一种开环光纤陀螺的自检电路及自检方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及到一种开环光纤陀螺的自检电路及自检方法。
【背景技术】
[0002]近些年来，开环光纤陀螺以其体积小，重量轻，成本低，结构简单，功耗低，启动时间短，使用寿命长等特点得到越来越多业内人士的关注，在低精度领域已经有逐步替代机械式速率陀螺的发展趋势，但是在飞控领域仍然无法取代传统的机械陀螺，主要原因是在飞控系统上要求速率陀螺具有故障自检功能(包括地面自检和空中自检两部分功能)，但此前的开环光纤陀螺都不具有该自检功能。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决开环光纤陀螺不能进行自检的问题，提供了一种通过硬件电路实现开环光纤陀螺自检功能的电路及方法。
[0004]本发明的自检功能包括空中自检和地面自检两部分。要实现空中自检，关键是找出合适的被监测点和监测参数。对于故障检出，既要有尽量好的辨识性、尽可能大的覆盖面，同时监测又不能影响其本身的正常工作。
[0005]通过比较分析，将光源驱动级的电阻上端作为监测点，把光源驱动电流在此电阻上形成的压降是否超限作为空中自检的监测参数，进行实时监控，可以满足空中自检的要求。如果该压降超过一定值，即可判定或者提前预判陀螺已发生故障。
[0006]与空中自检不同，地面自检可以在每次陀螺投入使用前进行。这就给加特定信号以对相关电路、光路进行检测带来了实现的可能。意味着可以进行更多功能单元的测试，弥补空中自检的覆盖遗留。
[0007]实现地面自检的关键在于确定测试信号的来源、波形、大小、注入点、检测点、检测方式等。对比开环光纤陀螺在静止时和旋转时电路的工作原理及特点，发现陀螺在静止时和旋转时探测器后端电路的信号波形是不同的，且有着一定关系。静止时可以将经过探测器后的信号看成只有二次谐波，一次谐波分量为零，频率为两倍调制频率的正弦信号，而在旋转时，一次谐波不为零，可以将其看作是一次谐波与二次谐波相叠加得到波形，对此波形进行解调即可得到陀螺输出信号。因此，本发明的设计思路是在陀螺静止时输出一个模拟陀螺有旋转时的电压输出，即陀螺静止时，在探测器后端得到的二次谐波信号上叠加一个一次谐波，再经过解调输出，若能得到我们所期望的电压输出，则说明陀螺工作正常，否则说明陀螺存在某种故障。其关键是如何产生叠加时需要的一次谐波信号。
[0008]具体为:
[0009]一种开环光纤陀螺的自检电路，包括:一光源；
[0010]所述光源一端连接驱动其发光的光源驱动电路，另一端经耦合器C2、偏振器、耦合器Cl连接至PZT，所述耦合器C2连接有探测器，探测器输出端设置有前放大电路，所述前放大电路一路连接光源驱动电路，一路连接信号接入点，信号接入点的输出端通过信号调制电路连接至解调电路，信号调制电路输出端连接PZT，解调电路的输入端连接有信号波形；所述信号接入点的输入端连接有调相电路和自检差分放大电路；
[0011 ] 所述光源驱动电路还连接有自检电路。
[0012]本发明设计的自检电路，其工作原理是将PZT振荡电路产生的一次谐波叠加在探测器后端的二次谐波上，用合成的波形近似等效陀螺旋转时产生的波形。此方法不需要重新设计振荡电路，只需将PZT振荡电路中产生的一次谐波提取出来，将其叠加在探测器后端电路上，但是在叠加时要注意两个信号的相位关系，所以此部分电路需要具有差分放大和调相两种功能。
[0013]进一步地，所述自检差分放大电路的输入端与信号调制电路通过两路模拟开关连接。
[0014]一种开环光纤陀螺的自检方法，包括空中自检和地面自检；
[0015]所述空中自检，用于对光源驱动电路的驱动电流进行实时监测，根据空中自检电路输出的大小判断光源的工作状态；
[0016]所述地面自检，是在陀螺静止时，将地面自检电路产生的一次谐波信号叠加在探测器后端的前放电路中的二次谐波信号上，使其叠加后的波形等效于陀螺在旋转时前放电路中的波形，再经过后端锁相电路和解调电路对此信号进行解调产生稳定直流电压输出，使陀螺在静止时能够产生有速率输入时的电压输出。
[0017]本发明的有益效果为:发明设计的开环光纤陀螺自检方法电路结构简单，易于实现，具有高可靠性，同时具体良好的自检测效果，其能检测到的陀螺故障占总故障的百分之八十以上，解决了开环光纤陀螺不能进行自检的技术问题，具有非常巨大的实用价值和经济价值。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明做详细说明。
