RU2523759C1 - Angular velocity range extension for open-circuit fibre-optic gyro - Google Patents
Angular velocity range extension for open-circuit fibre-optic gyro Download PDFInfo
- Publication number
- RU2523759C1 RU2523759C1 RU2012156296/28A RU2012156296A RU2523759C1 RU 2523759 C1 RU2523759 C1 RU 2523759C1 RU 2012156296/28 A RU2012156296/28 A RU 2012156296/28A RU 2012156296 A RU2012156296 A RU 2012156296A RU 2523759 C1 RU2523759 C1 RU 2523759C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radians
- phase difference
- signal
- rad
- ring interferometer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
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 волоконный кольцевой интерферометр (ВКИ) и электронный блок обработки информации. ВКИ 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. На выходных канальных волноводах располагается фазовый модулятор оптических лучей, проходящих по канальным волноводам. Фазовый модулятор представляет собой металлические электроды, нанесенные по обе стороны канальных волноводов. При подаче на электроды электрического напряжения за счет электрооптического эффекта в материале канальных волноводов изменяется показатель преломления, что приводит к эффекту фазовой модуляции оптических лучей, распространяющихся по канальным волноводам. К выходным волноводам Y-делителя пристыкованы концы световодов чувствительной катушки гироскопа.The fiber optic gyroscope (hereinafter referred to as FOG) contains a fiber ring interferometer (FRI) and an electronic information processing unit. The FRI contains a source of optical radiation, a fiber divider of radiation power, 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. On the output channel waveguides is a phase modulator of optical rays passing through the channel waveguides. The phase modulator is a metal electrode deposited on both sides of the channel waveguides. When an electric voltage is applied to the electrodes due to the electro-optical effect in the material of the channel waveguides, the refractive index changes, which leads to the effect of phase modulation of the optical rays propagating along the channel waveguides. The ends of the optical fibers of the sensitive gyro coil are docked to the output waveguides of the Y-divider.
На фотоприемнике ВКИ 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 FRI photodetector, 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:
Фс=[4πRL/λc]×Ω,F c = [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 мощность оптического излучения можно представить в виде:Thus, the optical radiation power at the photodetector can be represented as:
Рф=½Р0(1+cosФс),P f = ½P 0 (1 + cos Φ 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 равно времени пробега световых лучей по световоду чувствительной катушки ВКИ и 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 delay is equal to the travel time of light rays along the light guide of the FRI sensitive coil and is:
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:
Iф=½Poηф(1+cosθмсosθc+sinθм+sinФc),I f = ½P o η f (1 + cosθ m sosθ c + sinθ m + sinF c ),
ηф - токовая /чувствительность фотоприемника,η f - current / sensitivity of the photodetector,
θм - амплитуда вспомогательной фазовой модуляции.θ m is the amplitude of the auxiliary phase modulation.
Далее сигнал с фотоприемника поступает на вход усилителя тока фотоприемника, на выходе которого присутствует напряжение, пропорциональное величине:Next, the signal from the photodetector is fed to the input of the photodetector current amplifier, at the output of which there is a voltage proportional to:
U=½РоηфRH(1+cosθмcosθc+sinθмsinФc),U = ½P о η f R H (1 + cosθ m cosθ c + sinθ m sinФ c ),
где RH - сопротивление нагрузки усилителя тока фотоприемника.where R H is the load resistance of the current amplifier of the photodetector.
После подачи на фазовый модулятор напряжения в виде последовательности импульсов, следующих с частотой 1/2τ и с амплитудами, вносящими разность фаз лучей (π-Δ) и (π+Δ) радиан, напряжение на выходе усилителя тока фотоприемника можно представить в виде [1]:After applying voltage to the phase modulator in the form of a sequence of pulses following with a frequency of 1 / 2τ and with amplitudes introducing the phase difference of the rays (π-Δ) and (π + Δ) radians, the voltage at the output of the photodetector current amplifier can be represented as [1 ]:
U=½РоηфRн(1-cosΔcosФc±sinΔsinФc).U = ½P about η f R n (1-cosΔcos c c ± sinΔsin c c ).
