一种在无机械转动条件下测量光纤陀螺标度因数的方法
【专利摘要】一种在无机械转动条件下测量光纤陀螺标度因数的方法，利用信号叠加器将信号发生器产生的锯齿波电压信号与光纤陀螺电路产生的闭环调制信号叠加在一起后，施加在Y波导上。根据光纤陀螺的检测原理，锯齿波电压信号使干涉光束之间产生的相位差与机械转动产生的相位差一致，该相位差可被光纤陀螺电路当作机械转动检测出来。因此可以利用本发明方法模拟转台转动来进行光纤陀螺的标度因数测试。经过对比试验，本发明方法与通过机械转台测量的标度因数是一致的。
【专利说明】-种在无机械转动条件下测量光纤陀螺标度因数的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光纤陀螺标度因数的测量方法，特别是在振动、真空等无法使用 机械转台的环境中准确测量光纤陀螺标度因数的方法。
【背景技术】
[0002] 光纤陀螺具有良好的环境适应性，是惯性导航及姿态控制领域重要的角速度仪 表。在一些特殊的应用场合中，要求在真空、振动等特殊环境条件下在线检测光纤陀螺标度 因数是否发生变化。
[0003] 通常光纤陀螺的标度因数是通过转台转动标定出来的。在光纤陀螺标度因数测试 过程中，转台的作用是提供均匀的机械转动，使Sagnac光路产生与转速呈正比的相位差。 将光纤陀螺的输出信号扣除零偏漂移和地速后，与其对应的转台转速，利用最小二乘法，拟 合成一次函数，该函数的一次项系数即为光纤陀螺的标度因数。然而，由于机械转台无法在 上述特殊环境中正常工作，需要花费很多经费和时间去研制专门的标定设备，费时费力。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种在无机械转动条件 下测量光纤陀螺标度因数的方法，通过在光纤陀螺Y波导上施加锯齿波电压信号的方法模 拟标定试验中的机械转动，可以在真空、振动等无法使用机械转台的特殊环境条件下，准确 测量光纤陀螺的标度因数。
[0005] 本发明的技术解决方案是：一种在无机械转动条件下测量光纤陀螺标度因数的方 法，包括如下步骤：
[0006] (1)制定测试转速点，并将测试转速点按照由小到大的顺序进行排列，构成数组 Ω; VAnL
[0007] ⑵根据数组Ω中的各测试转速点的具体数值Ω⑴，通过公式Ω的=7计算 l，H JkV 得到对应锯齿波电压的斜率A，通过公式Γ= 计算得到对应锯齿波电压的周期T，其中 A L为光纤陀螺的量程，Vh为光纤陀螺中Y波导的半波电压，k为整数；所述测试转速点的个 数为11。
[0008] (3)采用信号发生器输出周期T、斜率A、幅度为V= 2VH的锯齿波电压信号并送至 光纤陀螺的Y波导；
[0009](4)采集并保存光纤陀螺的与每个测试转速点对应的输出信号，扣除地速及光纤 陀螺零偏后，得到数组B，数组B与数组Ω中的数据一一对应；
[0010] (5)利用最小二乘法，将数组Ω与数组B，按照一次函数拟合出光纤陀螺的标度因 数K。
[0011] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0012] (1)本发明中光纤陀螺电路检测到的相位差是由锯齿波电压使两束光发生干涉产 生的，这与机械转台转动使两束光干涉产生的相位差等效，都可以被光纤陀螺的电路检测 出来，但又不需要使用机械转台，因此，可在无机械转动条件下测试光纤陀螺标度因数；
[0013] (2)本发明中与机械转台在标定试验中起到相同作用的是叠加在闭环调制信号上 的锯齿波电压信号，该锯齿波电压信号由信号发生器产生的，而信号发生器只需通过导线 与光纤陀螺电路相连接即可。因此，本发明方法对工作环境的要求比机械转台低，能够在真 空、振动等无法使用转台的环境中测量光纤陀螺的标度因数；
[0014] (3)本发明对光纤陀螺进行标定的过程中不使用机械转台，而机械转台的电动机 在转动过程中会导致转台周围的磁场发生变化，对于磁灵敏较高的光纤陀螺，这会对标定 结果造成未知的误差。使用本发明的方法进行标定则可以避免机械转动法测试中转台磁场 对标定结果的影响；
