RU2472111C1 - Method of eliminating dead band in fiber optical gyro - Google Patents
Method of eliminating dead band in fiber optical gyro Download PDFInfo
- Publication number
- RU2472111C1 RU2472111C1 RU2011125199/28A RU2011125199A RU2472111C1 RU 2472111 C1 RU2472111 C1 RU 2472111C1 RU 2011125199/28 A RU2011125199/28 A RU 2011125199/28A RU 2011125199 A RU2011125199 A RU 2011125199A RU 2472111 C1 RU2472111 C1 RU 2472111C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- gyroscope
- radians
- phase difference
- phase
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при конструировании волоконно-оптических гироскопов и других датчиков физических величин на основе одномодовых световодов.The invention relates to the field of fiber optics and can be used in the design of fiber-optic gyroscopes and other sensors of physical quantities based on single-mode optical fibers.
Волоконно-оптический гироскоп (далее по тексту - ВОГ) содержит в своем составе оптоволоконный кольцевой интерферометр и электронный блок обработки информации. Оптоволоконный интерферометр содержит источник оптического излучения, волоконный делитель мощности излучения, интегрально-оптическую схему (далее по тексту - ИОС), многовитковую чувствительную катушку и фотоприемник. ИОС содержит в своем составе Y-делитель мощности оптического излучения на основе поляризующих канальных волноводов и фазовый модулятор, располагающийся на выходных плечах Y-делителя. Канальные волноводы Y-делителя сформированы в подложке ниобата лития по протонно-обменной технологии, которая позволяет приобретать волноводам поляризующие свойства. К выходным канальным волноводам Y-делителя пристыкованы концы световодов чувствительной катушки гироскопа.The fiber-optic gyroscope (hereinafter referred to as VOG) contains a fiber optic ring interferometer and an electronic information processing unit. An optical fiber interferometer contains an optical radiation source, a fiber radiation power divider, an integrated optical circuit (hereinafter - IOS), a multi-turn sensitive coil and a photodetector. IOS contains in its composition a Y-divider of the power of optical radiation based on polarizing channel waveguides and a phase modulator located on the output arms of the Y-divider. Channel waveguides of the Y-divider are formed in a lithium niobate substrate using proton-exchange technology, which allows the waveguides to acquire polarizing properties. To the output channel waveguides of the Y-divider, the ends of the optical fibers of the sensitive gyro coil are docked.
На фотоприемнике кольцевого оптоволоконного интерферометра наблюдается интерференционная картина, образованная двумя оптическими лучами, прошедшими чувствительную катушку гироскопа в двух взаимно противоположных направлениях. При вращении кольцевого интерферометра между этими двумя лучами вследствие эффекта Саньяка возникает разность фаз, которая выражается следующим образом:An interference pattern is formed on the photodetector of a ring fiber-optic interferometer, formed by two optical beams that have passed the sensitive coil of the gyroscope in two mutually opposite directions. When the ring interferometer rotates between these two beams, due to the Sagnac effect, a phase difference arises, which is expressed as follows:
где R - радиус чувствительной катушки гироскопа;where R is the radius of the sensitive coil of the gyroscope;
L - длина световода катушки;L is the fiber length of the coil;
λ - центральная длина волны излучения источника;λ is the central wavelength of the radiation source;
с - скорость света в вакууме;c is the speed of light in vacuum;
Ω - угловая скорость вращения гироскопа.Ω is the angular velocity of rotation of the gyroscope.
Таким образом, на фотоприемнике интенсивность оптического излучения можно представить в виде:Thus, at the photodetector, the intensity of optical radiation can be represented as:
IФ=1/2P0(1+cosϕS)I Ф = 1 / 2P 0 (1 + cosϕ S )
где Р0 - мощность интерферирующих на фотоприемнике лучей.where P 0 is the power of the rays interfering at the photodetector.
Для повышения чувствительности ВОГ вблизи нулевых угловых скоростей используется вспомогательная фазовая модуляция. Для достижения эффекта фазовой модуляции лучей в кольцевом интерферометре с помощью фазового модулятора ИОС используется временное запаздывание интерферирующих на фотоприемнике фронтов лучей при прохождении фазового модулятора ИОС. Это временное запаздывание составляет величину:To increase the sensitivity of VOG near zero angular velocities, auxiliary phase modulation is used. To achieve the effect of phase modulation of rays in a ring interferometer using a phase-modulated IOS, the time delay of the fronts of rays interfering on the photodetector is used when passing through the phase modulator of the IOS. This time lag amounts to:
где n0 - показатель преломления материала световода чувствительной катушки.where n 0 is the refractive index of the material of the fiber of the sensitive coil.
При подаче на фазовый модулятор импульсов напряжения, следующих с частотой 1/2τ, на выходе синхронного детектора наблюдается сигнал вида:When applying voltage pulses to the phase modulator, following with a frequency of 1 / 2τ, a signal of the form is observed at the output of the synchronous detector:
Для обеспечения большого динамического диапазона измерения угловых скоростей и получения высокой линейности выходной характеристики ВОГ в оптоэлектронной схеме обработки информации используется так называемый компенсационный метод считывания разности фаз лучей, суть которого заключается в том, что на фазовый модулятор одновременно с напряжением вспомогательной фазовой модуляции подается компенсирующее разность фаз Саньяка пилообразное ступенчатое напряжение [1]. В результате сигнал на входе синхронного детектора приобретает следующий вид:To ensure a large dynamic range of measuring angular velocities and to obtain a high linearity of the FOG output characteristic in the optoelectronic information processing circuit, the so-called compensation method for reading the phase difference of the rays is used, the essence of which is that a compensating phase difference is supplied to the phase modulator along with the voltage of the auxiliary phase modulation Sagnac sawtooth step voltage [1]. As a result, the signal at the input of the synchronous detector takes the following form:
где φK - сдвиг фаз, вносимый пилообразным напряжением для компенсации разности фаз Саньяка.where φ K is the phase shift introduced by the sawtooth voltage to compensate for the Sagnac phase difference.
Учитывая, что в режиме компенсации ϕS-φK≈0 напряжение на входе синхронного детектора можно представить:Given that in the compensation mode ϕ S -φ K ≈ 0, the voltage at the input of the synchronous detector can be represented:
Известно, что основными составляющими шума ВОГ, определяющими его чувствительность, являются следующие:It is known that the main components of VOG noise that determine its sensitivity are the following:
- дробовой шум фотоприемника;- shot noise of the photodetector;
- тепловые шумы предварительного усилителя фотоприемника;- thermal noise of the preamplifier of the photodetector;
- шумы интенсивности источника оптического излучения.- noise intensity of the source of optical radiation.
Чувствительность ВОГ по уровню дробового шума можно представить в виде:The sensitivity of VOG in terms of shot noise can be represented as:
где 
h - постоянная Планка;h is Planck's constant;
В - полоса пропускания электронного тракта обработки информации [Гц].B is the bandwidth of the electronic information processing path [Hz].
Чувствительность ВОГ по уровню тепловых шумов предварительного усилителя фотоприемника можно представить в виде:The sensitivity of VOG in terms of thermal noise of the pre-amplifier of the photodetector can be represented as:
где 
k - постоянная Больцмана;k is the Boltzmann constant;
Т - абсолютная температура в градусах Кельвина;T is the absolute temperature in degrees Kelvin;
RH - нагрузочное сопротивление предварительного усилителя;R H is the load resistance of the pre-amplifier;
е - заряд электрона;e is the electron charge;
IT - темновой ток фотоприемника.I T is the dark current of the photodetector.