Далее напряжение поступает на один из двух входов дифференциального усилителя [2]. Напряжение с выхода дифференциального усилителя поступает на вход АЦП и далее в цифровую часть схемы электронного блока. Цифровая часть схемы выполняется либо на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС), либо на основе микропроцессора. В цифровой части схемы с помощью синхронного детектирования выделяется сигнал вращения, а также постоянная составляющая общего сигнала, которые подаются на вход схемы деления сигналов и при Δ=π/2 радиан на ее выходе формируется сигнал вида:Further, the voltage is supplied to one of the two inputs of the differential amplifier [2]. The voltage from the output of the differential amplifier is fed to the input of the ADC and then to the digital part of the circuit of the electronic unit. The digital part of the circuit is performed either on a programmable logic integrated circuit (FPGA) or on the basis of a microprocessor. Using the synchronous detection, the rotation signal is isolated in the digital part of the circuit, as well as the constant component of the common signal, which are fed to the input of the signal division circuit and when Δ = π / 2 radians, a signal of the form is formed at its output:
Uд=2tg(π/4+δΔ)×sinФc,U d = 2tg (π / 4 + δΔ) × sinФ c ,
где δΔ - нестабильность амплитуды фазовой модуляции.where δΔ is the instability of the amplitude of the phase modulation.
Из выражения для напряжения на выходе схемы деления сигналов следует, что масштабный коэффициент ВОГ с открытым контуром уже не зависит от колебаний амплитуды сигнала вращения, но зависимость от нестабильности амплитуды фазовой модуляции (π-Δ) и (π+Δ) радиан осталась.It follows from the expression for the voltage at the output of the signal division circuit that the open-loop FOG coefficient does not depend on fluctuations in the amplitude of the rotation signal, but the dependence on the instability of the phase modulation amplitude (π-Δ) and (π + Δ) radians remains.
Для стабилизации амплитуды вспомогательной фазовой модуляции используется контур обратной связи, в состав которого входит третий синхронный детектор для выделения сигнала рассогласования, который формируется на фотоприемнике при изменении эффективности фазовых модуляторов. Сигнал с выхода этого синхронного детектора поступает на вход регулятора амплитуды напряжения вспомогательной фазовой модуляции (ВФМ), который изменяет напряжение таким образом, что на выходе синхронного детектора сигнал поддерживается равным нулю. Это означает, что амплитуда ВФМ стабильна и в этом случае на выходе синхронного детектора сигнала вращения сигнал приобретает вид:To stabilize the amplitude of the auxiliary phase modulation, a feedback loop is used, which includes a third synchronous detector to isolate the error signal, which is formed on the photodetector when the efficiency of the phase modulators changes. The signal from the output of this synchronous detector is fed to the input of the voltage amplitude regulator of the auxiliary phase modulation (VFM), which changes the voltage so that the signal at the output of the synchronous detector is kept equal to zero. This means that the amplitude of the WFM is stable, and in this case, at the output of the synchronous detector of the rotation signal, the signal takes the form:
Uд=2×sinФс.U d = 2 × sinF s .
Недостатком известной схемы обработки информации ВОГ с открытым контуром является небольшой диапазон измерения угловых скоростей. При разности фаз Саньяка больше π/4 радиан чувствительность ВОГ начинает падать, и при разности фаз, равной π/2 радиан, она становится равной нулю.A disadvantage of the known open-loop VOG information processing scheme is the small measurement range of angular velocities. When the Sagnac phase difference is greater than π / 4 radians, the FOG sensitivity begins to fall, and when the phase difference is π / 2 radians, it becomes equal to zero.
Целью настоящего изобретения является расширения диапазона измерения угловых скоростей.The aim of the present invention is to expand the range of measurement of angular velocities.
