出的光强值最小，并将光强最小时的第二光学通路调制电压的0.5倍电压值作为所述静态工作点偏置电压。
在本实施例中，所述光学校正组件包括多个用于校正不同型号种类的光纤陀螺的光学部分的光学测试工装、多个运输组件以及设置在光学校正区域的入口处的采集组件，不同种类的光纤陀螺具有与其唯一对应的标识码，所述多个光学测试工装以及多个运输组件以及采集组件均与所述校正控制组件连接，所述采集组件用于扫描所述光纤陀螺上的标识码，并将所述标识码发送给所述校正控制组件，所述校正控制组件用于接收所述标识码，并根据所述标识码查找与其型号对应的光学测试工装的坐标，并将所述坐标发送给所述运输组件控制所述运输组件将所述型号的光纤陀螺发送至对应的光学测试工装中进行测试。
综上所述，本发明中的光纤陀螺仪初始化校准方法及系统，在光纤陀螺仪的光学部分已组装完成，但电学部分未组装时，对所述光纤陀螺的光学部分进行初始化校正，并保存所述光学部分的初始化校正参数；在所述光纤陀螺仪的光学部分和电学部分均组装完成时，调用所述初始化校正参数对所述光纤陀螺仪的电学部分进行校正，通过在组装光纤陀螺仪整体前完成校准动作，降低校准难度，避免由于光纤陀螺仪光学部分器件校准失败造成的光纤陀螺仪报废，提升生产效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种光纤陀螺仪初始化校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
在光纤陀螺仪的光学部分已组装完成，但电学部分未组装时，对所述光纤陀螺的光学部分进行初始化校正，并保存所述光学部分的初始化校正参数；
在所述光纤陀螺仪的光学部分和电学部分均组装完成时，调用所述初始化校正参数对所述光纤陀螺仪的电学部分进行校正。
2.根据权利要求1所述的光纤陀螺仪初始化校准方法，其特征在于，所述初始化校正参数包括相位零偏电压以及静态工作点偏置电压，对所述光纤陀螺的光学部分进行初始化校正，包括以下步骤：
将所述光学部分与光学测试工装对接，将所述光学部分的Y波导的第一光学通路和第二光学通路的偏置电压均调节至0；
调节所述Y波导的第一光学通路的调制电压直至所述光学部分的光电转换模块输出的光强值最大，并将所述光强值最大时的调制电压作为相位零偏电压保存；
调节所述Y波导的第二光学通路的调制电压直至所述光学部分的光电转换模块输出的光强值最小，并将所述光强最小时的第二光学通路调制电压的0.5倍电压值作为所述静态工作点偏置电压保存。
3.根据权利要求2所述的光纤陀螺仪初始化校准方法，其特征在于，所述初始化校正参数保存在所述光纤陀螺中的、与光学部分绑定的存储单元中。
4.根据权利要求3所述的光纤陀螺仪初始化校准方法，其特征在于，调用所述初始化校正参数对所述光纤陀螺仪的电学部分进行校正，包括以下步骤：
所述电学部分的控制模块读取所述存储单元的初始化校正参数，并调整所述电学部分输出给所述光学部分的电压，使所述Y波导的第一光学通路的调制电压输出所述相位零偏电压，使所述Y波导的第二光学通路的调制电压输出所述静态工作点偏置电压。
5.一种光纤陀螺仪初始化校准系统，其特征在于，包括：
光学校正组件：用于在光纤陀螺仪的光学部分已组装完成，但电学部分未组装时，对所述光纤陀螺的光学部分进行初始化校正，并保存所述光学部分的初始化校正参数；
电学校正组件：用于在所述光纤陀螺仪的光学部分和电学部分均组装完成时，调用所述初始化校正参数对所述光纤陀螺仪的电学部分进行校正。
6.根据权利要求5所述的光纤陀螺仪初始化校准系统，其特征在于，所述初始化校正参数包括相位零偏电压以及静态工作点偏置电压，所述光学校正组件包括：校正控制模块、光学测试工装以及监测模块，所述校正控制模块分别与所述光学测试工装以及监测模块连接；
所述光学测试工装用于所述光学部分对接，提供光学部分工作所需的工作电压；
所述监测模块用于实时监测所述光学部分的光模转换模块的输出光强值以及对应的Y波导的第一光学通路和第二光学通路的调制电压值，并将所述输出光强值以及对应的Y波导的第一光学通路和第二光学通路的调制电压值发送给所述校正控制模块；
所述校正控制模块用于控制所述光学测试工装的输出：将所述光学部分的Y波导的第一光学通路和第二光学通路的偏置电压均调节至0，再调节所述Y波导的第一光学通路的调制电压直至所述光学部分的光电转换模块输出的光强值最大，并将所述光强值最大时的调制电压作为相位零偏电压保存；再调节所述Y波导的第二光学通路的调制电压直至所述光学部分的光电转换模块输出的光强值最小，并将所述光强最小时的第二光学通路调制电压的0.5倍电压值作为所述静态工作点偏置电压保存。
7.根据权利要求6所述的光纤陀螺仪初始化校准系统，其特征在于，所述校正控制模块将所述初始化校正参数保存至所述光纤陀螺中的、与光学部分绑定的存储单元中。
8.根据权利要求7所述的光纤陀螺仪初始化校准系统，其特征在于，所述电学校正组件内置于所述光纤陀螺仪的电学部分的控制模块中，所述电学校正组件用于控制所述控制模块读取所述存储单元的初始化校正参数，并调整所述电学部分输出给所述光学部分的电压，使所述Y波导的第一光学通路的调制电压输出所述相位零偏电压，使所述Y波导的第二光学通路的调制电压输出所述静态工作点偏置电压。
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