Чувствительность ВОГ с замкнутой петлей обратной связи по уровню шумов интенсивности источника излучения можно представить в виде:The sensitivity of the FOG with a closed feedback loop by the noise level of the radiation source intensity can be represented as:
где 
Δλ - ширина линии излучения источника.Δλ is the width of the radiation line of the source.
Из приведенных выше соотношений для чувствительности ВОГ, работающего в режиме замкнутой петли обратной связи, следует, что его чувствительность в значительной степени зависит от глубины (амплитуды) вспомогательной фазовой модуляции ϕm. При большой выходной мощности источника излучения и малых потерях в элементах оптической схемы кольцевого интерферометра чувствительность ВОГ по уровню оптических шумов определяется уровнем шума источника излучения, который может быть значительно снижен при приближении глубины модуляции ϕm к π радиан.From the above relations for the sensitivity of VOG operating in the closed feedback loop mode, it follows that its sensitivity largely depends on the depth (amplitude) of auxiliary phase modulation ϕ m . With a large output power of the radiation source and low losses in the optical elements of the ring interferometer, the FOG sensitivity in terms of optical noise is determined by the noise level of the radiation source, which can be significantly reduced as the modulation depth approaches ϕ m to π radians.
Точность ВОГ определяется также и стабильностью масштабного коэффициента. Для выходного сигнала гироскопа, работающего по компенсационной схеме в режиме замкнутой петли обратной связи, справедливо следующее соотношение [1]:The accuracy of the FOG is also determined by the stability of the scale factor. For the output signal of the gyroscope operating according to the compensation scheme in the closed feedback loop mode, the following relation is valid [1]:
где fn(t) - частота компенсирующей фазовой пилы;where f n (t) is the frequency of the compensating phase saw;
Ω(t) - угловая скорость вращения гироскопа;Ω (t) is the angular velocity of rotation of the gyroscope;
η - эффективность фазового модулятора;η is the phase modulator efficiency;
UП - пиковое значение напряжения компенсирующей пилы;U P - peak voltage value of the compensating saw;
τсm - длительность ступеньки компенсирующей пилы.τ cm - the length of the steps of the compensating saw.
Из этого выражения следует, что масштабным коэффициентом ВОГ в этом случае является величина:From this expression it follows that the scale factor of VOG in this case is the value:
МК=4πRL/(λc×ηUПτст)MK = 4πRL / (λc × ηU П τ ст )
Если выбрать τcm=τ и обеспечить ηUП=2π, то выражение для масштабного коэффициента гироскопа приобретает следующий вид:If we choose τ cm = τ and provide ηU П = 2π, then the expression for the scale factor of the gyroscope takes the following form:
МК=2R/λn0 MK = 2R / λn 0
По порядку величины на стабильность масштабного коэффициента наибольшее влияние оказывает величина ηUП из-за большой нестабильности эффективности η фазового модулятора. Поэтому с целью стабилизации этой величины, а в конечном счете и стабилизации масштабного коэффициента в схеме обработки информации с замкнутой петлей обратной связи организуется второй контур обратной связи, который позволяет стабилизировать величину UПη на уровне 2π при любых изменениях эффективности фазового модулятора η [1]. Это достигается с помощью специальной вспомогательной фазовой модуляции с помощью импульсов с разными амплитудами напряжения и следующих с частотой f=1/2τ.In order of magnitude, the stability of the scale factor is most affected by ηU П due to the large instability of the efficiency η of the phase modulator. Therefore, in order to stabilize this quantity, and ultimately stabilize the scale factor in the information processing circuit with a closed feedback loop, a second feedback loop is organized that allows us to stabilize the value of U P η at 2π for any changes in the efficiency of the phase modulator η [1] . This is achieved using a special auxiliary phase modulation using pulses with different voltage amplitudes and the following with a frequency f = 1 / 2τ.
Период напряжения вспомогательной фазовой модуляции равен периоду компенсирующей разность фаз Саньяка фазовой пилы, причем часть этого периода осуществляется вспомогательная фазовая модуляция с амплитудой +/-(π-Δ) радиан, а во время другой части периода фазовой пилы осуществляется вспомогательная фазовая модуляция с амплитудой +/-(π-Δ) радиан, причем Δ может принимать дискретный ряд значений, а именно Δ=π/2n радиан, где n - 1, 2, 3, … .The voltage phase of the auxiliary phase modulation is equal to the period of the Sagnac phase-compensating phase saw, and part of this period is auxiliary phase modulation with an amplitude of +/- (π-Δ) radians, and during the other part of the phase saw period, auxiliary phase modulation with an amplitude of + / - (π-Δ) radian, and Δ can take a discrete series of values, namely Δ = π / 2 n radians, where n - 1, 2, 3, ....
Известен способ формирования пилообразного ступенчатого напряжения для компенсации разности фаз Саньяка со сбросом напряжения, при котором вносится разность фаз между лучами кольцевого интерферометра, равная 2π радиан [2]. С этой целью формируется ступенчатое пилообразное напряжение, имеющее попеременно чередующиеся нарастающие и убывающие фронты, то есть формируется треугольная ступенчатая пила с амплитудой, при которой фаза каждого из лучей кольцевого интерферометра изменяется на π радиан. Для получения классического ступенчатого пилообразного напряжения [1] для компенсации разности фаз Саньяка, имеющего одинаковый наклон, необходимо изменить полярность подключения электродов фазового модулятора к электрическим клеммам устройства, которое формирует треугольное ступенчатое пилообразное напряжение. В данном случае используется эффект инверсии фазовых сдвигов в канальных волноводах модулятора за счет изменения направления электрического поля в канальных волноводах, которое вызывается изменением полярности подключения электродов модулятора.A known method of forming a sawtooth step voltage to compensate for the Sagnac phase difference with a voltage drop, at which a phase difference between the beams of the ring interferometer equal to 2π radian is introduced [2]. For this purpose, a step-like sawtooth voltage is formed, having alternately increasing and decreasing fronts, that is, a triangular step-saw with an amplitude is formed at which the phase of each of the rays of the ring interferometer changes by π radian. To obtain a classic step-like sawtooth voltage [1] to compensate for the Sagnac phase difference, which has the same slope, it is necessary to change the polarity of the electrodes of the phase modulator to the electrical terminals of the device, which forms a triangular step-like sawtooth voltage. In this case, the effect of the inversion of phase shifts in the channel waveguides of the modulator is used due to a change in the direction of the electric field in the channel waveguides, which is caused by a change in the polarity of the connection of the electrodes of the modulator.
