CN116047177A - 一种光纤陀螺电磁泄漏测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤陀螺电磁泄漏检测技术领域，尤其涉及一种光纤陀螺电磁泄漏测试方法及装置，包括如下步骤：接收待测光纤陀螺发射出的电磁场并转换为电压信号；将电压信号引入测试光纤陀螺Y波导的调制电极；测试光纤陀螺的光纤环圈敏感出测试光纤陀螺的漂移，并通过探测器检测再通过调制解调电路板调制解调后将测试光纤陀螺的零偏值

传输给计算机；计算机计算出

与引入电压信号之前测试光纤陀螺的零偏值

之间的差值

，然后计算出待测光纤陀螺外泄电磁所对应的电压值

。本发明提供的方法及装置解决了电磁感应探头尺寸较大无法进入光纤陀螺腔体进行探测的问题，能够实现微弱泄漏信号的高精度测量。

Description

一种光纤陀螺电磁泄漏测试方法及装置

技术领域

本发明涉及光纤陀螺电磁泄漏检测技术领域，尤其涉及一种光纤陀螺电磁泄漏测试方法及装置。

背景技术

随着光纤陀螺技术的提高以及应用的推广，光纤陀螺精度越来越高，光纤陀螺的可靠性以及电磁环境适应性逐渐引起研究领域的关注，特别是将光纤陀螺应用于电磁环境要求高的精密测量应用环境，光纤陀螺的电磁泄漏会干扰周围仪表的应用。另外对于矿山、陆用等恶劣环境，周围大功率电子仪器的电磁辐射会通过陀螺的电磁屏蔽结构耦合到陀螺光电核心元件，对陀螺准确测量构成风险。光纤陀螺电磁泄漏的定量评估是行业的难点和薄弱点。首先，因为光纤陀螺的电信号频率通常在KHz到MHz之间，并非高频信号，因而不符合传统的高频信号的发送传输。其次，光纤陀螺是一种精密的弱信号探测仪表，其有效电磁信号通常为低压、低电流等微弱信号，导致其泄漏电信号通常为微伏量级甚至更低，这也要求探测是一种高灵敏度探测。此外，由于光纤陀螺的结构紧凑，工业上的电磁感应探头尺寸较大无法进入光纤陀螺腔体探测。

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电磁泄漏测试方法及装置，解决了工业上的电磁感应探头尺寸较大无法进入光纤陀螺腔体进行探测的问题，并且能够实现对微弱泄漏信号的高精度测量。

本发明是通过以下技术方案予以实现：

一种光纤陀螺电磁泄漏测试方法，其包括如下步骤：

S1：通过接收天线接收待测光纤陀螺发射出的电磁场并转换为电压信号；

S2：将电压信号引入测试光纤陀螺Y波导的调制电极参与测试光纤陀螺的调制解调；

S3：测试光纤陀螺的光纤环圈敏感出测试光纤陀螺的相位差，并通过探测器将测试光纤陀螺的相位差转化成电信号传输给调制解调电路板，调制解调电路板将电信号调制解调后得到测试光纤陀螺的零偏值，并将测试光纤陀螺的零偏值传输给计算机；

S4：计算机接收到测试光纤陀螺的零偏值信息后，计算出与引入电压信号之前测试光纤陀螺的零偏值之间的差值，然后根据式（1）计算出待测光纤陀螺外泄电磁所对应的电压值；

（1）

其中：为光波长，为真空光速，为光纤环圈长度，为光纤环圈直径，为Y波导2电压。

进一步，步骤S2中通过电磁屏蔽导线及电极引线将接收天线的电压信号引入光纤陀螺Y波导的调制电极。

进一步，步骤S中接收天线变换不同的位置及角度接收待测光纤陀螺发射出的电磁场并转换为电压信号。

一种光纤陀螺电磁泄漏测试装置，用以执行上述光纤陀螺电磁泄漏测试方法，其包括光源、耦合器、Y波导、光纤环圈、探测器、调制解调线路、计算机及接收天线，光源的输出端与耦合器的输入端耦合连接，耦合器的输出端与Y波导的输入端耦合连接，Y波导的两个尾纤与光纤环圈的两个尾纤耦合连接，探测器的输入端与耦合器的探测端耦合连接，探测器的输出端与调制解调线路输入端连接，调制解调线路的反馈端与Y波导的波导电极耦合连接，调制解调线路的输出端与计算机连接，所述波导电极引出有电极引线，接收天线端部连接有电磁屏蔽导线，所述电极引线与电磁屏蔽导线耦合连接。

