RU2627020C1 - Method for improving accuracy of fiber-optic gyroscopes under vibration influence - Google Patents

Method for improving accuracy of fiber-optic gyroscopes under vibration influence Download PDF

Info

Publication number
RU2627020C1
RU2627020C1 RU2016134633A RU2016134633A RU2627020C1 RU 2627020 C1 RU2627020 C1 RU 2627020C1 RU 2016134633 A RU2016134633 A RU 2016134633A RU 2016134633 A RU2016134633 A RU 2016134633A RU 2627020 C1 RU2627020 C1 RU 2627020C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
code
digital
fiber
demodulator
Prior art date
Application number
RU2016134633A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Михайлович Курбатов
Роман Александрович Курбатов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры"
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" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры"
Priority to RU2016134633A priority Critical patent/RU2627020C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2627020C1 publication Critical patent/RU2627020C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/60—Electronic or nuclear magnetic resonance gyrometers
    • G01C19/62—Electronic or nuclear magnetic resonance gyrometers with optical pumping

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method for improving the accuracy of fiber-optic gyroscope comprising a source of optical radiation, an optical beam divider, an integral-optical circuit, a sensing coil, a light detector, a differential current amplifier, a filter for compensating a DC component, ADC, a digital block, DAC and an operational voltage amplifier, lies in the fact that the first and the second feedback circuit formed by the auxiliary alternator phase voltage modulation code and arranged in a digital unit, comprising a howl composition demodulator of the rotation signal, the first controller and a stepped sawtooth generator, the second demodulator of the error signal, the second controller modifying the reference DAC current. In the information processing algorithm of the digital block, the third feedback circuit is used based on the third demodulator. The composition of the third feedback circuit includes a cell of the adjustable code fed to the input of the second DAC. The voltage from the DAC output is applied to the second input of the differential amplifier by changing the cell code with a regulator in order to reset the code at the output of the third demodulator.
EFFECT: increasing the accuracy of the fiber-optic gyroscope, when exposed to vibration.
5 cl, 6 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 оптический блок, который представляет собой волоконный кольцевой интерферометр (ВКИ) и электронный блок обработки информации. Оптический блок 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 an optical unit, which is a fiber ring interferometer (FRI) and an electronic information processing unit. The optical unit 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. 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:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

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 ВКИ по световоду чувствительной катушки 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 the light rays of the FRI along the fiber of the sensitive coil and is:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

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 и вносящих разность фаз между лучами ВКИ в виде импульсной последовательности с амплитудами ±π/2 радиан и ±3π/2 радиан [1,2], ток фотоприемника можно представить в виде:When applying voltage pulses to the phase modulator that follow with a frequency of 1 / 2τ and introduce the phase difference between the FRI beams in the form of a pulse sequence with amplitudes of ± π / 2 radians and ± 3π / 2 radians [1,2], the photodetector current can be represented as :

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где ηф - токовая чувствительность фотоприемника.where η f is the current sensitivity of the photodetector.

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:

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

где Rн - сопротивление нагрузки усилителя тока фотоприемника.where R n - load resistance of the current amplifier of the photodetector.

В работе [1] предложен способ линеаризации выходной характеристики ВОГ. На фазовый модулятор одновременно с напряжением вспомогательной фазовой модуляции (ВФМ) подается ступенчатое пилообразное напряжение для компенсации разности фаз Саньяка. Работа ВОГ подробно описана в [2]. С помощью пилообразного напряжения, подаваемого на фазовый модулятор, вносится управляемая разность фаз между лучами ВКИ, с помощью которой осуществляется компенсация разности фаз Санька. С этой целью организуется закрытый контур обратной связи (ВОГ с закрытым контуром обратной связи ОС-1) по обнулению сигнала на выходе синхронного детектора (демодулятора) СВ гироскопа. Сигнал на выходе синхронного детектора автоматически обнуляется за счет подбора величины ступеньки напряжения пилообразного ступенчатого напряжения (СПН). За счет этого выходная характеристика ВОГ становится линейной. Сигнал на выходе усилителя тока фотоприемника в этом случае можно представить в виде:In [1], a method for linearizing the output characteristic of VOG is proposed. At the same time as the auxiliary phase modulation voltage (VFM), a step-like sawtooth voltage is applied to the phase modulator to compensate for the Sagnac phase difference. The work of VOG is described in detail in [2]. Using a sawtooth voltage supplied to the phase modulator, a controlled phase difference between the FRI beams is introduced, with which the Sanka phase difference is compensated. For this purpose, a closed feedback loop (FOG with a closed feedback loop OS-1) is organized to reset the signal at the output of the synchronous detector (demodulator) of the SV gyroscope. The signal at the output of the synchronous detector is automatically reset by selecting the voltage step value of the sawtooth step voltage (SPN). Due to this, the output characteristic of the VOG becomes linear. The signal at the output of the photodetector current amplifier in this case can be represented as:

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

где Ψк - регулируемая разность фаз, которая вносится между лучами ВКИ с помощью СПН при подаче его на фазовый модулятор.where Ψ k is the adjustable phase difference, which is introduced between the FRI beams using the SPN when applying it to the phase modulator.

Для частоты СПН в этом случае справедливо следующее соотношение:For the frequency of SPN in this case, the following relation is true:

Figure 00000006
,
Figure 00000006
,

где η - эффективность фазового модулятора, Uп - амплитуда напряжения СПН;where η is the efficiency of the phase modulator, U p is the voltage amplitude of the SPN;

τст - длительность ступеньки СПН, Ω(t) - угловая скорость вращения.τ article - the duration of the step SPN, Ω (t) is the angular velocity of rotation.

Масштабный коэффициент ВОГ стабилизируется за счет обеспечения амплитуды СПН, которая при подаче на фазовый модулятор изменяет фазу лучей ВКИ на 2π радиан. Амплитуда СПН регулируется путем выделения импульса засветки фотоприемника при сбросе напряжения СПН и последующего его обнуления путем регулировки амплитуды СПН (контур обратной связи ОС-2). В этом случае для частоты СПН справедливо следующее соотношение:The FOG scale factor is stabilized by providing the amplitude of the SPD, which, when applied to the phase modulator, changes the phase of the FRI beams by 2π radians. The amplitude of the SPN is regulated by isolating the pulse of illumination of the photodetector when the voltage of the SPN is reset and then reset to zero by adjusting the amplitude of the SPN (feedback loop OS-2). In this case, for the frequency of SPN the following relation is true:

fn(t)=[2R/λn0]×Ω(t)f n (t) = [2R / λn 0 ] × Ω (t)

Таким образом, масштабный коэффициент ВОГ не зависит от эффективности фазового модулятора, которая имеет большую нестабильность при воздействии внешних дестабилизирующих факторов.Thus, the FOG scale factor does not depend on the efficiency of the phase modulator, which has great instability when exposed to external destabilizing factors.

Известен ВОГ, в котором для стабилизации масштабного коэффициента [3, 4, 5] вспомогательная фазовая модуляция (ВФМ) с амплитудами ±(π±Δ) радиан, Δ=π/2n, где n=1,2,3… Сигнал вращения (СВ) в режиме разомкнутого контура ОС-1 на фотоприемнике в этом случае можно представить в виде:FOG is known, in which, to stabilize the scale factor [3, 4, 5], auxiliary phase modulation (WFM) with amplitudes ± (π ± Δ) radians, Δ = π / 2 n , where n = 1,2,3 ... The rotation signal (CB) in the open-loop mode OS-1 on the photodetector in this case can be represented as:

Figure 00000007
.
Figure 00000007
.

