RU276U1 - Light guide speed sensor - Google Patents

Light guide speed sensor Download PDF

Info

Publication number
RU276U1
RU276U1 RU93037887/23U RU93037887U RU276U1 RU 276 U1 RU276 U1 RU 276U1 RU 93037887/23 U RU93037887/23 U RU 93037887/23U RU 93037887 U RU93037887 U RU 93037887U RU 276 U1 RU276 U1 RU 276U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
circuit
phase modulation
control
Prior art date
Application number
RU93037887/23U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.Д. Беспятов
М.Я. Яковлев
Original Assignee
Научно-исследовательский институт технического стекла
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 Научно-исследовательский институт технического стекла filed Critical Научно-исследовательский институт технического стекла
Priority to RU93037887/23U priority Critical patent/RU276U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU276U1 publication Critical patent/RU276U1/en

Links

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

Световодный датчик скорости вращения, состоящий из оптического и электронного блоков, при этом оптический блок выполнен из последовательно соединенных низкокогерентного излучателя, деполяризатора первого разветвителя, поляризатора и второго разветвителя, выходы которого соединены между собой через последовательные световод чувствительного элемента и фазовый модулятор, и фотоприемника, вход которого подсоединен к второму входу первого разветвителя, а электронный блок выполнен из синусоидального генератора и схемы обработки результатов измерений, отличающийся тем, что в состав электронного блока дополнительно введены регуляторы амплитуды фотосигнала, глубины фазовой модуляции и оптимальной частоты фазовой модуляции и схема сигналов управления, а в состав схемы обработки результатов измерений дополнительно введены последовательно соединенные первый ключ, аналого-цифровой преобразователь, регистр сдвига, схема вычитаний, второй ключ, аккумулятор и формирователь кодовой посылки, при этом входы управления регуляторов амплитуды фотосигнала, глубины фазовой модуляции, оптимальной частоты фазовой модуляции и схемы обработки результатов измерений подсоединены к выходу фотоприемника, выход регулятора амплитуды фотосигнала подсоединен к токовому входу низкокогерентного излучателя, выход регулятора глубины фазовой модуляции подсоединен к входу управления фазового модулятора, а сигнальный вход этого регулятора подсоединен к первому выходу синусоидального генератора, второй выход и вход управления которого соединены соответственно с входом управления и выходом регулятора оптимальной частоты фA fiber-optic speed sensor consisting of optical and electronic units, the optical unit being made up of a low-coherent emitter, a first coupler depolarizer, a polarizer and a second coupler depolarizer, the outputs of which are interconnected via a serial optical fiber of the sensing element and a phase modulator, and a photodetector, input which is connected to the second input of the first splitter, and the electronic unit is made of a sinusoidal generator and the circuit processing tats of measurements, characterized in that the electronic unit additionally includes regulators of the amplitude of the photo signal, the phase modulation depth and the optimal frequency of the phase modulation, and a control signal circuit, and the circuit of the processing of measurement results additionally includes series-connected first key, analog-to-digital converter, register the shift, the subtraction scheme, the second key, the battery and the shaper of the code package, while the control inputs of the regulators of the amplitude of the photo signal, the depth of the phase mode The parameters, the optimal phase modulation frequency, and the processing circuit of the measurement results are connected to the output of the photodetector, the output of the amplitude regulator of the photo signal is connected to the current input of a low coherent emitter, the output of the depth modulator of the phase modulation is connected to the control input of the phase modulator, and the signal input of this regulator is connected to the first output of the sinusoidal generator , the second output and the control input of which are connected respectively to the control input and the output of the optimal frequency controller f