[0020]参照图1，光源驱动电路1.1驱动光源7.1发光，通过光源耦合对接，使光源发出的光入射进光纤中，光沿光纤传输，经过親合器C2 7.2、偏振器7.3和親合器Cl 7.4后分成两束正反两个方向传播的光束，其中一路光纤绕在PZT 6上，信号调制电路1.3产生一倍调制频率的正弦信号使PZT 6进行振荡，使得两个方向传输的光经过PZT 6调制的时间相差一个时间τ，由于两束光的调制时间不同，会产生非互易误差，即当两束光再次相遇后会产生相位差，在信号调制电路中通过调节PZT 6振荡幅值可以改变相位差。当陀螺静止时，在探测器7.6上就会产生一个光强强弱周期性变化的电信号，将此信号经过放大、滤波就形成2倍调制频率的正弦信号，经过前放电路1.6放大后，对此信号进行贝塞尔分解后其奇次谐波分量为零，偶次谐波不为零，其中二次谐波分量所占比例最大，此时陀螺解调输出为零；当陀螺旋转时，由于萨格奈克效应产生固定的直流偏量，与信号调制电路1.3产生的π /2调制信号共同作用后，探测器7.6输出信号中一次谐波分量增大，二次谐波分量相对减小，其输出波形变为一次谐波和二次谐波相叠加形成的波形，经过后端锁相电路及解调电路1.5对此信号进行解调滤波后产生直流电压信号输出3。
[0021]空中自检电路4主要是对光源驱动电路1.1的驱动电流进行实时监测，根据空中自检电路输出4.1的大小就可以知道光源的工作状态；地面自检电路时通过模拟开关5.1、
5.2和5.3接入到电路中，其中5.2和5.3控制PZT+和PZT-的输入，5.1控制自检信号输出。PZT两端的差分信号经过自检差分放大电路2.1和调相电路2.2，转换成幅值和相位可调的信号，将此信号加在陀螺电路信号接入点1.2，合成模拟陀螺旋转时的信号波形1.4，在经过解调电路1.5解调产生陀螺输出3。
【主权项】
1.一种开环光纤陀螺的自检电路，其特征在于，包括: 一光源; 所述光源一端连接驱动其发光的光源驱动电路，另一端经耦合器C2、偏振器、耦合器Cl连接至PZT，所述耦合器C2连接有探测器，探测器输出端设置有前放大电路，所述前放大电路一路连接光源驱动电路，一路连接信号接入点，信号接入点的输出端通过信号调制电路连接至解调电路，信号调制电路输出端连接PZT，解调电路的输入端连接有信号波形；所述信号接入点的输入端连接有调相电路和自检差分放大电路； 所述光源驱动电路还连接有自检电路。2.根据权利要求1所述的一种开环光纤陀螺的自检电路，其特征在于，所述自检差分放大电路的输入端与信号调制电路通过两路模拟开关连接。3.—种开环光纤陀螺的自检方法，其特征在于，包括空中自检和地面自检； 所述空中自检，用于对光源驱动电路的驱动电流进行实时监测，根据空中自检电路输出的大小判断光源的工作状态； 所述地面自检，是在陀螺静止时，将地面自检电路产生的一次谐波信号叠加在探测器后端的前放电路中的二次谐波信号上，使其叠加后的波形等效于陀螺在旋转时前放电路中的波形，再经过后端锁相电路和解调电路对此信号进行解调产生稳定直流电压输出，使陀螺在静止时能够产生有速率输入时的电压输出。
【专利摘要】一种开环光纤陀螺的自检电路，包括：一光源；所述光源一端连接驱动其发光的光源驱动电路，另一端经耦合器C2、偏振器、耦合器C1连接至PZT，所述耦合器C2连接有探测器，探测器输出端设置有前放大电路，所述前放大电路一路连接光源驱动电路，一路连接信号接入点，信号接入点的输出端通过信号调制电路连接至解调电路，信号调制电路输出端连接PZT，解调电路的输入端连接有信号波形；所述信号接入点的输入端连接有调相电路和自检差分放大电路；所述光源驱动电路还连接有自检电路。一种开环光纤陀螺的自检方法，包括空中自检和地面自检；所述空中自检，用于对光源驱动电路的驱动电流进行实时监测；所述地面自检，包括陀螺静止自检部分和陀螺旋转自检部分。
【IPC分类】G01C25/00, G01C19/72
【公开号】CN104964681
【申请号】CN201510419852
【发明人】杨波, 厉毓良, 常维鑫, 张嘉渭, 张力, 李海忠
【申请人】陕西华燕航空仪表有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月16日