На стабильность масштабного коэффициента ВОГ негативное влияние оказывает также и паразитная модуляция интенсивности лучей кольцевого интерферометра в канальных волноводах ИОС [3]. Влияние паразитной модуляции на стабильность масштабного коэффициента можно снизить за счет выбора глубины вспомогательной модуляции в районе π радиан. Амплитуда вспомогательной фазовой модуляции вблизи значений π радиан снижает постоянный уровень засветки фотоприемника, через величину которой амплитудная модуляция оказывает свое негативное действие на стабильность масштабного коэффициента ВОГ. Чем меньше уровень постоянной засветки фотоприемника, тем меньше влияние паразитной модуляции лучей на стабильность масштабного коэффициента.The stability of the FOG scale factor is also negatively affected by spurious modulation of the intensity of the rays of the ring interferometer in the channel waveguides of the IOS [3]. The influence of spurious modulation on the stability of the scale factor can be reduced by choosing the depth of auxiliary modulation in the region of π radians. The amplitude of the auxiliary phase modulation near π radians reduces the constant exposure level of the photodetector, through which the amplitude modulation has its negative effect on the stability of the FOG scale factor. The lower the level of constant illumination of the photodetector, the less the influence of spurious modulation of the rays on the stability of the scale factor.
Рассмотренный в [1] способ вспомогательной фазовой модуляции позволяет получать практически любые значения глубины модуляции из приведенного выше дискретного ряда, значительно повысив при этом чувствительность ВОГ и стабильность его масштабного коэффициента. Но одним из недостатков известного способа вспомогательной фазовой модуляции является то, что форма сигнала, подаваемого на фазовые модуляторы ИОС, практически совпадает с формой сигнала вращения, детектируемого синхронным детектором, и поэтому из-за перекрестных помех при малых угловых скоростях образуется зона нечувствительности гироскопа [1]. При данном способе вспомогательной фазовой модуляции зона нечувствительности гироскопа может возникать также и из-за наличия переходных процессов при ступенчатом изменении напряжения на электродах фазового модулятора из-за наличия емкости этих электродов. Переходные процессы при детектировании сигнала дают паразитное смещение выходной характеристики гироскопа. При хаотичном изменении параметров импульсного напряжения вспомогательной фазовой модуляции во времени, что имеет место в рассмотренном в [1] способе фазовой модуляции, возникает зона нечувствительности гироскопа. Третьим механизмом возникновения зоны нечувствительности может быть существование паразитного интерферометра Майкельсона из-за обратных отражений в канальных волноводах ИОС. В случае известного способа вспомогательной фазовой модуляции сигнал паразитного интерферометра Майкельсона промодулирован на частоте детектирования полезного сигнала вращения гироскопа, что и приводит к возникновению зоны нечувствительности из-за нестабильности разности фаз лучей паразитного интерферометра.The auxiliary phase modulation method considered in [1] allows one to obtain practically any modulation depth from the above discrete series, while significantly increasing the sensitivity of the FOG and the stability of its scale factor. But one of the disadvantages of the known method of auxiliary phase modulation is that the shape of the signal supplied to the phase modulators of the IOS practically coincides with the shape of the rotation signal detected by the synchronous detector, and therefore, due to crosstalk at low angular velocities, a dead zone of the gyroscope is formed [1 ]. With this method of auxiliary phase modulation, the dead band of the gyroscope can also occur due to the presence of transients with a stepwise change in voltage on the electrodes of the phase modulator due to the capacitance of these electrodes. Transients during signal detection give a stray bias of the output characteristic of the gyroscope. With a random change in the parameters of the pulse voltage of the auxiliary phase modulation in time, which occurs in the phase modulation method considered in [1], a dead zone of the gyroscope arises. The third mechanism for the occurrence of the deadband may be the existence of a spurious Michelson interferometer due to back reflections in channel IOS waveguides. In the case of the known method of auxiliary phase modulation, the signal of the parasitic Michelson interferometer is modulated at the detection frequency of the useful gyroscope rotation signal, which leads to the formation of a deadband due to the instability of the phase difference between the rays of the parasitic interferometer.
Известен способ устранения зоны нечувствительности с помощью формирования стабильного во времени напряжения вспомогательной фазовой модуляции [4]. Вспомогательная фазовая модуляция осуществляется с помощью последовательности ступенчатых импульсов напряжения, подаваемых на фазовые модуляторы ИОС. В результате этого способа вспомогательной фазовой модуляции разность фаз лучей кольцевого интерферометра ВОГ представляет собой периодическую последовательность прямоугольных импульсов, следующих с периодом Т0, причем в первую половину периода 
Целью настоящего изобретения является устранение зоны нечувствительности ВОГ при положительной и отрицательной угловой скорости.The aim of the present invention is to eliminate the dead zone of VOG at positive and negative angular velocity.
Указанная цель достигается тем, что компенсацию разности фаз Саньяка осуществляют с помощью пилообразного ступенчатого напряжения, имеющего фронты одинакового наклона и амплитуду, вносящую разность фаз Ψп=2π/2n радиан, причем сброс максимального значения пилообразного напряжения осуществляют во время отрицательной полуволны сигнала вращения гироскопа при положительной угловой скорости вращения гироскопа и во время положительной его полуволны при отрицательной угловой скорости вращения гироскопа или при компенсации разности фаз Саньяка с помощью ступенчатого напряжения пилообразной формы, имеющего попеременно чередующиеся нарастающие и убывающие фронты с амплитудой, вносящей разность фаз Ψп=π/2n радиан, смену полярности подключения электродов осуществляют во время отрицательной полуволны сигнала вращения гироскопа при положительной угловой скорости вращения гироскопа и во время положительной его полуволны при отрицательной угловой скорости вращения гироскопа.This goal is achieved in that the Sagnac phase difference is compensated by a sawtooth step voltage having the edges of the same slope and amplitude introducing a phase difference Ψ n = 2π / 2 n radians, and the maximum sawtooth voltage is reset during the negative half-wave of the gyroscope rotation signal with a positive angular velocity of rotation of the gyroscope and during a positive half-wave with a negative angular velocity of rotation of the gyroscope or with compensation of the phase difference C NYAKYI via stepwise voltage sawtooth shape having alternately alternating rising and decaying edges with an amplitude, which introduces a phase difference Ψ n = π / 2 n radians shift polarity of the electrodes is carried out during the negative half-wave of the gyroscope signal during positive angular gyro rotation rate, and in the time of its positive half-wave with a negative angular velocity of rotation of the gyroscope.
Способ отличается тем, что для компенсации разности фаз Саньяка формируют ступенчатое напряжение пилообразной формы с фронтами одинакового наклона, при подаче которого на электроды фазового модулятора максимальное изменение разности фаз лучей кольцевого интерферометра составляет величину Ψп=2π(2n-1/2n) радиан, при этом сброс максимального значения ступенчатого пилообразного напряжения осуществляют во время положительной полуволны сигнала вращения гироскопа при положительной угловой скорости вращения и во время его отрицательной полуволны при отрицательной угловой скорости вращения гироскопа или для компенсации разности фаз Саньяка формируют ступенчатое напряжение пилообразной формы, имеющее попеременно чередующиеся нарастающие и убывающие фронты, при подаче которого на электроды фазового модулятора максимальное изменение фазы каждого из лучей кольцевого интерферометра составляет величину Ψп=π(2n-1/2n) радиан, при этом переключение электродов фазового модулятора осуществляют во время положительной полуволны сигнала вращения гироскопа при положительной угловой скорости и во время отрицательной его полуволны при отрицательной угловой скорости вращения гироскопа.The method differs in that in order to compensate for the Sagnac phase difference, a sawtooth-shaped step voltage is formed with the edges of the same slope, when applying to the phase modulator electrodes the maximum change in the phase difference of the rays of the ring interferometer is величину n = 2π (2 n -1/2 n ) rad while resetting the maximum value of the step-like sawtooth voltage is carried out during the positive half-wave of the gyroscope rotation signal at a positive angular velocity of rotation and during its negative wavelengths at a negative angular velocity of rotation of the gyroscope or to compensate for the Sagnac phase difference form a step-like sawtooth voltage having alternately alternating increasing and decreasing fronts, when applying to the phase modulator electrodes the maximum phase change of each of the rays of the ring interferometer is Ψ n = π (2 n -1/2 n) radians, thus switching the phase modulator electrodes is carried out during a positive half-cycle of rotation of the gyroscope signal during the positive y lovoy speed and during the negative half-wave at its negative gyroscope rotation rate.
