一种光纤陀螺检测电路自主验证方法技术

一种光纤陀螺检测电路自主验证方法，首先构建光纤陀螺检测电路，确定光纤陀螺本征频率、光纤陀螺检测电路外部晶振频率，制作AD转换器、DA转换器采集时钟信号，然后测试计算得到前放电路、AD转换器的延时，以及检测电路全部延时t2，最后制作调制方波控制信号、解调方波控制信号、解调过程正半周期采样信号、解调过程负半周期采样信号，进而分析得到前放电路、AD转换器电路功能是否正常，前放电路、AD转换器电路噪声，检测板全部电路功能是否正常以及全部电路噪声。

An Autonomous Verification Method for Fiber Optic Gyroscope Detection Circuit

An autonomous verification method for FOG detection circuit is presented. Firstly, the detection circuit of FOG is constructed to determine the intrinsic frequency of FOG and the external crystal frequency of FOG detection circuit. Then, AD converter and DA converter are made to collect clock signals. Then, the delay of preamplifier and AD converter is measured and calculated, and the delay T2 of detection circuit is obtained. Finally, modulation square wave control is made. Signal, demodulated square wave control signal, positive half-cycle sampling signal in demodulation process and negative half-cycle sampling signal in demodulation process are analyzed to get whether the function of front-discharge circuit and AD converter circuit is normal, the noise of front-discharge circuit and AD converter circuit, and whether all circuit functions of detection board are normal or not, as well as all circuit noise.

