RU2482450C1 - Apparatus for testing electronic unit of fibre-optic gyroscope - Google Patents

Apparatus for testing electronic unit of fibre-optic gyroscope Download PDF

Info

Publication number
RU2482450C1
RU2482450C1 RU2011151333/28A RU2011151333A RU2482450C1 RU 2482450 C1 RU2482450 C1 RU 2482450C1 RU 2011151333/28 A RU2011151333/28 A RU 2011151333/28A RU 2011151333 A RU2011151333 A RU 2011151333A RU 2482450 C1 RU2482450 C1 RU 2482450C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
electronic unit
amplitude
variable
optic gyroscope
Prior art date
Application number
RU2011151333/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Михайлович Курбатов
Роман Александрович Курбатов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ")
Priority to RU2011151333/28A priority Critical patent/RU2482450C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2482450C1 publication Critical patent/RU2482450C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention can be used when designing fibre-optic gyroscopes and other physical quantity sensors based on single-mode light guides. An electronic device for testing the electronic unit of a fibre-optic gyroscope, having a generator which generates a signal - a gyroscope rotation signal analogue, a generator which generates a signal - a gyroscope mismatch signal analogue, and three adders, enables to synthesise an optical signal analogue and determine basic characteristics of the electronic unit of the fibre-optic gyroscope with high accuracy.
EFFECT: invention provides high accuracy of determining basic characteristics of the electronic unit of a fibre-optic gyroscope without using an optical unit.
7 dwg

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 FOG) 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:

ϕS=[4πRL/λc]×Ω,ϕ S = [4πRL / λc] × Ω,

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=1/2Р0(1+cosϕS),I Ф = 1 / 2Р 0 (1 + cosϕ S ),

где P0 - 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:

Figure 00000001
Figure 00000001

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, ток фотоприемника можно представить в виде:When applying voltage pulses to the phase modulator that follow with a frequency of 1 / 2τ, the photodetector current can be represented as:

Iф0ηф[1+cosϕm·cosϕS±sinϕm·sinϕS]I f = P 0 η f [1 + cosϕ m · cosϕ S ± sinϕ m · sinϕ S ]

ηф - токовая чувствительность фотоприемника;η f - current sensitivity of the photodetector;

ϕm - амплитуда вспомогательной фазовой модуляции.ϕ m is the amplitude of the auxiliary phase modulation.

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 выражение для тока фотоприемника 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 expression for the photodetector current takes the following form:

Iф0ηф{1+cosϕm·cos[ϕSK]±sinϕm·sin[ϕSK]},I f = P 0 η f {1 + cosϕ m · cos [ϕ SK ] ± sinϕ m · sin [ϕ SK ]},

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 ϕSK≈0, тогда ток фотоприемника можно представить в виде:Considering that in the compensation mode ϕ SK ≈ 0, then the photodetector current can be represented as:

Iф0ηф{1+cosϕm±sinϕm·sin[ϕSK]}I f = P 0 η f {1 + cosϕ m ± sinϕ m · sin [ϕ SK ]}

Точность ВОГ определяется также 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]:

Figure 00000002
Figure 00000002

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;

τст - длительность ступеньки компенсирующей пилы.τ article - the duration 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 τст=τ и обеспечить ηUП=2π, то выражение для масштабного коэффициента гироскопа приобретает следующий вид:If we choose τ st = 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 радиан при любых изменениях эффективности фазового модулятора η [1].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 radians for any changes in the efficiency of the phase modulator η [1 ].

