CN213422204U - 一种具有光功率自检功能的光纤陀螺 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有光功率自检功能的光纤陀螺，包括依次连接的光源、耦合器，Y波导和光纤环，所述光纤陀螺还包括探测器、基准电压模块、前置放大电路、AD转换模块、处理器、DA转换模块、后置放大电路和为整个光纤陀螺供电的电源，所述探测器连接所述耦合器，所述探测器和所述基准电压模块均连接所述前置放大电路，所述前置放大电路、AD转换模块、处理器、DA转换模块、后置放大电路和Y波导依次连接。与现有技术相比，本实用新型不仅实现光纤陀螺角速率测量的功能，还实现在陀螺正常工作中实时自检功能，具有故障发现早，准确率高等优点。

Description

一种具有光功率自检功能的光纤陀螺

技术领域

本实用新型涉及光纤陀螺领域，尤其是涉及一种具有光功率自检功能的光纤陀螺。

背景技术

陀螺仪是一种角速率传感器，是敏感相对惯性空间角运动的装置，是目前用于确定运动体空间运动姿态的主要传感器。可应用于海陆空天各种领域。传统光纤陀螺基本功能是角速率测量，不具有光功率自检功能。某些光纤陀螺具有开机自检功能，但开机自检仅适用于开机启动时刻，无法在工作中实时自检。并且开机自检会降低启动时间，不适应要求快速启动的应用环境，并且无法解决光功率的准确测量。而实际应用中，作为姿态控制、惯性导航的核心传感器，瞬间的故障都会带来灾难后果的影响，造成巨大的损失。在火箭、卫星发射中，多次出现因为光纤陀螺故障而导致发射失败事故或发射延迟。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的开机自检会降低启动时间，不适应要求快速启动的应用环境的缺陷而提供一种具有光功率自检功能的光纤陀螺。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有光功率自检功能的光纤陀螺，包括依次连接的光源、耦合器，Y波导和光纤环，所述光纤陀螺还包括探测器、基准电压模块、前置放大电路、AD转换模块、处理器、DA转换模块、后置放大电路和为整个光纤陀螺供电的电源，所述探测器连接所述耦合器，所述探测器和所述基准电压模块均连接所述前置放大电路，所述前置放大电路、AD转换模块、处理器、DA转换模块、后置放大电路和Y波导依次连接；

使用时，前置放大电路将探测器的输出电压与基准电压模块的基准电压相减，并放大，获取差值电压；AD转换模块将差值电压转换为数字信号，并传输至处理器进行数据处理，然后依次通过DA转换模块和后置放大电路驱动Y波导进行光电控制；所述处理器根据对数字信号幅值变化是否超过预设的阈值，进行光功率自检。

进一步地，所述基准电压模块包括正基准电压输入端、负基准电压输入端、第一电阻、第二电阻和输出端，所述正基准电压输入端、第一电阻、第二电阻和负基准电压输入端依次连接，所述输出端接入所述第一电阻和第二电阻间的连接线路；

使用前，预先通过调节第一电阻和第二电阻，对基准电压模块生成的基准电压进行调节，使得基准电压与探测器的输出电压相等。

进一步地，所述正基准电压输入端为采用ADR421基准电压芯片的正基准电压输入端。

进一步地，所述ADR421基准电压芯片的输出电压引脚还连接有第一电容，该第一电容接地。

进一步地，所述ADR421基准电压芯片的输入电压引脚与电源的连接线路中，还连接有第二电容和第三电容，所述第二电容和第三电容均接地。

进一步地，所述负基准电压输入端包括依次连接的正基准电压输入端和反向器。

进一步地，所述反向器为运算放大器，该运算放大器的反向输入端连接所述正基准电压输入端，所述运算放大器的正向输入端接地。

进一步地，所述处理器还连接有接口电路。

进一步地，所述处理器为FPGA。

进一步地，所述光纤陀螺的电源连接端还连接有保护电容。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型光纤陀螺采用直流检测方案检测光纤陀螺的光功率信号，设置了基准电压模块、前置放大电路、AD转换模块、处理器、DA转换模块和后置放大电路，通过将探测器信号和基准电压进行差分放大，并调整至适合AD转换模块的测量范围，经过处理器运算处理，准确测量光功率，然后处理器根据光功率幅值变化大小是否超过设定阈值进行故障判断，本实用新型不仅实现光纤陀螺角速率测量的功能，还实现在陀螺正常工作中实时自检功能，该方案故障发现早，准确率高，能在故障的萌芽阶段就能发出报警，可以让系统有充分的时间启动备份方案；

(2)本实用新型采用ADR421基准电压芯片提供正基准电压，具有低噪声、高精度和出色的长期稳定特性；正基准电压输入端连接反向器构成负基准电压输入端，保证负基准电压与正基准电压的一致性；

(3)本实用新型在电路中连接有电容并接地，为了实现滤波和电路保护效果，并联有一大一小的两个电容，为了防止高频干扰。

附图说明

图1为本实用新型光纤陀螺的结构示意图；

图2为本实用新型光纤陀螺探测器和基准电压模块经过前置放大电路接入AD转换模块的电路示意图；

图3为本实用新型实施例正基准电压输入端的电路示意图；

图4为本实用新型实施例负基准电压输入端的电路示意图；

图5为本实用新型实施例+5V电源与保护电容的连接示意图；

图6为本实用新型实施例-5V电源与保护电容的连接示意图；

图中，1、光源，2、耦合器，3、Y波导，4、光纤环，5、探测器，6、前置放大电路，7、AD转换模块，8、处理器，9、DA转换模块，10、后置放大电路，11、接口电路，12、基准电压模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种具有光功率自检功能的光纤陀螺，包括依次连接的光源1、耦合器2，Y波导3和光纤环4，光纤陀螺还包括探测器5、基准电压模块12、前置放大电路6、AD转换模块7、处理器8、DA转换模块9、后置放大电路10和为整个光纤陀螺供电的电源，探测器5连接耦合器2，探测器5和基准电压模块12均连接前置放大电路6，前置放大电路6、AD转换模块7、处理器8、DA转换模块9、后置放大电路10和Y波导3依次连接；