【技术实现步骤摘要】
一种光纤陀螺检测电路自主验证方法
本专利技术涉及光纤陀螺角速率测量
，特别是一种光纤陀螺检测电路自主验证方法。
技术介绍
光纤陀螺作为一种具有全固态、小体积、大动态、抗力学等多种优点的新型惯性姿态敏感器正在得到越来越广泛的应用，目前光纤陀螺的检测电路一般采用全数字闭环检测方式实现。光纤陀螺的典型闭环检测电路一般包括前放电路、AD转换器、信号处理器、DA转换器、后置放大器等几部分，其中前放电路主要用于完成光纤陀螺微弱信号的放大滤波，AD转换器用于完成模数转换，信号处理器是核心部分，用于完成基于数字信号的调制、解调与闭环控制，DA转换器用于将闭环反馈及调制数字信号转换成模拟信号，后置放大器主要用于将闭环反馈及调制模拟信号进行放大滤波，以驱动Y波导(集成光学调制器)。其中AD的采样速率、采样位置，数字处理的延时设计以及DA转换器的转换精度、前放电路和后置驱动电路的带宽设计都直接关系到光纤陀螺的功能、性能。由于光纤陀螺基于调制解调技术实现微弱信号的检测，因此针对光纤陀螺检测电路的主流的验证手段主要有以下两种：(1)将检测电路和光纤环路部分连接，进行光电联调，从产品的性能指标上反推电路性能来对检测电路进行验证；(2)采用理想调制解调信号，设定固定周期，针对电路板开展独立验证。目前以上方法主要存在以下问题：方法(1)依赖于光纤环路的配合，从而导致电路部分的验证无法与光路部分有效解耦，从而影响产品研制。并且在产品研制过程出现问题的情况下无法快速解耦定位问题，因此进一步影响产品研制过程；方法(2)缺乏针对硬件的针对性测试，如延时环节等对于调制解调影响较大的性能指标测试方案设计及分析；方法(2)缺乏针对硬件各个模块的针对性验证，导致最终验证结果是针对整块电路的，无法发现影响产品性能的关键模块，从而可能导致“性能出现问题，难以定位到各个模块”或者“性能改善，无法发现关键因素”，缺乏实际应用价值。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种光纤陀螺检测电路自主验证方法，通过对电路设计合适的软件及连接方式，在不改变硬件电路原有设计的情况下，通过测试导线的连接完成模拟敏感信号输入，并通过检测电路完成信号的采集、处理及分析，分步骤实施，最终实现检测电路的自主验证。该方法实现过程方便，无需对硬件进行状态更改，在实际应用中效果良好。本专利技术的技术解决方案是：一种光纤陀螺检测电路自主验证方法，该方法的步骤包括：(1)构建光纤陀螺检测电路，包括前放电路、AD转换器、FPGA、DA转换器、后置运放，其中，前放电路完成光纤陀螺微弱信号的放大滤波，AD转换器完成模数转换，FPGA完成数字信号的调制、解调与闭环控制，DA转换器将闭环反馈及调制数字信号转换成模拟信号，后置放大器将闭环反馈及调制模拟信号进行放大滤波；(2)确定光纤陀螺本征频率f、光纤陀螺检测电路外部晶振频率fout，其中，f＝c/(2n*l)，fout＝N*f，c为光速，n为光纤折射率，l为光纤环长度，N为8的倍数的正整数；(3)制作AD转换器采集时钟信号ad_clk，采集时钟信号ad_clk的制作方法为：根据光纤陀螺本征频率f、AD转换器的转换速率确定AD转换器的采集时钟频率fad＝N3f，fad＜0.8*fadmax，进而得到AD转换器采集时钟信号ad_clk，其中，fad为AD采集时钟信号ad_clk的频率，N3为偶数正整数，fadmax为AD转换器的最大转换频率。(4)制作DA采集时钟信号da_clk，制作DA采集时钟信号da_clk的方法为：根据光纤陀螺本征频率f、DA转换器的最大转换速率确定DA的采集时钟频率fda＝2f，fda＜0.8*fdamax，进而得到DA采集时钟信号da_clk，fdamax为DA的最大转换频率；(5)采用信号发生器产生方波信号并从前放电路的输入端输入，其中，方波信号频率与光纤陀螺本征频率相同，幅值Wave_A匹配AD输入，在FPGA的测试引脚输出AD转换器转换后数据的符号位Wave_C，比较Wave_A、Wave_C波形得到前放电路、AD转换器的延时t1；(6)控制FPGA将AD转换器转换后数据对DA进行位宽匹配处理后送至DA转换器，并送至后置运放，在后置运放输出端记录输出波形Wave_D，比较Wave_A和Wave_D波形得到检测电路全部延时t2；(7)制作调制方波控制信号signal_fb，调制方波控制信号signal_fb的制作方法为：根据光纤陀螺的本征频率f在FPGA中使用光纤陀螺检测电路外部晶振频率fout进行分倍频产生调制信号signal_fb，signal_fb频率与光纤陀螺本征频率相同；(8)制作解调方波控制信号signal_fd1和signal_fd2，制作解调方波控制信号signal_fd1和signal_fd2的方法为：在FPGA中对调制方波信号signal_fb分别延时t1和t2得到signal_fd1和signal_fd2，其中，N1和N2为基准时钟周期个数，T0为基准时钟周期，t1＝N1*T0，t2＝N2*T0；(9)控制FPGA的测试引脚上输出信号signal_fb，并接至前置运放的输入端，经过前放电路、AD转换器进入FPGA；(10)制作解调过程正半周期采样信号signal_rcc1，解调过程正半周期采样信号signal_rcc1的方法为：令signal_rcc1初始值为0，在signal_fd1为高电平开始t3时间后signal_rcc1置为1，保持高电平经过t4时间后signal_rcc1置为0，其中，t3＝N3/4*Tad，t4＝((N3/2)-1)*Tad，fad＝1/Tad；(11)制作解调过程负半周期采样信号signal_rcc2，解调过程负半周期采样信号signal_rcc2的制作方法为：设signal_rcc2初始值为0，在signal_fd1为低电平开始t3时间后signal_rcc2置为1，保持高电平经过t4时间后signal_rcc2置为0；(12)控制FPGA中将AD转换器转换后数据在signal_rcc1为高电平且AD时钟信号ad_clk为上升沿时进行累加得到累加和D+，在signal_rcc2为高电平且AD时钟信号ad_clk为上升沿时进行累加得到累加和D-，在signal_fd1变为高电平后进行D＝D+-D-运算，对D的平均值进行分析得到前放电路、AD转换器电路功能是否正常，对D的标准差进行分析得到前放电路、AD转换器电路噪声；(13)将signal_fb作为控制信号产生发送给DA转换器的方波信号，方波信号与signal_fb同频同相，在后置运放输出端的输出信号通过跳线连接至前置运放的输入端，经过前放电路、AD转换器进入FPGA；(14)制作解调过程正半周期采样信号signal_rcc3，解调过程正半周期采样信号signal_rcc3的制作方法为：令signal_rcc3初始值为0，在signal_fd2为高电平开始t3时间后signal_rcc3置为1，保持高电平经过t4时间后signal_rcc3置为0；(15)制作解调过程负半周期采样信号signal_rcc4，解调过程负半周期采样信号signal_rcc4的制作方法为：signal_rcc本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤陀螺检测电路自主验证方法，其特征在于包括如下步骤：(1)构建光纤陀螺检测电路，包括前放电路、AD转换器、FPGA、DA转换器、后置运放；(2)确定光纤陀螺本征频率f、光纤陀螺检测电路外部晶振频率fout；(3)制作AD转换器采集时钟信号ad_clk；(4)制作DA转换器采集时钟信号da_clk；(5)采用信号发生器产生方波信号并从前放电路的输入端输入，方波信号频率与光纤陀螺本征频率相同，幅值Wave_A匹配AD转换器输入，在FPGA的测试引脚输出AD转换器转换后数据的符号位Wave_C，比较Wave_A、Wave_C波形得到前放电路、AD转换器的延时t1；(6)控制FPGA将AD转换器转换后数据对DA转换器进行位宽匹配处理后送至DA转换器，并送至后置运放，在后置运放输出端记录输出波形Wave_D，比较Wave_A和Wave_D波形得到检测电路全部延时t2；(7)制作调制方波控制信号signal_fb；(8)制作解调方波控制信号signal_fd1和signal_fd2；(9)控制FPGA的测试引脚上输出信号signal_fb，并接至前置运放的输入端，经过前放电路、AD转换器进入FPGA；(10)制作解调过程正半周期采样信号signal_rcc1；(11)制作解调过程负半周期采样信号signal_rcc2；(12)控制FPGA中将AD转换器转换后数据在signal_rcc1为高电平且AD时钟信号ad_clk为上升沿时进行累加得到累加和D+，在signal_rcc2为高电平且AD时钟信号ad_clk为上升沿时进行累加得到累加和D‑，在signal_fd1变为高电平后进行D＝D+‑D‑运算，对D的平均值进行分析得到前放电路、AD转换器电路功能是否正常，对D的标准差进行分析得到前放电路、AD转换器电路噪声；(13)将signal_fb作为控制信号产生发送给DA转换器的方波信号，方波信号与signal_fb同频同相，在后置运放输出端的输出信号通过跳线连接至前置运放的输入端，经过前放电路、AD转换器进入FPGA；(14)制作解调过程正半周期采样信号signal_rcc3；(15)制作解调过程负半周期采样信号signal_rcc4；(16)控制FPGA中将AD转换器转换后数据在signal_rcc3为高电平且AD时钟信号ad_clk为上升沿时进行累加得到累加和D+，在signal_rcc4为高电平且AD时钟信号ad_clk为上升沿时进行累加得到累加和D‑，在signal_fd2变为高电平计算D1＝D+‑D‑，对D1平均值的结果进行分析得到检测板全部电路功能是否正常，对D1的标准差进行分析得到检测板全部电路噪声。...

