干涉式光纖陀螺信號處理電路的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、光纖陀螺(FOG)是基于Sagnac效應(yīng)的用于檢測相對慣性空間旋轉(zhuǎn)角速度的一種光纖傳感器。光纖陀螺按其工作原理又可以分為干涉式光纖陀螺(IFOG)、諧振式光纖陀螺(RFOG)和受激布里淵散射式光纖陀螺(BFOG)三種。其中干涉式光纖陀螺的相關(guān)理論研究已經(jīng)比較成熟,在工程上得到了廣泛的應(yīng)用,而諧振式光纖陀螺和受激布里淵散射式光纖陀螺目前尚處在進一步研究階段。干涉式光纖陀螺根據(jù)檢測方法的不同又可以分為開環(huán)檢測和閉環(huán)檢測兩種。
　　

2、本文提出、設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于線性可變差動變壓器芯片(LNDT)的新型模擬開環(huán)檢測電路。該電路利用LNDT芯片產(chǎn)生30KHz的正弦波作為陀螺的調(diào)制信號,經(jīng)過正弦波調(diào)制的陀螺輸出信號含有調(diào)制信號的基頻項和倍頻項,分別含正比于Sagnac相移的正弦值和余弦值。我們利用兩個帶通濾波器分別將基頻項和倍頻項提取出來送入LNDT信號處理電路。倍頻項直接在LVDT芯片內(nèi)部進行解調(diào),基頻項則通過對調(diào)制信號進行移相來進行解調(diào)。最后通過LNDT芯片內(nèi)部的低

3、通濾波器和除法器我們可以得到Sagnac相移的正切值,在輸入角速度比較小的情況下,輸出電壓與輸入角速度近似成線性關(guān)系。實驗結(jié)果表明:該信號的光纖陀螺標(biāo)度因數(shù)為0.2769V／°／s,零偏為-49.6°／h,輸出零偏結(jié)果的一個標(biāo)準(zhǔn)差為6.6489°／h。
　　 數(shù)字閉環(huán)檢測電路采用方波調(diào)制,階梯波反饋的方案。首先通過實驗測試光纖陀螺的渡越時間τ,FPGA產(chǎn)生方波調(diào)制信號的周期即為2τ。對陀螺的輸出信號進行高速采樣送入FPGA進行信

4、號處理,將相鄰兩個τ內(nèi)的信號相減作為誤差控制信號。將得到的誤差信號通過積分反饋控制環(huán)節(jié)形成階梯波信號,其剛好抵消陀螺由于旋轉(zhuǎn)引起的Sagnac相移。方波調(diào)制信號和反饋信號階梯波疊加后均加到相位調(diào)制器鈮酸鋰(LiNbO3)。同時,為了消除電路參數(shù)隨溫度的漂移、鈮酸鋰半波電壓變化帶來的2π復(fù)位電壓不精確,引入了第二閉環(huán)控制電路來調(diào)節(jié)2π復(fù)位電壓。最終的輸出結(jié)果由FPGA設(shè)計的UART實現(xiàn)與上位機的通信。測試結(jié)果表明:數(shù)字閉環(huán)采用的光纖陀螺的