Сигнал на фотоприемнике содержит СВ, сигнал рассогласования (CP) и постоянную составляющую СВ и СР. СВ имеет период, равный 6τ-интервалов, где τ - время пробега оптических лучей по световоду чувствительной катушки. CP имеет период, равный 3τ - интервалам. Сигнал с фотоприемника поступает на вход аналоговой части блока сервисной электроники ВОГ, то есть на вход дифференциального усилителя тока фотоприемника. Аналоговая часть электроники содержит также интегратор, с помощью которого компенсируется постоянная составляющая сигнала на выходе дифференциального усилителя тока фотоприемника [6]. Это необходимо для обеспечения большого коэффициента усиления СВ и СР. При наличии постоянной составляющей СВ и CP усилитель будет находиться в насыщении, что не позволит получать информацию об амплитуде СВ и СР. Далее с выхода усилителя СВ и CP поступают на вход цифроаналогового преобразователя и далее с его выхода на вход цифрового блока. Цифровой блок представляет собой либо микропроцессор, либо программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС). Таким образом, на вход АЦП поступают в чистом виде СВ и СР. CP образуется на фотоприемнике при изменении эффективности фазовой модуляции ИОС при воздействии на нее внешних дестабилизирующих факторов, например температуры окружающей среды. Наличие CP свидетельствует об изменении масштабного коэффициента ВОГ при воздействии внешних дестабилизирующих факторов. Для осуществления ВФМ в цифровом блоке формируются коды напряжения ВФМ (генератор ВФМ), а также коды ступенчатого пилообразного напряжения (генератор СПН) для компенсации разности фаз Саньяка. Коды напряжения ВФМ и СПН с выхода цифрового блока поступают на вход цифроаналогового преобразователя (ЦАП), после которого объединенный сигнал напряжения ВФМ и СПН поступает на вход аналоговых усилителей и далее с их выхода на электроды фазовых модуляторов ИОС. В цифровом блоке сформирован первый детектор СВ и второй детектор для выделения СР. С помощью контура ОС-1, в состав которого входит первый детектор, генератор СПН и регулятор величины ступеньки СПН, с помощью подачи на фазовые модуляторы ИОС напряжения ВФМ и СПН производится компенсация разности фаз Саньяка с целью линеаризации выходной характеристики ВОГ. В цифровом блоке также сформирован и контур ОС-2, в состав которого входит второй детектор и регулятор амплитуды напряжения ВФМ, подаваемого на электроды фазового модулятора ИОС. С помощью изменения амплитуды напряжения ВФМ CP на выходе второго детектора поддерживается равным нулю и тем самым обеспечивается стабильность масштабного коэффициента ВОГ при изменении эффективности фазовых модуляторов ИОС.The signal at the photodetector contains a CB, a mismatch signal (CP), and a constant component of CB and SR. The SW has a period equal to 6τ-intervals, where τ is the travel time of the optical rays along the fiber of the sensitive coil. CP has a period equal to 3τ - intervals. The signal from the photodetector is fed to the input of the analog part of the VOG service electronics unit, that is, to the input of the differential amplifier of the photodetector current. The analogue part of the electronics also contains an integrator, with the help of which the constant component of the signal at the output of the differential current amplifier of the photodetector is compensated [6]. This is necessary to ensure a large gain of CB and SR. In the presence of a constant component of CB and CP, the amplifier will be saturated, which will not allow obtaining information on the amplitude of CB and SR. Next, from the output of the amplifier, CB and CP go to the input of the digital-to-analog converter and then from its output to the input of the digital unit. The digital unit is either a microprocessor or a programmable logic integrated circuit (FPGA). Thus, the input to the ADCs come in pure form of SW and SR. CP is formed on the photodetector when the efficiency of phase modulation of the IOS changes when external destabilizing factors, for example, ambient temperature, are exposed to it. The presence of CP indicates a change in the FOG scale factor under the influence of external destabilizing factors. To implement the WFM, the WFM voltage codes (WFM generator), as well as step-sawtooth voltage codes (SPN generator) are generated in the digital block to compensate for the Sagnac phase difference. The VFM and SPN voltage codes from the output of the digital block go to the input of the digital-to-analog converter (DAC), after which the combined VFM and SPN voltage signal is fed to the input of analog amplifiers and then from their output to the electrodes of the phase-modulating IOS. In the digital unit, a first CB detector and a second detector are formed to isolate the CP. Using the OS-1 circuit, which includes the first detector, the SPN generator, and the SPN step magnitude regulator, by applying the VFM and SPN voltage to the phase-modulated IOS modulators, the Sagnac phase difference is compensated to linearize the output VOG characteristic. An OS-2 circuit is also formed in the digital unit, which includes a second detector and a regulator of the amplitude of the WFM voltage supplied to the electrodes of the phase-modulated IOS. By changing the amplitude of the voltage of the WFM, the CP at the output of the second detector is maintained equal to zero, and this ensures the stability of the FOG scale factor when changing the efficiency of the phase-modulated IOS.

Недостатком известных схем электронного блока является низкое быстродействие аналоговых интеграторов, с помощью которых производится компенсация постоянной составляющей СВ и СР. Низкое быстродействие компенсации понижает точность волоконно-оптического гироскопа при воздействии вибраций из-за смещения нулевого сигнала при изменении амплитуды СВ и СР. Амплитуда CP и CP может изменяться при изменении выходной мощности источника излучения, при изменении коэффициента передачи электронного тракта (изменяется ширина полосы контура ОС-1), а также при воздействии вибрационных нагрузок, которые приводят к модуляции на частоте вибраций амплитуд СВ, CP и их постоянной составляющей, разности фаз лучей в ВКИ, ширины полосы контура ОС-1. Наложение друг на друга модуляции указанных выше оптических и электрических параметров сигнала приводит к смещению нулевого сигнала ВОГ и изменению его масштабного коэффициента при изменении частоты вибраций и ее амплитуды.A disadvantage of the known circuits of the electronic unit is the low speed of analog integrators, with the help of which the DC component of the CB and SR is compensated. The low speed of compensation reduces the accuracy of the fiber-optic gyroscope when exposed to vibrations due to the displacement of the zero signal with a change in the amplitude of the CB and SR. The amplitudes of CP and CP can change when the output power of the radiation source changes, when the transmission coefficient of the electronic path changes (the bandwidth of the OS-1 circuit changes), and when exposed to vibrational loads that modulate the amplitudes of CB, CP amplitudes and their constant component, the phase difference of the rays in the FRI, the bandwidth of the circuit OS-1. Superimposing on each other modulations of the above optical and electrical parameters of the signal leads to a shift of the zero FOG signal and a change in its scale factor when the vibration frequency and its amplitude change.

Целью настоящего изобретения является повышение точности волоконно-оптического гироскопа при воздействии вибраций.The aim of the present invention is to improve the accuracy of a fiber optic gyroscope when exposed to vibrations.

1. Указанная цель достигается тем, что в алгоритме обработки информации цифрового блока используют третий контур обратной связи на основе третьего демодулятора, который выделяет постоянную составляющую кода на выходе цифроаналогового преобразователя, причем в состав третьего контура обратной связи также входит ячейка регулируемого кода, который подают на вход второго цифроаналогового преобразователя, далее напряжение с его выхода подают на второй вход дифференциального усилителя, причем с помощью регулятора изменяют код ячейки с целью обнуления кода на выходе третьего демодулятора цифрового блока.1. This goal is achieved by the fact that in the information processing algorithm of the digital unit, a third feedback loop is used based on the third demodulator, which selects the constant component of the code at the output of the digital-to-analog converter, and the third loop also includes an adjustable code cell, which is fed to the input of the second digital-to-analog converter, then the voltage from its output is fed to the second input of the differential amplifier, and with the help of the regulator, the cell code is changed from integer I can reset the code at the output of the third demodulator of the digital block.

