RU2152001C1 - Fiber-optical gyroscope - Google Patents
Fiber-optical gyroscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2152001C1 RU2152001C1 RU99104658/28A RU99104658A RU2152001C1 RU 2152001 C1 RU2152001 C1 RU 2152001C1 RU 99104658/28 A RU99104658/28 A RU 99104658/28A RU 99104658 A RU99104658 A RU 99104658A RU 2152001 C1 RU2152001 C1 RU 2152001C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- output
- input
- signal
- controlled
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области волоконной техники, а именно к технике волоконно-оптических гироскопов (ВОГ), и может использоваться при разработке и изготовлении ВОГ. The invention relates to the field of fiber technology, and in particular to the technology of fiber optic gyroscopes (FOG), and can be used in the development and manufacture of FOG.
Известен ВОГ, содержащий источник излучения, волоконный направленный ответвитель [3 х 3], волоконный контур и фотоприемное устройство (US Patent N 4440498, 1984, Optical fiber gyroscope with [3 х 3] directional coupler.). Обладая такими положительными качествами ВОГ, как малое время выхода на режим, высокая серийнопригодность и потенциально низкая цена, малые габариты и энергопотребление, этот гироскоп имеет ряд недостатков. Так, например, наличие 1/f шумов фотоприемника и интерференционных шумов волоконного гироскопа. A FOG is known that contains a radiation source, a fiber directional coupler [3 x 3], a fiber circuit and a photodetector (US Patent N 4440498, 1984, Optical fiber gyroscope with [3 x 3] directional coupler.). Having such positive qualities of VOG, such as a short time to exit to the mode, high serial suitability and potentially low price, small dimensions and power consumption, this gyroscope has several disadvantages. So, for example, the presence of 1 / f noise of the photodetector and interference noise of a fiber gyroscope.
Существенное улучшение точностных характеристик достигнуто в ВОГ, наиболее близком к предлагаемому (прототипе), (SPIE, Vol. 2292, Fiber optic and laser sensor, 1994, pp. 166-176), на основе волоконного кольцевого интерферометра, включающего два волоконных ответвителя, поляризатор, волоконный контур, и фазовый модулятор, выполненный в виде пьезокерамического цилиндра с намотанным на его поверхность отрезком волоконного контура (такой состав оптической схемы ВОГ получил название "минимальной конфигурации"), причем все оптические элементы изготавливаются на основе одномодового волокна. Кроме того, в состав ВОГ входят излучатель и фотоприемное устройство, оптически сопряженные с интерферометром, и блок управляющей электроники. A significant improvement in accuracy characteristics was achieved in the FOG closest to the proposed (prototype), (SPIE, Vol. 2292, Fiber optic and laser sensor, 1994, pp. 166-176), based on a fiber ring interferometer, including two fiber couplers, a polarizer , a fiber circuit, and a phase modulator made in the form of a piezoceramic cylinder with a segment of a fiber circuit wound on its surface (such a composition of the optical fiber optic circuit is called the “minimum configuration”), and all optical elements are made on the basis of single-mode fiber. In addition, the FOG includes an emitter and a photodetector optically coupled to an interferometer, and a control electronics unit.
Улучшение точностных характеристик такого ВОГ обусловлено применением пространственно-поляризационной фильтрации на входе-выходе волоконного контура, что позволяет значительно уменьшить сдвиг и дрейф нулевого сигнала ВОГ. Кроме того, использование модуляционной методики позволяет существенно снизить влияние различных шумов на точность измерений ВОГ. При этом модуляция разности фаз встречных волн, распространяющихся во встречных направлениях по волоконному контуру, осуществляется за счет периодического растягивания небольшого участка волоконного контура, намотанного на пьезокерамический цилиндр. Выходной сигнал гироскопа формируется путем детектирования первой (третьей) гармоники частоты фазовой модуляции в сигнале фотоприемного устройства. Improving the accuracy characteristics of such a FOG is due to the use of spatial polarization filtering at the input / output of the fiber circuit, which can significantly reduce the shift and drift of the zero FOG signal. In addition, the use of a modulation technique can significantly reduce the effect of various noises on the accuracy of FOG measurements. Moreover, the phase difference of the counterpropagating waves propagating in opposite directions along the fiber circuit is modulated by periodically stretching a small portion of the fiber circuit wound on a piezoceramic cylinder. The output signal of the gyroscope is formed by detecting the first (third) harmonic of the frequency of the phase modulation in the signal of the photodetector.