优化的，接收天线为高导率金属材料制成的裸直导线。

优化的，电极引线为金线。

进一步，电极引线与电磁屏蔽导线之间通过金属焊盘耦合连接。

发明的有益效果：

本发明提供的一种光纤陀螺电磁泄漏测试方法及装置，采用Y波导天线近场接收探测方法，通过电磁场耦合方式将调制电压方波精准传送到测试光纤陀螺的Y波导上，无需将电磁感应探头伸入到待测光纤陀螺的腔体内进行测试，解决了工业上的电磁感应探头尺寸较大无法进入光纤陀螺腔体进行探测的问题，并且能够实现对光纤陀螺微弱泄漏信号的高精度测量。

附图说明

图1为本发明光纤陀螺电磁泄漏测试装置结构示意图。

图中：1.待测光纤陀螺，2.接收天线，3.光源，4.耦合器，5.Y波导，6.探测器，7.调制解调线路，8.光纤环圈，9.波导电极，10.电极引线，11.金属焊盘，12.电磁屏蔽导线，13.万向支托，14.支座，15.可调支腿，16.计算机。

具体实施方式

一种光纤陀螺电磁泄漏测试方法，其包括如下步骤：

S1：通过接收天线接收待测光纤陀螺1发射出的电磁场并转换为电压信号；

S2：将电压信号引入测试光纤陀螺Y波导的调制电极参与测试光纤陀螺的调制解调；

S3：测试光纤陀螺的光纤环圈敏感出测试光纤陀螺的相位差，并通过探测器将测试光纤陀螺的相位差转化成电信号传输给调制解调电路板，调制解调电路板将电信号调制解调后得到测试光纤陀螺的零偏值，并将测试光纤陀螺的零偏值传输给计算机；

调制解调电路板根据式（2）将电信号调制解调得到测试光纤陀螺的零偏值，

（2）

其中：为光波长，为真空光速，为光纤环圈长度，为光纤环圈半径；

S4：计算机接收到测试光纤陀螺的零偏值信息后，计算出与引入电压信号之前测试光纤陀螺的零偏值之间的差值，然后根据式（1）计算出待测光纤陀螺外泄电磁所对应的电压值；

（1）

其中：为光波长，为真空光速，为光纤环圈长度，为光纤环圈直径，为Y波导2电压。

根据感应电压方程式（3）可知，测试光纤陀螺Y波导的一条连接线近场接收到电磁辐射所产生的感应电动势正比于发射天线长度及接收天线长度，反比于待测光纤陀螺的发射频率及接收天线中心到待测光纤陀螺中心的距离的立方。

（3）

其中：为测试光纤陀螺的工作电流，为常值，为接收天线中心和待测光纤陀螺中心的连线与接收天线之间的夹角在竖直平面的投影角度，为接收天线中心和待测光纤陀螺中心的连线与接收天线之间的夹角在水平面的投影角度，为电磁场传播常数，，为自由空间的介电常数，为自由空间的导磁率，为虚数单位，取模后为1。