2. Способ повышения точности волоконно-оптического гироскопа по п. 1, отличающийся тем, что в цифровом блоке организуют четвертый контур обратной связи, в состав которого включают схему вычитания кодов и регулятор количества выборок сигналов на первом и втором демодуляторах, при этом на первый вход схемы вычитания подают сигнал с выхода ячейки регулируемого кода, а на второй ее вход подают постоянный код, при этом с помощью регулятора синхронно изменяют количество выборок первого и второго демодуляторов пропорционально коду на выходе схемы вычитания.2. A method of increasing the accuracy of a fiber-optic gyroscope according to claim 1, characterized in that a fourth feedback loop is arranged in the digital unit, which includes a code subtraction circuit and a regulator for the number of signal samples at the first and second demodulators, with the first input Subtraction schemes provide a signal from the output of the cell of the adjustable code, and a constant code is fed to its second input, while using the controller, the number of samples of the first and second demodulators is synchronously changed in proportion to the code at the output of the circuit s deduction.

3. Способ повышения точности волоконно-оптического гироскопа по п. 2, отличающийся тем, что код на выходе схемы вычитания обнуляют с помощью регулировки коэффициента усиления дифференциального усилителя тока фотоприемника.3. A method of increasing the accuracy of a fiber-optic gyroscope according to claim 2, characterized in that the code at the output of the subtraction circuit is reset by adjusting the gain of the differential current amplifier of the photodetector.

4. Способ повышения точности волоконно-оптического гироскопа по п. 2, отличающийся тем, что код на выходе схемы вычитания обнуляют с помощью изменения выходной мощности источника излучения.4. A method of increasing the accuracy of a fiber-optic gyroscope according to claim 2, characterized in that the code at the output of the subtraction circuit is zeroed by changing the output power of the radiation source.

5. Способ повышения точности волоконно-оптического гироскопа по п. 1, отличающийся тем, что в цифровом блоке коды с выхода первого и второго демодуляторов поступают на первые входы первой и второй схемы деления кодов соответственно, при этом вторые их входы соединяют с выходом ячейки регулируемого входа.5. A method of increasing the accuracy of a fiber-optic gyroscope according to claim 1, characterized in that in the digital block, the codes from the output of the first and second demodulators arrive at the first inputs of the first and second codes division circuits, respectively, while their second inputs are connected to the output of the cell adjustable entrance.

Повышение точности волоконно-оптического гироскопа при воздействии вибраций достигается за счет повышения быстродействия компенсации постоянной составляющей СВ и CP путем использования цифрового контура обратной связи (контур ОС-3). Повышение точности гироскопа также достигается за счет стабилизации амплитуд CP и СВ с помощью дополнительных быстродействующих контуров обратной связи, организованных в цифровой части электронной схемы ВОГ.Improving the accuracy of a fiber-optic gyroscope under the influence of vibrations is achieved by increasing the speed of compensation of the DC component of CB and CP by using a digital feedback loop (OS-3 loop). Improving the accuracy of the gyroscope is also achieved by stabilizing the amplitudes CP and CB with the help of additional high-speed feedback loops organized in the digital part of the VOG electronic circuit.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На Фиг. 1 показана структурная схема волоконно-оптического гироскопа с двумя контурами обратной связи. На Фиг. 2 показана структурная схема электронного блока ВОГ с цифровой компенсацией постоянной составляющей сигнала на выходе усилителя тока фотоприемника. На Фиг. 3 показана структурная схема электронного блока ВОГ со стабилизацией амплитуды сигналов вращения и рассогласования за счет изменения количества выборок АЦП при их демодуляции. На Фиг. 4 показана структурная схема электронного блока ВОГ со стабилизацией сигналов вращения и рассогласования за счет изменения коэффициента усиления усилителя тока фотоприемника. На Фиг. 5 показана структурная схема электронного блока ВОГ со стабилизацией сигналов вращения и рассогласования за счет изменения выходной мощности источника излучения. На Фиг. 6 показана структурная схема электронного блока ВОГ со стабилизацией амплитуды сигналов вращения и рассогласования за счет использования схемы деления.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a block diagram of a fiber optic gyroscope with two feedback loops. In FIG. Figure 2 shows the block diagram of the VOG electronic unit with digital compensation of the DC component of the signal at the output of the photodetector current amplifier. In FIG. Figure 3 shows the block diagram of the VOG electronic unit with stabilization of the amplitude of the rotation and mismatch signals by changing the number of ADC samples during their demodulation. In FIG. 4 shows a block diagram of a VOG electronic unit with stabilization of rotation and misalignment signals by changing the gain of the photodetector current amplifier. In FIG. 5 shows a block diagram of a VOG electronic unit with stabilization of rotation and misalignment signals by changing the output power of the radiation source. In FIG. Figure 6 shows the structural diagram of the VOG electronic unit with stabilization of the amplitude of the rotation and error signals due to the use of the division circuit.

На Фиг. 1 показана структурная схема волоконно-оптического гироскопа (ВОГ) с двумя контурами обратной связи. ВОГ состоит из волоконного кольцевого интерферометра (ВКИ) и электронного блока (ЭБ) обработки информации, поступающей С ВКИ. ВКИ содержит источник оптического излучения 1, волоконный делитель оптических лучей 2, интегрально-оптическую схему (ИОС) 3, волоконную чувствительную катушку 4 и фотоприемник 5. ЭБ состоит из аналоговой части и цифрового блока. Аналоговая часть ЭБ содержит дифференциальный усилитель тока фотоприемника 6, фильтр низких частот (интегратор) 7 для компенсации постоянной составляющей СВ и CP на выходе усилителя тока фотоприемника [6]. Для увеличения амплитуды СВ и CP усилитель должен иметь большой коэффициент усиления, а так как постоянная составляющая СВ и CP имеет значительно большую величину, поэтому, если ее не скомпенсировать на выходе усилителя, то он будет постоянно находиться в насыщении. Далее СВ и CP поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 7 (АЦП). Сигнал с выхода АЦП поступает на вход цифрового блока 9. В качестве цифрового блока (ЦБ) может использоваться как микропроцессор, так и программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС). С выхода ЦБ сигналы поступают на вход первого цифроаналогового преобразователя 10 (ЦАП1) и на операционный усилитель 11. Напряжение с выхода усилителя подается на электроды фазовых модуляторов ИОС. В ЦБ сформирован демодулятор СВ 12, на выходе которого присутствует разность между суммой выборок АЦП в первый полупериод СВ и суммой выборок во второй полупериод СВ. Таким образом, на выходе демодулятора СВ выделяется код, пропорциональный удвоенной амплитуде СВ. Далее код с выхода демодулятора СВ поступает на вход регулятора (Р1) 13, который изменяет величину ступеньки ступенчатого пилообразного напряжения (СПН), который вырабатывается генератором (ГСПН) 14. Код CP с выхода АЦП также поступает на вход демодулятора CP 15, на выходе которого также выделяется код, пропорциональный удвоенной амплитуде СР. Далее этот код с выхода демодулятора CP поступает на вход регулятора (Р2) 16. В ЦБ формируется также генератор напряжения вспомогательной фазовой модуляции 17 (ГВФМ) [4, 5]. Коды СПН и напряжения ВФМ поступают на вход сумматора 18 и далее на вход ЦАП1. Таким образом, на выходе ЦАП1 присутствует СПН и напряжение ВФМ, которые затем подаются через операционный усилитель на электроды фазовых модуляторов ИОС. Амплитуда-напряжение с выхода операционного усилителя регулируется с помощью Р2 путем изменения опорного тока ЦАП1 с помощью, например, сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ-сигнала). Код сигнала на выходе демодулятора СВ обнуляется путем регулировки с помощью Р1 величины ступеньки СПН и таким образом образуется первый контур обратной связи (контур ОС-1), с помощью которого осуществляется линеаризация выходной характеристики ВОГ. Код на выходе демодулятора CP обнуляется с помощью Р2 путем изменения опорного тока ЦАП1 и таким образом образуется второй контур обратной связи (контур ОС-2), с помощью которого осуществляется стабилизация масштабного коэффициента ВОГ при изменении эффективности фазовых модуляторов ИОС при воздействии на них внешних дестабилизирующих факторов.In FIG. 1 shows a block diagram of a fiber optic gyroscope (FOG) with two feedback loops. FOG consists of a fiber ring interferometer (FRI) and an electronic unit (EB) for processing information received from the FRI. The FRI contains a source of optical radiation 1, a fiber divider of optical rays 2, an integrated optical circuit (IOS) 3, a fiber sensitive coil 4 and a photodetector 5. The electronic unit consists of an analog part and a digital unit. The analog part of the electronic circuit contains a differential current amplifier of the photodetector 6, a low-pass filter (integrator) 7 to compensate for the DC component of the CB and CP at the output of the current amplifier of the photodetector [6]. To increase the amplitudes of CB and CP, the amplifier must have a large gain, and since the constant component of CB and CP is much larger, therefore, if it is not compensated at the output of the amplifier, it will be constantly saturated. Next, the CB and CP are fed to the input of the analog-to-digital Converter 7 (ADC). The signal from the ADC output goes to the input of digital block 9. As a digital block (CB), both a microprocessor and a programmable logic integrated circuit (FPGA) can be used. From the output of the Central Bank, the signals are fed to the input of the first digital-to-analog converter 10 (DAC1) and to the operational amplifier 11. The voltage from the output of the amplifier is supplied to the electrodes of the phase-modulated IOS. A CB 12 demodulator is formed in the Central Bank, at the output of which there is a difference between the sum of ADC samples in the first half-cycle of CB and the sum of samples in the second half-cycle of CB. Thus, at the output of the CB demodulator, a code is allocated that is proportional to the doubled CB amplitude. Next, the code from the output of the demodulator CB is fed to the input of the controller (P1) 13, which changes the value of the step of the step sawtooth voltage (SPN), which is generated by the generator (GSPN) 14. The CP code from the ADC output also goes to the input of the demodulator CP 15, at the output of which a code proportional to twice the amplitude of the SR is also highlighted. Further, this code from the output of the demodulator CP is fed to the input of the controller (P2) 16. The voltage generator of the auxiliary phase modulation 17 (GVFM) is also formed in the Central Bank [4, 5]. Codes SPN and voltage VFM are fed to the input of the adder 18 and then to the input of the DAC1. Thus, at the output of DAC1 there is a SPN and a VFM voltage, which are then fed through an operational amplifier to the electrodes of the phase-modulated IOS. The amplitude-voltage from the output of the operational amplifier is controlled using P2 by changing the reference current of the DAC1 using, for example, a pulse-width modulated signal (PWM signal). The signal code at the output of the CB demodulator is reset by adjusting the magnitude of the STP step with P1, and thus the first feedback loop (loop OS-1) is formed, with which the output characteristic of the FOG is linearized. The code at the output of the CP demodulator is zeroed using P2 by changing the reference current of DAC1 and thus forming a second feedback loop (loop OS-2), which stabilizes the FOG scale factor when changing the efficiency of the phase-modulated IOS when exposed to external destabilizing factors .