Description

СВЕТОВОДНЫЙ ДАТЧИК СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯROTATION SPEED SENSOR

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть исдользована при разработке световодных датчиков скорости вращения и навигационных систем на их основе.The utility model relates to the field of measurement technology and can be used in the development of light guide speed sensors of rotation and navigation systems based on them.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство по европейскому патенту А2 0160.450 МКИ 20IC I9/64 с приоритетом от 25.04.84 г., которое состоит из оптического и электронного блоков. Оптический блок выполнен по так называемой минимальной структуре и состоит из низкокогрентного источника излучения, выход которого через последовательно соединенные деполяризатор, первый разветвитель и поляризатор подсоединен ко входу второго разветвителя, выходы которого соединены между собой через последовательно соединенные световод чувствительного элемента и фазовый модулятор, вход фотоприемника подсоединен ко второму входу первого разветвителя. Электронный блок выполнен из синусоидального генератора и схемы обработки результатов измерений, состоящей из двухканального коммутатора, вход которого подсоединен к выходу фотоприемника, двух узкополосных фильтров, подсоединенных к выходам коммутатора, и фазового детектора, входы которого подсоединены к выходам фильтров. При этом первый выход синусоидального генератора подсоединен ко входу управления фазового модулятора, а его второй выход через линию задержки, или фазовращатель, подсоединен ко входу управления коммутатора.Closest to the proposed utility model is a device according to European patent A2 0160.450 MKI 20IC I9 / 64 with a priority of 04.25.84, which consists of optical and electronic units. The optical unit is made according to the so-called minimal structure and consists of a low-coherent radiation source, the output of which through a series-connected depolarizer, the first splitter and polarizer is connected to the input of the second splitter, the outputs of which are interconnected through a series-connected optical fiber of the sensing element and a phase modulator, the input of the photodetector is connected to the second input of the first splitter. The electronic unit is made of a sinusoidal generator and a circuit for processing measurement results, consisting of a two-channel switch, the input of which is connected to the output of the photodetector, two narrow-band filters connected to the outputs of the switch, and a phase detector, the inputs of which are connected to the outputs of the filters. In this case, the first output of the sinusoidal generator is connected to the control input of the phase modulator, and its second output via the delay line, or phase shifter, is connected to the control input of the switch.

Эксплуатационные характеристики этого датчика весьма низки. Поскольку в данной схеме отсутствуют механизмы автоматической регулировки параметров электронной схемы в зависимости от конкретных характеристик оптической схемы, а датчик работоспособен только при строгой фазировке сигнала управления коммутатором и при строго выставленных значениях эффективной глубины фазовой моМКИ yOIC 19/64 The performance of this sensor is very low. Since this circuit does not have mechanisms for automatically adjusting the parameters of the electronic circuit depending on the specific characteristics of the optical circuit, and the sensor is operable only with strict phasing of the control signal of the switch and with strictly set values of the effective depth of the phase yOIC 19/64

дуляции и частоте фазовой модуляции, то в широком диапазоне температур он не может быть использован: дрейф нуля уже лри лабораторных условиях превышает сотни градусов в час. Масштабный коэффициент же принципиально нелинеен и сильно зависит от вариаций характеристик оптического и электронного блоков.Because of the frequency of phase modulation, then in a wide temperature range it cannot be used: zero drift already in laboratory conditions exceeds hundreds of degrees per hour. The scale factor is fundamentally non-linear and strongly depends on variations in the characteristics of the optical and electronic units.

Задачей данной полезной модели является создание световодного датчика скорости вращения с высокими эксплуатационными характеристиками .The objective of this utility model is to create a light guide rotational speed sensor with high performance.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявляемой модели, состоит в обеспечении стабильности и линейности масштабного коэффициента и дрейфа нуля близкими к пределам, определяемым качеством оптического блока.The technical result that can be obtained by implementing the inventive model is to ensure the stability and linearity of the scale factor and zero drift close to the limits determined by the quality of the optical unit.