В этом гироскопе в состав блока электроники введены цепь стабилизации выходной мощности излучателя за счет управления его током накачки и цепь стабилизации амплитуды модуляции разности фаз встречных волн за счет управления напряжением на фазовом модуляторе. Эти цепи позволяют нормировать выходной сигнал ВОГ, повышая тем самым стабильность крутизны преобразования угловой скорости в выходное напряжение. In this gyroscope, an electronic power supply stabilization circuit is introduced into the electronics unit by controlling its pump current and a stabilization circuit of the amplitude modulation of the phase difference of the counterpropagating waves by controlling the voltage at the phase modulator. These circuits allow normalizing the VOG output signal, thereby increasing the stability of the slope of the conversion of the angular velocity to the output voltage.
Однако в этом гироскопе отсутствует возможность внешней диагностики, подтверждающей работоспособность ВОГ до начала измерений. However, in this gyroscope there is no possibility of external diagnostics confirming the performance of the FOG before the start of measurements.
Целью настоящего изобретения является обеспечение возможности диагностики работоспособности ВОГ до начала измерений. The aim of the present invention is to provide the possibility of diagnosing the health of VOG before starting measurements.
Поставленная цель достигается тем, что в известный волоконно-оптический гироскоп, содержащий волоконный кольцевой интерферометр, включающий пьезокерамический фазовый модулятор, излучатель и фотоприемное устройство, оптически сопряженные с волоконным кольцевым интерферометром, демодулятор, управляемый генератор напряжения, выход которого подключен ко входу опорного напряжения демодулятора, первый контроллер амплитуды, выход которого подключен ко входу излучателя, второй контроллер амплитуды, включенный между первым выходом демодулятора и входом управления генератора напряжения, фильтр низких частот, вход которого подключен к второму выходу демодулятора, а выход является выходом гироскопа, дополнительно вводятся последовательно соединенные источник опорного напряжения, сумматор и ПИ-регулятор и последовательно соединенные измеритель тока, управляемый инвертор с двумя входами управления и управляемый усилитель, причем выход ПИ-регулятора соединен со входом первого контроллера амплитуды и со входом демодулятора, выход управляемого усилителя и выход фотоприемного устройства подключены ко входам сумматора, выход управляемого генератора напряжения соединен со входом измерителя тока, выход которого подключен ко входу пьезокерамического фазового модулятора, а вход управления усилителя объединен с одним из входов управления инвертора. This goal is achieved by the fact that in a known fiber-optic gyroscope containing a fiber ring interferometer, including a piezoceramic phase modulator, a radiator and a photodetector, optically coupled to a fiber ring interferometer, a demodulator, a controlled voltage generator, the output of which is connected to the input of the reference voltage of the demodulator, the first amplitude controller, the output of which is connected to the input of the emitter, the second amplitude controller, connected between the first output of the demod the regulator and the control input of the voltage generator, a low-pass filter, the input of which is connected to the second output of the demodulator, and the output is the output of the gyroscope, additionally connected are a series-connected reference voltage source, an adder and a PI-regulator and a series-connected current meter, a controlled inverter with two control inputs and a controlled amplifier, and the output of the PI controller is connected to the input of the first amplitude controller and to the input of the demodulator, the output of the controlled amplifier and the output of the photodetector th devices are connected to the inputs of the adder, the output of voltage controlled oscillator connected to the input current meter, which output is connected to the input of a piezoceramic phase modulator and amplifier control input is combined with one of the control inputs of the inverter.
Оптическая схема предлагаемого гироскопа представлена на чертеже. The optical scheme of the proposed gyroscope is presented in the drawing.
Гироскоп состоит из: волоконного кольцевого интерферометра (1), включающего два волоконных ответвителя (2), поляризатор (3), волоконный контур (4) и фазовый модулятор (5), выполненный в виде пьезокерамического цилиндра с намотанным на его поверхность отрезком волоконного контура, излучателя (6) и фотоприемного устройства (7), оптически сопряженные с интерферометром, а также блока обрабатывающей электроники. The gyroscope consists of: a fiber ring interferometer (1), including two fiber couplers (2), a polarizer (3), a fiber loop (4) and a phase modulator (5), made in the form of a piezoceramic cylinder with a piece of fiber loop wound on its surface, an emitter (6) and a photodetector (7) optically coupled to an interferometer, as well as a processing electronics unit.
