一种利用相位调制器半波电压测温的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用相位调制器半波电压测温的方法，本发明专利技术基于光纤陀螺主流的数字式相位闭环的技术方案，光纤陀螺的数字逻辑算法中应包含Sagnac相位负反馈闭环模块和相位调制器半波电压漂移跟踪闭环模块；在相位调制器半波电压漂移跟踪闭环模块中采用寄存器来存储表征相位调制器半波电压的实时数值，由于光纤陀螺光纤环与相位调制器通常处于同一环境温度下，可将相位调制器半波电压的实时数值来等效或模拟光纤环所处的环境温度，实现间接测温，基于此可开展光纤陀螺的温度补偿模型设计。本发明专利技术方法不需要配置温度传感器，不需要为测温模块预留装配空间，减少了元器件数量，节省了成本，降低了装配复杂度，解决了微型光纤陀螺没有空间安装温度传感器的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种利用相位调制器半波电压测温的方法
本专利技术属于光纤陀螺
，尤其涉及一种利用相位调制器半波电压测温的方法。
技术介绍
光纤陀螺是一种基于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。但相对于激光陀螺、静电陀螺而言，光纤陀螺因其核心传感元件——光纤环更容易受到温度、温度变化的影响，而产生零偏漂移、标度因数漂移等现象，是为Shupe效应。为了尽量降低温度、温度变化对光纤陀螺性能的劣化影响，通常采用温度补偿的办法来抵消Shupe效应引起的漂移。目前，国内研究学者通常采用铂电阻式、数字温度芯片式等各类温度传感器来测量光纤陀螺光纤环的实时温度，并以此作为温度补偿模型的自变量。这种测温方法原理简单、容易实现，但也存在较多的局限性，首先它需要光纤陀螺在产品设计之初，就额外配置独立的温度传感器元件，显著增加了成本；其次温度传感器及其管脚引线会占用很大一部分的陀螺装配空间，使得陀螺装配更加复杂、合格率下降；最后对于一些体积要求非常狭小的微型光纤陀螺，基本上没多余空间再安装独立的温度传感器，这种测温方法几乎无法采用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种利用相位调制器半波电压测温的方法，不需要配置温度传感器，不需要为测温模块预留装配空间，减少了元器件数量，节省了成本，降低了装配复杂度，解决了微型光纤陀螺没有空间安装温度传感器的问题。r>本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种利用相位调制器半波电压测温的方法，该方法包括以下步骤：步骤一，光纤陀螺的数字逻辑算法中包含Sagnac相位负反馈闭环(第一闭环)模块和相位调制器半波电压漂移跟踪闭环(第二闭环)模块；步骤二，在相位调制器半波电压漂移跟踪闭环模块中采用8位以上的寄存器来存储表征相位调制器半波电压的实时数值；步骤三，将相位调制器半波电压的实时数值来等效光纤环所处的环境温度。当开展光纤陀螺零偏、标度因数技术指标的温度补偿模型设计时，直接将相位调制器半波电压的数据作为环境温度数据。按上述技术方案，光纤陀螺光路包含光源、2×2耦合器、相位调制器、光纤环、光电探测器，其中，2×2耦合器输入端1与光源连接，输入端2与光电探测器的输入端连接，2×2耦合器的一个输出端与相位调制器的输入端连接，相位调制器的两个输出端分别与光纤环的两个输出端连接。按上述技术方案，采用干涉式数字闭环光纤陀螺，其信号处理电路板包含ADC采样电路、DAC反馈电路，其中，ADC采样电路负责对光电探测器输出的电压信号进行数据转换、ADC采样，实现检测Sagnac干涉光强，DAC反馈电路负责给相位调制器提供相位调制电压，实现光信号相位反馈闭环。按上述技术方案，相位调制器紧靠光纤环安装，二者处于相同的环境温度下。按上述技术方案，相位调制器采用Y波导。按上述技术方案，所述耦合器为2×2耦合器。本专利技术依据的基本原理，以Y波导为例，Y波导的半波电压随环境温度近似线性变化，具体论证如下：Y波导采用铌酸锂(LiNbO3)晶体作为衬底材料，而铌酸锂晶体属于三角晶系，具备线性电光效应现象，一般采用z向通光、横向加电压的工作方式。假设外加电压V产生的静电场为Es，它导致的折射率变化为：式中，γ为晶体电光系数，E0为归一化的光波导模场分布函数，为光场与电场的有效重叠系数，取值范围0～1，是Y波导器件的常量参数，b为电极间距。对应的相位偏移为：式中，L为调制波导长度。