На Фиг. 2 показана структурная схема электронного блока ВОГ с цифровой компенсацией постоянной составляющей сигнала на выходе усилителя тока фотоприемника. Для компенсации постоянной составляющей в ЦБ формируется третий демодулятор 19 для выделения постоянной составляющей сигнала на выходе АЦП. Демодулятор осуществляет сложение выборок сигнала на выходе АЦП на одном периоде СВ. Количество выборок сигнала на каждом полупериоде СВ равно количеству выборок при выделении сигнала, пропорционального амплитуде СВ, первым демодулятором. При работе контуров ОС-1 и ОС-2 сумма выборок на каждом полупериоде СВ пропорциональна постоянной составляющей сигнала на выходе АЦП. Код с выхода третьего демодулятора поступает на вход регулятора Р+ 20, который изменяет код ячейки 21. Регулируемый код ячейки поступает на вход цифроаналогового преобразователя (ЦАП2) 22, напряжение с выхода которого подается на второй вход дифференциального усилителя тока фотоприемника. Таким образом, для компенсации постоянной составляющей на выходе дифференциального усилителя тока фотоприемника организуется третий контур обратной связи (контур ОС-3). Контур ОС-3 значительно увеличивает быстродействие компенсации постоянной составляющей на выходе усилителя тока фотоприемника за счет цифровой обработки информации по сравнению со схемой (Фиг. 1), в которой используется аналоговый интегратор [6]. При наличии постоянной составляющей на выходе АЦП и при ее изменении появляется паразитный сигнал на частоте СВ, который выделяется первым демодулятором и таким образом возникает паразитное смещение нулевого сигнала ВОГ. Для исключения ошибок подобного рода необходимо повышать быстродействие компенсации постоянной составляющей. Постоянная времени контура ОС-3 должна быть меньше 1/fCB, где fСВ - частота СВ.In FIG. Figure 2 shows the block diagram of the VOG electronic unit with digital compensation of the DC component of the signal at the output of the photodetector current amplifier. To compensate for the DC component, a third demodulator 19 is formed in the Central Bank to isolate the DC component of the signal at the ADC output. The demodulator performs the addition of signal samples at the output of the ADC on one period of CB. The number of samples of the signal at each half-wave of the CB is equal to the number of samples in the selection of a signal proportional to the amplitude of the CB by the first demodulator. During operation of the OS-1 and OS-2 loops, the sum of the samples at each half-wave of the SW is proportional to the constant component of the signal at the ADC output. The code from the output of the third demodulator is fed to the input of the P + 20 regulator, which changes the code of the cell 21. The adjustable cell code is fed to the input of the digital-to-analog converter (DAC2) 22, the voltage from the output of which is supplied to the second input of the photocell differential amplifier. Thus, to compensate for the DC component at the output of the differential current amplifier of the photodetector, a third feedback loop (loop OS-3) is organized. The OS-3 circuit significantly increases the speed of DC component compensation at the output of the photodetector current amplifier due to digital information processing compared to the circuit (Fig. 1), which uses an analog integrator [6]. If there is a constant component at the ADC output and when it changes, a spurious signal appears at the CB frequency, which is emitted by the first demodulator and thus a parasitic offset of the zero FOG signal occurs. To eliminate errors of this kind, it is necessary to increase the speed of compensation of the DC component. The time constant of the OS-3 circuit should be less than 1 / f CB , where f CB is the frequency of the CB.

ВКИ ВОГ может иметь при отсутствии вращения паразитную разность фаз Δϕп. Паразитная разность фаз может быть вызвана неидеальностью характеристик оптических компонентов схемы. Паразитная разность фаз может быть вызвана, например, разъюстировкой осей двулучепреломления световода чувствительной катушки и осями пропускания канальных волноводов ИОС, эффектом Шьюппа в чувствительной катушке и т.д. В этом случае уравнение компенсации разности фаз Саньяка Фс фазовыми модуляторами ИОС при подаче на них СПН может быть записано в виде:An FRI VOG can have a parasitic phase difference Δϕ p in the absence of rotation. The spurious phase difference can be caused by the imperfect characteristics of the optical components of the circuit. The spurious phase difference can be caused, for example, by misalignment of the axes of the birefringence of the fiber of the sensitive coil and the transmission axes of the channel waveguides of the IOS, the Schupp effect in the sensitive coil, etc. In this case, the equation for the compensation of the phase difference Sagnac F with phase modulators IOS when applying SPN to them can be written in the form:

Ψк=Фс-Δϕп/АСВ,Ψ k = f s -Δϕ p / A SV ,

где АСВ - амплитуда СВ;where A SV - the amplitude of the SV;

Ψк - разность фаз, вносимая фазовыми модуляторами ИОС при подаче на них СПН с целью компенсации разности фаз Саньяка. Как видно из приведенного соотношения компенсационная разность фаз ψк определяет разность фаз с ошибкой, которая определяется как величиной паразитной разности фаз в ВКИ, так и амплитудой СВ.Ψ k - phase difference introduced by phase IOS modulators when applying SPN to them in order to compensate for the Sagnac phase difference. As can be seen from the above relation, the compensation phase difference ψ k determines the phase difference with an error, which is determined both by the value of the parasitic phase difference in the FRI and by the CB amplitude.