При организации производства волоконно-оптических гироскопов раздельная проверка оптического блока ВОГ и электронного блока ВОГ является очень актуальной. При тестировании характеристик электронного блока необходима оценка его шумовых характеристик, долговременного дрейфа нулевого сигнала, диапазона измерения угловых скоростей, стабильности масштабного коэффициента, линейности выходной характеристики и так далее. Тестирование характеристик электронного блока в составе ВОГ, то есть при использовании оптического блока, имеет целый ряд недостатков. При определении вышеперечисленных характеристик электронного блока оптический блок вносит свои ошибки, и точное определение характеристик самого электронного блока становится затруднительным. Определение целого ряда характеристик электронного блока (диапазон измеряемых угловых скоростей, масштабный коэффициент, определение параметров при воздействии вибрационных нагрузок и т.д.) при использовании оптического блока требует дорогостоящего метрологического оборудования.When organizing the production of fiber-optic gyroscopes, separate verification of the optical FOG unit and the electronic FOG unit is very relevant. When testing the characteristics of the electronic unit, it is necessary to evaluate its noise characteristics, long-term drift of the zero signal, the range of measurement of angular velocities, stability of the scale factor, linearity of the output characteristic, and so on. Testing the characteristics of the electronic unit in the FOG, that is, when using the optical unit, has a number of disadvantages. When determining the above characteristics of the electronic unit, the optical unit makes its mistakes, and the exact determination of the characteristics of the electronic unit itself becomes difficult. The determination of a number of characteristics of the electronic unit (the range of measured angular velocities, the scale factor, the determination of parameters when exposed to vibrational loads, etc.) when using an optical unit requires expensive metrological equipment.

Целью настоящего изобретения является создание электронного устройства для тестирования электронного блока без использования оптического блока ВОГ.The aim of the present invention is to provide an electronic device for testing an electronic unit without using an optical VOG unit.

Указанная цель достигается тем, что устройство содержит два генератора электрического сигнала, содержащего каждый одинаковые постоянные составляющие сигнала, а также изменяющуюся по амплитуде первую переменную составляющую с первого генератора и также изменяющуюся по амплитуде вторую переменную составляющую со второго генератора, причем постоянная составляющая и амплитуды переменных составляющих имеют общий переменный сомножитель, далее сигналы с выхода генераторов раздельно поступают на один из двух входов первого и второго сумматоров, после чего сигналы с выходов сумматоров поступают на вход третьего сумматора, с выхода которого суммарный электрический сигнал поступает на вход электронного блока волоконно-оптического гироскопа, при этом на вторые входы первого и второго сумматоров поступают переменные сигналы с выхода третьего и четвертого генератора, которые являются противофазными сигналам, поступающим с выхода первого и второго генератора соответственно, причем амплитуда первого противофазного сигнала управляется величиной ступеньки пилообразного напряжения, вырабатываемого в электронном блоке для компенсации разности фаз Саньяка, а амплитуда второго противофазного сигнала управляется амплитудой пилообразного ступенчатого напряжения.This goal is achieved by the fact that the device contains two generators of an electric signal, each containing the same constant signal components, as well as a first variable component varying in amplitude from the first generator and a second variable component changing in amplitude from a second generator, moreover, the constant component and the amplitudes of the variable components have a common variable factor, then the signals from the output of the generators are separately fed to one of the two inputs of the first and second sums ators, after which the signals from the outputs of the adders are fed to the input of the third adder, from the output of which the total electrical signal is fed to the input of the electronic unit of the fiber-optic gyroscope, while the second inputs of the first and second adders receive variable signals from the outputs of the third and fourth generators, which are out-of-phase signals coming from the output of the first and second generator, respectively, and the amplitude of the first out-of-phase signal is controlled by the value of the ramp step maskers generated in the electronic unit to compensate for the Sagnac phase difference, and amplitude of the second amplitude controlled signal antiphase stepwise ramp voltage.

