CN115987269A - 一种用于光纤陀螺仪的抗干扰电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光纤陀螺仪的抗干扰电路，包括抗干扰模块，所述抗干扰模块包括第一运算个放大器、第二运算放大器、第一电容、第一输入端、第一输出端、第一电阻、第二电阻、第三电位器、第四热敏电阻、第一二极管、第二PMOS管、第三三极管，所述第一运算个放大器同相端和第一电阻一端连接，第一电阻另一端和第一输入端连接，第一运算个放大器反相端和第一二极管阴极、第一电容一端、第二PMOS管漏极连接。本发明解决因外部环境干扰造成信号漂移的问题。

Description

一种用于光纤陀螺仪的抗干扰电路

技术领域

本发明涉及陀螺仪技术领域，特别涉及一种用于光纤陀螺仪的抗干扰电路。

背景技术

光纤陀螺仪的是通过光纤圈和接收器进行测量，其主要原理是通过在光纤圈的一端发送两段相反方向的光束，因光的速度固定，当光纤圈旋转时，其光纤圈另一端所固定的接受器的两面接收的光束会出现时间差，在将探测的时间差信号转换成电压信号进行输出，但环境中温度会影响介质的密度，当温度升高时，传播的介质密度降低，光的速度也会增加，反之也会降低，也就是说，当在测量光束到达的时间差时，当光纤圈旋转后，其一端发射的光束到达接受器后，另一端的光束在受到环境改变后仍会发生变化导致数据信号出现漂移。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于光纤陀螺仪的抗干扰电路，包括抗干扰模块，所述抗干扰模块包括第一运算个放大器U1、第二运算放大器U2、第一电容C1、第一输入端IN1、第一输出端OUT1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电位器R3、第四热敏电阻R4、第一二极管D1、第二PMOS管D2、第三三极管D3，所述第一运算个放大器U1同相端和第一电阻R1一端连接，第一电阻R1另一端和第一输入端IN1连接，第一运算个放大器U1反相端和第一二极管D1阴极、第一电容C1一端、第二PMOS管D2漏极连接，第一电容C1另一端和接地端连接，第二PMOS管D2源极和第三三极管D3发射极连接，第三三极管D3集电极和电源连接，第三三极管D3基极和第一运算个放大器U1输出端、第一输出端OUT1连接，第二PMOS管D2栅极和第二运算放大器U2输出端连接，第二运算放大器U2同相端和第三电位器R3抽头端连接，第三电位器R3一端和第二电阻R2一端连接，第三电位器R3另一端和接地端连接，第二电阻R2另一端和电源连接，第二运算放大器U2反相端和第四热敏电阻R4一端连接，第四热敏电阻R4另一端和电源连接：

第一输入端IN1和陀螺仪光栅计数器连接，第一电阻R1用于采集信号并反馈到第一运算个放大器U1同相端，第二运算放大器U2反相端接收参考信号，第一输出端OUT1输出光栅计数器的旋转参数的脉冲频率信号，为防止环境对第一电阻R1采集的信号造成漂移，通过基准参数信号对第一运算个放大器U1反相端参考信号进行叠加补偿，在第一运算个放大器U1输出端正常输出脉冲信号到第一输出端OUT1的同时，将信号反馈到第三三极管D3基极，第三三极管D3导通，电源信号经第三三极管D3集电极、发射极第二PMOS管D2、到达第一电容C1，通过第一电容C1补偿第一运算个放大器U1反相端参考电压阈值，使第一运算个放大器U1放大的倍数进行回调，第二PMOS管D2用于截停非环境造成的漂移补偿信号，第四热敏电阻R4用于采集环境温度数据信号，无漂移时，电源信号经第四热敏电阻R4到达第二运算放大器U2反相端，第二运算放大器U2同相端通过第三电位器R3两端和第二电阻R2分压调节第二运算放大器U2同相端的基准信号飘移阈值线，第一运算个放大器U1输出高电平信号使第二PMOS管D2截止，当环境温度改变时，使第四热敏电阻R4自身阻值变化，第二运算放大器U2差分后输出信号到第二PMOS管D2栅极，既当前环境温度经第四热敏电阻R4采集后超出第三电位器R3对第二运算放大器U2的预设信号值，第二运算放大器U2反馈低电平信号使第二PMOS管D2导通，实现对环境干扰后的漂移信号进行自动补偿。