Блок электроники включает в себя: демодулятор (8), в составе детектора переменной составляющей (9) и синхронного детектора первой гармоники частоты модуляции (10), управляемый генератор напряжения (11), два контроллера амплитуды (12, 13), фильтр низких частот (14), источник опорного напряжения (15), сумматор (16), ПИ-регулятор (17), измеритель тока (18), управляемый инвертор (19) с двумя входами управления (20, 21) и управляемый усилитель (22). The electronics unit includes: a demodulator (8), comprising a variable component detector (9) and a synchronous first harmonic detector of the modulation frequency (10), a controlled voltage generator (11), two amplitude controllers (12, 13), a low-pass filter ( 14), a reference voltage source (15), an adder (16), a PI controller (17), a current meter (18), a controlled inverter (19) with two control inputs (20, 21), and a controlled amplifier (22).
Устройство работает следующим образом. Излучение от излучателя (6) вводится в одномодовое двулучепреломляющее волокно интерферометра (1), проходит первый ответвитель (2), поляризатор (3) и вторым ответвителем (2) делится на две волны, распространяющиеся во встречных направлениях по волоконному контуру (4) и модулятору (5). После обхода волоконного контура встречные волны смешиваются вторым ответвителем, итерферируют и вновь проходят поляризатор и первый ответвитель, который направляет часть излучения (сигнал интерференции) на фотоприемное устройство (7). The device operates as follows. The radiation from the emitter (6) is introduced into the single-mode birefringent fiber of the interferometer (1), the first coupler (2) passes, the polarizer (3) and the second coupler (2) are divided into two waves propagating in opposite directions along the fiber circuit (4) and the modulator (5). After bypassing the fiber circuit, the counterpropagating waves are mixed by the second coupler, the polarizer and the first coupler interfere and pass again, which directs part of the radiation (interference signal) to the photodetector (7).
Сигнал интерференции пропорционален [1+cos(F)], где F - разность фазовых набегов (сдвиг фаз) встречных волн в волоконном контуре. При вращении создается сдвиг фаз (фаза Саньяка) между встречными волнами Φ = 2πDLΩ/λc (D - диаметр катушки, L - длина волокна, λ - длина волны излучения; с - скорости света; Ω - скорость вращения вокруг нормали к плоскости контура (оси чувствительности). The interference signal is proportional to [1 + cos (F)], where F is the difference of the phase incursions (phase shift) of the counterpropagating waves in the fiber circuit. During rotation, a phase shift (Sagnac phase) is created between counterpropagating waves Φ = 2πDLΩ / λc (D is the coil diameter, L is the fiber length, λ is the radiation wavelength; c is the speed of light; Ω is the speed of rotation around the normal to the plane of the contour (axis sensitivity).
Поляризатор обеспечивает поляризационную фильтрацию на входе и выходе волоконного контура для улучшения взаимности оптических путей встречных волн с целью уменьшения сдвигов фаз между ними, не связанных с вращением. The polarizer provides polarization filtering at the input and output of the fiber circuit to improve the reciprocity of the optical paths of the oncoming waves in order to reduce phase shifts between them, not related to rotation.
При питании пьезокерамического фазового модулятора (6) переменным (синусоидальным) напряжением на частоте основного радиального резонанса пьезокерамического цилиндра ω создается дополнительный сдвиг фаз m(t) = M•sin(ω•t) и выходной сигнал фотоприемного устройства имеет вид
В этом соотношении представлены основные составляющие сигнала фотоприемного устройства (Jn - функция Бесселя порядка n): первая гармоника частоты модуляции, вторая гармоника, постоянная составляющая. Они зависят от мощности введенного в волокно излучения (P), амплитуды модуляции (М) и угловой скорости Ω. Возбуждение фазового модулятора на частоте основного резонанса пьезокерамического цилиндра обеспечивает минимальный уровень паразитных гармоник в сигнале модуляции, что необходимо для повышения точности ВОГ.When the piezoelectric ceramic phase modulator (6) is supplied with an alternating (sinusoidal) voltage at the frequency of the main radial resonance of the piezoceramic cylinder ω, an additional phase shift m (t) = M • sin (ω • t) is created and the output signal of the photodetector has the form
In this ratio, the main components of the photodetector signal are represented (J n is the Bessel function of order n): the first harmonic of the modulation frequency, the second harmonic, and the constant component. They depend on the power of radiation (P) introduced into the fiber, the modulation amplitude (M), and the angular velocity Ω. The excitation of the phase modulator at the frequency of the main resonance of the piezoceramic cylinder provides a minimum level of spurious harmonics in the modulation signal, which is necessary to increase the accuracy of the FOG.
