一种光纤环相变点检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光纤环相变点检测方法及系统，当相变点出现时，方波调制信号在光纤环中的传输延迟会发生明显的波动和变化，通过对方波调制信号在光路系统中传输延迟的实时跟踪来检测光纤环传输延迟的动态变化，同时检测动态变化时的温度数据，即可得到每个传输延迟动态变化所对应的温度数据，实现光纤环相变点的直接检测；该方法利用现有的光路和电路，使传输延迟和温度数据完全同步，各个信号之间不存在延迟和数据同步的问题，提高了相变点的检测准确度，根据方波调制信号在光纤环中传输延迟的动态变化来检测光纤环的相变点，降低了其他光学器件和电路对该检测结果的影响，干扰误差更小，进一步提高了相变点的检测准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤环相变点检测方法及系统
本专利技术属于光纤环检测
，尤其涉及一种光纤环相变点检测方法及系统。
技术介绍
光纤陀螺是基于萨格奈克（Sagnac）效应工作的一种角速度传感器。它是具有广阔应用前景的全固态惯性仪表，与传统的机械陀螺有所不同，光纤陀螺摆脱了转子陀螺的范畴，具有寿命长、质量轻、体积小、功耗小、测量范围大、可快速启动、结构设计灵活等特点。光纤陀螺因其潜在的精度替代了大部分传统的机电陀螺在海、陆、空、天领域的应用，并且起到了关键作用。如图1所示的光纤陀螺结构示意图，现有光纤陀螺包括光路系统和电路系统，光路系统包括光源、耦合器、Y波导和光纤环，电路系统包括光源驱动电路、光电探测器和控制电路。光纤环是光纤陀螺的速率敏感元件，其性能参数和温度特性直接影响光纤陀螺的技术指标。而光纤是一种采用SiO2材料制成的玻璃纤维，其玻璃特性导致光纤在特定温度点会发生特性剧变，导致光在光纤内的传播路径发生改变，引起光纤环传输延迟发生变化，破坏光纤环的互异性结构，导致光纤环的性能变差，从而导致光纤陀螺的指标劣化。光纤环的相变点是指在某个温度点光纤环的传输特性发生变化，其相变点的检测一般是通过测试光纤陀螺的温度性能，根据光纤陀螺在某个温度点的数据突变来判定是否为相变引起的变化。该方法为间接测量方法，其测试结果与光纤陀螺其他光学器件、电路和软件的温度特性存在一定的关联性，可能因光纤陀螺其他光学器件、电路和软件导致误判，影响结果判定的准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光纤环相变点检测方法及系统，以解决通过测量光纤陀螺的温度性能来检测相变点导致的误判现象。本专利技术独立权利要求的技术方案解决了上述专利技术目的中的一个。本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种光纤环相变点检测方法，包括：步骤1：以时间周期为基准生成一奇数倍频的方波调制信号；步骤2：将所述方波调制信号输入至光纤陀螺的Y波导，使方波调制信号在光纤环中产生传输延迟误差；步骤3：同步采集并获取光电探测器的输出信号和光纤环的温度数据，每个输出信号对应一个温度数据；步骤4：对所述输出信号进行误差解调和数据处理，得到所述方波调制信号的传输延迟实时数据；步骤5：如果所述传输延迟实时数据的波动极差大于波动预设值，则该传输延迟实时数据所对应的温度数据为光纤环的相变点，其中波动极差等于波动最大值与波动最小值之差；否则，以所述传输延迟实时数据为基准更新奇数倍频的方波调制信号，重复步骤2~4，实现方波调制信号在光纤环中传输延迟的闭环控制和检测。本专利技术所述检测方法，在方波调制信号的调制下，正常状态时光纤环的传输延迟是一个与光纤长度相关的确定值，且传输延迟误差为0，当相变点出现时，方波调制信号在光纤环中的传输延迟会发生明显的波动和变化，传输延迟误差不为0，通过对方波调制信号在光路系统中传输延迟的实时跟踪来检测光纤环传输延迟的动态变化，同时检测动态变化时的温度数据，即可得到每个传输延迟动态变化所对应的温度数据，实现光纤环相变点的直接检测；该方法利用现有的光路和电路，使传输延迟和温度数据完全同步，各个信号之间不存在延迟和数据同步的问题，提高了相变点的检测准确度，根据方波调制信号在光纤环中传输延迟的动态变化来检测光纤环的相变点，降低了其他光学器件和电路对该检测结果的影响，干扰误差更小，进一步提高了相变点的检测准确度。进一步地，所述步骤1中，时间周期与正常状态时光纤环的传输延迟一致，正常状态时光纤环的传输延迟通过示波器来测量。示波器不能监测光纤环传输延迟的动态变化，但是可以测量在正常状态时光纤环的传输延迟，时间周期与正常状态时光纤环的传输延迟一致，可以使方波调制信号更快地跟踪传输延迟的动态变化，提高了相变点的检测速度，且跟踪过程更为稳定。进一步地，所述步骤1中，方波调制信号的幅值为Y波导π/2个相位的电压。进一步地，所述步骤3中，以一定采样率同步采集光电探测器的输出信号和光纤环的温度数据，所述一定采样率为20MHz。