CN203298773U - 光纤陀螺信号直流分量自动调整电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光纤陀螺信号直流分量自动调整电路，包括有预调整电路、自动调整电路、A/D转换器和FPGA数字逻辑芯片。预调整电路的作用是根据陀螺系统的综合参数对陀螺输入信号的直流分量进行预先调整，预调整即手动调节电位和电压实现粗调，可将信号中的直流分量控制在一定的范围内，为自动调整的投入建立初始条件；自动调整电路的作用则是在FPGA数字逻辑芯片闭环调整的控制下，在全温范围内对陀螺输入信号中的直流分量的变化进行自动跟踪和闭环调整，以消除直流分量的影响，使得光纤陀螺检测解调模块的输入信号在整个温度范围内始终工作在最佳的有效区间。

Description

光纤陀螺信号直流分量自动调整电路

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，具体是一种光纤陀螺信号直流分量自动调整电路。

背景技术

数字闭环光纤陀螺仪的信号处理电路基本上是由检测解调模块和反馈调制模块两大部分组成：检测解调模块解调出来自SAGNAC光纤环的、由角速率引起的光干涉信号，分别生成陀螺仪输出信号和数字斜坡反馈信号；数字斜坡反馈信号与方波调制信号叠加后形成复合的阶梯波调制反馈信号，通过驱动电路将该阶梯波信号加至反馈调制模块，构成了干涉型光纤陀螺仪的数字闭环系统。

检测解调电路中的信号实际包含两个部分：第一部分就是角速率干涉信号，这部分信号在阶梯波调制反馈信号的作用下呈现为重复周期为τ的梳状信号，τ为SAGNAC光纤环的渡越时间，由光纤环长度决定。检测解调电路的任务就是要同步采集并解调出其中的角速率信号用于陀螺的输出和闭环反馈。第二部分是直流信号，直流信号的强弱是由探测器的无光偏置电压、放大器的失调电压、光源功率以及光路损耗等参数共同决定，而这些参数导致陀螺信号中的直流分量在一定范围内均是不确定的，而且它们都是温度的函数，即随温度的变化而漂移。因此，为了对陀螺的有用信号进行有效地调理放大及A/D转换，必须消除检测信号中直流部分的影响。

传统的陀螺检测解调电路采用电容隔直耦合的方法去除信号中的直流分量，仅将有用的角速率干涉信号耦合到A/D转换器。这种方法的优点是实现起来非常简单，而且可以有效地消除直流分量的影响。但由于角速率干涉信号为不规则的梳状信号，该梳状信号虽然有固定的时间间隔τ，但因为有阶梯波调制信号2π复位的存在，以及受到陀螺等效输入角速率变化的影响，其梳状信号的极性会发生不规则的变化，这种不规则的梳状信号将通过隔直电容的充放电特性对角速率干涉信号在

处的采样值u和u′产生影响，相当于在角速率干涉信号的耦合过程中引入了不规则起伏的噪声信号，降低了陀螺仪的信噪比和精度。图3为数字闭环光纤陀螺梳状信号及其同步采样的意示图。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种光纤陀螺信号直流分量自动调整电路，在不采用隔直电容的条件下，采用直流耦合的方法改善检测解调电路对不规则梳状信号的动态响应特性，同时消除信号中的直流分量及其影响。

本实用新型的技术方案为：

光纤陀螺信号直流分量自动调整电路，包括有预调整电路、自动调整电路、A/D转换器和FPGA数字逻辑芯片；所述的预调整电路包括有依次连接的电压基准源、精密电位器和第一电压缓冲器；所述的自动调整电路包括有参考输入端与电压基准源连接的串行D/A转换器、输入端与串行D/A转换器输出端连接的第二电压缓冲器、以及运算放大器，且串行D/A转换器的串行数字接口输入端与FPGA数字逻辑芯片的I/O输出端口连接；所述的第一电压缓冲器和第二电压缓冲器的输出端均与运算放大器的其中一输入端连接，运算放大器的另一输入端为陀螺信号输入端，运算放大器的输出端通过A/D转换器与FPGA数字逻辑芯片的I/O输入端口连接。