Осуществляя синхронное детектирование первой гармоники частоты модуляции в сигнале фотоприемного модуля, при малых скоростях вращения (Φ ≪ 1, sin(Φ) ~ Φ) получаем сигнал, пропорциональный скорости вращения волоконного контура Ω:
Uout(Ω) ≈ P•J1(M)•Ω (**)
Для обеспечения стабильности крутизны преобразования угловой скорости в выходное напряжение обрабатывающая электроника обеспечивает стабилизацию параметров P и М.Carrying out synchronous detection of the first harmonic of the modulation frequency in the signal of the photodetector module, at low rotation speeds (Φ ≪ 1, sin (Φ) ~ Φ) we obtain a signal proportional to the rotation speed of the fiber circuit Ω:
U out (Ω) ≈ P • J 1 (M) • Ω ( ** )
To ensure the stability of the slope of the conversion of the angular velocity to the output voltage, the processing electronics stabilize the parameters P and M.
При этом мощность P введенного в волокно излучения стабилизируется за счет управления амплитудой тока накачки излучателя (6). Для этого выходные сигналы фотоприемного устройства (7) и источника опорного напряжения (15) подаются на вход сумматора (16), выход которого подается через ПИ-регулятор (17) на вход контроллера амплитуды (13), используемого для питания излучателя. При изменении мощности излучения в волокне на входе контроллера амплитуды (13) появляется сигнал рассогласования выходного сигнала фотоприемного устройства по отношению к опорному напряжению. После выделения постоянной низкочастотной составляющей этого рассогласования путем фильтрации в контроллере амплитуды корректируется выходной ток этого контроллера, который является током питания излучателя, с целью скомпенсировать возникшее рассогласование на выходе сумматора и стабилизировать величину мощности Р. In this case, the power P of the radiation introduced into the fiber is stabilized by controlling the amplitude of the pump current of the emitter (6). To do this, the output signals of the photodetector (7) and the reference voltage source (15) are fed to the input of the adder (16), the output of which is fed through a PI controller (17) to the input of the amplitude controller (13) used to power the emitter. When the radiation power in the fiber changes at the input of the amplitude controller (13), a mismatch signal appears between the output signal of the photodetector and the reference voltage. After isolating the constant low-frequency component of this mismatch by filtering in the amplitude controller, the output current of this controller, which is the emitter supply current, is corrected to compensate for the resulting mismatch at the output of the adder and stabilize the power P.
Амплитуда модуляции разности фаз встречных волн М стабилизируется за счет управления напряжением возбуждения фазового модулятора (5). Для этого выходной сигнал фотоприемного устройства (7) после прохождения сумматора (16) и ПИ-регулятора (17) поступает на вход демодулятора (8), в котором переменная составляющая этого сигнала детектируется детектором (9). После детектирования этот сигнал поступает на вход контроллера амплитуды (12), который сравнивает его величину с требуемой и формирует сигнал управления для управляемого генератора (11), который формирует сигнал возбуждения фазового модулятора (5). При изменении амплитуды модуляции разности фаз встречных волн (индекса модуляции) изменяется величина переменной составляющей в выходном сигнале фотоприемного устройства и после детектирования этого изменения посредством описанного тракта корректируется выходное напряжение генератора (11) для обеспечения стабилизации индекса модуляции. The modulation amplitude of the phase difference of the counterpropagating waves M is stabilized by controlling the excitation voltage of the phase modulator (5). For this, the output signal of the photodetector (7) after passing the adder (16) and the PI controller (17) is fed to the input of the demodulator (8), in which the variable component of this signal is detected by the detector (9). After detection, this signal is fed to the input of the amplitude controller (12), which compares its value with the required one and generates a control signal for the controlled generator (11), which generates the excitation signal of the phase modulator (5). When changing the modulation amplitude of the phase difference of the opposing waves (modulation index), the value of the variable component in the output signal of the photodetector changes and after detecting this change, the output voltage of the generator (11) is corrected to ensure stabilization of the modulation index.
Проверка работоспособности ВОГ до начала измерений должна включать в себя проверку как оптической части ВОГ, так и его электронного блока. Наиболее естественным способом проверки функционирования ВОГ является создание пробного детерминированного вращения вокруг его оси чувствительности с одновременной регистрацией выходного сигнала. Однако для многих применений нет возможности создавать тестовое вращение. Verification of the performance of the VOG before measurements should include a check of both the optical part of the VOG and its electronic unit. The most natural way to verify the functioning of the FOG is to create a test deterministic rotation around its axis of sensitivity with the simultaneous registration of the output signal. However, for many applications there is no way to create a test rotation.
