光电分离式纯模拟输出微型光纤陀螺及其信号处理方法与流程

本发明涉及光纤陀螺，特别是一种光电分离式纯模拟输出微型光纤陀螺及其信号处理方法。

背景技术：

1、传统的双轴机械陀螺配套于雷达天线系统完成角速率测量时，随着产大量装备使用，频繁出现电机堵转故障，虽然采取优化装配工艺等措施来降低故障率，但效果不明显，解决难度较大。随着光纤陀螺的不断发展，为解决雷达天线系统用的机械陀螺可靠性和寿命问题提供了一条有效路径。相比机械转子陀螺，光纤陀螺可以称为一种固态陀螺，它的内部没有包括陀螺电机在内的这一类机械运动部件，所以也不存在运动磨损现象，可以从根本上消除由于电机堵转故障而影响可靠性的主要不利因素。

2、但机械陀螺从原理上讲就是一款双轴陀螺，双轴光纤陀螺想要替代双轴机械陀螺还存在，小型化、信号传输、信号处理等问题。小型化问题主要是由于光纤线缆具有一定长度无法较好的盘装，结构不紧凑；现有的信号传输采用使用单片机或dsp等处理芯片，也会占据较大的体积，从而不利于小型化。而信号处理过程中，若敏感到大角速度时，数据容易溢出导致符号位相反的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种光电分离式纯模拟输出的微型光纤陀螺。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种光电分离式纯模拟输出的微型光纤陀螺，包括有光路系统和电路系统；所述电路系统采用串行d/a输出；

3、所述电路系统包括有：

4、电源处理电路，与光路系统、主机电路和滤波电路连接；

5、主机电路，用于信号的采集、解调与调制、形成模拟量的角速率；

6、滤波电路，用于对角速率模拟信号进行二阶滤波并对外输出；电路系统采用串行d/a输出，不再使用单片机或dsp等处理芯片，有利于将电路形式小型化，有利于双轴光纤陀螺的小型化，电路系统采用串行d/a输出后，会导致电路无法补偿的问题，而在主机电路中设计fpga信号调解电路，可以实现电路补偿。

7、所述主机电路包括有：

8、a/d转换电路，用于将模拟信号转换为数字信号；

9、fpga信号调解电路，用于对a/d转换电路的数字信号进行截位，当敏感到大角速率时，fpga信号调解电路通过对数据截位，使符号位不变化，数据不翻转；

10、d/a转换电路，用于将fpga信号调解电路处理后的数字信号转换为模拟信号，并反馈给光路系统；

11、fpga信号调解电路，用于对a/d转换电路的数字信号进行截位，当敏感到大角速率时（如100度每秒的角速度以上 ），fpga信号调解电路通过对数据截位，使符号位不变化，数据不翻转；截位的具体方法为：fpga接到a/d采样数字量后，进行解算得到相位变化对应的数字解调值，该数字解调值经过积分器后得到56位的积分值，从56位中截取32位数字量作为陀螺角速率的预输出量，再从32位的预输出量值中截取高18位数据发送为d/a作为最终的数模转换数据来源。从56位中截取32位时需将陀螺最大测速范围的数据符号位包含在内，并预留截位余量，如此能够保证32位和18位的数据符号位与56位相反，此种情况应将截位升高到43位到第12位，保证数据的符号位与实际相位的方向一致。

12、所述滤波电路包括有：

13、d/a转换电路，用于将fpga信号调解电路处理后的数字信号转换为模拟信号；

14、滤波放大电路，用于将d/a转换电路输出的模拟信号进行滤波放大并输出；

15、基准源产生电路，用于产生稳定输出电压供滤波放大电路用；

16、所述滤波放大电路采用有源二阶低通滤波电路；

17、所述光路系统包括有光源、主分束器、两个分束器、两个探测器、两个波导集成光学芯片、两个光纤和光源驱动电路；所述光源驱动电路与电源处理电路连接；所述光源通过主分束器与两个分束器连接；两个探测器分别连接两个分束器；两个分束器分别连接两个波导集成光学芯片；两个波导集成光学芯片分别连接两个光纤环；