Указанная цель достигается тем, что для измерения угловых скоростей при изменении разности фаз Саньяка в диапазонах ±[(0÷π/4)] радиан; ±[(3π/4+2πn)÷(5π/4+2πn)] радиан; ±[(7π/4+2πn)÷(9π/4+2πn)] радиан, где n=0, 1, 2, 3, …, используют модуляцию разности фаз лучей кольцевого интерферометра в виде периодической последовательности прямоугольных импульсов с амплитудами ±π/2 радиан и ±3π/2 радиан, а для измерения угловых скоростей при изменении разности фаз Саньяка в диапазонах ±[(π/4+2πn)÷(3π/4+2πn)] радиан; ±[(5π/4+2πn)÷(7π/4+2πn)] радиан; используют модуляцию разности фаз лучей кольцевого интерферометра в виде периодической последовательности прямоугольных импульсов с амплитудами 0 радиан и ±π радиан.This goal is achieved by the fact that for measuring angular velocities when changing the Sagnac phase difference in the ranges ± [(0 ÷ π / 4)] radians; ± [(3π / 4 + 2πn) ÷ (5π / 4 + 2πn)] radians; ± [(7π / 4 + 2πn) ÷ (9π / 4 + 2πn)] radians, where n = 0, 1, 2, 3, ..., use the phase difference modulation of the rays of the ring interferometer in the form of a periodic sequence of rectangular pulses with amplitudes ± π / 2 radians and ± 3π / 2 radians, and for measuring angular velocities when changing the Sagnac phase difference in the ranges ± [(π / 4 + 2πn) ÷ (3π / 4 + 2πn)] radians; ± [(5π / 4 + 2πn) ÷ (7π / 4 + 2πn)] radians; they use modulation of the phase difference of the rays of the ring interferometer in the form of a periodic sequence of rectangular pulses with amplitudes of 0 radians and ± π radians.
Расширение диапазона измерения угловых скоростей достигается за счет использования двух видов ВФМ с разными амплитудами, что позволяет проводить измерения угловых скоростей в широком диапазоне изменения разности фаз Саньяка без потери чувствительности ВОГ.The extension of the range of measurement of angular velocities is achieved through the use of two types of WFM with different amplitudes, which allows measurements of angular velocities in a wide range of changes in the Sagnac phase difference without loss of FOG sensitivity.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На Фиг.1 показана структурная схема ВОГ с открытым контуром. На Фиг.2 показаны виды выходной характеристики ВОГ с открытым контуром в разных поддиапазонах изменения разности фаз Саньяка. На Фиг.3 показано напряжение ВФМ и закон изменения разности фаз лучей кольцевого волоконного интерферометра ВОГ при использовании первого вида ВФМ. На Фиг.4 показано формирование сигнала вращения ВОГ при использовании первого вида ВФМ. На Фиг.5 показано формирование сигнала рассогласования ВОГ при использовании первого вида ВФМ. На Фиг.6 показана структура общего сигнала на выходе усилителя тока фотоприемника ВОГ при использовании первого вида ВФМ. На Фиг.7 показано напряжение и разность фаз оптических лучей кольцевого волоконного интерферометра ВОГ при использовании второго вида ВФМ. На Фиг.8 показано формирование сигнала вращения ВОГ при использовании второго вида ВФМ. На Фиг.9 показано формирование сигнала рассогласования ВОГ при использовании второго вида ВФМ. На Фиг.10 показана структура общего сигнала на выходе усилителя тока фотоприемника ВОГ при использовании второго вида ВФМ.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the structural diagram of the VOG with an open circuit. Figure 2 shows the types of output characteristics of the VOG with an open circuit in different sub-ranges of the Sagnac phase difference. Figure 3 shows the voltage of the WFM and the law of the change in the phase difference of the rays of the FOG ring fiber interferometer when using the first type of WFM. Figure 4 shows the formation of the rotation signal of the VOG when using the first type of VFM. Figure 5 shows the formation of the VOG mismatch signal when using the first type of VFM. Figure 6 shows the structure of the common signal at the output of the current amplifier of the VOG photodetector when using the first type of VFM. Figure 7 shows the voltage and phase difference of the optical beams of the FOG ring fiber interferometer when using the second type of VFM. On Fig shows the formation of the rotation signal of the VOG when using the second type of WFM. Figure 9 shows the formation of the VOG mismatch signal when using the second type of VFM. Figure 10 shows the structure of the common signal at the output of the current amplifier of the VOG photodetector when using the second type of VFM.