Поставленная задача решается таким образом, что в состав электронного блока дополнительно введены регуляторы амплитуды фотосигнала, глубины фазовой модуляции и оптимальной частоты фазовой модуляции и схема сигналов управления, а в состав схемы обработки результатов измерений дополнительно введены последовательно соединенные первый ключ, аналого-цифровой преобразователь, регистр сдвига, схема вычитаний, второй ключ, аккумулятор и формирователь кодовой посылки. При этом входы управления регуляторов амплитуды фотосигнала, глубины фазовой модуляции и частоты фазовой модуляции и схемы обработки результатов измерений подсоединены к выходу фотоприемника , выход регулятора амплитуды фотосигнала подсоединен к токовому входу низкокогерентного излучателя, выход регулятора глубины фазовой модуляции подсоединен ко входу управления фазового модулятора, а сигнальный вход этого регулятора подсоединен к первому выходу сйй соадл(ьного генератора, второй выход и вход управления которого соединены, соответственно, со входом управления и выходом регулятора оптимальной частоты фазовой модуляции, третий выход синусоидального генератора подсоединен ко входу схемы сигналов управления, выход которой подсоединен параллельно ко входам управления первого ключа и регистра сдвига, четвертый выход синусоидального генератора подсееддиншшо входу управления второго ключа, второй выход аналого-цифрового преобразователя соединен со вторым входом схемы вычитаний,The problem is solved in such a way that the electronic unit additionally includes controllers for the amplitude of the photo signal, the phase modulation depth and the optimal frequency of the phase modulation, and a control signal circuit, and the first key, an analog-to-digital converter, and the register are additionally included in the processing circuit of the measurement results shift, deduction scheme, second key, battery and shaper of the code package. In this case, the control inputs of the controllers for the amplitude of the photo signal, the depth of the phase modulation and the frequency of the phase modulation, and the circuit for processing the measurement results are connected to the output of the photodetector, the output of the controller for the amplitude of the photo signal is connected to the current input of a low coherent emitter, the output of the depth modulator for phase modulation is connected to the control input of the phase modulator, and the signal the input of this controller is connected to the first output of the syth generator (the second output and the control input of which are connected, respectively Actually, with the control input and the output of the controller of the optimal phase modulation frequency, the third output of the sine wave generator is connected to the input of the control signal circuit, the output of which is connected in parallel to the control inputs of the first key and shift register, the fourth output of the sine wave generator is sub-connected to the control input of the second key, and the second analog output a digital converter is connected to the second input of the subtraction circuit,

Предоженное техническое решение иллюстрируется чертежами: на фвг.1 представлена схема световодного датчика скорости вращения в соответствии с формулой полезной модели; на фиг.2 представлена временная диаграмма работы датчика по фиг.1.The proposed technical solution is illustrated by the drawings: on fvg.1 presents a diagram of a fiber-optic speed sensor in accordance with the formula of the utility model; figure 2 presents a timing diagram of the sensor of figure 1.

Работа световодного датчика скорости вращения (по фиг.1) осуществляется следующим образом. Излучение низкокогерентного источника светового излучения I (преимущественно, суперлюминесцентный полупроводниковый диод) произвольной эллиптической поляризации поступает на деполяризатор 2 (выполненный, например, способом сварки двух двулучепреломляющих световодов при их взаимном угловом сдвиге поляризационных осей под углом 45°(, осуществляющий круговую поляризацию излучения. Пройдя через первый разветвитель 3, излучение поступает на поляризатор 4, подавляющий одну из ортогональных составляющих, и затем, пройдя через второй разветвитель 5, передающий поляризационное состояние излучения, в равных долях поступает на его два выхода, обегая световод чувствительного элемента 6 (интерферометр Санъяка) в двух противоположных направлениях. На одном из выходов второго разветвителя 5 установлен фазовый модулятор 7, на вход управленич которого поступает синусоидальный сигнал от синусои&длъного генератора 8:The operation of the light guide rotational speed sensor (figure 1) is as follows. The radiation of a low coherent light source I (mainly a superluminescent semiconductor diode) of arbitrary elliptical polarization is transmitted to depolarizer 2 (made, for example, by welding two birefringent optical fibers with their mutual angular shift of the polarization axes at an angle of 45 ° (which carries out circular polarization of radiation through the first splitter 3, the radiation enters the polarizer 4, which suppresses one of the orthogonal components, and then, passing through the second splitter An amplifier 5, transmitting the polarization state of the radiation, is supplied in equal proportions to its two outputs, circling the optical fiber of the sensing element 6 (Sagnac interferometer) in two opposite directions.On one of the outputs of the second splitter 5, a phase modulator 7 is installed, to the control input of which a sinusoidal signal from sine & dlnoy generator 8:

Уй() - Ј # (2)Uy () - Ј # (2)

где -глубина фазовой модуляции.where is the depth of phase modulation.