С помощью предлагаемого электронного устройства синтезируется аналог оптического сигнала оптического блока ВОГ со стабильными параметрами, поэтому с помощью этого устройства возможно с высокой степенью точности определение всех основных характеристик электронного блока ВОГ. Кроме этого, при использовании этого устройства значительно сокращается время тестирования электронных блоков при организации производства ВОГ, так как при определении всех необходимых характеристик электронного блока нет необходимости в использовании специального метрологического оборудования, которое должно использоваться при тестировании его с использованием оптического блока ВОГ.Using the proposed electronic device, an analogue of the optical signal of the VOG optical block with stable parameters is synthesized, therefore, using this device, it is possible to determine all the main characteristics of the VOG electronic block with a high degree of accuracy. In addition, when using this device, the testing time of electronic units is significantly reduced when organizing the production of FOG, since when determining all the necessary characteristics of the electronic unit, there is no need to use special metrological equipment, which should be used when testing it using the optical FOG unit.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На Фиг.1 представлена структурная схема волоконно-оптического гироскопа. На Фиг.2 показано формирование сигнала вращения волоконно-оптического гироскопа. На Фиг.3 представлено формирование сигнала рассогласования при изменении масштабного коэффициента волоконно-оптического гироскопа. На Фиг.4 представлены временные диаграммы сигналов вращения и рассогласования волоконно-оптического гироскопа. На Фиг.5 показана структура сигнала на выходе усилителя тока фотоприемника волоконно-оптического гироскопа. На Фиг.6 показано напряжение, формируемое генератором ступенчатого напряжения (ГСН) в электронном блоке волоконно-оптического гироскопа. На Фиг.7 представлена структурная схема устройства для тестирования электронного блока волоконно-оптического гироскопа.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 presents the structural diagram of a fiber optic gyroscope. Figure 2 shows the formation of the rotation signal of a fiber optic gyroscope. Figure 3 presents the formation of the error signal when changing the scale factor of the fiber optic gyroscope. Figure 4 presents the timing diagrams of the rotation signals and the mismatch of the fiber optic gyroscope. Figure 5 shows the structure of the signal at the output of the current amplifier of the photodetector of a fiber optic gyroscope. Figure 6 shows the voltage generated by the step voltage generator (GOS) in the electronic unit of the fiber-optic gyroscope. Figure 7 presents a structural diagram of a device for testing the electronic unit of a fiber optic gyroscope.

На Фиг.1 представлена структурная схема волоконно-оптического гироскопа. ВОГ содержит источник широкополосного излучения 1, волоконный разветвитель 2, интегрально-оптическую схему (ИОС) 3, волоконную чувствительную катушку 4, фотоприемник 5, усилитель тока фотоприемника 6, электронный блок обработки информации ВОГ 7. ИОС содержит в своем составе Y-разветвитель, канальные волноводы которого сформированы по протонно-обменной технологии в подложке из ниобата лития и в силу этого являются поляризующими. Кроме этого, на выходных плечах Y-разветвителя сформировано два фазовых модулятора с помощью нанесения на подложку по обе стороны от канальных волноводов металлических электродов. Электронный блок содержит в своем составе, кроме всего прочего, генератор напряжения фазовой модуляции (ГНФМ) 8 и генератор ступенчатого напряжения (ГСН) 9 пилообразной формы. Сигнал после усилителя тока фотоприемника поступает на вход электронного блока 10.Figure 1 presents the structural diagram of a fiber optic gyroscope. The VOG contains a broadband radiation source 1, a fiber splitter 2, an integrated optical circuit (IOS) 3, a fiber sensitive coil 4, a photodetector 5, a current amplifier of the photodetector 6, an electronic information processing unit VOG 7. The IOS contains a Y-splitter, channel whose waveguides are formed by proton-exchange technology in a substrate of lithium niobate and are therefore polarizing. In addition, two phase modulators are formed on the output arms of the Y-splitter by applying metal electrodes to the substrate on both sides of the channel waveguides. The electronic unit includes, among other things, a phase modulation voltage generator (GNFM) 8 and a step voltage generator (GOS) 9 of a sawtooth shape. The signal after the current amplifier of the photodetector is fed to the input of the electronic unit 10.