На Фиг.1 показана структурная схема ВОГ с открытым контуром. Излучение от источника света 1 с малой длиной когерентности, например эрбиевого волоконного суперлюминесцентного источника (ЭВСИ), поступает на вход волоконного делителя 2 оптического излучения. В качестве волоконного делителя может использоваться трехпортовый волоконный разветвитель излучения или волоконный циркулятор. Далее излучение с выхода делителя излучения поступает на вход интегральной оптической схемы (ИОС) 3. ИОС выполняется на подложке ниобата лития, обладающего электрооптическим эффектом. В подложке сформирован по протонно-обменной технологии Y-разветвитель оптического излучения. Канальные волноводы Y-разветвителя обладают поляризующим эффектом. На выходных плечах Y-разветвителя с помощью нанесения по обе стороны от канальных волноводов металлических электродов сформирован фазовый модулятор. Выходные волноводы Y-разветвителя пристыкованы с помощью клеевых соединений к двум концам световода чувствительной катушки 4 ВОГ. Таким образом, луч света от ЭВСИ проходит волоконный делитель излучения и поступает на вход Y-делителя ИОС. Y-делитель делит оптический луч на два луча, которые проходят световод чувствительной катушки ВОГ в двух взаимопротивоположных направлениях, затем эти два луча объединяются Y-разветвителем ИОС и, пройдя волоконный делитель, попадают на площадку фотоприемника 5, где и образуют интерференционную картину лучей, прошедших чувствительную катушку по и против часовой стрелки. Выход фотоприемника соединен с входом усилителя тока фотоприемника 6, далее напряжение с выхода усилителя тока фотоприемника поступает на один из двух входов дифференциального усилителя 7. Напряжение с выхода дифференциального усилителя поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 8. Сигнал с АЦП поступает на вход цифровой платы обработки информации 9. Сигнал с выхода АЦП поступает на входы синхронных детекторов 10, 11, которые выделяют амплитуду сигнала вращения и постоянную составляющую сигнала соответственно. Сигнал с выхода синхронного детектора по выделению постоянной составляющей сигнала поступает на вход схемы 12 с коэффициентом передачи 1/(1-α), где α<1. Далее сигнал с выхода схемы с коэффициентом передачи 1/(1-α) поступает на вход схемы с коэффициентом передачи 1/G 13, где G коэффициент усиления дифференциального усилителя. Сигнал с выхода этой схемы через цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 14 поступает на делитель электрического напряжения 15 с коэффициентом передачи а и далее на второй вход дифференциального усилителя. Таким образом, на выходе дифференциального усилителя присутствует сигнал вида:Figure 1 shows the structural diagram of the VOG with an open circuit. Radiation from a
Uду=½РоηфRнG×[(1-cosΔcosФc)×(1-α)±sinΔsinФc].U du = ½P about η f R n G × [(1-cosΔcos Φ c ) × (1-α) ± sinΔsin Φ c ].
Таким образом, при α<1 через дифференциальный усилитель проходит только часть постоянной составляющей общего сигнала на фотоприемнике.Thus, for α <1, only a part of the constant component of the common signal at the photodetector passes through the differential amplifier.
Далее сигнал с выхода схемы с коэффициентом передачи 1/(1-α) поступает на вход схемы деления 16. На входе схемы деления сигнал имеет следующий вид:Next, the signal from the output of the circuit with the
Uconst=½РоηфRнG×[(1-cosΔcosФc).U const = ½P о η f R n G × [(1-cosΔcos Φ c ).