Настоящим изобретением предлагается диагностировать работоспособность ВОГ по реакции его выходного сигнала на тестовый электрический сигнал, подаваемый на вход детектирующих цепей электроники и эквивалентный сигналу вращения в выходном сигнале фотоприемного устройства. В качестве тестового сигнала предлагается использовать сигнал тока возбуждения фазового модулятора, поскольку при возбуждении пьезокерамического цилиндра модулятора на частоте основного радиального резонанса сигнал тока возбуждения стабилен по величине и совпадает по частоте и фазе с сигналом первой гармоники (сигнал вращения) в выходном сигнале фотоприемного устройства. При подаче такого тестового сигнала на вход детектирующих цепей блока электроники в отсутствие вращения ВОГ на его выходе должен появиться сигнал определенной величины и полярности, что и будет служить признаком работоспособности ВОГ. The present invention proposes to diagnose the health of the VOG by the reaction of its output signal to a test electrical signal supplied to the input of the detecting electronics circuits and equivalent to the rotation signal in the output signal of the photodetector. It is proposed to use the excitation current signal of the phase modulator as a test signal, since when the piezoceramic cylinder of the modulator is excited at a fundamental radial resonance frequency, the excitation current signal is stable in magnitude and coincides in frequency and phase with the first harmonic signal (rotation signal) in the output signal of the photodetector. When such a test signal is applied to the input of the detecting circuits of the electronics unit in the absence of rotation of the FOG, a signal of a certain magnitude and polarity should appear at its output, which will serve as a sign of the performance of the FOG.
Для диагностики работоспособности ВОГ до начала измерений в его состав введены последовательно соединенные источник опорного напряжения (15), сумматор (16) и ПИ-регулятор (17) и последовательно соединенные измеритель тока (18), управляемый инвертор (19) с двумя входами управления (20, 21) и управляемый усилитель (22), причем выход ПИ-регулятора (17) соединен со входом первого контроллера амплитуды (13) и со входом демодулятора (8), выход управляемого усилителя (22) и выход фотоприемного устройства (7) подключены ко входам сумматора (16), выход управляемого генератора напряжения (11) соединен со входом измерителя тока (18), выход которого подключен ко входу пьезокерамического фазового модулятора (5), а вход управления (20) усилителя (22) объединен с одним из входов управления инвертора (19). To diagnose the health of the VOG before the start of measurements, it consisted of a series-connected reference voltage source (15), an adder (16) and a PI controller (17) and a series-connected current meter (18), a controlled inverter (19) with two control inputs ( 20, 21) and a controlled amplifier (22), and the output of the PI controller (17) is connected to the input of the first amplitude controller (13) and to the input of the demodulator (8), the output of the controlled amplifier (22) and the output of the photodetector (7) are connected to the inputs of the adder (16), the output of the controlled gene Rathore voltage (11) is connected to the input of the current meter (18), whose output is connected to an input of a piezoceramic phase modulator (5) and the control input (20) of the amplifier (22) is combined with one inverter control input (19).
Когда управляющие сигналы на входах управления (20, 21) отсутствуют, гироскоп работает в обычном режиме измерения угловой скорости (сигнал на выходе усилителя (22) отсутствует) и в покое выходной сигнал ВОГ не должен превышать заданной небольшой величины. При подаче управляющего напряжения на вход C1 (20) на вход сумматора (16) поступает сигнал тока возбуждения пьезокерамического цилиндра фазового модулятора. При этом в отсутствие вращения ВОГ в сигнале на входе демодулятора (8) появляется составляющая на первой гармонике частоты модуляции определенной амплитуды (пропорциональной току пьезокерамики), которая детектируется синхронным детектором (10) и через фильтр нижних частот (14) поступает на выход ВОГ. Тот факт, что величина этого выходного сигнала ВОГ находится в требуемом диапазоне, подтверждает работоспособность как блока электроники, так и оптического блока ВОГ, а именно:
- постоянная составляющая на выходе фотоприемного устройства (7) соответствует номинальному значению, задаваемому источником опорного напряжения (15), так как в противном случае ПИ-регулятор (17) находился бы в насыщении и не пропускал сигнал первой гармоники на вход демодулятора;
- цепь фазового модулятора находится в рабочем состоянии, так как в противном случае величина тока существенно отклонялась бы от номинального значения;
- детектирующие цепи блока электроники работают нормально.When there are no control signals at the control inputs (20, 21), the gyroscope operates in the usual mode of measuring angular velocity (there is no signal at the output of the amplifier (22)) and at rest the FOG output signal should not exceed a predetermined small value. When a control voltage is applied to input C1 (20), an excitation current signal of the piezoceramic cylinder of the phase modulator is input to the input of the adder (16). In this case, in the absence of FOG rotation, a component at the first harmonic of the modulation frequency of a certain amplitude (proportional to the piezoceramic current) appears in the signal at the input of the demodulator (8), which is detected by a synchronous detector (10) and fed to the FOG output through a low-pass filter (14). The fact that the magnitude of this VOG output signal is in the required range confirms the operability of both the electronics unit and the optical VOG unit, namely:
- the constant component at the output of the photodetector (7) corresponds to the nominal value specified by the reference voltage source (15), since otherwise the PI controller (17) would be saturated and would not pass the first harmonic signal to the input of the demodulator;
- the phase modulator circuit is in working condition, since otherwise the current value would significantly deviate from the nominal value;
- The detecting circuits of the electronics block are operating normally.