Устранение зоны нечувствительности ВОГ при положительной и отрицательной угловой скорости вращения волоконно-оптического гироскопа достигается за счет обеспечения стабильности во времени параметров напряжения вспомогательной фазовой модуляции, подаваемого на электроды фазового модулятора ИОС гироскопа и синхронизированного во времени сброса максимального напряжения компенсирующего разность фаз Саньяка ступенчатого пилообразного напряжения с полупериодами синхронного детектирования (демодуляции) сигнала вращения гироскопа.The elimination of the VOG deadband at positive and negative angular rotational speeds of the fiber-optic gyroscope is achieved by ensuring the stability of the time parameters of the auxiliary phase modulation voltage supplied to the electrodes of the gyroscope IOS phase modulator and the synchronized time-dependent reset of the maximum voltage of the Sanyak phase difference compensating step-like sawtooth voltage with half-periods of synchronous detection (demodulation) of the gyroscope rotation signal.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана структурная схема ВОГ, в которой предусмотрена возможность смены полярности подключения электродов фазового модулятора. На фиг.2 показан вид напряжения вспомогательной фазовой модуляции и напряжения для компенсации разности фаз Саньяка. На фиг.3 показаны виды напряжения вспомогательной фазовой модуляции и соответствующая напряжению 23 разность фаз лучей кольцевого интерферометра гироскопа. На фиг.4 - принцип формирования сигнала вращения гироскопа. На фиг.5 показан принцип формирования сигнала рассогласования гироскопа. На фиг.6 показано формирование паразитных оптических импульсов на фотоприемнике при сбросе напряжения компенсирующей пилы. На фиг.7 показано формирование компенсирующей разность фаз Саньяка пилы для устранения паразитных оптических импульсов на фотоприемнике с помощью смены полярности подключения электродов модулятора для амплитуды сброса пилы Ψп=2π-2n радиан. На фиг.8 показано формирование компенсирующей разность фаз Саньяка пилы для устранения паразитных оптических импульсов на фотоприемнике с помощью смены полярности подключения электродов модулятора для амплитуды сброса пилы Ψп=2π(2n-1/2n) радиан. На фиг.9 показано формирование компенсирующего пилообразного ступенчатого напряжения со сбросом в отрицательный период сигнала вращения. На фиг.10 показано формирование напряжения компенсирующей ступенчатой пилы с моментом переключения электродов в отрицательный полупериод сигнала вращения. На фиг.11 показана выходная характеристика волоконно-оптического гироскопа с известным способом обработки информации. На фиг.12 показана выходная характеристика волоконно-оптического гироскопа по предлагаемому способу обработки информации.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the structural diagram of the VOG, which provides the ability to change the polarity of the electrodes of the phase modulator. Figure 2 shows a view of the auxiliary phase modulation voltage and voltage to compensate for the Sagnac phase difference. Figure 3 shows the types of voltage auxiliary phase modulation and the corresponding
ВОГ состоит (фиг.1) из волоконного кольцевого интерферометра и электронного блока обработки информации. Волоконный кольцевой интерферометр состоит из источника оптического излучения 1, оптического циркулятора излучения 2, интегрально-оптической схемы (ИОС) 3, волоконной чувствительной катушки 4 и фотоприемника 5. ИОС в своем составе содержит Y-разветвитель оптического излучения и фазовый модулятор. Канальные волноводы Y-разветвителя сформированы по протонно-обменной технологии и в силу этого являются поляризующими. Электронный блок обработки информации содержит предварительный усилитель фотоприемника 6, синхронный детектор 7 (демодулятор), генератор напряжения вспомогательной фазовой модуляции 8, генератор ступенчатого пилообразного напряжения 9, блок управления частотой ступенчатого пилообразного напряжения 10, интерфейс выходного сигнала гироскопа 11, а также устройство 12 для смены полярности подключения электродов 13, 14 фазового модулятора ИОС к клеммам 15, 16, на которые поступает напряжение вспомогательной фазовой модуляции и ступенчатое пилообразное напряжение для компенсации разности фаз Саньяка. Устройство смены полярности подключения электродов фазового модулятора ИОС может представлять собой быстродействующий электронный ключ. При первом положении ключа соединяются, например, клеммы 13, 15 и 14, 16, а при втором положении ключа соединяются клеммы 13, 16 и 14, 15. При смене полярности подключения электродов происходит изменение направления электрического поля в канальных волноводах и, как следствие, оптический луч испытывает фазовый сдвиг противоположного знака, несмотря на то, что знак напряжения, подаваемого на фазовый модулятор, не изменяется. За счет этого эффекта возможно преобразование напряжения ступенчатого пилообразного напряжения, имеющего чередующиеся возрастающие и убывающие фронты в фазовую пилу, имеющую уже только убывающие, либо возрастающие фронты [2].FOG consists (Fig. 1) of a fiber ring interferometer and an electronic information processing unit. A fiber ring interferometer consists of an
Оптический луч с выхода источника оптического излучения поступает на вход оптического циркулятора. С выхода циркулятора излучение поступает на вход ИОС, затем оптический луч Y-делителем делится на два луча одинаковой интенсивности, которые затем поступают на входные концы световода чувствительной катушки и проходят его в двух взаимно противоположных направлениях. После прохождения чувствительной катушки эти два луча объединяются Y-делителем ИОС и через оптический циркулятор попадают на площадку фотоприемника, где и образуют интерференционную картину.The optical beam from the output of the optical radiation source enters the input of the optical circulator. From the output of the circulator, the radiation enters the IOS input, then the optical beam by the Y-divider is divided into two rays of the same intensity, which then go to the input ends of the fiber of the sensing coil and pass it in two mutually opposite directions. After passing through the sensitive coil, these two beams are combined by the Y-divider of the IOS and through the optical circulator get to the site of the photodetector, where they form the interference pattern.
