一种静态条件下测量光纤陀螺带宽的方法
【专利摘要】一种静态条件下测量光纤陀螺带宽的方法，在测试频率范围内设定多个测试频率点和每个频率点的外接信号发生器输出电压信号幅度；分别产生不同频率的正弦电压信号，在各个频率点下采集光纤陀螺的输出信号；计算与正弦电压信号作用等效的角振动幅度，并利用最小二乘法计算拟合后光纤陀螺输出角速度信号的幅值；得到光纤陀螺在各频率点的响应度，拟合出光纤陀螺的响应度随频率变化曲线中响应度为0.707时对应的频率值即为光纤陀螺带宽。本发明能够在静态条件下测量光纤陀螺带宽，并且能够测量转台角振动方法无法测量的高带宽光纤陀螺带宽，最大程度上满足了光纤陀螺带宽测试的需求。
【专利说明】一种静态条件下测量光纤陀螺带宽的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测量光纤陀螺带宽的方法，特别是一种静态条件下测量光纤陀螺 带宽的方法，属于光纤陀螺测试领域，适合于光纤陀螺的带宽测量。
【背景技术】
[0002] 闭环干涉型光纤陀螺仪是一种基于Sagnac效应的角速度传感器，其系统构成如 图2所示。在光纤陀螺光路中，光源发出的光经过耦合器后到达Y波导，经过Y波导后分成 强度相同的两束光进入光纤环，在光纤环中传播一周后，两束光在Y波导处汇合并形成干 涉光束，由于光纤环相对惯性空间存在着转速，两束光之间存在着与光纤环转速成正比的 相位差。干涉光束经耦合器后进入探测器，探测器将干涉光束的强度信号转换为电信号。 光纤陀螺电路实时检测干涉光束的相位差，并将相位差补偿掉，由于补偿的相位差与转速 成正比，所以补偿值即可表示光纤环的转速。光路相位差是通过探测器输出的电信号表示 检测出来的，光纤陀螺电路对光路施加的相位补偿是通过光纤陀螺电路上的运算放大器对 Y波导的输入端施加电压调制信号实现的。
[0003] 通常光纤陀螺的带宽是通过转台角振动的方法测试。测试时将光纤陀螺固定在转 台上，光纤陀螺敏感轴与转台转轴平行，当转台以给定的频率和幅度进行正弦角振动时，光 纤陀螺输出相应频率的正弦转速信号。光纤陀螺的输出信号的幅度与转台输入转速的幅度 的比值称为光纤陀螺的响应度，根据不同角振动频率下光纤陀螺的响应度，可拟合光纤陀 螺响应度随角振动频率的变化曲线，即幅频曲线，通常定义幅频曲线下降到_3dB时对应的 频率点为光纤陀螺带宽。
[0004] 在上述带宽测试过程中，转台的作用是在提供正弦转动信号，作为带宽测试的输 入信号，光纤陀螺的输出信号即是对输入信号的相应。由Sagnac效应可知，在转台的正弦 角振动使得光纤陀螺内部产生的物理效应是光纤陀螺光路中的干涉光束之间产生了与转 台转速同频的正弦相位差。光纤陀螺将该相位差检测出并转化成转速值输出。
[0005] 在静态条件下，在光纤陀螺的Y波导施加正弦的电压信号
[0006]V(t) =A*sin(2nf〇t) (I)
[0007] 其中A为信号幅度，t为时间，&为信号频率，π为圆周率。则该信号对两个干涉 光束产生的相位调制分别为
【权利要求】
1. 一种静态条件下测量光纤陀螺带宽的方法，所述光纤陀螺包括电连接的运算放大器 和Y波导，其特征在于步骤如下： (1) 将光纤陀螺内电连接的运算放大器和Y波导断开，将光纤陀螺内的运算放大器和 外接信号发生器的输出端分别与外接运算放大电路的两个输入端电连接，将Y波导的输入 端与外接运算放大电路的输出端电连接； (2) 设定光纤陀螺带宽测试的测试频率范围为：0Hz?NtlHz,并在测试频率范围内设定 多个测试频率点，所述测试频率点按照由小到大的顺序构成数组F; (3) 设定步骤（2)数组F中的每个频率点的外接信号发生器输出电压信号幅度A; (4) 光纤陀螺、外接信号发生器和外接运算放大电路上电工作，外接信号发生器按照步 骤（2)中设定的频率点和步骤（3)中设定的输出电压信号幅值分别产生不同频率的正弦电 压信号，在各个频率点下采集光纤陀螺的输出信号； (5) 在步骤（2)中设定的每个测试频率点条件下，计算步骤（4)中与正弦电压信号作用 等效的角振动幅度，将各测试频率点下计算的等效角振动的幅度按照频率从小到大的顺序 构成数组B，所述等效角振动的幅度具体由公式：
给出，式中，ΩΑ为等效角振动的幅度，L为光纤陀螺的量程，Vh为光纤陀螺Y波导的半 波电压，η为圆周率，f〇为信号发生器当前产生的正弦电压信号的频率，τ为光纤陀螺的 本征周期； (6) 在步骤⑵中设定的每个测试频率点条件下，利用最小二乘法，将步骤（4)中采集 的光纤陀螺输出信号按照正弦信号拟合出光纤陀螺输出角速度信号，计算拟合后光纤陀螺 输出角速度信号的幅值，并将光纤陀螺输出角速度信号的幅值按照频率由小到大的顺序构 成数组C; (7) 将数组C中各频率点光纤陀螺输出角速度信号的幅值分别除以数组B中对应频率 点等效角振动幅度；得到光纤陀螺在各频率点的响应度，并将各频率点光纤陀螺的响应度 按照频率由小到大的顺序构成数组D; (8) 利用数组D和数组F，拟合出光纤陀螺的响应度随频率变化曲线，该曲线中响应度 为0. 707时对应的频率值即为光纤陀螺带宽。
2. 根据权利要求1所述的一种静态条件下测量光纤陀螺带宽的方法，其特征在于：所 述步骤（4)中采集光纤陀螺的输出信号时，每个频率点采集时间不少于10s。
3. 根据权利要求1所述的一种静态条件下测量光纤陀螺带宽的方法，其特征在于：所 述步骤⑵中Ntl的取值范围为：0?2000。
【文档编号】G01C25/00GK104457791SQ201410708137
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】赵政鑫, 王巍, 于海成, 王军龙, 李超, 石海洋, 杨学礼 申请人:北京航天时代光电科技有限公司