【技术特征摘要】
1.一种光纤陀螺检测电路自主验证方法，其特征在于包括如下步骤：(1)构建光纤陀螺检测电路，包括前放电路、AD转换器、FPGA、DA转换器、后置运放；(2)确定光纤陀螺本征频率f、光纤陀螺检测电路外部晶振频率fout；(3)制作AD转换器采集时钟信号ad_clk；(4)制作DA转换器采集时钟信号da_clk；(5)采用信号发生器产生方波信号并从前放电路的输入端输入，方波信号频率与光纤陀螺本征频率相同，幅值Wave_A匹配AD转换器输入，在FPGA的测试引脚输出AD转换器转换后数据的符号位Wave_C，比较Wave_A、Wave_C波形得到前放电路、AD转换器的延时t1；(6)控制FPGA将AD转换器转换后数据对DA转换器进行位宽匹配处理后送至DA转换器，并送至后置运放，在后置运放输出端记录输出波形Wave_D，比较Wave_A和Wave_D波形得到检测电路全部延时t2；(7)制作调制方波控制信号signal_fb；(8)制作解调方波控制信号signal_fd1和signal_fd2；(9)控制FPGA的测试引脚上输出信号signal_fb，并接至前置运放的输入端，经过前放电路、AD转换器进入FPGA；(10)制作解调过程正半周期采样信号signal_rcc1；(11)制作解调过程负半周期采样信号signal_rcc2；(12)控制FPGA中将AD转换器转换后数据在signal_rcc1为高电平且AD时钟信号ad_clk为上升沿时进行累加得到累加和D+，在signal_rcc2为高电平且AD时钟信号ad_clk为上升沿时进行累加得到累加和D-，在signal_fd1变为高电平后进行D＝D+-D-运算，对D的平均值进行分析得到前放电路、AD转换器电路功能是否正常，对D的标准差进行分析得到前放电路、AD转换器电路噪声；(13)将signal_fb作为控制信号产生发送给DA转换器的方波信号，方波信号与signal_fb同频同相，在后置运放输出端的输出信号通过跳线连接至前置运放的输入端，经过前放电路、AD转换器进入FPGA；(14)制作解调过程正半周期采样信号signal_rcc3；(15)制作解调过程负半周期采样信号signal_rcc4；(16)控制FPGA中将AD转换器转换后数据在signal_rcc3为高电平且AD时钟信号ad_clk为上升沿时进行累加得到累加和D+，在signal_rcc4为高电平且AD时钟信号ad_clk为上升沿时进行累加得到累加和D-，在signal_fd2变为高电平计算D1＝D+-D-，对D1平均值的结果进行分析得到检测板全部电路功能是否正常，对D1的标准差进行分析得到检测板全部电路噪声。2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺检测电路自主验证方法，其特征在于：所述的步骤(1)中前放电路完成光纤陀螺微弱信号的放大滤波，AD转换器完成模数转换，FPGA完成数字信号的调制、解调与闭环控制，DA转换器将闭环反馈及调制数字信号转换成模拟信号，后置放大器将闭环反馈及调制模拟信号进行放大滤波。3.根据权利要求1或2所述的一种光纤陀螺检测电路自主验证方法，其特征在于：所述的f＝c/(2n*l)...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵亚飞，张宇飞，李勇，付明睿，王东，张沛勇，孙丽，王晓玲，崔斌，何泽民，张智昊，曹健，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11