当Δφ＝±π时，外加电压即为Y波导的半波电压：忽略波长随温度的微小变化，只考虑温度对L、b和ne的影响，将公式(3)对温度求导数，可得到：铌酸锂晶体的轴向热膨胀系数为：径向热膨胀系数为：折射率随温度变化系数为：由(4)～(7)式可知，半波电压随温度变化的模型如下：ΔVπ＝KΔT+δe(8)式中，K为半波电压随温度变化的比例系数，δe为非线性误差。由此可知，Y波导的半波电压随着温度近似呈线性变化。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术方案无需配置温度传感器，依据光纤陀螺Y波导的半波电压随环境温度近似线性变化的规律，用Y波导半波电压的实时数值来代表环境温度数据，从而达到间接测温的目的。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用到的数字式相位闭环光纤陀螺的结构图。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。如图1所示，本专利技术实施例中，该方法中首先，光纤陀螺的数字逻辑算法中包含Sagnac相位负反馈闭环(第一闭环)模块和相位调制器半波电压漂移跟踪闭环(第二闭环)模块；然后，在相位调制器半波电压漂移跟踪闭环模块中采用8位以上的寄存器来存储表征相位调制器半波电压的实时数值；第三，将相位调制器半波电压的实时数值来等效光纤环所处的环境温度。(当开展光纤陀螺零偏、标度因数技术指标的温度补偿模型设计时，直接将相位调制器半波电压的数据作为环境温度数据。)光纤陀螺采用干涉式数字闭环光纤陀螺的技术方案，其中2×2耦合器输入端1与光源连接，输入端2与光电探测器的输入端连接，2×2耦合器的一个输出端与Y波导的输入端连接，Y波导的两个输出端分别与光纤环的两个输出端连接。信号处理电路板的ADC采样电路对光电探测器的电压信号进行数据转换、ADC采样，DAC反馈电路给Y波导提供相位调制电压，实现相位反馈闭环。光纤陀螺FPGA逻辑算法中设计有Sagnac相位负反馈闭环(第一闭环)模块和Y波导半波电压漂移跟踪闭环(第二闭环)模块。用16位的寄存器来存储Y波导半波电压的实时值，常温下Y波导半波电压的实时值约为28000，-40～+70℃全温范围内，半波电压实时值变化量约为10％，即2800，则间接测温精度＝110℃/2800＝0.0393℃。而光纤环与Y波导几乎是紧靠安装的，二者实际温度相差不会超过0.5℃，因此用半波电压的实时值来等效或模拟光纤环所处的环境温度是完全可行的。在开展光纤陀螺零偏、标度因数等技术指标的全温测试或者温度补偿模型设计时，将Y波导半波电压的数据作为环境温度数据即可。Y波导可用类似功能的相位调制器代替，光电探测器可用类似功能的光电二极管代替，2×2耦合器可用类似功能的耦合器、分束器、合束器、分光器、合光器、环形器等代替。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本专利技术所附权利要求的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用相位调制器半波电压测温的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一，光纤陀螺的数字逻辑算法中包含Sagnac相位负反馈闭环模块和相位调制器半波电压漂移跟踪闭环模块；步骤二，在相位调制器半波电压漂移跟踪闭环模块中存储表征相位调制器半波电压的实时数值；步骤三，将相位调制器半波电压的实时数值来等效光纤环所处的环境温度。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用相位调制器半波电压测温的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一，光纤陀螺的数字逻辑算法中包含Sagnac相位负反馈闭环模块和相位调制器半波电压漂移跟踪闭环模块；步骤二，在相位调制器半波电压漂移跟踪闭环模块中存储表征相位调制器半波电压的实时数值；步骤三，将相位调制器半波电压的实时数值来等效光纤环所处的环境温度。


2.根据权利要求1所述的利用相位调制器半波电压测温的方法，其特征在于，光纤陀螺光路包含光源、耦合器、相位调制器、光纤环、光电探测器，其中，耦合器输入端1与光源连接，输入端2与光电探测器的输入端连接，耦合器的一个输出端与相位调制器的输入端连接，相位调制器的两个输出端分别与光纤环的两个输出端连接。


3.根据权利要求1或2所述...

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