Генератор напряжения вспомогательной фазовой модуляции формирует напряжение 11 (Фиг.2), при подаче которого на фазовый модулятор ИОС между лучами кольцевого интерферометра ВОГ возникает разность фаз вида 12. Разность фаз принимает четыре значения, а именно ±(π-Δ) радиан и ±(π+Δ) радиан, Δ может принимать значения Δ=1/2n, где n=1, 2, 3… При возникновении вращения кольцевого интерферометра фазовая модуляция смещается относительно кривой косинуса 13 вправо или влево в зависимости от знака скорости вращения. В этом случае на фотоприемнике возникает сигнал вращения 14, который содержит постоянную составляющую и переменную составляющую. При изменении эффективности фазовых модуляторов ИОС амплитуда вспомогательной фазовой модуляции либо увеличивается при увеличении эффективности фазовых модуляторов, либо уменьшается при уменьшении эффективности фазовых модуляторов. В случае увеличения эффективности на фотоприемнике возникает сигнал рассогласования вида 15 (Фиг.3), который имеет постоянную составляющую, равную постоянной составляющей сигнала вращения и переменную составляющую на частоте, в два раза превышающей частоту сигнала вращения. На Фиг.4 представлены сигналы вращения и рассогласования после усилителя тока фотоприемника, которые имеют одинаковую постоянную составляющую Ucp и переменные составляющие с амплитудой сигнала вращения ΔU1/2 и амплитудой сигнала рассогласования ΔU2/2. Суммарный сигнал 16 на выходе усилителя фотоприемника представлен на Фиг.5.The auxiliary phase modulation voltage generator generates a voltage of 11 (FIG. 2), upon supply of which a phase difference of type 12 occurs between the beams of the FOG ring interferometer on the IOS phase modulator. The phase difference takes four values, namely, ± (π-Δ) radian and ± ( π + Δ) radian, Δ can take the values Δ = 1/2 n , where n = 1, 2, 3 ... When a ring interferometer rotates, the phase modulation shifts relative to the cosine curve 13 to the right or left, depending on the sign of the rotation speed. In this case, a rotation signal 14 appears on the photodetector, which contains a constant component and a variable component. With a change in the efficiency of the phase modulators of the IOS, the amplitude of the auxiliary phase modulation either increases with an increase in the efficiency of the phase modulators or decreases with a decrease in the efficiency of the phase modulators. In the case of an increase in efficiency at the photodetector, a mismatch signal of the form 15 appears (Fig. 3), which has a constant component equal to the constant component of the rotation signal and an alternating component at a frequency two times the frequency of the rotation signal. Figure 4 shows the signals after rotation and misalignment of the photodetector current amplifier, which have the same DC component U cp and variable components with rotation ΔU signal amplitude half an amplitude error signal ΔU 2/2. The total signal 16 at the output of the amplifier of the photodetector is presented in Fig.5.

На Фиг.6 показано ступенчатое пилообразное напряжение 17, которое формируется в электронном блоке ГСН. Пилообразное ступенчатое напряжение предназначено для компенсации разности фаз Саньяка в кольцевом интерферометре ВОГ. Длительность каждой ступеньки напряжения τ равна времени пробега лучей по световоду кольцевого интерферометра и потому такое напряжение при подаче его на фазовый модулятор ИОС вносит постоянный сдвиг разности фаз между лучами интерферометра. Постоянная разность фаз между лучами определяется величиной ступеньки напряжения ΔUст 18. Эта вносимая пилообразным ступенчатым напряжением разность фаз и используется для компенсации разности фаз Санька, вызванной вращением кольцевого интерферометра гироскопа. Код напряжения этой ступеньки таким образом является выходной информацией ВОГ. Для того чтобы не было нежелательных выбросов оптической мощности на фотоприемнике пилообразное напряжение периодически сбрасывается с максимального уровня Uп 19 до начального уровня, при этом изменение разности фаз при сбросе должно быть равно 2π радиан. При изменении эффективности фазового модулятора ИОС на фотоприемнике формируется сигнал рассогласования, который фиксирует то, что максимальное значение пилообразного напряжения при подаче на фазовый модулятор вносит между лучами разность фаз, отличную от 2π радиан. Путем изменения UП обнуляется сигнал рассогласования и в этом случае на фотоприемнике отсутствуют паразитные импульсы тока. В этом собственно и заключается принцип стабилизации масштабного коэффициента гироскопа [1]. Таким образом, первый контур обратной связи регулируется с помощью изменения ΔUст, а второй контур обратной связи регулируется изменением UП.Figure 6 shows a stepped sawtooth voltage 17, which is formed in the electronic block of the seeker. The sawtooth step voltage is designed to compensate for the Sagnac phase difference in the FOG ring interferometer. The duration of each voltage step τ is equal to the travel time of the rays along the optical fiber of the ring interferometer, and therefore such a voltage, when applied to the phase modulator of the IOS, introduces a constant shift of the phase difference between the rays of the interferometer. The constant phase difference between the beams is determined by the magnitude of the voltage step ΔU st 18. This phase difference introduced by the sawtooth step voltage is used to compensate for the Sanka phase difference caused by the rotation of the gyro ring interferometer. The voltage code of this step is thus FOG output. In order to avoid unwanted optical power emissions at the photodetector, the sawtooth voltage is periodically reset from the maximum level U p 19 to the initial level, while the change in phase difference during reset should be equal to 2π radians. When the efficiency of the IOS phase modulator changes, a mismatch signal is generated on the photodetector, which fixes the fact that the maximum value of the sawtooth voltage when applied to the phase modulator introduces a phase difference between the rays other than 2π radians. By changing U P, the mismatch signal is zeroed and in this case there are no spurious current pulses on the photodetector. This, in fact, is the principle of stabilization of the scale factor of the gyroscope [1]. Thus, the first feedback loop is controlled by changing ΔU st , and the second feedback loop is controlled by changing U P.