Из приведенного соотношения следует, что при наличии в ВКИ ВОГ паразитной разности фаз возникает паразитное смещение нулевого сигнала ВОГ и оно зависит от амплитуды СВ. Для исключения смещения нулевого сигнала в этом случае необходимо как минимизировать паразитную разность фаз в ВКИ ВОГ, так и обеспечить стабильность амплитуды СВ. Смещение нулевого сигнала может также возникать и из-за воздействия на ВОГ вибрационных и акустических нагрузок [7, 8]. При воздействии вибрации в ВКИ ВОГ возникает модуляция разности фаз на частоте вибрации, а также модуляция амплитуды СВ на той же частоте. В результате наложения друг на друга промодулированных на частоте вибрации этих величин возникает паразитное смещение нулевого сигнала ВОГ, которое пропорционально амплитудам изменения этих величин. Для исключения паразитного смещения нулевого сигнала ВОГ при воздействии вибрационных нагрузок необходимо исключить модуляцию либо разности фаз в ВКИ, либо модуляцию амплитуды СВ.From the above relation it follows that in the presence of a parasitic phase difference in the FRI VOG, a parasitic shift of the zero VOG signal arises and it depends on the SW amplitude. To eliminate the bias of the zero signal in this case, it is necessary both to minimize the stray phase difference in the FRI VOG and to ensure the stability of the SW amplitude. A zero signal shift can also occur due to the effect of vibration and acoustic loads on the VOG [7, 8]. Under the influence of vibration in the FRI VOG, modulation of the phase difference at the vibration frequency occurs, as well as modulation of the amplitude of the SW at the same frequency. As a result of the superposition of these quantities modulated at the frequency of vibration, a parasitic shift of the zero FOG signal occurs, which is proportional to the amplitudes of the change in these values. To exclude stray displacement of the zero FOG signal under the influence of vibrational loads, it is necessary to exclude modulation of either phase difference in the FRI or modulation of the CB amplitude.

При работе контура ОС-2 также может возникать ошибка в измерении угловой скорости из-за изменений масштабного коэффициента ВОГ. Условием стабилизации масштабного коэффициента является обнуление CP на выходе второго демодулятора контуром ОС-2. Но из-за паразитных эффектов в фазовых модуляторах на выходе второго демодулятора может возникать паразитное смещение γп из-за ложного СР. Ложный CP может возникать при сужении полосы пропускания фазовых модуляторов, например при воздействии влаги [4]. Для изменения эффективности фазовых модуляторов ИОС справедливо следующее соотношение:During the operation of the OS-2 circuit, an error in the measurement of angular velocity may also occur due to changes in the FOG scale factor. A condition for stabilization of the scale factor is the zeroing of the CP at the output of the second demodulator by the OS-2 circuit. But due to spurious effects in the phase modulators at the output of the second demodulator, a spurious bias γ p can occur due to false SR. False CP can occur when the bandwidth of phase modulators is narrowed, for example, when exposed to moisture [4]. To change the efficiency of phase modulators IOS the following relation is true:

Δη=η0×ΔU/UСПН-γп/AСРUСПН,Δη = η 0 × ΔU / U SPN -γ p / A SR U SPN ,

где Δη - изменение эффективности фазовых модуляторов ИОС, которое приводит к образованию CP на выходе второго демодулятора;where Δη is the change in the efficiency of the phase-modulating IOS, which leads to the formation of CP at the output of the second demodulator;

UСПН - амплитуда напряжения СПН;U SPN - voltage amplitude SPN;

ΔU - изменение напряжения на фазовых модуляторах ИОС для компенсации изменений их эффективности Δη;ΔU - voltage change on the phase modulators of IOS to compensate for changes in their efficiency Δη;

АСР - амплитуда СР.And SR is the amplitude of the SR.

Из приведенного соотношения следует, что при наличии ложного CP на выходе второго демодулятора возникает изменение масштабного коэффициента ВОГ. Изменение масштабного коэффициента зависит как от паразитного смещения γп на выходе второго демодулятора, так и от изменений амплитуды СР. Для повышения точности ВОГ необходимо стремиться к устранению ложного CP и к стабилизации амплитуды СР.From the above relation it follows that in the presence of a false CP, a change in the FOG scale factor occurs at the output of the second demodulator. The change in the scale factor depends both on the stray bias γ p at the output of the second demodulator and on changes in the amplitude of the superlattice. To increase the accuracy of FOG, it is necessary to strive to eliminate false CP and to stabilize the amplitude of SR.

Паразитное смещение нулевого сигнала ВОГ может быть вызвано также и воздействием вибрационных нагрузок [7, 8]. Данный вид ошибки ВОГ обусловлен следующими физическими явлениями при воздействии вибраций: модуляцией на частоте вибрации разности фаз в чувствительной катушке, модуляцией оптических потерь в оптических компонентах схемы ВКИ и модуляцией полосы обработки контура ОС-1. Модуляция оптических потерь в оптических компонентах схемы приводит к модуляции амплитуд СВ и CP, а также к их постоянной составляющей. В связи с этим следует рассматривать три вида процессов, которые приводят к паразитному смещению нулевого сигнала ВОГ при воздействии вибраций. Первый вид ошибки возникает из-за наложения друг на друга модуляций амплитуд СВ и CP и модуляции разности фаз лучей ВКИ [7]. Второй тип ошибки вызывается модуляцией постоянной составляющей СВ и CP и, как следствие, модуляцией амплитуд СВ и CP на частоте вибрации [8]. Эти два вида ошибок могут быть исключены при обеспечении стабильности амплитуд СВ и CP в условиях воздействия вибраций.The parasitic shift of the zero FOG signal can also be caused by vibration loads [7, 8]. This type of FOG error is caused by the following physical phenomena under the influence of vibrations: modulation at the vibration frequency of the phase difference in the sensitive coil, modulation of optical losses in the optical components of the FRI circuit, and modulation of the processing band of the OS-1 circuit. Modulation of optical losses in the optical components of the circuit leads to modulation of the amplitudes of CB and CP, as well as to their constant component. In this regard, three types of processes should be considered that lead to parasitic displacement of the zero FOG signal under the influence of vibrations. The first type of error arises due to the superposition of modulations of the amplitudes of CB and CP and modulation of the phase difference of the FRI rays [7]. The second type of error is caused by modulation of the DC component of CB and CP and, as a result, by modulation of the amplitudes of CB and CP at the vibration frequency [8]. These two types of errors can be eliminated while ensuring the stability of the amplitudes of CB and CP under the influence of vibrations.

