一种具备在线故障自检功能的光纤陀螺制造技术

本发明专利技术公开了一种具备在线故障自检功能的光纤陀螺，检测电路中光电探测器1信号放大和ADC采样电路对Sagnac干涉光信号进行功率检测、电压转换和数据采样，通过实时解调光电探测器1信号，可持续获得Sagnac相位差的信息和相位闭环状态的信息，光电探测器2信号放大和ADC采样电路对光源的原始光信号进行功率检测、电压转换和数据采样，通过实时监控光电探测器2信号，可持续获得光源光功率实时值以及波动幅值的信息。可实现在线对光纤陀螺的工作状态进行实时自检，自动分析光纤陀螺是处于工作正常或工作异常状态，一旦发现工作异常，则及时发出故障告警信息，可降低光纤陀螺在工作异常时对惯性系统带来不利影响的风险。

【技术实现步骤摘要】
一种具备在线故障自检功能的光纤陀螺
本专利技术属于光纤陀螺制备
，尤其涉及一种具备在线故障自检功能的光纤陀螺。
技术介绍
光纤陀螺（FOG）是一种基于Sagnac效应的新型全固态角速度测量器件，因其具备精度高、量程大、体积小、质量轻、成本低、寿命长、集成度高、工程化难度低等诸多优点而被广泛用于航空、航天、航海等军事领域，是惯性
重要的元件之一。多年来国内外专家学者对光纤陀螺精度、量程、温漂、动态响应等指标进行了深入的研究，取得了大量的成果，但对光纤陀螺工作可靠性的研究比较少，设计者通常无法保证光纤陀螺在任何时刻都工作正常，也不能让光纤陀螺在工作故障时自动告警。这给以光纤陀螺为角速度、角度传感器的惯性系统带来了巨大风险，惯性系统无法及时地识别光纤陀螺的工作状态，一旦光纤陀螺输出数据错误，则可能导致惯性系统的工作异常甚至崩溃。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种具备在线故障自检功能的光纤陀螺，降低光纤陀螺在工作异常时对惯性系统带来不利影响的风险，可实现在线对光纤陀螺的工作状态进行实时自检。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种具备在线故障自检功能的光纤陀螺，包括光路和检测电路，其中光路部分包括2×2耦合器、相位调制器、光纤环、光电探测器1、光电探测器2，光电探测器1用于检测Sagnac干涉光信号，光电探测器2用于检测光源输出光信号，2×2耦合器的2端口尾纤与光电探测器1尾纤相连，2×2耦合器的3端口尾纤与相位调制器输入端尾纤连接，2×2耦合器的4端口尾纤与光电探测器2尾纤连接，相位调制器两个输出端尾纤分别与光纤环尾纤连接；检测电路部分包括光电探测器1信号放大和ADC采样电路、光电探测器2信号放大和ADC采样电路、数字逻辑芯片、波导相位调制电路，光电探测器1信号放大和ADC采样电路对Sagnac干涉光信号进行功率检测、电压转换和数据采样，通过实时解调光电探测器1信号，持续获得Sagnac相位差的信息，光电探测器2信号放大和ADC采样电路对光源的原始光信号进行功率检测、电压转换和数据采样，通过实时监控光电探测器2信号，持续获得光源光功率实时值以及波动幅值的信息，数字逻辑芯片还包括光电探测器1数据检测的程序模块，该模块连续读取光电探测器1的采样数据，并计算采样数据在每个本征周期内的脉冲幅值、第一闭环误差以及第二闭环误差，并为脉冲幅预设取值区间，为第一闭环误差设定上限，为第二闭环误差设定上限，在每个本征周期内，将实时计算出的脉冲幅值、第一闭环误差、第二闭环误差与其设定值进行比照；如果脉冲幅值小于取值区间的下限，则可判定光电探测器1接收的光功率过低；如果脉冲幅值大于取值区间的上限，则可判定光电探测器1接收的光功率过大；如果第一闭环误差超过上限，则可判定第一闭环不稳定；如果第二闭环误差超过上限，则可判定第二闭环不稳定。