一种具有抑制电磁干扰功能的光电分离式光纤陀螺制造技术

本实用新型专利技术涉及一种具有抑制电磁干扰功能的光电分离式光纤陀螺，属于光纤陀螺技术领域。与现有光电分离式光纤陀螺相比，主要是在探测器与闭环控制电路之间依次设置模拟开关/采样保持器、单端转换差分电路，通过模拟开关/采样保持器能够滤除探测器单端信号中的调制尖峰噪声，可以减小探测器输出信号在远距离传输时的失真，提高探测器输出信号的精度，通过单端转换差分电路能够抑制Y波导控制信号和其它干扰源的电磁干扰。本实用新型专利技术所述的光电分离式光纤陀螺在处于强电磁干扰环境下，既可以达到较高的精度和稳定性，又大大提高了可靠性、环境适应性，具有很好的电磁兼容性。

A photoelectric separation fiber optic gyroscope with electromagnetic interference suppression function

【技术实现步骤摘要】
一种具有抑制电磁干扰功能的光电分离式光纤陀螺
本技术涉及一种能够抑制电磁干扰的光电分离式光纤陀螺，属于光纤陀螺

技术介绍
光纤陀螺是一种基于萨格奈克效应的角速度传感器，主要由光源、探测器、耦合器、Y波导、光纤环、光源驱动电路、闭环控制电路构成。光源驱动电路驱动光源产生具有稳定功率的光信号，光信号通过耦合器进入Y波导，形成沿顺时针和逆时针两个方向传播的两束光，进入光纤环。两束光绕光纤环传播，并在Y波导的合光点处产生干涉，干涉的光信号再经过耦合器进入探测器。当光纤陀螺相对于惯性空间旋转时，沿光纤环传播的两束光因萨格奈克效应产生相位差，形成干涉条纹，干涉光强与光纤陀螺的旋转角速度成正比。探测器检测出干涉光强，输出给闭环控制电路，形成Y波导控制信号反馈至Y波导相位控制端，补偿因光纤陀螺旋转产生的相位差，完成光纤陀螺相位差的闭环控制，并根据相位的补偿值得到光纤陀螺相对于惯性空间的旋转角速度，完成角速度测量。其中，Y波导控制信号为阶梯波信号，阶梯波信号的台阶高度与旋转角速度成正比，宽度等于光信号绕光纤环一周的时间。为了解决因光源驱动电路和闭环控制电路工作时产生的热量破坏光学系统的热平衡，影响光纤陀螺的精度，同时适应光纤陀螺小型化的发展要求，出现了光电分离式光纤陀螺。现有的光电分离式光纤陀螺结构形式是将光源、耦合器、Y波导、光纤环封装在光路结构体中，探测器、光源驱动电路、闭环控制电路封装在电路结构体中；或者将光源、耦合器、光纤环封装在光路结构体中，Y波导、探测器、光源驱动电路、闭环控制电路封装在电路结构体中。在上述两种结构形式中，两个结构体之间既有电气连接，也有光纤光路连接(Y波导与光纤环的光路连接、探测器与耦合器的光路连接)，连接光路的光纤由玻璃纤维材料制成，所以在光纤陀螺的装配和使用中极易折断，大大降低了光纤陀螺的可靠性和环境适应性，增加了光纤陀螺的制造成本，限制了光纤陀螺的应用。并且经过熔接后的光纤光路不可拆卸，给后续的拆装带来了很大的困难，降低了光纤陀螺的可维护性。现有的第三种光电分离式光纤陀螺的结构形式为光源、耦合器、Y波导、光纤环、探测器封装在光路结构体中，光源驱动电路、闭环控制电路封装在电路结构体中。两个结构体之间仅存在电气连接，不存在光纤光路连接。两个结构体之间为电气连接包括光源驱动信号(光源与光源驱动电路之间)、Y波导控制信号(闭环控制电路与Y波导之间)、探测器输出信号(闭环控制电路与探测器之间)。