На фиг.2 показан вид напряжения вспомогательной фазовой модуляции 17 и пилообразного ступенчатого напряжения 18, использующегося для компенсации разности фаз Саньяка в кольцевом интерферометре ВОГ [1]. Как уже отмечалось, зона нечувствительности может возникать из-за паразитных наводок напряжения вспомогательной фазовой модуляции на демодулятор, так как форма сигнала вспомогательной фазовой модуляции совпадает с формой полезного сигнала вращения гироскопа, выделяемого демодулятором. Зона нечувствительности также может возникать и из-за наличия паразитного интерферометра Майкельсона, который может присутствовать в ИОС из-за наличия обратных отражений. Полный период Тп напряжения вспомогательной фазовой модуляции определяется периодом напряжения, с помощью которого компенсируется разность фаз Саньяка, то есть периодом пилообразного ступенчатого напряжения. В условиях изменения угловой скорости период Тп также изменяется, что может приводить к наличию у гироскопа зоны нечувствительности.Figure 2 shows the voltage type of the
Для устранения влияния указанных выше факторов на образование зоны нечувствительности, используется напряжение вспомогательной фазовой модуляции, рассмотренное в [5]. На фиг.3 показано напряжение вспомогательной фазовой модуляции 19, 20, 21, 22, 23, которое представляет собой последовательность пилообразных ступенчатых импульсов с величиной ступеньки напряжения, вносящей между лучами кольцевого интерферометра разность фаз +/-(π-Δ) радиан и +/-(π+Δ) радиан. Разность фаз между лучами при использовании, например, напряжения вспомогательной фазовой модуляции 23 изменяется по закону согласно 24. Длительность каждой ступеньки напряжения фазовой модуляции равна времени пробега лучей по световоду чувствительной катушки τ. На фиг.4 показан принцип формирования сигнала вращения гироскопа. При изменении разности фаз лучей кольцевого интерферометра по закону 24 в силу того, что интенсивность на фотоприемнике в зависимости от разности фаз лучей изменяется по закону косинуса 25, то в этом случае на фотоприемнике образуется электрический сигнал вида 26. В данном случае этот сигнал представляет собой последовательность импульсов, следующих с частотой f=1/8τ. Согласно данному представлению сигнал вращения гироскопа при использовании напряжения 19 имеет частоту следования импульсов f=1/14τ, при использовании напряжения 20 f=1/10τ, при использовании напряжения 21 f=1/6τ, при использовании напряжения 22 частота сигнала вращения составляет 1/8τ. С помощью напряжения, формируемого по принципу, показанному на фиг.3, возможно формирование сигнала вращения гироскопа с частотой следования импульсов 1/2(n+2)τ, где n=1, 2, 3, … . На фиг.5 показан принцип формирования сигнала рассогласования 27 при напряжении фазовой модуляции 27, который используется для стабилизации масштабного коэффициента гироскопа.To eliminate the influence of the above factors on the formation of the dead zone, the voltage of auxiliary phase modulation, considered in [5], is used. Figure 3 shows the voltage of the
Для устранения зоны нечувствительности параметры напряжения вспомогательной фазовой модуляции должны быть стабильны во времени, поэтому при изменении напряжения, которое используется для формирования напряжения как фазовой модуляции, так и напряжения ступенчатого пилообразного напряжении и вносящего в общей сложности изменение фазы лучей кольцевого интерферометра в пределах 2π радиан, амплитуда пилообразного ступенчатого напряжения 28 (фиг.6), компенсирующего разность фаз Саньяка в кольцевом интерферометре, например, при Δ=π/2 радиан может составлять только π/2 радиан. В этом случае при сбросе ступенчатого пилообразного напряжения в течение времени τ образуется разность фаз лучей кольцевого интерферометра 29, при этом на фотоприемнике образуются паразитные импульсы 30, которые могут дестабилизировать при недостаточной ширине полосы пропускания электронного тракта работу электронной схемы в течение длительного времени и приводят к потере информации об угловой скорости вращения гироскопа, по крайней мере, в течение времени τ. Таким образом, для того чтобы обеспечить временную стабильность напряжения вспомогательной фазовой модуляции необходимо устранить паразитные оптические импульсы на фотоприемнике при сбросе максимального напряжения компенсирующей фазовой пилы.To eliminate the dead zone, the voltage parameters of the auxiliary phase modulation must be stable in time, therefore, when the voltage changes, which is used to generate the voltage of both phase modulation and the voltage of the step-like sawtooth voltage and introducing a total change in the phase of the rays of the ring interferometer within 2π radians, the amplitude of the sawtooth step voltage 28 (Fig.6), compensating for the Sagnac phase difference in the ring interferometer, for example, when Δ = π / 2 radians can only be π / 2 radians. In this case, when a step-like sawtooth voltage is released over time τ, the phase difference of the rays of the
При работе схемы в режиме компенсации разности фаз Саньяка уровень постоянной засветки фотоприемника выражается следующим образом [4]:When the circuit operates in the mode of compensation of the Sagnac phase difference, the level of constant illumination of the photodetector is expressed as follows [4]:
Рф=½Р0{1+cos⊄mcosφ±sin⊄msinφ}P f = ½P 0 {1 + cos⊄ m cosφ ± sin⊄ m sinφ}
где Р0 - мощность источника излучения с учетом потерь в кольцевом интерферометре гироскопа, то есть суммарная мощность интерферирующих на фотоприемнике лучей;where P 0 is the power of the radiation source, taking into account losses in the ring gyroscope interferometer, that is, the total power of the rays interfering at the photodetector;
⊄m=+/-(π-Δ) радиан, либо -/+(π+Δ) радиан в первый полупериод сигнала вращения гироскопа и ⊄m=-/+(π-Δ) радиан, либо +/-(π+Δ) радиан во второй полупериод сигнала вращения гироскопа;⊄ m = + / - (π-Δ) radians, or - / + (π + Δ) radians in the first half-period of the gyroscope rotation signal and ⊄ m = - / + (π-Δ) radians, or +/- (π + Δ) radian in the second half-period of the gyroscope rotation signal;
φ - сумма разности фаз Саньяка и разности фаз, вносимой компенсирующей пилой.φ is the sum of the Sagnac phase difference and the phase difference introduced by the compensating saw.
В режиме компенсации величина φ=0 и, следовательно, засветка фотоприемника будет равна величине:In compensation mode, the value of φ = 0 and, consequently, the illumination of the photodetector will be equal to:
Рф=½Р0{1+cos⊄m}P f = ½P 0 {1 + cos⊄ m }
В режиме сброса напряжения компенсирующей пилы:In the voltage reset mode of the compensating saw:
Рф=½Р0{1+cos⊄mcosΨп±sin⊄msinΨn}P f = ½P 0 {1 + cos⊄ m cosΨ n ± sin⊄ m sinΨ n }
где Ψп - разность фаз лучей при сбросе максимального напряжения компенсирующей фазовой пилы в течение времени пробега светового луча по световоду чувствительной катушки гироскопа. Здесь предполагается, что работа происходит при малых угловых скоростях, при которых может существовать зона нечувствительности и поэтому разностью фаз, возникающей за счет эффекта Саньяка, при дальнейших расчетах можно пренебречь. Для отсутствия скачка интенсивности излучения на фотоприемнике в момент сброса максимального напряжения компенсирующей пилы можно записать следующее уравнение:where Ψ p is the phase difference of the rays when resetting the maximum voltage of the compensating phase saw during the travel time of the light beam through the fiber of the sensitive coil of the gyroscope. It is assumed here that operation occurs at low angular velocities at which a dead zone may exist and therefore the phase difference arising due to the Sagnac effect can be neglected in further calculations. For the absence of a jump in the radiation intensity at the photodetector at the time of resetting the maximum voltage of the compensating saw, the following equation can be written:
{1+cos⊄m}-{1+cos⊄mcosΔΨп±sin⊄msinΔΨп}=0{1 + cos⊄ m } - {1 + cos⊄ m cosΔΨ n ± sin⊄ m sinΔΨ n } = 0
Отсюда справедливо соотношение:Hence, the relation
cos⊄m(1-cosΨп)=-sin⊄msinΨп cos⊄ m (1-cosΨ n ) = - sin⊄ m sinΨ n
Из этого уравнения следуют два условия, при которых изменения интенсивности излучения на фотоприемнике при сбросе максимальной амплитуды пилообразного напряжения не происходит.Two conditions follow from this equation under which changes in the radiation intensity at the photodetector do not occur when the maximum amplitude of the sawtooth voltage is reset.