所述的光纤陀螺信号直流分量自动调整电路还包括有连接于运算放大器的陀螺信号输入端上的直流耦合电路。

本实用新型的优点：

本实用新型的直流分量采用预调整电路、自动调整电路、A/D转换器和FPGA数字逻辑芯片的结合进行调整；预调整电路的作用是根据陀螺系统的综合参数（包括：光源功率、光路损耗、探测器无光电压等）在常温下的初始状态，对陀螺输入信号的直流分量进行预先调整，预调整即手动调节电位和电压实现粗调，可将信号中的直流分量控制在一定的范围内，为自动调整的投入建立初始条件；自动调整电路的作用则是在FPGA数字逻辑芯片闭环调整的控制下，在全温范围内对陀螺输入信号中的直流分量的变化进行自动跟踪和闭环调整，以消除直流分量的影响，使得光纤陀螺检测解调模块的输入信号在整个温度范围内始终工作在最佳的有效区间；另外本实用新型的直流耦合电路可先对陀螺信号进行调整改善检测解调电路对不规则梳状信号的动态响应特性。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型的电路原理图。

图3是数字闭环光纤陀螺梳状信号及其同步采样示意图。

具体实施方式

见图1、图2，光纤陀螺信号直流分量自动调整电路，包括有直流耦合电路1、预调整电路2、自动调整电路3、A/D转换器4和FPGA数字逻辑芯片5；预调整电路2包括有依次连接的电压基准源21、精密电位器22和第一电压缓冲器23；自动调整电路3包括有参考输入端与电压基准源21连接的串行D/A转换器31、输入端与串行D/A转换器31输出端连接的第二电压缓冲器32、以及运算放大器33，且串行D/A转换器的串行数字接口输入端与FPGA数字逻辑芯片的I/O输出端口连接；第一电压缓冲器23和第二电压缓冲器32的输出端均与运算放大器33的其中一输入端连接，运算放大器33的另一输入端-陀螺信号输入端与直流耦合电路1的输出端连接，运算放大器33的输出端通过A/D转换器4与FPGA数字逻辑芯片5的I/O输入端口连接。

本实用新型的工作原理：

首先包含角速率干涉信号和直流分量的陀螺信号经直流耦合电路1调理后，送到A/D转换器4进行同步采集并转换为数字信号，经FPGA数字逻辑芯片5进行适当滤波处理后，一方面完成对陀螺角速率信号的解调，同时还完成对输入信号中包含的直流分量的解调，然后调节后的陀螺信号经自动调整电路3实现自动跟踪和闭环调整，以消除直流分量的影响。预调整电路2的作用是根据陀螺系统的综合参数（包括：光源功率、光路损耗、探测器无光电压等）在常温下的初始状态，对陀螺输入信号的直流分量进行预先调整，预调整即手动调节电位和电压实现粗调，可将信号中的直流分量控制在一定的范围内，为自动调整的投入建立初始条件。

Claims (2)

1.光纤陀螺信号直流分量自动调整电路，其特征在于：包括有预调整电路、自动调整电路、A/D转换器和FPGA数字逻辑芯片；所述的预调整电路包括有依次连接的电压基准源、精密电位器和第一电压缓冲器；所述的自动调整电路包括有参考电压输入端与电压基准源连接的串行D/A转换器、输入端与串行D/A转换器输出端连接的第二电压缓冲器、以及运算放大器，且串行D/A转换器的串行数字接口输入端与FPGA数字逻辑芯片的I/O输出端口连接；所述的第一电压缓冲器和第二电压缓冲器的输出端均与运算放大器的其中一输入端连接，运算放大器的另一输入端为陀螺信号输入端，运算放大器的输出端通过A/D转换器与FPGA数字逻辑芯片的I/O输入端口连接。

2.根据权利要求1所述的光纤陀螺信号直流分量自动调整电路，其特征在于：所述的光纤陀螺信号直流分量自动调整电路还包括有连接于运算放大器的陀螺信号输入端上的直流耦合电路。

Images