其中，Y波导控制信号为阶梯波与调制方波的叠加，当其阶梯波信号由一个台阶高度跃迁至另一高度，特别是两个高度差等于Y波导的复位电压时，传输Y波导控制信号的线缆会产生强烈的电磁干扰。而探测器输出的信号为单端信号(即单路信号)，探测器输出的单端信号会受到Y波导控制信号和其它干扰源产生的电磁辐射干扰，这种电磁干扰在探测器输出信号的传输线上产生误差，该误差直接被闭环控制电路采集，耦合至Y波导控制信号和光纤陀螺的输出，严重影响了光纤陀螺的闭环控制精度和角速度输出精度。特别是当两个结构体之间的电气连接线缆较长时，这种干扰极其严重，大大降低了光纤陀螺的角速度输出精度，甚至使光纤陀螺失去实用价值。
技术实现思路
针对第三种光电分离式光纤陀螺存在的问题，本技术提供一种具有抑制电磁干扰功能的光电分离式光纤陀螺，主要是在探测器与闭环控制电路之间设置模拟开关/采样保持器和单端转换差分电路，一方面可以减小探测器输出信号在远距离传输时的失真，提高探测器输出信号的精度，另一方面可以抑制Y波导控制信号的电磁干扰，解决第三种光电分离式光纤陀螺的严重电磁干扰误差问题。本技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种具有抑制电磁干扰功能的光电分离式光纤陀螺，所述光纤陀螺包括光源、耦合器、Y波导、光纤环、探测器、模拟开关/采样保持器、单端转换差分电路、光源驱动电路以及闭环控制电路；光源、耦合器、Y波导、光纤环、探测器、模拟开关/采样保持器以及单端转换差分电路封装在光路结构体中，光源驱动电路和闭环控制电路封装在电路结构体中，两个结构体彼此独立，只采用线缆连接，不存在光纤光路连接。其中，线缆连接的信号包括：模拟开关/采样保持器的控制信号、差分信号、Y波导控制信号以及光源驱动信号。具体的连接关系为：探测器输出端与模拟开关/采样保持器输入端连接，模拟开关/采样保持器输出端与单端转差分电路输入端连接，单端转差分电路输出端与闭环控制电路输入端连接，闭环控制电路输出端与Y波导相位控制端连接，闭环控制电路控制端与模拟开关/采样保持器控制端连接，光源驱动电路与光源连接，光路结构体内部的光源、耦合器、Y波导、光纤环以及探测器之间为光纤光路连接。为了光纤陀螺输出具有较高的灵敏度，以及能够判别光纤陀螺的旋转方向，需要通过闭环控制电路的Y波导控制信号中的调制方波对光纤陀螺进行(±π/2)相位调制。在调制方波的正半周期或负半周期时，探测器采集光纤光路的干涉光强并输出单端电信号，当调制方波在正半周期和负半周期之间进行切换时，探测器会输出调制尖峰噪声。当调制尖峰噪声到来时，闭环控制电路控制模拟开关关闭或采样保持器切换为保持状态，模拟开关输出为关闭前的电压或采样保持器输出采样状态时的电压；当调制尖峰噪声过去后，闭环控制电路控制模拟开关打开或采样保持器切换为采样状态，模拟开关或采样保持器输出滤除调制尖峰噪声的单端电信号。通过模拟开关或采样保持器将探测器的调制尖峰噪声滤除可以减少探测器输出信号在远距离传输时的失真，提高探测器输出信号的精度。单端转换差分电路将接收的滤除调制尖峰噪声的单端电信号转换为两路幅值相等、极性相反的差分信号后输出，差分信号可以抑制来自Y波导控制信号和其它干扰源对探测器输出信号的电磁干扰误差。当干扰源对差分信号产生干扰时，传输差分信号的两根线缆会产生相同的干扰误差，闭环控制电路采集差分信号后，对差分的两路信号进行相减，可以抑制Y波导控制信号的电磁干扰。进一步地，连接单端转换差分电路与闭环控制电路的电缆以及连接闭环控制电路与Y波导相位控制端的电缆外分别包覆一层电磁屏蔽层，可以进一步抑制Y波导控制信号和其它干扰源产生的电磁辐射干扰。