Для напряженности электрического поля,Е, оптического излучения на выходе поляризатора 4 можно записать выражение:For the electric field, E, optical radiation at the output of the polarizer 4, you can write the expression:

E&)&&p{j &У + Щ+ (3)E &) && p {j & Y + U + (3)

Ј2 ewjj&Ј+ & « - где Ет «- амплитуда электрического поля луча, обегающего световодЈ2 ewjj & Ј + & «- where Ет« is the amplitude of the electric field of the beam circling the fiber

чувствительного элемента по или против часовой стрелки, соответственно, О - круговая частота оптического излучения, время пробега излучения по световоду чувствительного элемента, 0 - фазовый сдвиг Саньяка за счет вращения чувствительного элемента.of a sensitive element clockwise or counterclockwise, respectively, O is the circular frequency of optical radiation, the travel time of the radiation along the fiber of the sensitive element, 0 is the Sagnac phase shift due to the rotation of the sensitive element.

Полагая EjsErjwE и учитывая, что фотоприемник 9 является квантовым прибором, можно для тока фотодиода записать выражение:Assuming EjsErjwE and taking into account that photodetector 9 is a quantum device, we can write the expression for the photodiode current:

э. (4)e. (4)

В дальнейшем нас будет интересовать только гетеродинный член:In the future, we will be interested only in the heterodyne term:

LsJettfapbrt- 1 +& -A (fe$m к +e)tLsJettfapbrt- 1 + & -A (fe $ m to + e) t

гЛвк-2 Ґ - Приc Ј jr(6)hLvk-2 Ґ - Pr Ј jr (6)

и ,т.е, достигается максимальная эффективность and, i.e., maximum efficiency is achieved

фазовой модуляции, поэтому в дальнейшем величину of г будемphase modulation, therefore in the future the value of g will

называть оптимальной круговой частотой фазовой модуляции, а величину Чо- эффективной глубиной фазовой модуляции.be called the optimal circular frequency of the phase modulation, and the value of Cho is the effective depth of the phase modulation.

Выполнение условия (6) желательно и с точки зрения минимизации шумов оптической схемы.The fulfillment of condition (6) is also desirable from the point of view of minimizing the noise of the optical circuit.

отрицательной обратной связи, охватывающей фотоприемник 9 и элементн оптической схемы.negative feedback covering the photodetector 9 and the optical element circuit.

Регуляторы глубины фазовой модуляции II к оптимальной частоты фазовой модуляции 12 предназначейы длс автоматического поддержания условия (6).The phase modulation depth adjusters II to the optimum phase modulation frequency 12 are intended to automatically maintain condition (6).

Стабилизированный по амплитуде фотосигнал с выхода фотоприемника 9 поступает на вход первого ключа 13, осуществляющего стробирование сигнала в точках максимума функции ),соотвбтст вувдих значениям jr. Моменты стробирования определяютМл The amplitude-stabilized photo signal from the output of the photodetector 9 is fed to the input of the first key 13, which performs the gating of the signal at the maximum points of the function), corresponding to the values of jr. Gating times determine ML

ся схемой сигналов управления 14. С выхода ключа 13 выборки функции %;лоступают на вход аналого-цифрового преобразователя 15, преобразующего амплитуду выборки в цифровой поток, поступающий одновременно на входы регистра сдвига 16, управляемого также схемой сигналов управления 14, и схемы вычитаний 17. За счет задержки цифрового потока в регистре сдвига 16 на один такт осуществляется фиксированная временная задержка, равная полупериоду сигнала фазовой модуляции. В результате, на выходе схемы вычитаний 17 формируется выборка функции:with the control signal circuit 14. From the output of the key 13, the samples of the function% are input to the input of the analog-to-digital converter 15, which converts the sample amplitude to a digital stream, which simultaneously arrives at the inputs of the shift register 16, also controlled by the control signal circuit 14, and the subtraction circuit 17. Due to the delay of the digital stream in the shift register 16 by one clock cycle, a fixed time delay is equal to the half-period of the phase modulation signal. As a result, at the output of the subtraction scheme 17, a sample of the function is formed:

д fa) {ъ&З,()q fa) {b & 3, ()

которую для малых 9 можно апроксимировать какwhich for small 9 can be approximated as

д fa) J& (Щь in )(8)q fa) J & (bk in) (8)

Функция (8) имеет экстремумы приFunction (8) has extrema at

Ал (K+fa)jr(9)Al (K + fa) jr (9)

Јk+lЈk + l

, X-/C-TJ j-, X- / C-TJ j-

r-J r-j

Щ (Ю)Щ (Yu)

Выражение (10) соответствует максимума функции (8) (см.фиг.2В), или нулям функции (5) при (сплошная линия фиг.26). При нули функции (5) смещаются (пунктирная линия фиг.26) и ампZM+f Expression (10) corresponds to the maximum of function (8) (see FIG. 2B), or to the zeros of function (5) at (solid line of FIG. 26). When zeros, functions (5) are shifted (dashed line in Fig. 26) and ampZM + f

Поекольку функция (5) - четная, то, как видно из фиг.26(пунктирная линяя) сдвиг ее нулей имеет противоположный знак в первом и втором волупериодах относительно фазомодулирущего сигнала (фиг.Зе). Как видно из фиг.2в знак разности выборок - цифровых потоков, поступающих непосредственно с выхода АВД 15 и с выхода регистра сдвига 16,- будет меняться в зависимости от полупериода, поэтому для сохранения знака измеряемой величины,0, необходимо использовать только один из полупериодов,например, первый, что и осуществляется с помощью второго ключа 18 (с§цг.2д,е). С помощью аккумулятора 19 осуществляется накапливание и усреднение результатов измерений; формирователь кодовой ПОСЫЛКЕ 20 по командам потребителя информации передает осреднению данные в соответствии с заданным протоколом обмена информации.Since function (5) is even, then, as can be seen from Fig. 26 (dashed line), the shift of its zeros has the opposite sign in the first and second wave periods relative to the phase-modulating signal (Fig. Ze). As can be seen from figv the sign of the difference of the samples - digital streams coming directly from the output of the AED 15 and from the output of the shift register 16, will vary depending on the half-period, therefore, to preserve the sign of the measured value, 0, it is necessary to use only one of the half-periods, for example, the first, which is done with the help of the second key 18 (§§ 2d, f). Using the battery 19 is the accumulation and averaging of measurement results; the shaper code SENDING 20 according to the instructions of the consumer of information transmits averaging data in accordance with a given information exchange protocol.

Claims (1)