Ψп 1={2π-2⊄m}=2ΔΨ n 1 = {2π-2⊄ m } = 2Δ
Ψп 2=2⊄m=2π-2ΔΨ n 2 = 2⊄ m = 2π-2Δ
В таблице 1 приведены значения максимальной амплитуды напряжения компенсирующей пилы при различных амплитудах вспомогательной фазовой модуляции для устранения образования паразитных оптических импульсов на фотоприемнике.Table 1 shows the values of the maximum voltage amplitude of the compensating saw at various amplitudes of auxiliary phase modulation to eliminate the formation of spurious optical pulses on the photodetector.
При сбросе амплитуды Ψп 1 напряжения компенсирующей пилы необходимо учитывать, что паразитных импульсов на фотоприемнике не образуется, если сброс происходит, как это следует из основного уравнения для интенсивности излучения на фотоприемнике, во время отрицательной полуволны сигнала вращения гироскопа при измерении положительной угловой скорости и во время положительной полуволны сигнала вращения гироскопа при измерении отрицательной угловой скорости.When resetting the amplitude Ψ п 1 of the compensating saw voltage, it must be taken into account that spurious pulses are not generated at the photodetector if a reset occurs, as follows from the basic equation for the radiation intensity at the photodetector, during the negative half-wave of the gyroscope rotation signal when measuring positive angular velocity and during the time of the positive half-wave of the gyroscope rotation signal when measuring negative angular velocity.
При сбросе амплитуды Ψп 2 напряжения компенсирующей пилы необходимо также учитывать, что паразитных импульсов на фотоприемнике не образуется, если сброс происходит во время положительной полуволны сигнала вращения гироскопа при измерении положительной угловой скорости и во время отрицательной полуволны сигнала вращения гироскопа при измерении отрицательной угловой скорости.When resetting the amplitude Ψ n 2 of the compensating saw voltage, it must also be taken into account that spurious pulses are not generated at the photodetector if the reset occurs during the positive half-wave of the gyroscope rotation signal when measuring positive angular velocity and during the negative half-wave of the gyroscope rotation signal when measuring negative angular velocity.
Исходя из уравнения для амплитуды компенсирующей фазовой пилы для выполнения условия отсутствия паразитных оптических импульсов на фотоприемнике, диапазон изменения разности фаз, вносимой ступенчатым пилообразным напряжением, подаваемого на фазовый модулятор, должно удовлетворять условию:Based on the equation for the amplitude of the compensating phase saw to satisfy the condition for the absence of spurious optical pulses on the photodetector, the range of the phase difference introduced by the step-like sawtooth voltage supplied to the phase modulator must satisfy the condition:
Ψм 1=2π-2ΔΨ m 1 = 2π-2Δ
Из этого условия следует, что амплитуда ступенчатой фазовой пилы должна быть равна π радиан при амплитуде фазовой модуляции, равной π/2 и 3/2π радиан, но это невозможно осуществить, так как оставшийся диапазон от занимаемого диапазона фазовой модуляции составляет величину π/2 радиан. Из создавшейся ситуации можно найти выход с помощью ступенчатой фазовой пилы, имеющей попеременно чередующиеся нарастающие и убывающие фронты 31 (фиг.7). При смене полярности электродов фазового модулятора в моменты времени, отмеченные на фиг.7 вертикальными пунктирными линиями 32, ступенчатое пилообразной напряжение с амплитудой π/2n (то есть при Δ=π/2 радиан равной π/2 радиан) становится эквивалентным ступенчатому пилообразному напряжению 33 только, например, с нарастающими фронтами, но уже с амплитудой 2π/2n радиан (при n=1 амплитуда равна π радиан), или ступенчатому пилообразному напряжению 34 с убывающими фронтами и с той же самой амплитудой. Здесь необходимо отметить, что при использовании ступенчатого пилообразного напряжения треугольной формы, для устранения паразитных импульсов на фотоприемнике необходимо переключение полярности электродов в моменты максимального значения его амплитуды производить в моменты отрицательной полуволны сигнала вращения гироскопа при измерении положительной угловой скорости и при измерении отрицательной угловой скорости переключение полярности электродов в моменты максимального значения его амплитуды производить в моменты положительной полуволны сигнала вращения гироскопа. При параметрах фазовой модуляции Δ=π/2 радиан моменты сброса максимального значения амплитуды ступенчатой фазовой пилы и моменты смены полярности электродов при максимальной амплитуде треугольной ступенчатой пилы возможно производить в любой момент времени. Как следует из приведенного выше уравнения, другой ряд значений амплитуды компенсирующей разность фаз Саньяка ступенчатой фазовой пилы может быть выражен следующим образом:From this condition it follows that the amplitude of the step phase saw must be equal to π radians with the amplitude of the phase modulation equal to π / 2 and 3 / 2π radians, but this is impossible to implement, since the remaining range from the occupied phase modulation range is π / 2 radians . From this situation, you can find a way out with the help of a stepped phase saw, which has alternately alternating increasing and decreasing fronts 31 (Fig.7). When the polarity of the electrodes of the phase modulator changes at the times indicated by vertical dashed
Ψп 2=2π[(2n-1)/2n]Ψ n 2 = 2π [(2 n -1) / 2 n ]
На фиг.8 показано ступенчатое пилообразное напряжение треугольной формы 35 с максимальной амплитудой напряжения, при подаче которого на фазовый модулятор вносится изменение фазы лучей кольцевого интерферометра, равное Ψп 2=2π[(2n-1)/2n]. Значение разности фаз φк лучей кольцевого интерферометра по модулю равно разности фаз Саньяка. При смене полярности электродов в моменты времени, указанные вертикальными пунктирными линиями, ступенчатое напряжение фактически преобразуется в напряжение 36 только с нарастающими фронтами для компенсации разности фаз Саньяка при положительной угловой скорости или в напряжение 37 только с убывающими фронтами для компенсации разности фаз Саньяка при отрицательной угловой скорости. В таблице 2 приведены данные суммарного изменения разности фаз лучей при компенсации разности фаз Саньяка с помощью пилообразного ступенчатого напряжения, имеющего только возрастающие или только убывающие фронты с максимальной амплитудой Ψп 2=2π[(2n-1)/2n] радиан и суммарного изменения разности фаз лучей при компенсации разности фаз Саньяка с помощью треугольного ступенчатого напряжения, но с амплитудой Ψп 2=2π[(2n-1)/2n] радиан.On Fig shows a step-like sawtooth voltage of a
пила)The amplitude of the saw, Ψ n 2 = 2π [(2 n -1) / 2 n ] radians, (triangular
saw)
Из таблицы 2 следует, что с помощью треугольной ступенчатой пилы удается обеспечить суммарное изменение разности фаз лучей кольцевого интерферометра в диапазоне 2π радиан, обеспечив при этом стабильность временных параметров напряжения вспомогательной фазовой модуляции.From table 2 it follows that using a triangular step saw, it is possible to provide a total change in the phase difference of the rays of the ring interferometer in the range of 2π radians, while ensuring the stability of the time parameters of the auxiliary phase modulation voltage.