На второй вход схемы деления поступает также сигнал с выхода синхронного детектора сигнала вращения. На выходе синхронного детектора сигнала вращения присутствует сигнал вида:The second input of the division circuit also receives a signal from the output of the synchronous detector of the rotation signal. At the output of the synchronous rotation signal detector there is a signal of the form:
UΩ=РоηфRнG×(sinΔsinФc).U Ω = P o η f R n G × (sinΔsin Ф c ).
Таким образом, сигнал на выходе схемы деления можно представить в виде:Thus, the signal at the output of the division circuit can be represented as:
Uвых=[2sinΔ/(1+cosΔcosФc)×sinФc.U o out = [2sinΔ / (1 + cosΔcos Ф c ) × sin Ф c .
Для исключения влияния на масштабный коэффициент ВОГ с открытым контуром угловой скорости вращения выбирается Δ=π/2 радиан, и тогда сигнал на выходе схемы деления можно представить:To exclude the influence of the angular velocity of rotation on the FOG scale factor with an open loop, Δ = π / 2 radians is selected, and then the signal at the output of the division circuit can be represented:
Uвых=2ctg(Δ/2)×sinФc.U O = 2ctg (Δ / 2) × sinF c.
Из приведенного соотношения для выходного сигнала ВОГ с открытым контуром следует, что его масштабный коэффициент зависит от стабильности амплитуды ВФМ. Нестабильность амплитуды ВФМ в основном определяется нестабильностью эффективности фазовых модуляторов ИОС (нестабильностью их полуволнового напряжения). Для обеспечения стабильности ВФМ в цифровой части схемы организуется замкнутый контур обратной связи. С этой целью используется третий синхронный детектор 17 по выделению сигнала рассогласования [1]. Сигнал рассогласования появляется в структуре общего сигнала при изменении эффективности фазовых модуляторов ИОС. После синхронного детектора сигнала рассогласования поступает на регулятор 18, который управляет амплитудой импульсов напряжения ВФМ, вырабатываемых генератором 19. Напряжение ВФМ через ЦАП 20 и операционный масштабирующий усилитель 21 поступает на электроды фазовых модуляторов ИОС. Регулятор управляет амплитудой импульсов напряжения таким образом, чтобы поддерживать сигнал на выходе детектора сигнала рассогласования равным нулю. В этом случае для сигнала на выходе схемы деления сигналов можно записать:It follows from the above relation for the VOG output signal with an open circuit that its scale factor depends on the stability of the amplitude of the WFM. The instability of the amplitude of the WFM is mainly determined by the instability of the effectiveness of the phase modulators of the IOS (instability of their half-wave voltage). To ensure the stability of the WFM in the digital part of the circuit, a closed feedback loop is organized. For this purpose, a third synchronous detector 17 is used to extract the error signal [1]. The mismatch signal appears in the structure of the general signal when the efficiency of the phase modulators of the IOS changes. After the synchronous detector, the error signal is supplied to the regulator 18, which controls the amplitude of the voltage pulses of the WFM generated by the generator 19. The voltage of the WFM through the DAC 20 and the operational scaling amplifier 21 is supplied to the electrodes of the phase-modulated IOS. The regulator controls the amplitude of the voltage pulses in such a way as to keep the signal at the output of the detector of the error signal equal to zero. In this case, for the signal at the output of the signal division circuit, you can write:
Uвых=2×sinФc.U out = 2 × sinF c.
Таким образом, масштабный коэффициент ВОГ с открытым контуром не зависит ни от изменения амплитуды сигнала вращения, ни от нестабильности эффективности фазовых модуляторов ИОС.Thus, the FOG scale factor with an open circuit does not depend on a change in the amplitude of the rotation signal, or on the instability of the efficiency of phase modulators of IOS.
