CN113916264A - 一种新型开环光纤陀螺自检电路及自检方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种新型开环光纤陀螺自检电路及自检方法，用于解决现有开环光纤陀螺自检重复性差、高低温变化量大的问题。新型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，解决了现有自检方法自检输出高低温下变化量大、重复性差等问题。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感器领域，特别涉及一种新型开环光纤陀螺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，但目前的开环光纤陀螺的自检功能的重复性差及高低温变化量较大，无法满足系统使用要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：本发明的目的是为了解决开环光纤陀螺自检重复性差、高低温变化量大的问题，提供了一种新型开环光纤陀螺自检电路及自检方法。
本发明的技术方案是：一种新型开环光纤陀螺自检电路，包括幅值检测电路、逻辑控制电路、模拟开关和调幅电路；
所述幅值检测电路对PZT振荡幅值进行检测，检测后将PZT振荡幅值传入逻辑控制电路中；当逻辑控制电路接收的PZT幅值正常并且同时接收到自检指令后，逻辑控制电路控制模拟开关将解调时序控制电路所产生的解调控制信号加入到调幅电路中，通过调幅电路调整其幅度后将调整后的信号叠加至探测器后端信号中，最终进入解调电路解调输出。
本发明进一步的技术方案是：一种新型开环光纤陀螺自检电路的自检方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：幅值检测电路对PZT振荡幅值进行检测，检测后将该检测信号传入逻辑控制电路中；
步骤2：当逻辑控制电路接收的PZT振荡幅值正常且同时接收到自检指令后，控制模拟开关工作；
步骤3：模拟开关将解调时序控制电路所产生的解调控制信号加入到调幅电路中；
步骤4：过调幅电路调整其幅度后将调整后的信号叠加至探测器后端信号中，最终进入解调电路解调输出。
发明效果
本发明的技术效果在于：本发明提出一种新型开环光纤陀螺自检电路及自检方法，用于解决现有开环光纤陀螺自检重复性差、高低温变化量大的问题。新型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，解决了现有自检方法自检输出高低温下变化量大、重复性差等问题。
附图说明
图1为本发明的开环光纤陀螺自检结构图
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
参见图1，本发明的自检功能为地面自检。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。现有的开环陀螺自检方法，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。此方法虽不需要重新设计振荡电路，但由于PZT振荡电路的幅值在高低温下变化较大且重复性差，导致自检输出高低温下变化量大、重复性差，无法满足系统使用要求。为解决上述问题，本方法采用陀螺电路中解调控制信号作为激励信号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。该解调控制信号与PZT振荡电路产生的信号同频，且其幅度在高低温下不、变重复性较好。因此，采用该信号作为激励信号即可解决现有方法自检输出高低温变化量大且重复性差的问题。但采用解调控制信号作为激励信号与采用PZT振荡信号作为激励相比，自检覆盖率下降，为了提高自检减小自检输出变化量，提高重复性与覆盖率，需增加PZT振荡幅值检测电路，以及相应的逻辑电路。当PZT幅值在正常范围内，且陀螺收到自检指令后，才能将激励信号叠加到探测器后端，否则激励信号无法叠加。
光源驱动控制电路驱动光源发光，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、偏振器和耦合器C1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上，振荡电路产生一倍调制频率的正弦信号使PZT进行振荡，使得两个方向传输的光经过PZT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振荡幅值可以改变相位差。当陀螺静止时，在探测器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，与振荡电路产生的π/2调制信号共同作用后，探测器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，经过后解调电路对此信号进行解调滤波后产生直流电压信号输出。
地面自检电路由幅值检测电路、逻辑控制电路、模拟开关及调幅电路组成。幅值检测电路对PZT振荡幅值进行检测，当PZT幅值正常且接收到自检指令后，逻辑控制电路控制模拟开关将解调时序控制电路所产生的解调控制信号加入到调幅电路中，通过调幅电路调整其幅度后将调整后的信号叠加至探测器后端信号中，最终进入解调电路解调输出。
以上对本发明实施例所公开的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (2)
1.一种新型开环光纤陀螺自检电路，其特征在于，包括幅值检测电路、逻辑控制电路、模拟开关和调幅电路；
所述幅值检测电路对PZT振荡幅值进行检测，检测后将PZT振荡幅值传入逻辑控制电路中；当逻辑控制电路接收的PZT幅值正常并且同时接收到自检指令后，逻辑控制电路控制模拟开关将解调时序控制电路所产生的解调控制信号加入到调幅电路中，通过调幅电路调整其幅度后将调整后的信号叠加至探测器后端信号中，最终进入解调电路解调输出。
2.如权利要求1所述一种新型开环光纤陀螺自检电路的自检方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：幅值检测电路对PZT振荡幅值进行检测，检测后将该检测信号传入逻辑控制电路中；
步骤2：当逻辑控制电路接收的PZT振荡幅值正常且同时接收到自检指令后，控制模拟开关工作；
步骤3：模拟开关将解调时序控制电路所产生的解调控制信号加入到调幅电路中；
步骤4：过调幅电路调整其幅度后将调整后的信号叠加至探测器后端信号中，最终进入解调电路解调输出。
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