На Фиг. 3 показана структурная схема электронного блока ВОГ со стабилизацией амплитуды сигналов вращения и рассогласования за счет изменения количества выборок АЦП при их демодуляции. Стабилизация амплитуд СВ и CP осуществляется с помощью четвертого контура обратной связи, организованного в ЦБ. В состав четвертого контура обратной связи ОС-4 входит ячейка постоянного кода 23, схема вычитания 24 и регулятор количества выборок демодуляторов СВ и СР. На первый вход схемы вычитания подается сигнал с выхода ячейки постоянного кода, а на второй ее вход подается сигнал с выхода ячейки регулируемого кода. Разностный код на выходе схемы вычитания поступает на вход регулятора Р4. Регулятор Р4 изменяет синхронно количество выборок демодуляторов СВ (D1) и CP (D2) пропорционально коду на выходе схемы вычитания. Контур ОС-4 обладает достаточным быстродействием для того, чтобы обеспечить стабилизацию амплитуд СВ и CP даже при воздействии высокочастотной вибрации и акустического шума. Данный алгоритм обработки информации позволяет исключить вибрационные ошибки, а также обеспечить стабильность нулевого сигнала при постоянстве паразитного смещения разности фаз в ВКИ (паразитное смещение на выходе демодулятора СВ) и наличии постоянного ложного сигнала на выходе демодулятора СР. Для ВОГ с длиной световода в катушке порядка 1000 м время пробега лучей составляет τ=5 мкс, при выборе АЦП с частотой выборок 800 МГц на каждом τ-интервале СВ и CP можно иметь до 4000 выборок. При допустимом двухкратном падении амплитуды СВ и CP достаточно использовать 2000 выборок. Стабильность амплитуд СВ и CP за счет регулировки количества выборок в этом случае составит величину 0,05%.In FIG. Figure 3 shows the block diagram of the VOG electronic unit with stabilization of the amplitude of the rotation and mismatch signals by changing the number of ADC samples during their demodulation. Stabilization of the amplitudes of CB and CP is carried out using the fourth feedback loop, organized in the Central Bank. The fourth feedback loop OS-4 includes a constant code cell 23, a subtraction circuit 24, and a controller for the number of samples of demodulators CB and SR. A signal from the output of the constant code cell is supplied to the first input of the subtraction circuit, and a signal from the output of the adjustable code cell is supplied to its second input. The difference code at the output of the subtraction circuit is input to the controller P4. The controller P4 synchronously changes the number of samples of demodulators CB (D1) and CP (D2) in proportion to the code at the output of the subtraction circuit. The OS-4 circuit is fast enough to ensure stabilization of the amplitudes of CB and CP even when exposed to high-frequency vibration and acoustic noise. This information processing algorithm eliminates vibration errors, as well as ensures the stability of the zero signal with a constant spurious bias of the phase difference in the FRI (spurious bias at the output of the CB demodulator) and the presence of a constant false signal at the output of the CP demodulator. For FOGs with a fiber length of about 1000 m in the coil, the path length of the rays is τ = 5 μs; when choosing an ADC with a sampling frequency of 800 MHz, up to 4000 samples can be available on each τ-interval of CB and CP. With an allowable double drop in the amplitudes of CB and CP, it is sufficient to use 2000 samples. The stability of the amplitudes of CB and CP by adjusting the number of samples in this case will be 0.05%.

На Фиг. 4 показана структурная схема электронного блока ВОГ со стабилизацией амплитуд сигналов вращения и рассогласования за счет изменения коэффициента усиления усилителя тока фотоприемника. Код с выхода схемы вычитания ЦБ подается на вход третьего цифроаналогового преобразователя 26 (ЦАП3) и далее напряжение подается на вход регулятора 27 (Р5). Регулятор Р5 изменяет коэффициент усиления усилителя тока фотоприемника до тех пор, пока код на выходе схемы вычитания не станет равным нулю. В этом случае обеспечивается стабильность напряжения на входе дифференциального усилителя тока фотоприемника, которое и компенсирует постоянную составляющую СВ и СР. А так как в этом случае обеспечивается стабильность постоянной составляющей СВ и CP, то автоматически обеспечивается стабильность и амплитуды СВ, и СР. Данный алгоритм обработки информации позволяет устранить вибрационные ошибки ВОГ, а также обеспечить стабильность нулевого сигнала при постоянстве паразитного смещения разности фаз в ВКИ (паразитное смещение на выходе демодулятора СВ) и наличии постоянного ложного сигнала на выходе демодулятора СР.In FIG. Figure 4 shows the structural diagram of the VOG electronic unit with stabilization of the amplitudes of the rotation and misalignment signals by changing the gain of the photodetector current amplifier. The code from the output of the subtraction circuit of the Central Bank is fed to the input of the third digital-to-analog converter 26 (DAC3) and then the voltage is supplied to the input of the regulator 27 (P5). The P5 controller changes the gain of the photodetector current amplifier until the code at the output of the subtraction circuit becomes zero. In this case, the voltage stability at the input of the differential current amplifier of the photodetector is ensured, which compensates for the constant component of CB and SR. And since in this case stability of the constant component of CB and CP is ensured, stability of the amplitudes of CB and SR is automatically ensured. This information processing algorithm allows to eliminate VOG vibration errors, as well as to ensure the stability of the zero signal with constant spurious bias of the phase difference in the FRI (spurious bias at the output of the CB demodulator) and the presence of a constant false signal at the output of the CP demodulator.

На Фиг. 5 показана структурная схема электронного блока ВОГ со стабилизацией амплитуды сигналов вращения и рассогласования за счет изменения выходной мощности источника излучения. Код с выхода схемы вычитания поступает на вход ЦАП3 и далее на вход регулятора 29 (Р6). В случае использования в качестве источника излучения эрбиевого волоконного источника регулятор Р6 для изменения выходной мощности оптического излучения соответствующим образом изменяет ток диодов накачки источника. Регулятор Р6 управляет выходной мощностью источника излучения до тех пор, пока код на выходе схемы вычитания не станет равным нулю. В этом случае обеспечивается стабильность напряжения на входе дифференциального усилителя тока фотоприемника, которое компенсирует постоянную составляющую СВ и СР. А так как в этом случае обеспечивается стабильность постоянной составляющей СВ и CP, то автоматически обеспечивается и стабильность амплитуды СВ и СР. Данный алгоритм обработки информации позволяет устранить вибрационные ошибки ВОГ, а также обеспечить стабильность нулевого сигнала при постоянстве паразитного смещения разности фаз в ВКИ (паразитное смещение на выходе демодулятора СВ) и наличии постоянного ложного сигнала на выходе демодулятора СР.In FIG. 5 shows a block diagram of the VOG electronic unit with stabilization of the amplitude of the rotation and misalignment signals by changing the output power of the radiation source. The code from the output of the subtraction circuit is fed to the input of the DAC3 and then to the input of the controller 29 (P6). In the case of using an erbium fiber source as the radiation source, the controller P6 for changing the output power of the optical radiation accordingly changes the current of the pump diodes of the source. The controller P6 controls the output power of the radiation source until the code at the output of the subtraction circuit becomes zero. In this case, stability of the voltage at the input of the differential current amplifier of the photodetector is ensured, which compensates for the constant component of CB and SR. And since in this case the stability of the constant component of CB and CP is ensured, the stability of the amplitude of CB and SR is automatically ensured. This information processing algorithm allows to eliminate VOG vibration errors, as well as to ensure the stability of the zero signal with constant spurious bias of the phase difference in the FRI (spurious bias at the output of the CB demodulator) and the presence of a constant false signal at the output of the CP demodulator.

Для устранения негативного воздействия на точность ВОГ вибраций можно воспользоваться для устранения изменений амплитуды СВ и CP процедурой деления амплитуды этих сигналов на их постоянную составляющую, так как они жестко связаны между собой. Сигнал на фотоприемнике можно представить в виде, который приведен выше:To eliminate the negative impact on the accuracy of VOG vibrations, you can use the procedure for dividing the amplitudes of SW and CP by dividing the amplitudes of these signals by their constant component, since they are rigidly connected to each other. The signal at the photodetector can be represented in the form given above:

Figure 00000008
.
Figure 00000008
.