Световодный датчик скорости вращения, состоящий из оптического и электронного блоков, при этом оптический блок выполнен из последовательно соединенных низкокогерентного излучателя, деполяризатора первого разветвителя, поляризатора и второго разветвителя, выходы которого соединены между собой через последовательные световод чувствительного элемента и фазовый модулятор, и фотоприемника, вход которого подсоединен к второму входу первого разветвителя, а электронный блок выполнен из синусоидального генератора и схемы обработки результатов измерений, отличающийся тем, что в состав электронного блока дополнительно введены регуляторы амплитуды фотосигнала, глубины фазовой модуляции и оптимальной частоты фазовой модуляции и схема сигналов управления, а в состав схемы обработки результатов измерений дополнительно введены последовательно соединенные первый ключ, аналого-цифровой преобразователь, регистр сдвига, схема вычитаний, второй ключ, аккумулятор и формирователь кодовой посылки, при этом входы управления регуляторов амплитуды фотосигнала, глубины фазовой модуляции, оптимальной частоты фазовой модуляции и схемы обработки результатов измерений подсоединены к выходу фотоприемника, выход регулятора амплитуды фотосигнала подсоединен к токовому входу низкокогерентного излучателя, выход регулятора глубины фазовой модуляции подсоединен к входу управления фазового модулятора, а сигнальный вход этого регулятора подсоединен к первому выходу синусоидального генератора, второй выход и вход управления которого соединены соответственно с входом управления и выходом регулятора оптимальной частоты фазовой модуляции, третий выход синусоидального генератора подсоединен к входу схемы сигналов управления, выход которой подсоединен параллельно к входам управления, первого ключа и регистра сдвига, четвертый выход синусоидального генератора подсоединен к входу управления второго ключа, второй выход аналого-цифрового преобразователя соединен с вторым входом схемы вычитаний.A fiber-optic speed sensor consisting of optical and electronic units, the optical unit being made up of a low-coherent emitter, a first coupler depolarizer, a polarizer and a second coupler depolarizer, the outputs of which are interconnected via a serial optical fiber of the sensing element and a phase modulator, and a photodetector, input which is connected to the second input of the first splitter, and the electronic unit is made of a sinusoidal generator and the circuit processing tats of measurements, characterized in that the electronic unit additionally includes regulators of the amplitude of the photo signal, the phase modulation depth and the optimal frequency of the phase modulation, and a control signal circuit, and the circuit of the processing of measurement results additionally includes series-connected first key, analog-to-digital converter, register the shift, the subtraction scheme, the second key, the battery and the shaper of the code package, while the control inputs of the regulators of the amplitude of the photo signal, the depth of the phase mode The parameters, the optimal phase modulation frequency, and the processing circuit of the measurement results are connected to the output of the photodetector, the output of the amplitude regulator of the photo signal is connected to the current input of a low coherent emitter, the output of the depth modulator of the phase modulation is connected to the control input of the phase modulator, and the signal input of this regulator is connected to the first output of the sinusoidal generator , the second output and the control input of which are connected respectively to the control input and the output of the optimal frequency controller f basic modulation, the third output of the sinusoidal generator is connected to the input of the control signal circuit, the output of which is connected in parallel to the inputs of the control, the first key and the shift register, the fourth output of the sinusoidal generator is connected to the control input of the second key, the second output of the analog-to-digital converter is connected to the second input of the circuit subtractions.
RU93037887/23U 1993-07-23 1993-07-23 Light guide speed sensor RU276U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93037887/23U RU276U1 (en) 1993-07-23 1993-07-23 Light guide speed sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93037887/23U RU276U1 (en) 1993-07-23 1993-07-23 Light guide speed sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU276U1 true RU276U1 (en) 1995-03-16

Family

ID=48262669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93037887/23U RU276U1 (en) 1993-07-23 1993-07-23 Light guide speed sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU276U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4629323A (en) Birefringence type measuring device
US6122415A (en) In-line electro-optic voltage sensor
CN111089578B (en) Interference type optical fiber gyroscope
US4289403A (en) Optical phase modulation instruments
US4650996A (en) Angle transducer employing polarized light
US4433915A (en) Dual-polarization interferometer with a single-mode waveguide
JPS645242B2 (en)
RU276U1 (en) Light guide speed sensor
JP4214367B2 (en) Wavelength monitor and motor drive control device
US4906096A (en) Apparatus and method for phase modulating optical signals in a fiber optic rotation sensor
RU2160885C1 (en) Method of stabilization of scale factor of fiber-optical gyroscope
JP3357734B2 (en) Optical sensor
US4720193A (en) Optical fiber gyroscope
CN220649542U (en) Integrated optical chip and optical gyroscope
RU2523759C1 (en) Angular velocity range extension for open-circuit fibre-optic gyro
JPS61240116A (en) Method for detecting angular velocity
JPS63138208A (en) Optical fiber gyro by phase modulation system
CA2380696A1 (en) Reduced minimum configuration fiber opic current sensor
RU2527141C1 (en) Method of expanding measurement range of angular velocities of closed feedback loop fibre-optic gyroscope
SU1693385A1 (en) Device for measuring object angle of rotation
JPH0352004B2 (en)
JPS61153576A (en) Measuring instrument for magnetic field
SU574741A1 (en) Photoelectric converter of shaft rotation angle to code
KR950009867B1 (en) B.s.o crystal optical voltage sensor
SU567966A1 (en) Piezooptical measuring transducer