进一步的，所述抗干扰模块还包括第四二极管D4、第五三极管D5、第六NMOS管D6、第五电阻R5、第二输入端IN2，所述第四二极管D4阳极和第一运算个放大器U1反相端连接，第四二极管D4阴极和第五三极管D5发射极连接，第五三极管D5基极和第六NMOS管D6源极、第五电阻R5一端连接，第五电阻R5另一端和接地端连接，第六NMOS管D6漏极和电源连接，第六NMOS管D6栅极和第二输入端IN2连接，第五三极管D5集电极和接地端连接：

考虑到环境在补偿时为正负信号量，当漂移信号处于正半周时，第二输入端IN2输出信号到达第六NMOS管D6栅极，第六NMOS管D6漏极电源信号经第六NMOS管D6漏极、第六NMOS管D6源极到达第五三极管D5基极，使第五三极管D5基极电位高于第五三极管D5发射极或达不到第五三极管D5发射极到第五三极管D5基极的导通的电位差，第五三极管D5截止和第四二极管D4截止，当漂移信号从正半周回落至负半周时，第一运算个放大器U1反相端信号经第四二极管D4、第五三极管D5发射极、第五三极管D5基极、第五电阻R5、接地端形成回路，当回路为真时，第一运算个放大器U1反相端信号可经第四二极管D4、第五三极管D5发射极、第五三极管D5集电极、接地端形成回路，使第一运算个放大器U1反相端信号等于设置的正负半周分界线阈值信号，第二PMOS管D2阳极用于设置第一运算个放大器U1的基准参考电压信号。

进一步的，所述抗干扰模块还包括第六电阻R6、第七电阻R7、第三运算放大器U3，所述第六电阻R6一端和电源连接，第六电阻R6另一端和第七电阻R7一端连接，第七电阻R7另一端和接地端连接，第七电阻R7抽头端和第三运算放大器U3反相端连接，第三运算放大器U3同相端和第四热敏电阻R4一端连接，第三运算放大器U3输出端和第六NMOS管D6栅极连接：

考虑到环境参数变化后的同步，第三运算放大器U3反相端通过第七电阻R7两端和第六电阻R6分压的方式设置第三运算放大器U3反相端的基准信号飘移阈值线，第三运算放大器U3同相端接收第四热敏电阻R4信号，设置第三运算放大器U3时，第二输入端IN2开路不进行输出，第六NMOS管D6栅极的信号由第二输入端IN2转换成第三运算放大器U3输出端进行提供，由第四热敏电阻R4同时为第三运算放大器U3同相端和第二运算放大器U2反相端提供实时采集信号，实现正负半周使的漂移信号的自动补偿和释放。

进一步的，所述抗干扰模块还包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10，所述第八电阻R8一端和第六NMOS管D6漏极连接，第八电阻R8另一端和第九电阻R9一端连接，第九电阻R9另一端和第十电阻R10一端、第一二极管D1阳极连接，第十电阻R10另一端和接地端连接：

通过第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10串联分压为第一运算个放大器U1反相端提供基准参考信号，防止外置电源波动后与抗干扰模块的供电信号不同步，导致出现故障性的自动补偿和释放，当需要精准调控时，可在第一二极管D1阳极连接增加电位器进行控制。

进一步的，所述抗干扰模块还包括第十一电阻R11，所述第十一电阻R11一端和第一二极管D1阴极、第二PMOS管D2栅极连接，第十一电阻R11另一端和第一电容C1一端、第一运算个放大器U1反相端连接：

考虑到第一电容C1电流突变会导致后级电路击穿，设置第十一电阻R11进行限流，同时由第十一电阻R11和第一电容C1进行延时补偿，降低第一电容C1补偿的灵敏度。

进一步的，所述抗干扰模块还包括第十二电阻R12，所述第十二电阻R12一端和第一二极管D12栅极连接，第十二电阻R12另一端和第十一电阻R11一端连接：

设置第十二电阻R12对第一二极管D12栅极寄生电容进行泄放，防止振荡击穿。

进一步的，所述抗干扰模块还包括第十三电阻R13，所述第十三电阻R13一端和第三运算放大器U3输出端、第六NMOS管D6栅极连接，第十三电阻R13另一端和接地端连接：

设置第十三电阻R13对第六NMOS管D6栅极寄生电容进行泄放，防止振荡击穿。

进一步的，所述抗干扰模块还包括第十四电阻R14，所述第十四电阻R14一端和第一电阻R1一端、第一运算个放大器U1同相端连接，第十四电阻R14另一端和接地端连接：

设置第十四电阻R14对第一运算个放大器U1同相端采集的信号进行上拉处理，同时防止第一运算个放大器U1短路时，第一电阻R1端形成开路。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