18、所述光路系统设置在陀螺内部；所述电路系统设置在陀螺外部的电路板上；所述陀螺与电路板通过电缆连接；

19、所述陀螺与电路板连接的电缆上设置有防波套；

20、更进一步的技术方案是本发明提供一种光电分离式纯模拟输出的微型光纤陀螺的信号处理方法。

21、本发明具有以下优点：

22、1、电路系统采用串行d/a输出，不再使用单片机或dsp等处理芯片，有利于将电路形式小型化，有利于双轴光纤陀螺的小型化，电路系统采用串行d/a输出后，会导致电路无法补偿的问题，而在主机电路中设计fpga信号调解电路，可以实现电路补偿；

23、2、本发明优选的，在主机电路中，通过fpga信号调解电路，用于对a/d转换电路的数字信号进行截位，当敏感到大角速率时，fpga信号调解电路通过对数据截位，使符号位不变化，数据不翻转。

技术特征：

1.一种光电分离式纯模拟输出的微型光纤陀螺，包括有光路系统和电路系统；其特征在于：所述电路系统采用串行d/a输出；

2.根据权利要求1所述的光电分离式纯模拟输出的微型光纤陀螺，其特征在于：所述主机电路包括有：

3.根据权利要求2所述的光电分离式纯模拟输出的微型光纤陀螺，其特征在于：fpga接到a/d采样数字量后，进行解算得到相位变化对应的数字解调值，该数字解调值经过积分器后得到56位的积分值，从56位中截取32位数字量作为陀螺角速率的预输出量，再从32位的预输出量值中截取高18位数据发送为d/a作为最终的数模转换数据来源。

4.根据权利要求2所述的光电分离式纯模拟输出的微型光纤陀螺，其特征在于：所述滤波电路包括有：

5.根据权利要求1所述的光电分离式纯模拟输出的微型光纤陀螺，其特征在于：所述滤波放大电路采用有源二阶低通滤波电路。

6.根据权利要求1所述的光电分离式纯模拟输出的微型光纤陀螺，其特征在于：所述光路系统包括有光源、主分束器、两个分束器、两个探测器、两个波导集成光学芯片、两个光纤环和光源驱动电路；所述光源驱动电路与电源处理电路连接；所述光源通过主分束器与两个分束器连接；两个探测器分别连接两个分束器；两个分束器分别连接两个波导集成光学芯片；两个波导集成光学芯片分别连接两个光纤环。

7.根据权利要求1所述的光电分离式纯模拟输出的微型光纤陀螺，其特征在于：所述光路系统设置在陀螺内部；所述电路系统设置在陀螺外部的电路板上；所述陀螺与电路板通过电缆连接。

8.根据权利要求7所述的光电分离式纯模拟输出的微型光纤陀螺，其特征在于：所述陀螺与电路板连接的电缆上设置有防波套。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述光纤陀螺仪的信号处理方法，其特征在于，包括有如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种光电分离式纯模拟输出的微型光纤陀螺，包括有光路系统和电路系统；所述电路系统采用串行D/A输出；所述电路系统包括有：电源处理电路，与光路系统、主机电路和滤波电路连接；主机电路，用于信号的采集、解调与调制、形成模拟量的角速率；滤波电路，用于对角速率模拟信号进行二阶滤波并对外输出；电路系统采用串行D/A输出，不再使用单片机或DSP等处理芯片，有利于将电路形式小型化，有利于双轴光纤陀螺的小型化，电路系统采用串行D/A输出后，会导致电路无法补偿的问题，而在主机电路中设计FPGA信号调解电路，可以实现电路补偿。

技术研发人员：孟骁,杨波,马小奇,詹苏昌,毛冠军
受保护的技术使用者：陕西华燕航空仪表有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12