光路结构体的壳体采用玻莫合金但不限于此类的电磁屏蔽材料，能够屏蔽强磁场对光纤环、Y波导和耦合器构成的敏感环路的干扰。有益效果：本技术所述的光电分离式光纤陀螺在处于强电磁干扰环境下，既可以达到较高的精度和稳定性，又大大提高了可靠性、环境适应性，具有很好的电磁兼容性。附图说明图1为本技术所述光电分离式光纤陀螺的结构示意图。图2为本技术所述光电分离式光纤陀螺抑制电磁干扰的原理示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步阐述。实施例1一种具有抑制电磁干扰功能的光电分离式光纤陀螺包括光源、耦合器、Y波导、光纤环、探测器、模拟开关/采样保持器、单端转换差分电路、光源驱动电路以及闭环控制电路，如图1所示；光源、耦合器、Y波导、光纤环、探测器、模拟开关/采样保持器、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有抑制电磁干扰功能的光电分离式光纤陀螺，其特征在于：所述光纤陀螺包括光源、耦合器、Y波导、光纤环、探测器、模拟开关/采样保持器、单端转换差分电路、光源驱动电路以及闭环控制电路；/n光源、耦合器、Y波导、光纤环、探测器、模拟开关/采样保持器以及单端转换差分电路封装在光路结构体中，光源驱动电路和闭环控制电路封装在电路结构体中；探测器输出端与模拟开关/采样保持器输入端连接，模拟开关/采样保持器输出端与单端转差分电路输入端连接，单端转差分电路输出端与闭环控制电路输入端连接，闭环控制电路输出端与Y波导相位控制端连接，闭环控制电路控制端与模拟开关/采样保持器控制端连接，光源驱动电路与光源连接，光路结构体内部的光源、耦合器、Y波导、光纤环以及探测器之间为光纤光路连接；/nY波导控制信号的调制方波在正半周期和负半周期之间进行切换时，探测器输出调制尖峰噪声，模拟开关关闭或者采样保持器切换为保持状态；Y波导控制信号的调制方波在正半周期或负半周期时，探测器输出单端电信号，模拟开关打开或采样保持器切换为采样状态；单端转换差分电路将模拟开关或者采样保持器输出的滤除调制尖峰噪声的单端电信号转换为两路幅值相等、极性相反的差分信号。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有抑制电磁干扰功能的光电分离式光纤陀螺，其特征在于：所述光纤陀螺包括光源、耦合器、Y波导、光纤环、探测器、模拟开关/采样保持器、单端转换差分电路、光源驱动电路以及闭环控制电路；
光源、耦合器、Y波导、光纤环、探测器、模拟开关/采样保持器以及单端转换差分电路封装在光路结构体中，光源驱动电路和闭环控制电路封装在电路结构体中；探测器输出端与模拟开关/采样保持器输入端连接，模拟开关/采样保持器输出端与单端转差分电路输入端连接，单端转差分电路输出端与闭环控制电路输入端连接，闭环控制电路输出端与Y波导相位控制端连接，闭环控制电路控制端与模拟开关/采样保持器控制端连接，光源驱动电路与光源连接，光路结构体内部的光源、耦合器、Y波导、光纤环以及探测器之间为光纤光路连接；
Y波导控制信号的调制方波在正半周期和负半周期之间进行切换时，探测器输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱福祥，可伟，姚廷伟，张红杰，李晓霞，胡文纲，
申请(专利权)人：河北汉光重工有限责任公司，
类型：新型
国别省市：河北;13