Для проверки работы детектирующих цепей электроники при смене знака вращения в состав электроники введен управляемый инвертор (19), который при подаче управляющего сигнала на вход управления (21) меняет фазу тестового сигнала тока пьезокерамики на 180o, что эквивалентно изменению знака вращения. При этом выходной сигнал ВОГ должен изменить знак и остаться в требуемом диапазоне, что будет служить подтверждением работоспособности детектирующих цепей блока электроники при смене знака вращения.To check the operation of the detecting electronics circuits when changing the rotation sign, the controlled inverter (19) is introduced into the electronics, which, when a control signal is applied to the control input (21), changes the phase of the test signal of the piezoceramic current by 180 o , which is equivalent to changing the rotation sign. In this case, the VOG output signal should change sign and remain in the required range, which will serve as confirmation of the operability of the detecting circuits of the electronics unit when the rotation sign is changed.
Существенность отличий предлагаемого гироскопа состоит в том, что впервые задача обеспечения возможности диагностики работоспособности ВОГ до начала измерений решается за счет того, что в его состав дополнительно вводятся последовательно соединенные источник опорного напряжения, сумматор и ПИ-регулятор и последовательно соединенные измеритель тока, управляемый инвертор с двумя входами управления и управляемый усилитель, причем выход ПИ-регулятора соединен со входом первого контроллера амплитуды и со входом демодулятора, выход управляемого усилителя и выход фотоприемного устройства подключены ко входам сумматора, выход управляемого генератора напряжения соединен со входом измерителя тока, выход которого подключен ко входу пьезокерамического фазового модулятора, а вход управления усилителя объединен с одним из входов управления инвертора. The significance of the differences of the proposed gyroscope lies in the fact that for the first time the problem of ensuring the possibility of diagnosing the health of the VOG before the start of measurements is solved due to the fact that it additionally includes a series-connected reference voltage source, an adder and a PI controller and a series-connected current meter, controlled by an inverter with two control inputs and a controlled amplifier, and the output of the PI controller is connected to the input of the first amplitude controller and to the input of the demodulator, the control output The amplifier and the output of the photodetector are connected to the inputs of the adder, the output of the controlled voltage generator is connected to the input of the current meter, the output of which is connected to the input of the piezoelectric ceramic phase modulator, and the control input of the amplifier is combined with one of the inverter control inputs.
Для апробации предлагаемого изобретения был собран ВОГ, блок-схема которого приведена на фиг. 1. В состав ВОГ входили: волоконный кольцевой интерферометр (1), включающий два волоконных ответвителя (2), поляризатор (3), волоконный контур (4), и фазовый модулятор (5), выполненный в виде пьезокерамического цилиндра с намотанным на его поверхность отрезком волоконного контура, излучатель (6) и фотоприемное устройство (7), оптически сопряженные с интерферометром, а также блок обрабатывающей электроники. Блок электроники включает в себя: демодулятор (8), в составе детектора переменной составляющей (9) и синхронного детектора первой гармоники частоты модуляции (10), управляемый генератор напряжения (11), два контроллера амплитуды (12, 13), фильтр низких частот (14), источник опорного напряжения (15), сумматор (16), ПИ-регулятор (17), измеритель тока (18), управляемый инвертор (19) с двумя входами управления (20, 21) и управляемый усилитель (22) с входом управления (20). To test the invention, FOG was assembled, a block diagram of which is shown in FIG. 1. The FOG included: a fiber ring interferometer (1), including two fiber couplers (2), a polarizer (3), a fiber circuit (4), and a phase modulator (5), made in the form of a piezoceramic cylinder wound on its surface a piece of fiber circuit, an emitter (6) and a photodetector (7), optically coupled to an interferometer, as well as a processing electronics unit. The electronics unit includes: a demodulator (8), comprising a variable component detector (9) and a synchronous first harmonic detector of the modulation frequency (10), a controlled voltage generator (11), two amplitude controllers (12, 13), a low-pass filter ( 14), a reference voltage source (15), an adder (16), a PI controller (17), a current meter (18), a controlled inverter (19) with two control inputs (20, 21) and a controlled amplifier (22) with an input management (20).
