干涉式光纖陀螺信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、光纖陀螺(FOG)是基于Sagnac效應(yīng)的用于檢測(cè)相對(duì)慣性空間旋轉(zhuǎn)角速度的一種光纖傳感器。光纖陀螺按其工作原理又可以分為干涉式光纖陀螺(IFOG)、諧振式光纖陀螺(RFOG)和受激布里淵散射式光纖陀螺(BFOG)三種。其中干涉式光纖陀螺的相關(guān)理論研究已經(jīng)比較成熟,在工程上得到了廣泛的應(yīng)用,而諧振式光纖陀螺和受激布里淵散射式光纖陀螺目前尚處在進(jìn)一步研究階段。干涉式光纖陀螺根據(jù)檢測(cè)方法的不同又可以分為開(kāi)環(huán)檢測(cè)和閉環(huán)檢測(cè)兩種。
　　

2、本文提出、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于線性可變差動(dòng)變壓器芯片(LNDT)的新型模擬開(kāi)環(huán)檢測(cè)電路。該電路利用LNDT芯片產(chǎn)生30KHz的正弦波作為陀螺的調(diào)制信號(hào),經(jīng)過(guò)正弦波調(diào)制的陀螺輸出信號(hào)含有調(diào)制信號(hào)的基頻項(xiàng)和倍頻項(xiàng),分別含正比于Sagnac相移的正弦值和余弦值。我們利用兩個(gè)帶通濾波器分別將基頻項(xiàng)和倍頻項(xiàng)提取出來(lái)送入LNDT信號(hào)處理電路。倍頻項(xiàng)直接在LVDT芯片內(nèi)部進(jìn)行解調(diào),基頻項(xiàng)則通過(guò)對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行移相來(lái)進(jìn)行解調(diào)。最后通過(guò)LNDT芯片內(nèi)部的低

3、通濾波器和除法器我們可以得到Sagnac相移的正切值,在輸入角速度比較小的情況下,輸出電壓與輸入角速度近似成線性關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該信號(hào)的光纖陀螺標(biāo)度因數(shù)為0.2769V／°／s,零偏為-49.6°／h,輸出零偏結(jié)果的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差為6.6489°／h。
　　 數(shù)字閉環(huán)檢測(cè)電路采用方波調(diào)制,階梯波反饋的方案。首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試光纖陀螺的渡越時(shí)間τ,FPGA產(chǎn)生方波調(diào)制信號(hào)的周期即為2τ。對(duì)陀螺的輸出信號(hào)進(jìn)行高速采樣送入FPGA進(jìn)行信

4、號(hào)處理,將相鄰兩個(gè)τ內(nèi)的信號(hào)相減作為誤差控制信號(hào)。將得到的誤差信號(hào)通過(guò)積分反饋控制環(huán)節(jié)形成階梯波信號(hào),其剛好抵消陀螺由于旋轉(zhuǎn)引起的Sagnac相移。方波調(diào)制信號(hào)和反饋信號(hào)階梯波疊加后均加到相位調(diào)制器鈮酸鋰(LiNbO3)。同時(shí),為了消除電路參數(shù)隨溫度的漂移、鈮酸鋰半波電壓變化帶來(lái)的2π復(fù)位電壓不精確,引入了第二閉環(huán)控制電路來(lái)調(diào)節(jié)2π復(fù)位電壓。最終的輸出結(jié)果由FPGA設(shè)計(jì)的UART實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信。測(cè)試結(jié)果表明:數(shù)字閉環(huán)采用的光纖陀螺的