解决陀螺仪信号因环境干扰造成的信号漂移问题，对处于在静止或运行状态下的基准信号进行自动补偿和自动释放，同时防止因外置电源造成的故障性补偿和释放问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种用于光纤陀螺仪的抗干扰电路的抗干扰输出模块电路结构示意图；

图2为光纤陀螺仪工作流程图；

图3为现有的光纤陀螺仪的光源驱动电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明，应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

光纤陀螺仪在作为船用通导设备时，光纤陀螺仪自身的旋转轴与船舶坐标系的三个轴相对应，光纤陀螺仪由光源、探测器、分束器、准直透镜和光纤线圈构成，光源发出的光波被分束器分为两束，一束透射过分束器后经准直透镜耦合进光纤线圈后顺时针传播，由光纤线圈出射后经准直透镜准直后透射过分束器，另一束被分束器反射后经准直透镜耦合进光纤线圈后逆时针传播，由光纤线圈出射后经准直透镜准直后被分束器反射，两束光会合后产生干涉信号，干涉信号的强度随光纤线圈法向的输入角速度变化而变化，通过探测器检测干涉信号的强度变化，可以获得输入的角速度变化。

原理：若环形通道本身具有一个转动速度，那么光线沿着通道转动方向行进所需要的时间要比沿着这个通道转动相反的方向行进所需要的时间要多，即当光学环路转动时，在不同的行进方向上，光学环路的光程相对于环路在静止时的光程都会产生变化，利用光程的这种变化，检测出两条光路的相位差或干涉条纹的变化，就可以测出光路旋转角速度，从而测得角位移。

然而光在光导纤维中的传播速度会受到环境温度影响，当环境温度升高时，传播介质密度降低，光在光导纤维中的传播速度会增加，反之降低，当光纤陀螺仪在冷热不均或温度多变的环境中工作时，因光的传播速度发生变化，会导致光纤陀螺仪的数据信号出现漂移。

现有的光纤陀螺仪的光源驱动电路通过温控器件SLD加温度传感器Rt来控制光源的温度，以提高光纤陀螺仪的精度，但该电路只能对光纤陀螺仪的光源进行调节，并不能解决由光源发出后的光传播速度误差导致的数据信号漂移问题。

参阅附图，本发明是提供一种用于光纤陀螺仪的抗干扰电路，包括抗干扰模块，所述抗干扰模块包括第一运算个放大器U1、第二运算放大器U2、第一电容C1、第一输入端IN1、第一输出端OUT1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电位器R3、第四热敏电阻R4、第一二极管D1、第二PMOS管D2、第三三极管D3，所述第一运算个放大器U1同相端和第一电阻R1一端连接，第一电阻R1另一端和第一输入端IN1连接，第一运算个放大器U1反相端和第一二极管D1阴极、第一电容C1一端、第二PMOS管D2漏极连接，第一电容C1另一端和接地端连接，第二PMOS管D2源极和第三三极管D3发射极连接，第三三极管D3集电极和电源连接，第三三极管D3基极和第一运算个放大器U1输出端、第一输出端OUT1连接，第二PMOS管D2栅极和第二运算放大器U2输出端连接，第二运算放大器U2同相端和第三电位器R3抽头端连接，第三电位器R3一端和第二电阻R2一端连接，第三电位器R3另一端和接地端连接，第二电阻R2另一端和电源连接，第二运算放大器U2反相端和第四热敏电阻R4一端连接，第四热敏电阻R4另一端和电源连接：

第一输入端IN1和陀螺仪光栅计数器连接，第一电阻R1用于采集信号并反馈到第一运算个放大器U1同相端，第二运算放大器U2反相端接收参考信号，第一输出端OUT1输出光栅计数器的旋转参数的脉冲频率信号，为防止环境对第一电阻R1采集的信号造成漂移，通过基准参数信号对第一运算个放大器U1反相端参考信号进行叠加补偿，在第一运算个放大器U1输出端正常输出脉冲信号到第一输出端OUT1的同时，将信号反馈到第三三极管D3基极，第三三极管D3导通，电源信号经第三三极管D3集电极、发射极第二PMOS管D2、到达第一电容C1，通过第一电容C1补偿第一运算个放大器U1反相端参考电压阈值，使第一运算个放大器U1放大的倍数进行回调，第二PMOS管D2用于截停非环境造成的漂移补偿信号，第四热敏电阻R4用于采集环境温度数据信号，无漂移时，电源信号经第四热敏电阻R4到达第二运算放大器U2反相端，第二运算放大器U2同相端通过第三电位器R3两端和第二电阻R2分压调节第二运算放大器U2同相端的基准信号飘移阈值线，第一运算个放大器U1输出高电平信号使第二PMOS管D2截止，当环境温度改变时，使第四热敏电阻R4自身阻值变化，第二运算放大器U2差分后输出信号到第二PMOS管D2栅极，既当前环境温度经第四热敏电阻R4采集后超出第三电位器R3对第二运算放大器U2的预设信号值，第二运算放大器U2反馈低电平信号使第二PMOS管D2导通，实现对环境干扰后的漂移信号进行自动补偿。