На фиг.9 показан вид ступенчатого пилообразного напряжения 38 для компенсации разности фаз Саньяка со сбросом максимального напряжения в отрицательный полупериод сигнала вращения 39. На фиг.10 показан вид пилообразного ступенчатого напряжения треугольной формы 40 с инверсией напряжения в момент смены полярности электродов фазового модулятора при достижении максимальной своей амплитуды в отрицательный полупериод сигнала вращения гироскопа. Момент сброса максимального напряжения ступенчатой пилы в отрицательный или в положительный полупериод сигнала вращения гироскопа можно подбирать и путем изменения периода сигнала вращения гироскопа, изменяя в нужный момент параметры напряжения вспомогательной фазовой модуляции, как это показано на фиг.3.Figure 9 shows a view of the step-like
На фиг.11 представлена выходная характеристика волоконно-оптического гироскопа 41, использующего электронную обработку информации, описанную в [1]. Для уменьшения зоны нечувствительности здесь также использовалась дополнительная электронная модуляция, описанная в той же самой работе. На фиг.12 представлена выходная характеристика гироскопа 42 с использованием метода электронной обработки информации с кольцевого интерферометра, описанного в настоящей заявке. Для фазовой модуляции использовалось напряжение со стабильными временными параметрами вида 21 (фиг.3) с амплитудой фазовой модуляции ±3π/4, ±5π/4 радиан, а для компенсации разности фаз Саньяка использовалась ступенчатое пилообразное напряжение с одинаковым наклоном фронтов и амплитудой напряжения, которое с помощью фазового модулятора изменяло фазу лучей кольцевого интерферометра на π/2 радиан, при этом дополнительная электронная модуляция не использовалась. Наличие зоны нечувствительности дополнительно фиксировалось и с помощью измерений спектральной плотности шума гироскопа при угловой скорости, равной нулю, и в ее окрестности. Во всех измерениях спектральная плотность шума гироскопа оставалась неизменной.Figure 11 presents the output characteristic of the fiber-
Источники информацииInformation sources
[1] G.A.Pavlath "Closed-loop fiber optic gyros" SPIE v.2837, 1996, pp 46-60.[1] G. A. Pavlath "Closed-loop fiber optic gyros" SPIE v. 2837, 1996, pp 46-60.
[2] A.M.Курбатов "Способ компенсации разности фаз Саньяка в кольцевом интерферометре волоконно-оптического гироскопа". Патент РФ №2146807, заявка №98103976, приоритет от 02.03.1998 г.[2] A.M. Kurbatov "A method for compensating for the Sagnac phase difference in a ring interferometer of a fiber-optic gyroscope". RF patent No. 2146807, application No. 98103976, priority dated 02.03.1998
[3] A.M.Курбатов "Способ стабилизации масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа". Патент РФ №2160885, заявка №99122943, приоритет от 02.11.1999 г.[3] A.M. Kurbatov "Method for stabilizing the scale factor of a fiber-optic gyroscope". RF patent No. 2160885, application No. 99122943, priority dated November 2, 1999
[4] A.M.Курбатов "Способ устранения зоны нечувствительности в волоконно-оптическом гироскопе". Заявка №2009138391/28(054354) от 16.10.2009 г.[4] A.M. Kurbatov, "A method for eliminating the dead zone in a fiber optic gyroscope." Application No. 2009138391/28 (054354) dated 10/16/2009
[5] A.M.Курбатов "Способ обработки сигнала кольцевого интерферометра волоконно-оптического гироскопа". Патент РФ №2130587, заявка №96108070, приоритет от 18.04.1996 г.[5] A.M. Kurbatov "A method for processing a signal of a ring interferometer of a fiber-optic gyroscope". RF patent No. 2130587, application No. 96108070, priority of 04/18/1996
[6] A.M.Курбатов "Способ обработки информации волоконно-оптического гироскопа" Патент РФ №2160886. Приоритет от 02.11.1999 г.[6] A.M. Kurbatov, “Method for processing information of a fiber-optic gyroscope,” RF Patent No. 2160886. Priority from 02/11/1999
Claims (1)
или компенсацию разности фаз Саньяка осуществляют формированием ступенчатого напряжения пилообразной формы с фронтами одинакового наклона, при подаче которого на электроды фазового модулятора максимальное изменение разности фаз лучей кольцевого интерферометра составляет величину Ψп=2π(2n-1/2n) радиан, при этом сброс максимального значения ступенчатого пилообразного напряжения осуществляют во время положительной полуволны сигнала вращения гироскопа при положительной угловой скорости вращения и во время его отрицательной полуволны при отрицательной угловой скорости гироскопа,
или компенсацию разности фаз Саньяка осуществляют формированием ступенчатого напряжения пилообразной формы, имеющего попеременно чередующиеся нарастающие и убывающие фронты, при подаче которого на электроды фазового модулятора максимальное изменение фазы каждого из лучей кольцевого интерферометра составляет величину Ψп=2π(2n-1/2n) радиан, при этом переключение электродов фазового модулятора осуществляют во время положительной полуволны сигнала вращения гироскопа при положительной угловой скорости и во время отрицательной его полуволны при отрицательной угловой скорости вращения гироскопа. The method for eliminating the dead zone of a fiber-optic gyroscope, which consists in using an interferometer phase modulator to provide auxiliary phase modulation of rays propagating in two opposite directions with amplitudes of ± (π + Δ) radians and ± (π-Δ) radians, where Δ = π / 2 n , n = 1, 2, 3, ..., as well as compensation for the Sagnac phase difference between the beams using a step-like sawtooth voltage with a duration of each step equal to the travel time of the beams along the light guide of the sensitive coil of the interferometer, and having either fronts of the same slope with a periodic voltage drop to the initial level, or alternately increasing and decreasing fronts, with a change in the polarity of the electrodes of the integrated optical phase modulator at the time of the beginning or end of the steps of the maximum and minimum voltage values of the step saw, while forming a stable in time auxiliary phase modulation with amplitudes in the first half-period of the gyroscope rotation signal ± (π-Δ) radian and ± (π + Δ) radian, and in the second the half-period of the rotation signal with amplitudes ± (π-λ) radians and ± (π + Δ) radians, respectively, where Δ = π / 2 n radians, characterized in that the Sagnac phase difference is compensated using a sawtooth step voltage having edges of the same the slope and the amplitude introducing the phase difference Ψ n = 2π / 2 n radians, and the maximum sawtooth voltage is reset during the negative half-wave of the gyroscope rotation signal at a positive angular velocity of the gyroscope and during its positive half-wave at a negative angular velocity of rotation of the gyroscope or when compensating for the Sagnac phase difference using a sawtooth-shaped step voltage having alternately alternating rising and falling fronts with an amplitude introducing a phase difference Ψ n = π / 2 n radians, the polarity of the connection of the electrodes is carried out during the negative half-wave the gyroscope rotation signal at a positive angular velocity of rotation of the gyroscope and during its positive half-wave at a negative angular velocity of rotation of the gyroscope,
or compensation of the Sagnac phase difference is carried out by forming a step-like sawtooth voltage with the edges of the same slope, when applying to the phase modulator electrodes the maximum change in the phase difference of the rays of the ring interferometer is Ψ p = 2π (2 n -1/2 n ) radians, while the reset the maximum value of the step-like sawtooth voltage is carried out during a positive half-wave of the gyroscope rotation signal at a positive angular rotation speed and during its negative half-waves s at negative angular velocity of the gyroscope,
