一种高可靠性配置时分复用光纤陀螺的制作方法

技术特征：

1.一种高可靠性配置时分复用光纤陀螺，其特征在于，包括：第一光源、第二光源、第一探测器、第二探测器、耦合器、x敏感轴、y敏感轴、z敏感轴、s敏感轴、第一信号处理电路、第二信号处理电路、第一光源驱动电路以及第二光源驱动电路；其中，

所述第一光源、所述第二光源、所述第一探测器和所述第二探测器分别与所述耦合器的前端四个端口连接，所述x敏感轴、所述y敏感轴、所述z敏感轴和所述s敏感轴分别与所述耦合器的后端四个端口连接；

所述第一探测器与所述第一信号处理电路连接，所述第二探测器与所述第二信号处理电路连接，所述第一信号处理电路和所述第二信号处理电路通过第一电子开关与所述x敏感轴、所述y敏感轴、所述z敏感轴和所述s敏感轴连接；

所述第一光源驱动电路通过第二电子开关与所述第一光源连接，所述第二光源驱动电路通过第三电子开关与所述第二光源连接；

所述第一信号处理电路和所述第二信号处理电路分别独立控制所述第一电子开关、所述第二电子开关和所述第三电子开关的闭合与断开；

所述x敏感轴、所述y敏感轴、所述z敏感轴和所述s敏感轴分别包括y波导和光纤环；所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴两两正交，所述s敏感轴斜置；

在所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴的光功率都正常时，所述第一信号处理电路分别与所述x敏感轴、所述y敏感轴、所述z敏感轴和所述s敏感轴连接，所述第一光源驱动电路与所述第一光源连接，所述第二光源驱动电路与所述第二光源断开，所述第一光源驱动电路驱动所述第一光源提供光，通过时分复用调制利用所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴进行姿态测量；

在所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴中任意一个的光功率发生异常时，通过时分复用调制启用所述s敏感轴，利用所述s敏感轴解算得到故障敏感轴的角速度信息，代替所述故障敏感轴进行姿态测量；

在所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴的光功率都发生异常时，通过所述第一电子开关断开所述第一信号处理电路分别与所述x敏感轴、所述y敏感轴、所述z敏感轴和所述s敏感轴的连接，使所述第二信号处理电路分别与所述x敏感轴、所述y敏感轴、所述z敏感轴和所述s敏感轴连接；若所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴的光功率仍然异常，则通过所述第二电子开关断开所述第一光源驱动电路与所述第一光源的连接，同时通过所述第三电子开关使所述第二光源驱动电路与所述第二光源连接，所述第二光源驱动电路驱动所述第二光源提供光，通过时分复用调制利用所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴进行姿态测量。

2.如权利要求1所述的高可靠性配置时分复用光纤陀螺，其特征在于，在所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴的光功率都正常时，所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴按照时序分时工作，任意时刻只有一个敏感轴处于工作状态，处于工作状态的敏感轴为调制相位，其余两个敏感轴为±π调制相位，所述s敏感轴一直为±π调制相位；

在所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴中任意一个的光功率发生异常时，所述s敏感轴参与分时工作，处于工作状态时为调制相位，其余时间为±π调制相位，所述故障敏感轴一直为±π调制相位。

3.如权利要求1所述的高可靠性配置时分复用光纤陀螺，其特征在于，所述第一信号处理电路和所述第二信号处理电路分别包括：以fpga为控制中心的数字算法电路；

所述以fpga为控制中心的数字算法电路，用于控制所述x敏感轴、所述y敏感轴、所述z敏感轴和所述s敏感轴时分复用调制和解调；对光纤陀螺的光功率进行分时探测以及故障诊断和重构；控制所述第一电子开关使所述第一信号处理电路分别与所述x敏感轴、所述y敏感轴、所述z敏感轴和所述s敏感轴连接或使所述第二信号处理电路分别与所述x敏感轴、所述y敏感轴、所述z敏感轴和所述s敏感轴连接；控制所述第二电子开关使所述第一光源驱动电路与所述第一光源连接或断开；控制所述第三电子开关使所述第二光源驱动电路与所述第二光源连接或断开。

4.如权利要求1～3任一项所述的高可靠性配置时分复用光纤陀螺，其特征在于，所述s敏感轴分别与所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴的夹角为57.74°。

5.一种如权利要求1～4任一项所述的高可靠性配置时分复用光纤陀螺的故障诊断和重构方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1：分别计算所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴的最小光功率，并保存在存储器中；

s2：获取t时刻所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴的光功率；

s3：判断t时刻所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴的光功率是否小于对应的最小光功率；若t时刻所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴中任意一个的光功率小于对应的最小光功率，则执行步骤s4；若t时刻所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴的光功率都小于对应的最小光功率，则执行步骤s5；若t时刻所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴的光功率大于或等于对应的最小光功率，则返回步骤s2，进行t＝t+1时刻的诊断；

s4：通过时分复用调制启用所述s敏感轴，利用所述s敏感轴解算得到所述故障敏感轴的角速度信息，代替所述故障敏感轴进行姿态测量；返回步骤s2，进行t＝t+1时刻的诊断；

s5：判断是否为第一次确定t时刻所述x敏感轴、所述y敏感轴和所述z敏感轴的光功率都小于对应的最小光功率；若是，则执行步骤s6；若否，则执行步骤s7；

s6：通过所述第一电子开关断开所述第一信号处理电路分别与所述x敏感轴、所述y敏感轴、所述z敏感轴和所述s敏感轴的连接，使所述第二信号处理电路分别与所述x敏感轴、所述y敏感轴、所述z敏感轴和所述s敏感轴连接；返回步骤s2，重新进行t时刻的诊断；

s7：通过所述第二电子开关断开所述第一光源驱动电路与所述第一光源的连接，同时通过所述第三电子开关使所述第二光源驱动电路与所述第二光源连接；返回步骤s2，进行t＝t+1时刻的诊断。

技术总结
本发明公开了一种高可靠性配置时分复用光纤陀螺，采用时分复用技术，多轴共用光源驱动电路、光源、探测器和信号处理电路，具有质量轻、体积小和功耗低等方面的优点。采用四轴冗余配置方案，能够容许一个敏感轴发生故障而不影响光纤陀螺的正常工作，采用双光源驱动电路、双光源、双探测器和双信号处理电路方案，对光纤陀螺系统的薄弱环节和故障率较高的光电器件进行冗余设计，以提高光纤陀螺的可靠性，延长使用寿命，降低单机的故障概率。信号处理电路设置专门通道从中提取三个正交敏感轴的光功率信息作为故障的判据进行故障诊断和重构；采用分时调制的方案，工作敏感轴和故障敏感轴通过调制信号进行切换，不需要复杂的控制器件。

技术研发人员：金靖;贺纪亮;马坤
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2020.01.16
技术公布日：2020.04.21