具体地，所述抗干扰模块还包括第四二极管D4、第五三极管D5、第六NMOS管D6、第五电阻R5、第二输入端IN2，所述第四二极管D4阳极和第一运算个放大器U1反相端连接，第四二极管D4阴极和第五三极管D5发射极连接，第五三极管D5基极和第六NMOS管D6源极、第五电阻R5一端连接，第五电阻R5另一端和接地端连接，第六NMOS管D6漏极和电源连接，第六NMOS管D6栅极和第二输入端IN2连接，第五三极管D5集电极和接地端连接：

考虑到环境在补偿时为正负信号量，当漂移信号处于正半周时，第二输入端IN2输出信号到达第六NMOS管D6栅极，第六NMOS管D6漏极电源信号经第六NMOS管D6漏极、第六NMOS管D6源极到达第五三极管D5基极，使第五三极管D5基极电位高于第五三极管D5发射极或达不到第五三极管D5发射极到第五三极管D5基极的导通的电位差，第五三极管D5截止和第四二极管D4截止，当漂移信号从正半周回落至负半周时，第一运算个放大器U1反相端信号经第四二极管D4、第五三极管D5发射极、第五三极管D5基极、第五电阻R5、接地端形成回路，当回路为真时，第一运算个放大器U1反相端信号可经第四二极管D4、第五三极管D5发射极、第五三极管D5集电极、接地端形成回路，使第一运算个放大器U1反相端信号等于设置的正负半周分界线阈值信号，第二PMOS管D2阳极用于设置第一运算个放大器U1的基准参考电压信号。

具体地，所述抗干扰模块还包括第六电阻R6、第七电阻R7、第三运算放大器U3，所述第六电阻R6一端和电源连接，第六电阻R6另一端和第七电阻R7一端连接，第七电阻R7另一端和接地端连接，第七电阻R7抽头端和第三运算放大器U3反相端连接，第三运算放大器U3同相端和第四热敏电阻R4一端连接，第三运算放大器U3输出端和第六NMOS管D6栅极连接：

考虑到环境参数变化后的同步，第三运算放大器U3反相端通过第七电阻R7两端和第六电阻R6分压的方式设置第三运算放大器U3反相端的基准信号飘移阈值线，第三运算放大器U3同相端接收第四热敏电阻R4信号，设置第三运算放大器U3时，第二输入端IN2开路不进行输出，第六NMOS管D6栅极的信号由第二输入端IN2转换成第三运算放大器U3输出端进行提供，由第四热敏电阻R4同时为第三运算放大器U3同相端和第二运算放大器U2反相端提供实时采集信号，实现正负半周使的漂移信号的自动补偿和释放。

具体地所述抗干扰模块还包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10，所述第八电阻R8一端和第六NMOS管D6漏极连接，第八电阻R8另一端和第九电阻R9一端连接，第九电阻R9另一端和第十电阻R10一端、第一二极管D1阳极连接，第十电阻R10另一端和接地端连接：

通过第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10串联分压为第一运算个放大器U1反相端提供基准参考信号，防止外置电源波动后与抗干扰模块的供电信号不同步，导致出现故障性的自动补偿和释放，当需要精准调控时，可在第一二极管D1阳极连接增加电位器进行控制。

具体地，所述抗干扰模块还包括第十一电阻R11，所述第十一电阻R11一端和第一二极管D1阴极、第二PMOS管D2栅极连接，第十一电阻R11另一端和第一电容C1一端、第一运算个放大器U1反相端连接：