按上述技术方案，数字逻辑芯片包括光源光功率检测的程序模块，该程序模块连续读取每个采样周期内光电探测器2信号的采样数据，并预设取值区间，将每个采样周期内的采样数据当前值都与取值区间进行比照，判断其是否在此设定区间内，如果当前值持续小于设定区间的最低限值，则可判定光源光功率过低；如果当前值持续大于设定区间的最高限值，则可判定光源光功率过大；将连续多个采样周期内的采样数据的最大值与最小值之差与设定的数值波动限值进行比照，判断其是否不超过限值，如果超限，则可判定光源光功率不稳定。按上述技术方案，数字逻辑芯片还包括角速度输出数据检测的程序模块，该模块实时读取光纤陀螺角速度输出数据寄存器的数值，并将角速度输出数据的当前值与上一次值相减获得当前时刻的数据变化量，根据寄存器位宽和光纤陀螺最大敏感角加速度，为数据当前值和数据变化量各设定一个取值区间，如果数据当前值或数据变化量超出了取值区间，则可判定光纤陀螺角速度输出数据溢出。按上述技术方案，在光纤陀螺输出的数据帧或数据包中设置故障状态字，用以表征故障模式下的告警信息。按上述技术方案，相位调制器可以采用Y波导。本专利技术依据的基本原理为，光纤陀螺工作正常时具备以下技术特征：（1）光路中光源和光电探测器处的光功率稳定在一个合理区间，即使在全温条件下光功率变化量也不超过15%。光功率过大将导致光电探测器饱和失真，陀螺标度因数漂移，光功率过小将导致光路信噪比下降，陀螺零偏精度变差。（2）无论输入角速度如何变化（不超出测量范围），光纤陀螺的系统控制逻辑始终处于Sagnac干涉光信号相位反馈闭环（即第一闭环，下同）过程中，其输出数据与输入角速度保持稳定的比例关系。在第一闭环正常工作的情况下，检测Sagnac干涉光信号的光电探测器输出的梳状波形在每个本征周期的电压值基本相等，相邻的两个本征周期的电压值之差（即第一闭环误差，下同）接近为0。（3）Y波导（或相位调制器，下同）的半波电压在全温下变化量接近10%，光纤陀螺逻辑算法中通常需要实时监测Y波导半波电压值，并自动调节调制电压的复位值以匹配当前的半波电压值，实现Y波导半波电压的闭环控制（即第二闭环，下同）。在第二闭环正常工作的情况下，光电探测器输出的梳状波形在2π复位时刻的电压值与相邻本征周期的电压值之差（即第二闭环误差，下同）接近为0。（4）光纤陀螺输出的表征角速度的数据（即角速度输出数据，下同），始终在设计的取值区间内变化，且各相邻的数据更新周期（ms级时间间隔）的数值不会突变。当光纤陀螺不符合上述技术特征时，则表明光纤陀螺处于工作异常状态，光纤陀螺工作异常时典型的故障模式有以下几种：（1）光源输出的光功率异常，主要有光源未启动无光、光源损坏无光、光源光功率衰减、光源光功率异常增大、光功率波动幅度大等情况；（2）光电探测器接收的光功率超限，主要有无光、光功率偏小、光功率偏大等情况；（3）第一闭环失败或不稳定，主要有开环、闭环残差大、闭环无响应等情况；（4）第二闭环失败或不稳定，主要有开环、闭环残差大、闭环无响应等情况；（5）角速度输出数据溢出或超范围，主要有输出大数、寄存器溢出、跨条纹等情况；本专利技术产生的有益效果是：本专利技术基于上述光纤陀螺故障模式，提出一种具备在线故障自检功能的光纤陀螺方案，可实现光纤陀螺的在线工作状态自检，一旦发现工作异常，则及时发出故障告警信息，可降低光纤陀螺在工作异常时对惯性系统带来不利影响的风险。本专利技术容易实施，普遍适用，不会明显增加成本。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例中具备在线故障自检功能的光纤陀螺；图2是本专利技术实施例中采样周期内光电探测器2信号的采样数据；图3是本专利技术实施例中每个本征周期内光电探测器1信号的的采样数据。