Функция sin имеет максимальную производную в диапазоне изменения разности фаз Саньяка в диапазоне ±π/4 радиан, а значит, и максимальную чувствительность к угловой скорости. При дальнейшем увеличении разности фаз Саньяка чувствительность ВОГ с открытым контуром начинает падать и при ±π/2 радиан вообще становится равной нулю. На Фиг.2 показан вид выходной характеристики ВОГ с открытым контуром в разных поддиапазонах изменения разности фаз Саньяка, а именно кривые sin 22 и cos 23. Видно, что, когда кривая sin имеет нулевую чувствительность к угловой скорости, кривая же cos, напротив, имеет максимальную чувствительность к угловой скорости и наоборот. Таким образом, для обеспечения максимальной чувствительности ВОГ с открытым контуром к угловой скорости необходимо в поддиапазонах изменения разности фаз Саньяка 24-25; 26-27; 28-29, а также в поддиапазонах 24-30; 31-32; 33-34; использовать для измерения угловой скорости функцию sin. Измеряемую разность фаз Санька в этом случае можно представить в виде ±[(0÷π/4)] радиан; ±[(3π/4+2πn)÷(5π/4+2πn)] радиан; ±[(7π/4+2πn)÷(9π/4+2πn)] радиан, где n=0, 1, 2, 3. В оставшихся поддиапазонах изменения разности фаз Саньяка необходимо использовать для измерения угловой скорости функцию cos для обеспечения максимальной чувствительности ВОГ. Измеряемую разность фаз Саньяка в этом случае можно выразить следующим образом, ±[(π/4+2πn)÷(3π/4+2πn)] радиан; ±[(5π/4+2πn)÷(7π/4+2πn)] радиан.The sin function has the maximum derivative in the range of the Sagnac phase difference in the range ± π / 4 radians, and hence the maximum sensitivity to angular velocity. With a further increase in the Sagnac phase difference, the sensitivity of the open-loop FOG begins to decrease, and at ± π / 2 the radian generally becomes equal to zero. Figure 2 shows a view of the FOG output characteristic with an open circuit in different subranges of the Sagnac phase difference, namely, the sin 22 and cos 23 curves. It can be seen that when the sin curve has zero sensitivity to angular velocity, the cos curve, on the contrary, has maximum sensitivity to angular velocity and vice versa. Thus, to ensure maximum sensitivity of the open-loop VOG to angular velocity, it is necessary in the subranges of the Sagnac phase difference to vary 24-25; 26-27; 28-29, as well as in subbands 24-30; 31-32; 33-34; use the sin function to measure angular velocity. The measured Sanka phase difference in this case can be represented as ± [(0 ÷ π / 4)] radian; ± [(3π / 4 + 2πn) ÷ (5π / 4 + 2πn)] radians; ± [(7π / 4 + 2πn) ÷ (9π / 4 + 2πn)] radians, where n = 0, 1, 2, 3. In the remaining sub-ranges of the Sagnac phase difference, it is necessary to use the cos function to measure the angular velocity to ensure maximum sensitivity VOG. The measured Sagnac phase difference in this case can be expressed as follows, ± [(π / 4 + 2πn) ÷ (3π / 4 + 2πn)] radians; ± [(5π / 4 + 2πn) ÷ (7π / 4 + 2πn)] rad.