因为测试点的电场强度与接收天线的位置以及角度有关，当远小于时，在测试光纤陀螺的工作电流和待测光纤陀螺的发射频率一定的情况下，接收天线上感应的电压与接收天线的长度成正比，与接收天线放置的角度有关，当远小于时，r³项占主要，因此测试时可以变换接收天线的位置与角度分别进行测试，并记录接收天线的位置与角度，然后再通过式（1）计算出接收天线所在位置及角度的电场电压，当接收天线的位置与待测光纤陀螺的位置比较靠近时，即远小于时，通过式（1）计算出接收天线所在位置及角度的电场电压接近待测光纤陀螺外泄电磁所对应的电压值，此测试方法及装置简单，测试结果比较精确，输出形式也很直观，对光纤陀螺的电磁泄漏测试分析具有研究价值。同时可以通过变换接收天线的位置与角度，与计算出的接收天线所在位置及角度的电场电压相对应关系，可以更好地控制精密仪表尤其是光纤陀螺或惯导系统周围的环境，尽量将其所受外泄电磁场的影响控制在可控范围，避免对其精密器件产生电磁干扰，从而保证精密仪表、光纤陀螺或惯导系统稳定运行。

当接收天线接收待测光纤陀螺发射出的电磁场时，可以将接收天线插装在一个支座14上对接收天线进行固定，且方便调整接收天线的放置位置，支座可以通过多个可调支腿15支撑，便于调节高度，还可以在支座上安装一个万向支托13，将接收天线插装在万向支托上，通过万向支托的旋转调节接收天线的倾斜角度。

进一步，步骤S2中通过电磁屏蔽导线及电极引线将接收天线的电压信号引入光纤陀螺Y波导的调制电极，这样可以将接收天线接收到的电压信号尽可能全部引入光纤陀螺Y波导的调制电极，避免中途损失。

进一步，步骤S中接收天线变换不同的位置及角度接收待测光纤陀螺发射出的电磁场并转换为电压信号。

一种光纤陀螺电磁泄漏测试装置，具体结构示意图如附图1所示，其用以执行上述光纤陀螺电磁泄漏测试方法，其包括光源3、耦合器4、Y波导5、光纤环圈8、探测器6、调制解调线路7、计算机16及接收天线2，光源的输出端与耦合器的输入端耦合连接，耦合器的输出端与Y波导的输入端耦合连接，Y波导的两个尾纤与光纤环圈的两个尾纤耦合连接，探测器的输入端与耦合器的探测端耦合连接，探测器的输出端与调制解调线路输入端连接，调制解调线路的反馈端与Y波导的波导电极9耦合连接，调制解调线路的输出端与计算机连接，所述波导电极引出有电极引线10，接收天线端部连接有电磁屏蔽导线12，所述电极引线与电磁屏蔽导线耦合连接。

测试光纤陀螺工作时，光源发出的光进入耦合器输入端口，由耦合器输出端口输出至Y波导起偏与分束后形成两束光在光纤环圈内相向传输，再回到Y波导汇合发生干涉，然后再传输给耦合器，经探测器进行光电转换后由调制解调电路进行解算后再反馈给Y波导形成闭环，同时将测试光纤陀螺的零偏值输出给计算机。由于在测试光纤陀螺Y波导的波导电极引入了接收天线接收的待测光纤陀螺发射出的电压信号，使得测试光纤陀螺的零偏值发生改变，

计算出零偏值的偏差后再根据式（1）就可以计算出接收天线所在位置及角度的电场电压，当接收天线的位置与待测光纤陀螺的位置比较靠近时，即远小于时，该值无限接近待测光纤陀螺外泄电磁所对应的电压值。

优化的，接收天线为高导率金属材料制成的裸直导线，使用高导率金属材料制成的裸直导线作为接收天线的探头，利用电磁耦合对光纤陀螺的影响将空间电磁场影响接收并转化成陀螺的漂移精度，以陀螺的漂移精度定义电磁干扰的影响，从而计算出待测光纤陀螺外泄电磁所对应的电压值，可以保证测试精度。这里的高导率金属材料指的是电导率在西门子/米之间，本发明接收天线优选金、银或铜，保证实现高导率，其中金的电导率为西门子/米，银的电导率为西门子/米，铜的电导率为西门子/米。