Здесь приведены выражения для амплитуды СВ и его постоянной составляющей. Для получения стабильной амплитуды СВ необходимо выполнить операцию деления амплитуды СВ на постоянную составляющую СВ. В этом случае выражение для сигнала, зависящего от угловой скорости, можно представить в виде:Here are expressions for the amplitude of the SW and its constant component. To obtain a stable CB amplitude, it is necessary to perform the operation of dividing the CB amplitude by the DC constant component. In this case, the expression for the signal depending on the angular velocity can be represented as:

AΩ=ctgΔ×sinФс A Ω = ctgΔ × sinF s

Величина Δ стабилизируется за счет работы контура ОС-2 и, таким образом, амплитуда СВ при выполнении операции деления становится независимой от изменений оптических потерь излучения в элементах схемы ВКИ, что в свою очередь приводит к стабилизации полосы пропускания контура ОС-1 и отсутствию паразитного смещения нулевого сигнала ВОГ при воздействии вибраций. При выполнении операции деления амплитуды CP на его постоянную составляющую амплитуда CP также становится независимой от изменений оптической мощности лучей ВКИ при воздействии вибраций, что приводит к стабилизации полосы пропускания контура ОС-2 и, как следствие, к отсутствию паразитных изменений масштабного коэффициента ВОГ. Для устранения влияния вибраций на точность ВОГ из-за изменений паразитного смещения нулевого сигнала и его масштабного коэффициента необходимо восстановить структуру сигнала на фотоприемнике (СВ, CP и их постоянную составляющую) в цифровом виде в ЦБ электронного блока ВОГ, после чего выполнить необходимые операции деления кодов соответствующих сигналов в цифровом виде. Операции деления кодов в ЦБ ВОГ обеспечит необходимое быстродействие операций для эффективного подавления негативного влияния на точность ВОГ вибрационных нагрузок.The value Δ is stabilized due to the operation of the OS-2 circuit and, thus, the CB amplitude during the division operation becomes independent of changes in the optical radiation loss in the FRI circuit elements, which in turn leads to stabilization of the bandwidth of the OS-1 circuit and the absence of stray bias VOG zero signal when exposed to vibrations. When performing the operation of dividing the amplitude of CP by its constant component, the amplitude of CP also becomes independent of changes in the optical power of FRI rays under the influence of vibrations, which leads to stabilization of the passband of the OS-2 circuit and, as a result, to the absence of spurious changes in the FOG scale factor. To eliminate the influence of vibrations on the accuracy of VOG due to changes in the parasitic bias of the zero signal and its scale factor, it is necessary to restore the signal structure at the photodetector (CB, CP and their constant component) in digital form to the CB of the VOG electronic unit, and then perform the necessary code division operations corresponding signals in digital form. The code division operations in the VOG Central Bank will provide the necessary speed of operations to effectively suppress the negative impact of vibration loads on the accuracy of the VOG.

На Фиг. 6 показана структурная схема электронного блока ВОГ со стабилизацией амплитуды сигналов вращения и рассогласования за счет использования схемы деления. Код с выхода ячейки управляемого кода поступает на первые входы схемы деления кодов 31, 32, а на вторые их входы поступают коды с выходов первого D1 и второго D2 демодуляторов СВ и CP соответственно. Данный алгоритм обработки информации вместе со стабилизацией постоянной составляющей сигнала на фотоприемнике с помощью, например, регулировки выходной мощности источника излучения позволяет устранить вибрационные ошибки ВОГ.In FIG. Figure 6 shows the structural diagram of the VOG electronic unit with stabilization of the amplitude of the rotation and error signals due to the use of the division circuit. The code from the output of the cell of the managed code arrives at the first inputs of the code division circuit 31, 32, and the codes from the outputs of the first D1 and second D2 demodulators CB and CP, respectively, are received at their second inputs. This information processing algorithm, together with the stabilization of the DC component of the signal at the photodetector by, for example, adjusting the output power of the radiation source, eliminates VOG vibration errors.

ЛитератураLiterature

[1] Lefevre Н.С. et all. «Double closed-loop hybrid fiber gyroscope using digital phase ramp // Optical Fiber Sensors (OFS), 1985, San Diego, CA, January 1, Post Deadline, p. PDS7-1.[1] Lefevre N.S. et all. “Double closed-loop hybrid fiber gyroscope using digital phase ramp // Optical Fiber Sensors (OFS), 1985, San Diego, CA, January 1, Post Deadline, p. PDS7-1.

[2] Pavlath, G. A. Closed-loop fiber optic gyros // Proc. SPIE. 1996. v. 2837. p. 46.[2] Pavlath, G. A. Closed-loop fiber optic gyros // Proc. SPIE. 1996. v. 2837. p. 46.

[3] A.M. Курбатов, P.A. Курбатов. «Пути повышения точности волоконно-оптических гироскопов» «Гироскопия и Навигация» УДК 531.383 №1(76). 2012, стр. 102÷121.[3] A.M. Kurbatov, P.A. Kurbatov. "Ways to improve the accuracy of fiber-optic gyroscopes" "Gyroscopy and Navigation" UDC 531.383 No. 1 (76). 2012, p. 102 ÷ 121.

[4] А.М. Курбатов. «О новых путях совершенствования волоконно-оптических гироскопов с открытым и закрытым контуром обратной связи». «Гироскопия и навигация», №1 (88), 2015.[4] A.M. Kurbatov. "On new ways to improve fiber-optic gyroscopes with open and closed feedback loops." “Gyroscopy and navigation”, No. 1 (88), 2015.

[5] А.М. Курбатов, Р.А. Курбатов. «Волоконно-оптический гироскоп с закрытым контуром». Патент РФ №2512599 от 28.02.2014 г., дата приоритета 24.10.2012 г.[5] A.M. Kurbatov, R.A. Kurbatov. Closed Loop Fiber Optic Gyro RF patent No. 2512599 dated February 28, 2014, priority date October 24, 2012

[6] Sanders G., Dankwort R., Kaliszek A. et al. Fiber optic gyroscope vibration error compensator. US Patent №5,923,424, 1999.[6] Sanders G., Dankwort R., Kaliszek A. et al. Fiber optic gyroscope vibration error compensator. US Patent No. 5,923,424, 1999.

[7] Greening Т. Digital intensity suppression for vibration and radiation insensitivity in a fiber optic gyroscope. US Patent №2008/0079946, 2008.[7] Greening T. Digital intensity suppression for vibration and radiation insensitivity in a fiber optic gyroscope. US Patent No. 2008/0079946, 2008.

[8] Курбатов A.M., Курбатов P.А. «Вибрационная ошибка угловой скорости волоконно-оптического гироскопа и методы ее подавления». Радиотехника и электроника. Т. 58, №7, стр. 842-850, 2013.[8] Kurbatov A.M., Kurbatov P.A. "Vibration error of the angular velocity of a fiber optic gyroscope and methods for its suppression." Radio engineering and electronics. T. 58, No. 7, pp. 842-850, 2013.

Claims (5)