考虑到第一电容C1电流突变会导致后级电路击穿，设置第十一电阻R11进行限流，同时由第十一电阻R11和第一电容C1进行延时补偿，降低第一电容C1补偿的灵敏度。

具体地，所述抗干扰模块还包括第十二电阻R12，所述第十二电阻R12一端和第一二极管D12栅极连接，第十二电阻R12另一端和第十一电阻R11一端连接：

设置第十二电阻R12对第一二极管D12栅极寄生电容进行泄放，防止振荡击穿。

具体地，所述抗干扰模块还包括第十三电阻R13，所述第十三电阻R13一端和第三运算放大器U3输出端、第六NMOS管D6栅极连接，第十三电阻R13另一端和接地端连接：

设置第十三电阻R13对第六NMOS管D6栅极寄生电容进行泄放，防止振荡击穿。

具体地，所述抗干扰模块还包括第十四电阻R14，所述第十四电阻R14一端和第一电阻R1一端、第一运算个放大器U1同相端连接，第十四电阻R14另一端和接地端连接：

设置第十四电阻R14对第一运算个放大器U1同相端采集的信号进行上拉处理，同时防止第一运算个放大器U1短路时，第一电阻R1端形成开路。

Claims (8)

1.一种用于光纤陀螺仪的抗干扰电路，包括抗干扰模块，其特征在于，所述抗干扰模块包括第一运算个放大器、第二运算放大器、第一电容、第一输入端、第一输出端、第一电阻、第二电阻、第三电位器、第四热敏电阻、第一二极管、第二PMOS管、第三三极管，所述第一运算个放大器同相端和第一电阻一端连接，第一电阻另一端和第一输入端连接，第一运算个放大器反相端和第一二极管阴极、第一电容一端、第二PMOS管漏极连接，第一电容另一端和接地端连接，第二PMOS管源极和第三三极管发射极连接，第三三极管集电极和电源连接，第三三极管基极和第一运算个放大器输出端、第一输出端连接，第二PMOS管栅极和第二运算放大器输出端连接，第二运算放大器同相端和第三电位器抽头端连接，第三电位器一端和第二电阻一端连接，第三电位器另一端和接地端连接，第二电阻另一端和电源连接，第二运算放大器反相端和第四热敏电阻一端连接，第四热敏电阻另一端和电源连接。

2.根据权利要求1所述的用于光纤陀螺仪的抗干扰电路，其特征在于，所述抗干扰模块还包括第四二极管、第五三极管、第六NMOS管、第五电阻、第二输入端，所述第四二极管阳极和第一运算个放大器反相端连接，第四二极管阴极和第五三极管发射极连接，第五三极管基极和第六NMOS管源极、第五电阻一端连接，第五电阻另一端和接地端连接，第六NMOS管漏极和电源连接，第六NMOS管栅极和第二输入端连接，第五三极管集电极和接地端连接。

3.根据权利要求1所述的用于光纤陀螺仪的抗干扰电路，其特征在于，所述抗干扰模块还包括第六电阻、第七电阻、第三运算放大器，所述第六电阻一端和电源连接，第六电阻另一端和第七电阻一端连接，第七电阻另一端和接地端连接，第七电阻抽头端和第三运算放大器反相端连接，第三运算放大器同相端和第四热敏电阻一端连接，第三运算放大器输出端和第六NMOS管栅极连接。

4.根据权利要求1所述的用于光纤陀螺仪的抗干扰电路，其特征在于，所述抗干扰模块还包括第八电阻、第九电阻、第十电阻，所述第八电阻一端和第六NMOS管漏极连接，第八电阻另一端和第九电阻一端连接，第九电阻另一端和第十电阻一端、第一二极管阳极连接，第十电阻另一端和接地端连接。

5.根据权利要求1所述的用于光纤陀螺仪的抗干扰电路，其特征在于，所述抗干扰模块还包括第十一电阻，所述第十一电阻一端和第一二极管阴极、第二PMOS管栅极连接，第十一电阻另一端和第一电容一端、第一运算个放大器反相端连接。

6.根据权利要求5所述的用于光纤陀螺仪的抗干扰电路，其特征在于，所述抗干扰模块还包括第十二电阻，所述第十二电阻一端和第一二极管2栅极连接，第十二电阻另一端和第十一电阻一端连接。

7.根据权利要求3所述的用于光纤陀螺仪的抗干扰电路，其特征在于，所述抗干扰模块还包括第十三电阻，所述第十三电阻一端和第三运算放大器输出端、第六NMOS管栅极连接，第十三电阻另一端和接地端连接。

8.根据权利要求1所述的用于光纤陀螺仪的抗干扰电路，其特征在于，所述抗干扰模块还包括第十四电阻，所述第十四电阻一端和第一电阻一端、第一运算个放大器同相端连接，第十四电阻另一端和接地端连接。

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