Для тестирования электронного блока волоконно-оптического гироскопа необходимо синтезировать с помощью электронных устройств электрический сигнал, повторяющий структуру сигнала на выходе усилителя тока фотоприемника кольцевого интерферометра ВОГ, а также обеспечить управление его параметрами с помощью параметров пилообразного ступенчатого напряжения, которое генерируется ГСН электронного блока гироскопа с целью компенсации разности фаз Саньяка в кольцевом интерферометре и стабилизации масштабного коэффициента ВОГ. Устройство также должно обеспечивать с помощью управления величиной ступеньки пилообразного напряжения ГСН ΔUст обнуление переменной составляющей сигнала вращения, а также обнуление переменной составляющей сигнала рассогласования с помощью специального устройства, управляемого амплитудой UП пилообразного ступенчатого напряжения ГСН. На Фиг.7 показана структурная схема устройства для тестирования электронного блока ВОГ. Устройство содержит первый генератор 20 - аналог сигнала вращения гироскопа, содержащего постоянную составляющую сигнала и переменную составляющую на частоте сигнала вращения гироскопа, второй генератор электрического сигнала 21 формирует аналог сигнала рассогласования гироскопа, содержащего постоянную составляющую и переменную составляющую на частоте сигнала рассогласования. Далее сигнал с выхода первого генератора поступает на один из двух входов первого сумматора сигналов 22, а сигнал с выхода второго генератора - на один из двух входов второго сумматора сигналов 23. Далее сигналы с выхода первого и второго сумматоров поступают на входы третьего сумматора 24, на выходе которого в результате присутствует и подается на вход электронного блока обработки информации 25 сигнал, совпадающий по своей структуре с сигналом на выходе усилителя тока фотоприемника кольцевого интерферометра ВОГ. Особенностью этого сигнала является еще и то, что его постоянная составляющая и амплитуды двух его переменных составляющих имеют один и тот же сомножитель, который может изменяться с помощью напряжения опорного источника. В этом случае сигнал можно представить в виде:To test the electronic unit of a fiber-optic gyroscope, it is necessary to synthesize an electric signal using electronic devices that repeats the signal structure at the output of the current amplifier of the photodetector of the FOG ring interferometer, and also to control its parameters using the sawtooth step voltage parameters generated by the GOS of the electronic gyroscope unit for the purpose compensation of the Sagnac phase difference in the ring interferometer; and stabilization of the FOG scale factor. The device should also provide, by controlling the magnitude of the step of the sawtooth voltage of the GSN ΔU st, zeroing the variable component of the rotation signal, as well as zeroing the variable component of the error signal using a special device controlled by the amplitude U P of the sawtooth step voltage of the GSN. 7 shows a structural diagram of a device for testing an electronic unit VOG. The device contains a first generator 20 - an analog of a gyroscope rotation signal containing a constant component of the signal and a variable component at the frequency of the gyroscope rotation signal, a second electric signal generator 21 generates an analog of a gyroscope error signal containing a constant component and a variable component at the frequency of the error signal. Next, the signal from the output of the first generator goes to one of the two inputs of the first adder of signals 22, and the signal from the output of the second generator goes to one of the two inputs of the second adder of signals 23. Next, the signals from the output of the first and second adders go to the inputs of the third adder 24, the output of which as a result is present and fed to the input of the electronic information processing unit 25, a signal that coincides in structure with the signal at the output of the current amplifier of the photodetector of the FOG ring interferometer. A feature of this signal is also that its constant component and the amplitudes of its two variable components have the same factor, which can be changed with the help of the voltage of the reference source. In this case, the signal can be represented as:

U=U0×[β±α1±α2],U = U 0 × [β ± α 1 ± α 2 ],

где U0 общий сомножитель;where U 0 is the common factor;

U0β=Ucp - постоянная составляющая сигнала;U 0 β = U cp is the constant component of the signal;

U0α1=ΔU1/2;U 0 α 1 = ΔU 1/2 ;

U0α2=ΔU2/2.U 0 α 2 2 = ΔU / 2.