Для использования в разных поддиапазонах измерения угловой скорости функций sin и cos используется два вида ВФМ. На Фиг.3 показано напряжение 35 ВФМ первого вида и соответствующее ему изменение разности фаз лучей кольцевого интерферометра 36. При Δ=π/2 радиан разность фаз лучей кольцевого интерферометра представляет собой импульсную последовательность с амплитудой импульсов разности фаз ±π/2 радиан и ±3π/2 радиан. На Фиг.4 представлено формирование сигнала вращения при использовании ВФМ первого вида. На фигуре показано изменение разности фаз Саньяка в диапазоне ±π/4 радиан. При наложении разности фаз, определяемой ВФМ на кривую 37 и при ненулевой угловой скорости (смещение разности фаз ВФМ при ненулевой угловой скорости показано пунктирной линией 38), на фотоприемнике ВОГ присутствует сигнал вращения 39.For use in different subranges for measuring the angular velocity of the sin and cos functions, two types of WFM are used. Figure 3 shows the
На Фиг.5 показано формирование сигнала вращения при использовании первого вида ВФМ. Пунктирной линией 40 показано изменение амплитуды ВФМ при увеличении эффективности фазовых модуляторов ИОС, при этом на фотоприемнике образуется сигнал рассогласования вида 41. На Фиг.6 показана структура общего сигнала на фотоприемнике при использовании первого вида ВФМ. Общий сигнал содержит сигнал вращения на частоте 6/τ, где τ - время пробега оптических лучей по световоду чувствительной катушки, сигнал рассогласования на частоте 3/τ, и постоянную составляющую 42. При использовании первого вида ВФМ сигнал на выходе синхронного детектора сигнала вращения можно представить в виде:Figure 5 shows the formation of the rotation signal when using the first type of VFM. The dashed
На Фиг.7 показано напряжение 43 второго вида ВФМ и соответствующее ему изменение разности фаз лучей кольцевого интерферометра 44. Разность фаз лучей кольцевого интерферометра содержит импульсы, каждый длительностью, кратной τ, и имеющих амплитуду 0 радиан и ±π радиан. На Фиг.8 показано формирование сигнала вращения в диапазоне измерения разности фаз Саньяка от π/4 радиан до 3π/4 радиан при использовании второго вида ВФМ. Пунктирной линией 45 показано смещение разности фаз ВФМ при увеличении угловой скорости, в результате чего на фотоприемнике образуется сигнал вращения 46. На Фиг.9 показано формирование сигнала рассогласования при использовании ВФМ второго вида. Пунктирной линией 47 показано увеличение амплитуды импульсов разности фаз ВФМ при увеличении эффективности фазовых модуляторов ИОС, в результате чего на фотоприемнике образуется сигнал вида 48. На Фиг.10 показана структура общего сигнала 49 на выходе усилителя тока фотоприемника ВОГ при использовании второго вида ВФМ. Сигнал содержит сигнал вращения на частоте 1/4τ, и сигнал рассогласования на частоте 1/2τ и постоянную составляющую Uп 50. Сигнал на выходе схемы деления в случае использования второго вида ВФМ можно представить в виде:7 shows the
. .
Вид выходной характеристики ВОГ с открытым контуром и способы ее линеаризации рассмотрены в работе [3].The type of the FOG output characteristic with an open circuit and the methods of its linearization are considered in [3].
ЛитератураLiterature
1. A.M.Курбатов, Р.А.Курбатов. «Пути повышения точности волоконно-оптических гироскопов». «Гироскопия и Навигация». УДК 531.383 №1 (76). 2012, стр.102-121.1. A.M. Kurbatov, R.A. Kurbatov. "Ways to improve the accuracy of fiber optic gyroscopes." "Gyroscopy and Navigation." UDC 531.383 No. 1 (76). 2012, pp. 102-121.