[0015] (4)本发明利用信号发生器使光纤陀螺检测到的相位差，与机械转台提供的角速 度产生的相位差相当，以此来实现对光纤陀螺的标定。因此，不需要机械转台等与其的相关 硬件，测试成本远低于使用传统机械转台进行标定的方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为光纤陀螺组成示意图；
[0017] 图2为本发明测试系统的组成原理图；
[0018] 图3为本发明测试系统中信号叠加电路的原理图；
[0019] 图4为本发明锯齿波信号对干涉光束产生的调制相位及相位差示意图；
[0020] 图5为本发明方法的流程图。
【具体实施方式】
[0021] 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1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检测出 来的，光纤陀螺电路对光路施加的相位补偿是通过对Y波导施加电压调制信号实现的。
[0022] 在传统的光纤陀螺标度因数测试过程中，转台的作用是提供转动信号。由Sagnac 效应可知，在转台旋转过程中，光纤陀螺中的干涉光束之间产生了与转台转速成正比的相 位差。本发明方法通过在光纤陀螺Y波导上施加电压信号的方式来等效机械转动，进行光 纤陀螺标度因数的测量。
[0023] 本发明方法涉及的测试系统由信号发生器、信号叠加器、被测试光纤陀螺、上位机 等组件组成，如图2所示。其中信号发生器的作用是产生锯齿波电压信号，使光纤陀螺光路 产生与机械转动等效的光程差。信号叠加器的组成如图3所示，其作用是将锯齿波电压信 号与光纤陀螺的调制信号叠加，叠加过程中光纤陀螺的调制信号的放大倍数为1(或-1); 叠加后的信号施加到Y波导上，在无机械转动条件下光纤陀螺电路将锯齿波电压信号产生 的相位差作为机械转动解调并输出；上位机的作用是采集光纤陀螺输出数据。
[0024] 在图3所示的电路中，若取R1 =R2 =R3 =R4，根据理想运放的计算公式，输出端 信号
[0025] V0 =V2-V1 (1)
[0026] 由公式（1)可知，信号叠加器实现了将调制信号与锯齿波信号的叠加。当Vl接信 号发生器，V2光纤陀螺的运算放大器时，调制信号的放大倍数为1，当V2接信号发生器，Vl 接光纤陀螺的运算放大器时，调制信号的放大倍数为-1，两种连接方式都可实现锯齿波信 号与调制信号的叠加；
[0027] 在无机械转动条件下，在光纤陀螺的Y波导上施加锯齿波电压信号V(t)，
[0028]
【权利要求】
1. 一种在无机械转动条件下测量光纤陀螺标度因数的方法，其特征在于包括如下步 骤： (1) 制定测试转速点，并将测试转速点按照由小到大的顺序进行排列，构成数组Ω; (2) 根据数组Ω中的各测试转速点的具体数值Ω(t),通过公式= 计算得到 OkV 对应锯齿波电压的斜率Α，通过公式Γ= ^计算得到对应锯齿波电压的周期Τ，其中L为 A 光纤陀螺的量程，Vh为光纤陀螺中Y波导的半波电压，k为整数； (3) 采用信号发生器输出周期T、斜率A、幅度为V= 2VH的锯齿波电压信号并送至光纤 陀螺的Y波导； (4) 采集并保存光纤陀螺的与每个测试转速点对应的输出信号，扣除地速及光纤陀螺 零偏后，得到数组B，数组B与数组Ω中的数据一一对应； (5) 利用最小二乘法，将数组Ω与数组B，按照一次函数拟合出光纤陀螺的标度因数K。
2. 根据权利要求1所述的一种在无机械转动条件下测量光纤陀螺标度因数的方法，其 特征在于：所述测试转速点的个数为11。
【文档编号】G01C25/00GK104457792SQ201410713298
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】李青, 于海成, 李超, 赵政鑫, 崔广云 申请人:北京航天时代光电科技有限公司