Таким образом, при изменении напряжения опорного источника U0 постоянная составляющая синтезированного сигнала и амплитуды переменных составляющих синхронно изменяются. С помощью этой операции можно определять стабильность смещения нуля электронного блока при изменении интенсивности лучей в кольцевом интерферометре при постоянной угловой скорости и неизменности эффективности фазовых модуляторов ИОС, например, из-за увеличения потерь оптического излучения в оптических компонентах схемы при воздействии изменений температуры. Изменение интенсивности лучей также может происходить из-за вибрационных нагрузок, воздействия радиации, изменения выходной мощности источника излучения и т.д. Амплитуды переменных сигналов α1 и α2, помимо этого, должны иметь возможность изменения по величине для имитации угловых скоростей прибора и разных значений изменения эффективности фазовых модуляторов. С помощью этого могут быть измерены такие характеристики электронного блока, как величина зоны нечувствительности, диапазона измеряемых угловых скоростей, линейности выходных характеристик, стабильности масштабного коэффициента, возможного диапазона изменения эффективности фазовых модуляторов ИОС и т.д.Thus, when the voltage of the reference source U 0 changes, the constant component of the synthesized signal and the amplitudes of the variable components synchronously change. Using this operation, it is possible to determine the stability of the zero-point shift of the electronic unit when the intensity of the rays in the ring interferometer changes at a constant angular velocity and the efficiency of the phase modulators of the IOS remains constant, for example, due to an increase in the loss of optical radiation in the optical components of the circuit when exposed to temperature changes. A change in the intensity of the rays can also occur due to vibration loads, exposure to radiation, changes in the output power of the radiation source, etc. The amplitudes of the variable signals α 1 and α 2 , in addition, must be able to change in magnitude to simulate the angular velocity of the device and different values of the change in the efficiency of phase modulators. Using this, such characteristics of the electronic unit can be measured as the value of the deadband, the range of measured angular velocities, the linearity of the output characteristics, the stability of the scale factor, the possible range of the effectiveness of the phase modulators of the IOS, etc.

Для обеспечения контроля характеристик электронного блока в режиме замкнутой обратной связи по обнулению сигнала вращения и сигнала рассогласования устройство содержит третий генератор 26 переменного сигнала на частоте сигнала вращения для его компенсации, но сдвинутого по отношению к нему по фазе 180 градусов. Этот сигнал подается на второй вход сумматора 22 и его амплитуда может изменяться с помощью устройства 27. Устройство также содержит для компенсации сигнала рассогласования четвертый генератор 28 противофазного сигнала рассогласования, подаваемого на второй вход второго сумматора. Амплитуда этого сигнала может изменяться с помощью устройства 29. Электронная плата ВОГ содержит узел 30, на выходе которого присутствуют значения напряжений ΔUст и Uп для управления амплитудами противофазных сигналов сигналам вращения и рассогласования.To provide control of the characteristics of the electronic unit in closed-loop feedback mode to zero the rotation signal and the error signal, the device contains a third alternating signal generator 26 at the frequency of the rotation signal to compensate for it, but shifted 180 degrees in relation to it. This signal is supplied to the second input of the adder 22 and its amplitude can be changed using the device 27. The device also comprises a fourth generator 28 of the out-of-phase error signal supplied to the second input of the second adder to compensate for the mismatch signal. The amplitude of this signal can be changed using the device 29. The electronic VOG board contains a node 30, at the output of which there are voltage values ΔU st and U p for controlling the amplitudes of the out-of-phase signals to the rotation and error signals.

ЛитератураLiterature

[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.