2. A.M.Курбатов, Р.А.Курбатов. «Электронная схема первичной обработки сигнала фотоприемника волоконно-оптического гироскопа», заявка №2011132181, приоритет от 29.07.2011 г.2. A.M. Kurbatov, R.A. Kurbatov. “Electronic circuit of the primary signal processing of the photodetector of a fiber-optic gyroscope”, application No. 20111132181, priority from 07.29.2011
3. N.J.Frigo. "A constant accuracy, high dynamic range fiber optic gyroscope". Proc. SPIE, v.719, p.155, 1986.3. N.J. Frigo. "A constant accuracy, high dynamic range fiber optic gyroscope." Proc. SPIE, v. 719, p. 155, 1986.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012156296/28A RU2523759C1 (en) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | Angular velocity range extension for open-circuit fibre-optic gyro |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012156296/28A RU2523759C1 (en) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | Angular velocity range extension for open-circuit fibre-optic gyro |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012156296A RU2012156296A (en) | 2014-06-27 |
RU2523759C1 true RU2523759C1 (en) | 2014-07-20 |
Family
ID=51216118
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012156296/28A RU2523759C1 (en) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | Angular velocity range extension for open-circuit fibre-optic gyro |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2523759C1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2627020C1 (en) * | 2016-08-25 | 2017-08-02 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" | Method for improving accuracy of fiber-optic gyroscopes under vibration influence |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6429939B1 (en) * | 2000-07-13 | 2002-08-06 | Kvh Industries, Inc. | DSP signal processing for open loop fiber optic sensors |
US6445455B1 (en) * | 2000-05-23 | 2002-09-03 | Northrop Grumman Corporation | Phase and intensity modulated IFOG |
RU2198380C2 (en) * | 2001-01-15 | 2003-02-10 | Открытое акционерное общество Пермская научно-производственная приборостроительная компания | Method of phase modulation in fiber-optical gyroscope with closed circuit |
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 |
RU2441202C2 (en) * | 2009-10-16 | 2012-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" | Method for eliminating dead zones in fibre-optic gyroscope |
-
2012
- 2012-12-25 RU RU2012156296/28A patent/RU2523759C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6445455B1 (en) * | 2000-05-23 | 2002-09-03 | Northrop Grumman Corporation | Phase and intensity modulated IFOG |
US6429939B1 (en) * | 2000-07-13 | 2002-08-06 | Kvh Industries, Inc. | DSP signal processing for open loop fiber optic sensors |
RU2198380C2 (en) * | 2001-01-15 | 2003-02-10 | Открытое акционерное общество Пермская научно-производственная приборостроительная компания | Method of phase modulation in fiber-optical gyroscope with closed circuit |
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 |
RU2441202C2 (en) * | 2009-10-16 | 2012-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" | Method for eliminating dead zones in fibre-optic gyroscope |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012156296A (en) | 2014-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5362180B2 (en) | Asynchronous demodulation of fiber optic gyroscope | |
EP0532679B1 (en) | Modulation frequency control in a fiber optic rotation sensor | |
WO2021135171A1 (en) | Multi-phase modulation and demodulation-based fiber-optic gyroscope multi-closed-loop method | |
JP4130730B2 (en) | Fiber optic gyroscope | |
RU2444704C1 (en) | Fibre-optic gyroscope | |
US5018859A (en) | Fiber optic gyroscope balanced plural serrodyne modulators phase difference control | |
JP2724915B2 (en) | Interferometer signal analysis with modulation switching | |
US4874244A (en) | Method and apparatus for increasing the unambiguous sensing range in an interferometric fiber gyroscope | |
RU2512599C1 (en) | Method of improving accuracy of closed-loop fibre-optic gyroscope | |
RU2523759C1 (en) | Angular velocity range extension for open-circuit fibre-optic gyro | |
CN102313558A (en) | Method based on Sagnac interferometer for measuring direct current (DC) drift of integrated optical phase modulator | |
RU2343417C1 (en) | Method of low-frequency phase modulation for stabilisation of scale factor of fibre gyroscope | |
RU2482450C1 (en) | Apparatus for testing electronic unit of fibre-optic gyroscope | |
JPH06103189B2 (en) | Optical interference gyro | |
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 | |
CN106796125A (en) | Interference determination sensor with differential modulated phase-detection | |
RU2441202C2 (en) | Method for eliminating dead zones in fibre-optic gyroscope | |
RU2246097C2 (en) | Method of phase modulation in ringular interferometer of fiber-optic gyro | |
RU2160885C1 (en) | Method of stabilization of scale factor of fiber-optical gyroscope | |
RU2472111C1 (en) | Method of eliminating dead band in fiber optical gyro | |
RU2620933C1 (en) | Fiber optic gyroscope with a large dynamic range of measurement of angular speeds | |
RU2194246C1 (en) | Method for processing optical fiber gyroscope ring interferometer signal | |
RU2194245C2 (en) | Method for carrying out optical fiber gyroscope ring interferometer beam phase modulation | |
RU2527141C1 (en) | Method of expanding measurement range of angular velocities of closed feedback loop fibre-optic gyroscope |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20200826 |