or compensation of the Sagnac phase difference is carried out by forming a step-like voltage of a sawtooth shape, having alternately alternating increasing and decreasing fronts, when applying to the phase modulator electrodes the maximum phase change of each of the rays of the ring interferometer is Ψ n = 2π (2 n -1/2 n ) radian, while switching the electrodes of the phase modulator is carried out during the positive half-wave of the gyroscope rotation signal at a positive angular velocity and during its negative field fired at a negative angular velocity of rotation of the gyroscope.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011125199/28A RU2472111C1 (en) | 2011-06-17 | 2011-06-17 | Method of eliminating dead band in fiber optical gyro |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011125199/28A RU2472111C1 (en) | 2011-06-17 | 2011-06-17 | Method of eliminating dead band in fiber optical gyro |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2472111C1 true RU2472111C1 (en) | 2013-01-10 |
Family
ID=48806180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011125199/28A RU2472111C1 (en) | 2011-06-17 | 2011-06-17 | Method of eliminating dead band in fiber optical gyro |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2472111C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2627015C1 (en) * | 2016-08-25 | 2017-08-02 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" | Way to improve the accuracy of compensation of parasitic effects in integrated-optical phase modulators of fiber-optic gyroscopes |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2130587C1 (en) * | 1996-04-18 | 1999-05-20 | Курбатов Александр Михайлович | Method of processing of signal of circular interferometer of fiber-optics gyroscope (versions) |
| US5999304A (en) * | 1997-08-04 | 1999-12-07 | Honeywell, Inc. | Fiber optic gyroscope with deadband error reduction |
| RU2194245C2 (en) * | 2000-11-14 | 2002-12-10 | Открытое акционерное общество Пермская научно-производственная приборостроительная компания | Method for carrying out optical fiber gyroscope ring interferometer beam phase modulation |
| WO2003071227A1 (en) * | 2002-02-19 | 2003-08-28 | Honeywell International Inc. | Saw tooth bias modulation and loop closure for an interferometric fiber optic gyroscope |
| US6744519B2 (en) * | 2002-04-30 | 2004-06-01 | Honeywell International Inc. | Methods and apparatus for fiber optic gyroscope dead band error suppression modulation |
| JP2008203242A (en) * | 2006-12-13 | 2008-09-04 | Northrop Grumman Guidance & Electronics Co Inc | Improved fiber optic gyroscope deadband circumvention apparatus and method |
| RU2343417C1 (en) * | 2007-05-02 | 2009-01-10 | Александр Михайлович Курбатов | Method of low-frequency phase modulation for stabilisation of scale factor of fibre gyroscope |
| RU2009138391A (en) * | 2009-10-16 | 2011-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (RU) | METHOD FOR ELIMINATING THE NON-INSENSITIVITY ZONE IN A FIBER OPTICAL GYROSCOPE |
-
2011
- 2011-06-17 RU RU2011125199/28A patent/RU2472111C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2130587C1 (en) * | 1996-04-18 | 1999-05-20 | Курбатов Александр Михайлович | Method of processing of signal of circular interferometer of fiber-optics gyroscope (versions) |
| US5999304A (en) * | 1997-08-04 | 1999-12-07 | Honeywell, Inc. | Fiber optic gyroscope with deadband error reduction |
| RU2194245C2 (en) * | 2000-11-14 | 2002-12-10 | Открытое акционерное общество Пермская научно-производственная приборостроительная компания | Method for carrying out optical fiber gyroscope ring interferometer beam phase modulation |
| WO2003071227A1 (en) * | 2002-02-19 | 2003-08-28 | Honeywell International Inc. | Saw tooth bias modulation and loop closure for an interferometric fiber optic gyroscope |
| US6744519B2 (en) * | 2002-04-30 | 2004-06-01 | Honeywell International Inc. | Methods and apparatus for fiber optic gyroscope dead band error suppression modulation |
| JP2008203242A (en) * | 2006-12-13 | 2008-09-04 | Northrop Grumman Guidance & Electronics Co Inc | Improved fiber optic gyroscope deadband circumvention apparatus and method |
| RU2343417C1 (en) * | 2007-05-02 | 2009-01-10 | Александр Михайлович Курбатов | Method of low-frequency phase modulation for stabilisation of scale factor of fibre gyroscope |
| RU2009138391A (en) * | 2009-10-16 | 2011-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (RU) | METHOD FOR ELIMINATING THE NON-INSENSITIVITY ZONE IN A FIBER OPTICAL GYROSCOPE |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2627015C1 (en) * | 2016-08-25 | 2017-08-02 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" | Way to improve the accuracy of compensation of parasitic effects in integrated-optical phase modulators of fiber-optic gyroscopes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5362180B2 (en) | Asynchronous demodulation of fiber optic gyroscope | |
| EP0990118B1 (en) | Vibration error reduction servo for a fiber optic gyroscope | |
| JP4130730B2 (en) | Fiber optic gyroscope | |
| JPS6129715A (en) | Device for measuring irreversible phase shift generated in closed loop interferometer | |
| RU2444704C1 (en) | Fibre-optic gyroscope | |
| EP0990117B1 (en) | Fiber optic gyroscope vibration error compensator | |
| US4869592A (en) | Method and apparatus for obtaining a digital measure of absolute rotation | |
| WO1996041132A1 (en) | Proper frequency tracker for fiber optic sensing coil | |
| EP0738873A1 (en) | Multi-axis optical fibre gyroscope | |
| US5018859A (en) | Fiber optic gyroscope balanced plural serrodyne modulators phase difference control | |
| RU2512599C1 (en) | Method of improving accuracy of closed-loop fibre-optic gyroscope | |
| RU2343417C1 (en) | Method of low-frequency phase modulation for stabilisation of scale factor of fibre gyroscope | |
| JPH05508221A (en) | Interferometer signal analysis with modulation switching | |
| RU2472111C1 (en) | Method of eliminating dead band in fiber optical gyro | |
| RU2441202C2 (en) | Method for eliminating dead zones in fibre-optic gyroscope | |
| RU2482450C1 (en) | Apparatus for testing electronic unit of fibre-optic gyroscope | |
| RU2500989C2 (en) | Electronic unit for fibre-optic gyroscope | |
| RU2566412C1 (en) | Method to increase accuracy of fibre-optic gyroscope due to suppression of parasitic effects in integral-optical phase modulators | |
| RU2194245C2 (en) | Method for carrying out optical fiber gyroscope ring interferometer beam phase modulation | |
| RU2523759C1 (en) | Angular velocity range extension for open-circuit fibre-optic gyro | |
| RU2626019C1 (en) | Method of improving accuracy of fibre-optic gyroscope with closed loop | |
| RU2620933C1 (en) | Fiber optic gyroscope with a large dynamic range of measurement of angular speeds | |
| Chen et al. | A phase modulation method for improving the scale factor stability of fiber-optic gyroscope | |
| RU2194246C1 (en) | Method for processing optical fiber gyroscope ring interferometer signal | |
| RU2512598C1 (en) | Method of reducing precision readiness time of fibre-optic gyroscope |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20200826 |