Claims (1)

Устройство тестирования электронного блока волоконно-оптического гироскопа, содержащее блок формирования электрического сигнала, в состав которого входит постоянная составляющая электрического сигнала и его переменная часть, состоящая из суммы двух переменных сигналов, а также устройство, компенсирующее переменную составляющую электрического сигнала с помощью изменения напряжений одной ступеньки и полной амплитуды ступенчатого пилообразного напряжения, формируемого в электронном блоке волоконно-оптического гироскопа, отличающееся тем, что устройство содержит два генератора электрического сигнала, содержащего каждый одинаковые постоянные составляющие сигнала, а также изменяющуюся по амплитуде первую переменную составляющую с первого генератора и также изменяющуюся по амплитуде вторую переменную составляющую со второго генератора, причем постоянная составляющая и амплитуды переменных составляющих имеют общий переменный сомножитель, далее сигналы с выхода генераторов раздельно поступают на один из двух входов первого и второго сумматоров, после чего сигналы с выходов сумматоров поступают на вход третьего сумматора, с выхода которого суммарный электрический сигнал поступает на вход электронного блока волоконно-оптического гироскопа, при этом на вторые входы первого и второго сумматоров поступают переменные сигналы с выхода третьего и четвертого генераторов, которые являются противофазными сигналам, поступающим с выхода первого и второго генераторов соответственно, причем амплитуда первого противофазного сигнала управляется величиной ступеньки пилообразного напряжения, вырабатываемого в электронном блоке для компенсации разности фаз Саньяка, а амплитуда второго противофазного сигнала управляется амплитудой пилообразного ступенчатого напряжения. A device for testing the electronic unit of a fiber-optic gyroscope, containing an electric signal generating unit, which includes the constant component of the electric signal and its variable part, consisting of the sum of two variable signals, as well as a device that compensates for the variable component of the electric signal by changing the voltage of one step and the full amplitude of the step-like sawtooth voltage generated in the electronic unit of the fiber-optic gyroscope, characterized The device comprises two generators of an electric signal, each containing the same constant signal components, as well as a first variable component varying in amplitude from a first generator and a second variable component varying in amplitude from a second generator, moreover, the constant component and the amplitudes of the variable components have a common variable factor, then the signals from the output of the generators are separately fed to one of the two inputs of the first and second adders, after which the signal The outputs from the adders go to the input of the third adder, from the output of which the total electrical signal goes to the input of the electronic unit of the fiber-optic gyroscope, while the second inputs of the first and second adders receive alternating signals from the outputs of the third and fourth generators, which are out of phase signals, coming from the output of the first and second generators, respectively, and the amplitude of the first antiphase signal is controlled by the value of the ramp voltage step; th electronic unit to compensate for the Sagnac phase difference, and amplitude of the second amplitude controlled signal antiphase stepwise ramp voltage.
RU2011151333/28A 2011-12-16 2011-12-16 Apparatus for testing electronic unit of fibre-optic gyroscope RU2482450C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011151333/28A RU2482450C1 (en) 2011-12-16 2011-12-16 Apparatus for testing electronic unit of fibre-optic gyroscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011151333/28A RU2482450C1 (en) 2011-12-16 2011-12-16 Apparatus for testing electronic unit of fibre-optic gyroscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2482450C1 true RU2482450C1 (en) 2013-05-20

Family

ID=48789960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011151333/28A RU2482450C1 (en) 2011-12-16 2011-12-16 Apparatus for testing electronic unit of fibre-optic gyroscope

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2482450C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105823382A (en) * 2016-04-25 2016-08-03 中国人民解放军63908部队 Testing and simulating device for gyro of guided munition
CN112710332A (en) * 2020-12-21 2021-04-27 株洲菲斯罗克光电技术有限公司 Method and system for calibrating output power of optical fiber gyroscope
CN112710331A (en) * 2020-12-21 2021-04-27 株洲菲斯罗克光电技术有限公司 Optical fiber gyroscope initialization calibration method and system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993020408A1 (en) * 1991-02-22 1993-10-14 Honeywell Inc. Determining optical signal transit delay time in an optical interferometer
EP0760463A2 (en) * 1995-08-28 1997-03-05 Litton Systems, Inc. Fiber Optic gyro
RU2152001C1 (en) * 1999-03-10 2000-06-27 Логозинский Валерий Николаевич Fiber-optical gyroscope
RU2160885C1 (en) * 1999-11-02 2000-12-20 Открытое акционерное общество Пермская научно-производственная приборостроительная компания Method of stabilization of scale factor of fiber-optical gyroscope
CN101216323A (en) * 2008-01-14 2008-07-09 浙江大学 Method for improving open cycle digital optical fiber gyroscope scale factor linearity
CN101975584A (en) * 2010-09-03 2011-02-16 北京航空航天大学 Open loop measuring method applicable to detection circuit system error of interference optical fiber gyroscope