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例具备在线故障自检功能的光纤陀螺中，包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具备在线故障自检功能的光纤陀螺，其特征在于，包括光路和检测电路，其中光路部分包括2×2耦合器、相位调制器、光纤环、光电探测器1、光电探测器2，光电探测器1用于检测Sagnac干涉光信号，光电探测器2用于检测光源输出光信号，2×2耦合器的2端口尾纤与光电探测器1尾纤相连，2×2耦合器的3端口尾纤与相位调制器输入端尾纤连接，2×2耦合器的4端口尾纤与光电探测器2尾纤连接，相位调制器两个输出端尾纤分别与光纤环尾纤连接；检测电路部分包括光电探测器1信号放大和ADC采样电路、光电探测器2信号放大和ADC采样电路、数字逻辑芯片、波导相位调制电路，光电探测器1信号放大和ADC采样电路对Sagnac干涉光信号进行功率检测、电压转换和数据采样，通过实时解调光电探测器1信号，持续获得Sagnac相位差的信息，光电探测器2信号放大和ADC采样电路对光源的原始光信号进行功率检测、电压转换和数据采样，通过实时监控光电探测器2信号，持续获得光源光功率实时值以及波动幅值的信息，数字逻辑芯片还包括光电探测器1数据检测的程序模块，该模块连续读取光电探测器1的采样数据，并计算采样数据在每个本征周期内的脉冲幅值、第一闭环误差以及第二闭环误差，并为脉冲幅预设取值区间，为第一闭环误差设定上限，为第二闭环误差设定上限，在每个本征周期内，将实时计算出的脉冲幅值、第一闭环误差、第二闭环误差与其设定值进行比照；如果脉冲幅值小于取值区间的下限，则可判定光电探测器1接收的光功率过低；如果脉冲幅值大于取值区间的上限，则可判定光电探测器1接收的光功率过大；如果第一闭环误差超过上限，则可判定第一闭环不稳定；如果第二闭环误差超过上限，则可判定第二闭环不稳定。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具备在线故障自检功能的光纤陀螺，其特征在于，包括光路和检测电路，其中光路部分包括2×2耦合器、相位调制器、光纤环、光电探测器1、光电探测器2，光电探测器1用于检测Sagnac干涉光信号，光电探测器2用于检测光源输出光信号，2×2耦合器的2端口尾纤与光电探测器1尾纤相连，2×2耦合器的3端口尾纤与相位调制器输入端尾纤连接，2×2耦合器的4端口尾纤与光电探测器2尾纤连接，相位调制器两个输出端尾纤分别与光纤环尾纤连接；检测电路部分包括光电探测器1信号放大和ADC采样电路、光电探测器2信号放大和ADC采样电路、数字逻辑芯片、波导相位调制电路，光电探测器1信号放大和ADC采样电路对Sagnac干涉光信号进行功率检测、电压转换和数据采样，通过实时解调光电探测器1信号，持续获得Sagnac相位差的信息，光电探测器2信号放大和ADC采样电路对光源的原始光信号进行功率检测、电压转换和数据采样，通过实时监控光电探测器2信号，持续获得光源光功率实时值以及波动幅值的信息，数字逻辑芯片还包括光电探测器1数据检测的程序模块，该模块连续读取光电探测器1的采样数据，并计算采样数据在每个本征周期内的脉冲幅值、第一闭环误差以及第二闭环误差，并为脉冲幅预设取值区间，为第一闭环误差设定上限，为第二闭环误差设定上限，在每个本征周期内，将实时计算出的脉冲幅值、第一闭环误差、第二闭环误差与其设定值进行比照；如果脉冲幅值小于取值区间的下限，则可判定光电探测器1接收的光功率过低；如果脉冲幅值大于取值区间的上限，则可判定光电探测器1接收的光功率过大；如果第一闭环误差超过上...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐知芳，袁磊，廉正刚，卜兴华，皮亚斌，
申请(专利权)人：武汉长盈通光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42