1.Способ повышения точности волоконно-оптического гироскопа при воздействии вибраций, содержащего источник оптического излучения, делитель оптического луча, интегрально-оптическую схему, чувствительную катушку, фотоприемник, дифференциальный усилитель тока фотоприемника, фильтр для компенсации постоянной составляющей тока фотоприемника на выходе дифференциального усилителя, аналого-цифровой преобразователь, цифровой блок, цифроаналоговый преобразователь и операционный усилитель напряжения, выход которого соединен с фазовыми модуляторами интегрально-оптической схемы, при этом в цифровом блоке сформирован генератор кода напряжения вспомогательной фазовой модуляции и организованы первый контур обратной связи для линеаризации выходной характеристики, включающий в свой состав демодулятор сигнала вращения, первый регулятор и генератор ступенчатого пилообразного напряжения и второй контур обратной связи для стабилизации масштабного коэффициента гироскопа при изменении эффективности фазовых модуляторов, включающий в свой состав второй демодулятор сигнала рассогласования, второй регулятор, который изменяет опорный ток цифроаналогового преобразователя с целью изменения амплитуды вспомогательной фазовой модуляции, отличающийся тем, что в алгоритме обработки информации цифрового блока используют третий контур обратной связи на основе третьего демодулятора, который выделяет постоянную составляющую кода на выходе цифро-аналогового преобразователя, причем в состав третьего контура обратной связи также входит ячейка регулируемого кода, который подают на вход второго цифроаналогового преобразователя, далее напряжение с его выхода подают на второй вход дифференциального усилителя, причем с помощью регулятора изменяют код ячейки с целью обнуления кода на выходе третьего демодулятора цифрового блока.1. A method of increasing the accuracy of a fiber-optic gyroscope under the influence of vibrations containing an optical radiation source, an optical beam splitter, an integrated optical circuit, a sensitive coil, a photodetector, a differential photocell current amplifier, a filter for compensating the DC component of the photodetector at the output of a differential amplifier, analog -digital converter, digital block, digital-to-analog converter and operational voltage amplifier, the output of which is connected to phase modes integrated optical circuitry, in this case, the auxiliary phase modulation voltage code generator is generated in the digital block and the first feedback loop is arranged to linearize the output characteristic, which includes a rotation signal demodulator, a first regulator and a step-like sawtooth voltage generator and a second feedback loop for stabilization of the scale factor of the gyroscope when changing the efficiency of phase modulators, which includes a second signal demodulator coordination, the second controller, which changes the reference current of the digital-to-analog converter in order to change the amplitude of the auxiliary phase modulation, characterized in that a third feedback loop based on the third demodulator is used in the information processing algorithm of the digital block, which extracts the constant component of the code at the output of the digital-to-analog converter moreover, the structure of the third feedback loop also includes an adjustable code cell, which is fed to the input of the second digital-to-analog converter zovatelya further voltage fed from its output to the second input of the differential amplifier, and via the regulator cell change order read reset code on output of the third digital demodulator block. 2. Способ повышения точности волоконно-оптического гироскопа по п. 1, отличающийся тем, что в цифровом блоке организуют четвертый контур обратной связи, в состав которого включают схему вычитания кодов и регулятор количества выборок сигналов на первом и втором демодуляторах, при этом на первый вход схемы вычитания подают сигнал с выхода ячейки регулируемого кода, а на второй ее вход подают постоянный код, при этом с помощью регулятора синхронно изменяют количество выборок первого и второго демодуляторов пропорционально коду на выходе схемы вычитания.2. A method of increasing the accuracy of a fiber-optic gyroscope according to claim 1, characterized in that a fourth feedback loop is arranged in the digital unit, which includes a code subtraction circuit and a regulator for the number of signal samples at the first and second demodulators, with the first input Subtraction schemes provide a signal from the output of the cell of the adjustable code, and a constant code is fed to its second input, while using the controller, the number of samples of the first and second demodulators is synchronously changed in proportion to the code at the output of the circuit s deduction. 3. Способ повышения точности волоконно-оптического гироскопа по п. 2, отличающийся тем, что код на выходе схемы вычитания обнуляют с помощью регулировки коэффициента усиления дифференциального усилителя тока фотоприемника.3. A method of increasing the accuracy of a fiber-optic gyroscope according to claim 2, characterized in that the code at the output of the subtraction circuit is reset by adjusting the gain of the differential current amplifier of the photodetector. 4. Способ повышения точности волоконно-оптического гироскопа по п. 2, отличающийся тем, что код на выходе схемы вычитания обнуляют с помощью изменения выходной мощности источника излучения.4. A method of increasing the accuracy of a fiber-optic gyroscope according to claim 2, characterized in that the code at the output of the subtraction circuit is zeroed by changing the output power of the radiation source. 5. Способ повышения точности волоконно-оптического гироскопа по п. 1, отличающийся тем, что в цифровом блоке коды с выхода первого и второго демодуляторов поступают на первые входы первой и второй схемы деления кодов соответственно, при этом вторые их входы соединяют с выходом ячейки регулируемого входа.5. A method of increasing the accuracy of a fiber-optic gyroscope according to claim 1, characterized in that in the digital block, the codes from the output of the first and second demodulators arrive at the first inputs of the first and second codes division circuits, respectively, while their second inputs are connected to the output of the cell adjustable entrance.
RU2016134633A 2016-08-25 2016-08-25 Method for improving accuracy of fiber-optic gyroscopes under vibration influence RU2627020C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016134633A RU2627020C1 (en) 2016-08-25 2016-08-25 Method for improving accuracy of fiber-optic gyroscopes under vibration influence

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016134633A RU2627020C1 (en) 2016-08-25 2016-08-25 Method for improving accuracy of fiber-optic gyroscopes under vibration influence

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2627020C1 true RU2627020C1 (en) 2017-08-02

Family

ID=59632394

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016134633A RU2627020C1 (en) 2016-08-25 2016-08-25 Method for improving accuracy of fiber-optic gyroscopes under vibration influence

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2627020C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2734999C1 (en) * 2020-03-24 2020-10-27 Акционерное общество "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" Fiber-optic gyroscope photodetector current stabilization device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU126452U1 (en) * 2012-11-13 2013-03-27 Валерий Николаевич Логозинский FIBER OPTICAL GYROSCOPE
RU2012156296A (en) * 2012-12-25 2014-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" METHOD FOR EXPANSION OF THE RANGE OF ANGLE MEASUREMENT OF FIBER OPTICAL GYROSCOPES WITH OPEN CONTOUR
US8885170B2 (en) * 2009-05-01 2014-11-11 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Gyroscope utilizing torsional springs and optical sensing
US9140551B2 (en) * 2013-07-16 2015-09-22 Honeywell International Inc. Fiber optic gyroscope dead band error suppression

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8885170B2 (en) * 2009-05-01 2014-11-11 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Gyroscope utilizing torsional springs and optical sensing
RU126452U1 (en) * 2012-11-13 2013-03-27 Валерий Николаевич Логозинский FIBER OPTICAL GYROSCOPE
RU2012156296A (en) * 2012-12-25 2014-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" METHOD FOR EXPANSION OF THE RANGE OF ANGLE MEASUREMENT OF FIBER OPTICAL GYROSCOPES WITH OPEN CONTOUR
US9140551B2 (en) * 2013-07-16 2015-09-22 Honeywell International Inc. Fiber optic gyroscope dead band error suppression

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2734999C1 (en) * 2020-03-24 2020-10-27 Акционерное общество "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" Fiber-optic gyroscope photodetector current stabilization device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1499856B1 (en) Apparatus for dead band error suppression in fiber optic gyroscopes
RU2444704C1 (en) Fibre-optic gyroscope
US7505139B2 (en) Signal processing for a Sagnac interferometer
US9557175B2 (en) Fiber optic gyroscope dead band error suppression
EP1718929B1 (en) System and method for reducing fiber optic gyroscope color noise
RU2627020C1 (en) Method for improving accuracy of fiber-optic gyroscopes under vibration influence
RU2512599C1 (en) Method of improving accuracy of closed-loop 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
US5170225A (en) Determining optical signal transit delay time in an optical interferometer
RU2482450C1 (en) Apparatus for testing electronic unit of fibre-optic gyroscope
RU2620933C1 (en) Fiber optic gyroscope with a large dynamic range of measurement of angular speeds
RU2627015C1 (en) Way to improve the accuracy of compensation of parasitic effects in integrated-optical phase modulators of fiber-optic gyroscopes
RU2676944C1 (en) Small-size angular velocity vector meter on the basis of a fiber-optic gyroscope
RU2246097C2 (en) Method of phase modulation in ringular interferometer of fiber-optic gyro
RU2734999C1 (en) Fiber-optic gyroscope photodetector current stabilization device
RU2671377C1 (en) Method of increasing stability of scale factor of fiber optic gyroscope
RU2512598C1 (en) Method of reducing precision readiness time of fibre-optic gyroscope
JP3266318B2 (en) Optical fiber measuring device, gyrometer, central unit for navigation and stabilization
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
RU2160885C1 (en) Method of stabilization of scale factor of fiber-optical gyroscope
JP2021081334A (en) Optical fiber gyro, control method therefor and control device
RU2160886C1 (en) Procedure of processing of information of fiber-optical gyroscope
RU2234680C2 (en) Method for stabilizing scaling factor of optic fiber gyroscope

Legal Events

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

Effective date: 20200826