使用时，前置放大电路6将探测器5的输出电压与基准电压模块12的基准电压相减，并放大，获取差值电压；AD转换模块7将差值电压转换为数字信号，并传输至处理器8进行数据处理，然后依次通过DA转换模块9和后置放大电路10驱动Y波导3进行光电控制；处理器8根据对数字信号幅值变化是否超过预设的阈值，进行故障判断。

如图2所示，基准电压模块12包括正基准电压输入端(+2.5VREF)、负基准电压输入端(-2.5VREF)、第一电阻R6、第二电阻R8和输出端，正基准电压输入端、第一电阻、第二电阻和负基准电压输入端依次连接，输出端接入第一电阻和第二电阻间的连接线路；

使用前，预先通过调节第一电阻和第二电阻，对基准电压模块12生成的基准电压进行调节，使得基准电压与探测器5的输出电压相等。

正基准电压输入端为采用ADR421基准电压芯片的正基准电压输入端。

ADR421基准电压芯片的输出电压引脚还连接有第一电容C12，该第一电容接地。

ADR421基准电压芯片的输入电压引脚与电源的连接线路中，还连接有第二电容C10和第三电容C11，第二电容和第三电容均接地。

具体地，如图3所示，本实施例中ADR421基准电压芯片的VIN引脚(输入电压引脚)连接有+5V电源，VIN引脚与+5V电源的连接线路中，还连接有第二电容C10和第三电容C11，第二电容和第三电容均接地；ADR421基准电压芯片的GND引脚接地，ADR421基准电压芯片的VOUT引脚输出+2.5VREF正基准电压，ADR421基准电压芯片的VOUT引脚还连接有第一电容C12，该第一电容接地。第一电容C12的电容值为0.1uF，第二电容C10的电容值为0.1uF，第三电容C11的电容值为10uF。

负基准电压输入端包括依次连接的正基准电压输入端和反向器。

反向器为运算放大器，该运算放大器的反向输入端连接正基准电压输入端，运算放大器的正向输入端接地。

具体地，如图4所示，本实施例中运算放大器的型号为ADA4522，运算放大器的正向输入端接地，反向输入端经过电阻R9连接正基准电压输入端，运算放大器的反向输入端还经过电阻R10连接运算放大器的输出端，运算放大器还分别连接有+5V电源和-5V电源，运算放大器的输出端输出-2.5VREF负基准电压，电阻R9和电阻R10的阻值均为50欧姆。

光纤陀螺的电源连接端还连接有保护电容。

具体地，如图5和图6所示，+5V电源连接有电容C9后接地，-5V电源连接有电容C13后接地，电容C9和电容C13的电容值均为10uF。

处理器8还连接有接口电路11。处理器8为FPGA。

具体实施：

具有光功率自检功能的光纤陀螺包括光源1、耦合器2、Y波导3、光纤环4以及探测器5；光源1则通过耦合器2，向各个敏感元件供应光能量。光信号回路的终点由探测器承接汇总，前置放大电路6放大探测器5输出电压信号与基准电压模块12的基准电压的差值。AD转换模块7转换成数字信号。由处理器8FPGA实施数据处理，完成光功率测量并进行自检。而后通过DA转换模块9、后置放大电路10驱动Y波导进行光电控制，同时FPGA把处理得到的速率信号和自检信号送给接口电路11送出。

探测器输出电压信号与光功率成线性比例关系。对探测器信号和基准电压进行差分放大，可以将探测器信号调整至适合AD转换模块的测量范围。AD转换模块将对信号进行采集，转换为数字信号。经过运算处理。即可准确测量光功率。调节R6、R8电阻可对基准电压进行调整使基准电压与当前探测器输出电压相等。基准电压调节完成之后，光功率变化可以通过AD转换模块检测出来，根据幅值变化大小是否超过设定阈值进行故障判断。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种具有光功率自检功能的光纤陀螺，包括依次连接的光源(1)、耦合器(2)，Y波导(3)和光纤环(4)，其特征在于，所述光纤陀螺还包括探测器(5)、基准电压模块(12)、前置放大电路(6)、AD转换模块(7)、处理器(8)、DA转换模块(9)、后置放大电路(10)和为整个光纤陀螺供电的电源，所述探测器(5)连接所述耦合器(2)，所述探测器(5)和所述基准电压模块(12)均连接所述前置放大电路(6)，所述前置放大电路(6)、AD转换模块(7)、处理器(8)、DA转换模块(9)、后置放大电路(10)和Y波导(3)依次连接；所述处理器(8)根据对数字信号幅值变化是否超过预设的阈值，进行光功率自检。

2.根据权利要求1所述的一种具有光功率自检功能的光纤陀螺，其特征在于，所述处理器(8)还连接有接口电路(11)。

3.根据权利要求1所述的一种具有光功率自检功能的光纤陀螺，其特征在于，所述处理器(8)为FPGA。

4.根据权利要求1所述的一种具有光功率自检功能的光纤陀螺，其特征在于，所述光纤陀螺的电源连接端还连接有保护电容。

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