Излучательный модуль изготавливался на основе полупроводникового суперлюминесцентного диода СЛД 2-2. Фотоприемное устройство было выполнено на основе фотодиодов К-724 ПП1-2. Все оптические элементы изготавливались на базе одномодового поляризационно-устойчивого кварцевого волокна. Длина волоконных контуров составляла 100 м. Пьезокерамический цилиндр для изготовления фазового модулятора был выполнен из материала ЦТС. Диаметр цилиндра - 15 мм. Поляризаторы изготавливались на основе оптического контакта двулучепреломляющего монокристалла с перетяжкой на оптическом волокне. Волоконные ответвители изготавливались за счет вытяжки соприкасающихся волокон при их локальном тепловом размягчении. Диаметр катушки волоконного контура - 70 мм. The emitting module was made on the basis of a semiconductor superluminescent diode SLD 2-2. The photodetector was made based on K-724 PP1-2 photodiodes. All optical elements were made on the basis of a single-mode polarization-resistant quartz fiber. The length of the fiber circuits was 100 m. The piezoceramic cylinder for the manufacture of the phase modulator was made of PZT material. The cylinder diameter is 15 mm. Polarizers were made on the basis of optical contact of a birefringent single crystal with a constriction on an optical fiber. Fiber couplers were made by drawing contiguous fibers during their local thermal softening. The diameter of the coil of the fiber circuit is 70 mm.
Все электронные блоки (детектор переменной составляющей, синхронный детектор, управляемый генератор напряжения, контроллеры амплитуды, фильтр низких частот, источник опорного напряжения, сумматор, ПИ-регулятор, измеритель тока, управляемый инвертор и управляемый усилитель) были изготовлены по стандартным схемам (В.Достал. Операционные усилители, 1985, "Мир"; У.Титце, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника, 1982, "Мир") на основе микросхем 544УД2; 140УД17, 590КН7, 553САЗ. All electronic components (variable component detector, synchronous detector, controlled voltage generator, amplitude controllers, low-pass filter, reference voltage source, adder, PI controller, current meter, controlled inverter and controlled amplifier) were manufactured according to standard schemes (V. Dostal Operational amplifiers, 1985, Mir; W. Titze, K. Schenk. Semiconductor circuitry, 1982, Mir, based on 544UD2 microcircuits; 140UD17, 590KN7, 553CAZ.
Для использованных в образце ВОГ схемотехнических решений и номиналов электронных компонентов результаты тестирования покоящегося ВОГ при подаче управляющих сигналов на входы управления (20, 21), что фактически сводилось к подаче питающих напряжений на блоки управляемых усилителя и инвертора, выходное напряжение ВОГ должно было изменяться в соответствии с таблицей. For the circuit solutions and nominal values of electronic components used in the VOG sample, the test results of the resting VOG when applying control signals to the control inputs (20, 21), which actually came down to supplying voltage to the blocks of the controlled amplifier and inverter, the output voltage of the VOG should have changed in accordance with a table.
Тестирование работоспособного ВОГ в соответствии с приведенной в конце описания таблицей дало следующие значения выходного сигнала: 8 мВ, + 0.96 В, - 0.98 В, что соответствует критериям годности. Testing a working FOG in accordance with the table given at the end of the description gave the following output signal values: 8 mV, + 0.96 V, - 0.98 V, which meets the criteria of validity.
При отсоединении выхода фотоприемного устройства от входа сумматора, имитирующем отказ излучателя или обрыв волокна в оптической схеме, сигнал на выходе ВОГ при подаче сигнала управления на вход 20 не превышал 10 мВ (вместо 1 В) и служил признаком отказа ВОГ. When the output of the photodetector device was disconnected from the adder input, simulating the emitter failure or fiber breakage in the optical circuit, the signal at the VOG output when the control signal was input to input 20 did not exceed 10 mV (instead of 1 V) and served as a sign of the VOG failure.