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993020408A1 (en) * 1991-02-22 1993-10-14 Honeywell Inc. Determining optical signal transit delay time in an optical interferometer
EP0760463A2 (en) * 1995-08-28 1997-03-05 Litton Systems, Inc. Fiber Optic gyro
RU2152001C1 (en) * 1999-03-10 2000-06-27 Логозинский Валерий Николаевич Fiber-optical gyroscope
RU2160885C1 (en) * 1999-11-02 2000-12-20 Открытое акционерное общество Пермская научно-производственная приборостроительная компания Method of stabilization of scale factor of fiber-optical gyroscope
CN101216323A (en) * 2008-01-14 2008-07-09 浙江大学 Method for improving open cycle digital optical fiber gyroscope scale factor linearity
CN101975584A (en) * 2010-09-03 2011-02-16 北京航空航天大学 Open loop measuring method applicable to detection circuit system error of interference optical fiber gyroscope

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G.A.PAVLATH. Closed-loop fiber optic gyros. SPIE, v.2837, 1996, p.46-60. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105823382A (en) * 2016-04-25 2016-08-03 中国人民解放军63908部队 Testing and simulating device for gyro of guided munition
CN105823382B (en) * 2016-04-25 2018-01-16 中国人民解放军63908部队 A kind of guided munition gyroscope test emulation device
CN112710332A (en) * 2020-12-21 2021-04-27 株洲菲斯罗克光电技术有限公司 Method and system for calibrating output power of optical fiber gyroscope
CN112710331A (en) * 2020-12-21 2021-04-27 株洲菲斯罗克光电技术有限公司 Optical fiber gyroscope initialization calibration method and system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5362180B2 (en) Asynchronous demodulation of fiber optic gyroscope
RU2482450C1 (en) Apparatus for testing electronic unit of fibre-optic gyroscope
RU2512599C1 (en) Method of improving accuracy of closed-loop fibre-optic gyroscope
JP6335398B2 (en) Phase modulator and fiber optic gyroscope for fiber optic gyroscope controlled in a zero-average manner
JP2724915B2 (en) Interferometer signal analysis with modulation switching
RU2343417C1 (en) Method of low-frequency phase modulation for stabilisation of scale factor of fibre gyroscope
RU2500989C2 (en) Electronic unit for fibre-optic gyroscope
RU2620933C1 (en) Fiber optic gyroscope with a large dynamic range of measurement of angular speeds
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
Chen et al. A phase modulation method for improving the scale factor stability of fiber-optic gyroscope
RU2441202C2 (en) Method for eliminating dead zones in fibre-optic gyroscope
RU2246097C2 (en) Method of phase modulation in ringular interferometer of fiber-optic gyro
RU2512598C1 (en) Method of reducing precision readiness time of fibre-optic gyroscope
WO1993020408A1 (en) Determining optical signal transit delay time in an optical interferometer
RU2627020C1 (en) Method for improving accuracy of fiber-optic gyroscopes under vibration influence
US5202747A (en) Fiber optic gyroscope with wide dynamic range analog phase tracker
RU2523759C1 (en) Angular velocity range extension for open-circuit fibre-optic gyro
RU2472111C1 (en) Method of eliminating dead band in fiber optical gyro
JP3266318B2 (en) Optical fiber measuring device, gyrometer, central unit for navigation and stabilization
RU2160885C1 (en) Method of stabilization of scale factor of fiber-optical gyroscope
RU2160886C1 (en) Procedure of processing of information of fiber-optical gyroscope
RU2626019C1 (en) Method of improving accuracy of fibre-optic gyroscope with closed loop
Korkishko et al. High-precision fiber optical gyro with extended dynamical range
RU2734999C1 (en) Fiber-optic gyroscope photodetector current stabilization device

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20200826