优化的，电极引线为金线。电极引线采用金线，可以使电极引线实现高导率，保证测试精度。

进一步，电磁屏蔽导线与电极引线之间通过金属焊盘11连接，金属焊盘可以设置输入端口和输出端口，将电磁屏蔽导线与金属焊盘的输入端口连接，将电极引线与金属焊盘的输出端口连接，可以使电磁屏蔽导线与电极引线之间的连接更加方便、稳固，不容易断开，从而保证测试装置的可靠性。

综上所述，本发明提出的一种光纤陀螺电磁泄漏测试方法及装置，采用Y波导天线近场接收探测方法，通过电磁场耦合方式将调制电压方波精准传送到测试光纤陀螺的Y波导上，无需将电磁感应探头伸入到待测光纤陀螺的腔体内进行测试，解决了工业上的电磁感应探头尺寸较大无法进入光纤陀螺腔体进行探测的问题，并且能够实现对光纤陀螺微弱泄漏信号的高精度测量。

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 (10)

1.一种光纤陀螺电磁泄漏测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：通过接收天线接收待测光纤陀螺发射出的电磁场并转换为电压信号；

S2：将电压信号引入测试光纤陀螺Y波导的调制电极参与测试光纤陀螺的调制解调；

S3：测试光纤陀螺的光纤环圈敏感出测试光纤陀螺的相位差，并通过探测器将测试光纤陀螺的相位差转化成电信号传输给调制解调电路板，调制解调电路板将电信号调制解调后得到测试光纤陀螺的零偏值，并将测试光纤陀螺的零偏值传输给计算机；

S4：计算机接收到测试光纤陀螺的零偏值信息后，计算出与引入电压信号之前测试光纤陀螺的零偏值之间的差值，然后根据式（1）计算出待测光纤陀螺外泄电磁所对应的电压值；

（1）

其中：为光波长，为真空光速，为光纤环圈长度，为光纤环圈直径，为Y波导2电压。

2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺电磁泄漏测试方法，其特征在于：步骤S2中通过电磁屏蔽导线及电极引线将接收天线的电压信号引入光纤陀螺Y波导的调制电极。

3.根据权利要求2所述的一种光纤陀螺电磁泄漏测试方法，其特征在于：所述接收天线为高导率金属材料制成的裸直导线。

4.根据权利要求2所述的一种光纤陀螺电磁泄漏测试方法，其特征在于：所述电极引线为金线。

5.根据权利要求2所述的一种光纤陀螺电磁泄漏测试方法，其特征在于：电磁屏蔽导线与电极引线之间通过金属焊盘连接。

6.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺电磁泄漏测试方法，其特征在于：步骤S中接收天线变换不同的位置及角度接收待测光纤陀螺发射出的电磁场并转换为电压信号。

7.一种光纤陀螺电磁泄漏测试装置，用以执行如权利要求1至6任一项所述的一种光纤陀螺电磁泄漏测试方法，其特征在于：包括光源、耦合器、Y波导、光纤环圈、探测器、调制解调线路、计算机及接收天线，光源的输出端与耦合器的输入端耦合连接，耦合器的输出端与Y波导的输入端耦合连接，Y波导的两个尾纤与光纤环圈的两个尾纤耦合连接，探测器的输入端与耦合器的探测端耦合连接，探测器的输出端与调制解调线路输入端连接，调制解调线路的反馈端与Y波导的波导电极耦合连接，调制解调线路的输出端与计算机连接，所述波导电极引出有电极引线，接收天线端部连接有电磁屏蔽导线，所述电极引线与电磁屏蔽导线耦合连接。

8.根据权利要求7所述的一种光纤陀螺电磁泄漏测试装置，其特征在于：所述接收天线为高导率金属材料。

9.根据权利要求7所述的一种光纤陀螺电磁泄漏测试装置，其特征在于：所述电极引线为金线。

10.根据权利要求7所述的一种光纤陀螺电磁泄漏测试装置，其特征在于：电极引线与电磁屏蔽导线之间通过金属焊盘耦合连接。

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