При разрыве цепи питания фазового модулятора выходной сигнал ВОГ в случае подачи сигнала управления на вход 20 не превышал 15 мВ, что также позволило диагностировать отказ ВОГ. When the power supply circuit of the phase modulator is broken, the VOG output signal in case of supplying the control signal to input 20 did not exceed 15 mV, which also made it possible to diagnose the VOG failure.
Из приведенных результатов следует, что в предлагаемом гироскопе обеспечена возможность диагностики его работоспособности до начала измерений. From the above results it follows that in the proposed gyroscope it is possible to diagnose its performance before the start of measurements.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99104658/28A RU2152001C1 (en) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | Fiber-optical gyroscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99104658/28A RU2152001C1 (en) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | Fiber-optical gyroscope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2152001C1 true RU2152001C1 (en) | 2000-06-27 |
Family
ID=20216840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99104658/28A RU2152001C1 (en) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | Fiber-optical gyroscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2152001C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2482450C1 (en) * | 2011-12-16 | 2013-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") | Apparatus for testing electronic unit of fibre-optic gyroscope |
| CN108489478A (en) * | 2018-02-12 | 2018-09-04 | 浙江大学 | Resonance type optical gyroscope coefficient of phase modulation antihunt means based on multiple harmonic and device |
-
1999
- 1999-03-10 RU RU99104658/28A patent/RU2152001C1/en active IP Right Revival
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Fiber optic and laster sensor-SPIE. Vol. 2292, 1994, p.166-176. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2482450C1 (en) * | 2011-12-16 | 2013-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") | Apparatus for testing electronic unit of fibre-optic gyroscope |
| CN108489478A (en) * | 2018-02-12 | 2018-09-04 | 浙江大学 | Resonance type optical gyroscope coefficient of phase modulation antihunt means based on multiple harmonic and device |
| CN108489478B (en) * | 2018-02-12 | 2020-04-10 | 浙江大学 | Method and device for stabilizing phase modulation coefficient of resonant optical gyroscope based on multiple harmonics |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2769924B2 (en) | Optical fiber rotation sensor | |
| JP2002508061A (en) | Optical fiber gyroscope vibration error compensator | |
| EP2221579B1 (en) | RFOG-modulation error correction | |
| US8085407B2 (en) | Resonator optical gyroscope having input beam modulation optimized for high sensitivity and low bias | |
| JP6404656B2 (en) | Method and apparatus for tracking / rocking the free spectral range of a resonator and its application to a resonator fiber optic gyroscope | |
| US6351310B1 (en) | Reduced minimum configuration interferometric fiber optic gyroscope with simplified signal processing electronics | |
| JP2002504234A (en) | Optical fiber gyroscope vibration error compensator | |
| US5237387A (en) | Dual serrodyne resonator fiber optic gyroscope | |
| Sanders et al. | Improvements of compact resonator fiber optic gyroscopes | |
| EP0536306B1 (en) | Interferometric signal analysis with modulation switching | |
| EP0502196A1 (en) | Optical interference angular velocity meter | |
| EP0416531A2 (en) | Serrodyne resonator fiber optic gyroscope and method for operating it | |
| RU2152001C1 (en) | Fiber-optical gyroscope | |
| Strandjord et al. | Resonator fiber optic gyro progress including observation of navigation grade angle random walk | |
| JPH11287659A (en) | Optical fiber gyro having failure self-diagnostic function | |
| RU2139499C1 (en) | Fiber-optical gyroscope | |
| KR100516006B1 (en) | Multimode optical fiber gyrometer, with improved resolution and stability | |
| RU2160885C1 (en) | Method of stabilization of scale factor of fiber-optical gyroscope | |
| JPS63138208A (en) | Optical fiber gyro by phase modulation system | |
| JP2729290B2 (en) | Fiber optic gyro | |
| EP1212624A2 (en) | Fiber optic current sensor | |
| RU2629704C1 (en) | Method of measuring complex communication factors in ring resonators of laser gyroscopes | |
| RU2130587C1 (en) | Method of processing of signal of circular interferometer of fiber-optics gyroscope (versions) | |
| RU2000543C1 (en) | Fiber-optic gyroscope | |
| Yu et al. | A novel resonance optical gyroscope used photonic crystal fiber |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20061017 |
|
| QZ4A | Changes in the licence of a patent |
Effective date: 20061017 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130311 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140910 |