进一步地，所述步骤4中，误差调解和数据处理的具体操作步骤为：步骤4.1：设定一个误差积分器和一个方向寄存器，误差积分器的输出初始值为0，方向寄存器的输出初始值为0，所述误差积分器用于对传输延迟误差进行累加积分，所述方向寄存器用于判断对传输延迟误差进行累加操作还是累减操作；步骤4.2：将所述输出信号转换成数字量Dk；步骤4.3：将数字量Dk与预设门限值Dg进行比较，如果数字量Dk＞预设门限值Dg，则生成一个误差标记，其中预设门限值Dg等于（1+0.01）Dpp，Dpp为传输延迟误差为0时输出信号的最大值Vpp所对应的数字量；步骤4.3：对当前时间周期内的误差标记进行计数，得到当前时间周期内误差标记的总数量Ei；步骤4.4：将上一个时间周期内误差标记的总数量Ei-1与当前时间周期内误差标记的总数量Ei进行比较，如果Ei-1＞Ei，且Dr＝0，则将Di加1，且设Dr为0，其中，Di为误差积分器的输出，Dr为方向寄存器的输出；如果Ei-1＞Ei，且Dr＝1，则将Di减1，且设Dr为1；如果Ei-1＜Ei，且Dr＝0，则将Di减1，且设Dr为1；如果Ei-1＜Ei，且Dr＝1，则将Di加1，且设Dr为0；如果Ei-1＝Ei，则Di和Dr均保持不变；步骤4.5：同步输出温度数据和传输延迟实时数据，所述传输延迟实时数据等于Dt与Di之和，Dt为所述时间周期所对应的数字量。进一步地，所述步骤5中，波动预设值为正常状态下传输延迟实时数据的波动极差的3倍。本专利技术还提供一种光纤环相变点检测系统，包括由光源、耦合器、Y波导和光纤环组成的光路系统，以及由光源驱动电路、光电探测器和控制电路组成的电路系统；所述光源、耦合器、Y波导以及光纤环依次连接，所述光源驱动电路与所述光源连接，所述光电探测器与所述耦合器、控制电路分别连接；其特征是，所述检测系统还包括设于所述光纤环上的温度传感器，所述控制电路还分别与所述Y波导、温度传感器连接；所述控制电路包括调制信号生成单元、调制信号输出单元、采集信号接收单元、解调及处理单元、比较判断及更新单元；所述调制信号生成单元，用于以时间周期为基准生成一奇数倍频的方波调制信号；所述调制信号输出单元，用于将调制信号生成单元生成的方波调制信号或比较判断及更新单元更新后的方波调制信号输入至光纤陀螺的Y波导，使方波调制信号在光纤环中产生传输延迟误差；所述采集信号接收单元，用于同步获取光电探测器反馈的输出信号和温度传感器反馈的温度数据；所述解调及处理单元，用于对采集信号接收单元输出的输出信号进行误差解调和数据处理，得到所述方波调制信号的传输延迟实时数据；所述比较判断及更新单元，用于将解调及处理单元输出的传输延迟实时数据与波动预设值进行比较，如果所述传输延迟实时数据的波动极差大于波动预设值，则该传输延迟实时数据所对应的温度数据为光纤环的相变点，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤环相变点检测方法，其特征在于，包括：/n步骤1：以时间周期为基准生成一奇数倍频的方波调制信号；/n步骤2：将所述方波调制信号输入至光纤陀螺的Y波导，使方波调制信号在光纤环中产生传输延迟误差；/n步骤3：同步采集并获取光电探测器的输出信号和光纤环的温度数据，每个输出信号对应一个温度数据；/n步骤4：对所述输出信号进行误差解调和数据处理，得到所述方波调制信号的传输延迟实时数据；/n步骤5：如果所述传输延迟实时数据的波动极差大于波动预设值，则该传输延迟实时数据所对应的温度数据为光纤环的相变点，其中波动极差等于波动最大值与波动最小值之差；/n否则，以所述传输延迟实时数据为基准更新奇数倍频的方波调制信号，重复步骤2~4，实现方波调制信号在光纤环中传输延迟的闭环控制和检测。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤环相变点检测方法，其特征在于，包括：
步骤1：以时间周期为基准生成一奇数倍频的方波调制信号；
步骤2：将所述方波调制信号输入至光纤陀螺的Y波导，使方波调制信号在光纤环中产生传输延迟误差；
步骤3：同步采集并获取光电探测器的输出信号和光纤环的温度数据，每个输出信号对应一个温度数据；
步骤4：对所述输出信号进行误差解调和数据处理，得到所述方波调制信号的传输延迟实时数据；
步骤5：如果所述传输延迟实时数据的波动极差大于波动预设值，则该传输延迟实时数据所对应的温度数据为光纤环的相变点，其中波动极差等于波动最大值与波动最小值之差；
否则，以所述传输延迟实时数据为基准更新奇数倍频的方波调制信号，重复步骤2~4，实现方波调制信号在光纤环中传输延迟的闭环控制和检测。


2.如权利要求1所述的一种光纤环相变点检测方法，其特征在于：所述步骤1中，时间周期与正常状态时光纤环的传输延迟一致，正常状态时光纤环的传输延迟通过示波器来测量。


3.如权利要求1所述的一种光纤环相变点检测方法，其特征在于：所述步骤1中，方波调制信号的幅值为Y波导π/2个相位的电压。


4.如权利要求1所述的一种光纤环相变点检测方法，其特征在于：所述步骤3中，以一定采样率同步采集光电探测器的输出信号和光纤环的温度数据，所述一定采样率为20MHz。


5.如权利要求1所述的一种光纤环相变点检测方法，其特征在于：所述步骤4中，误差调解和数据处理的具体操作步骤为：
步骤4.1：设定一个误差积分器和一个方向寄存器，误差积分器的输出初始值为0，方向寄存器的输出初始值为0，所述误差积分器用于对传输延迟误差进行累加积分，所述方向寄存器用于判断对传输延迟误差进行累加操作还是累减操作；
步骤4.2：将所述输出信号转换成数字量Dk；
步骤4.3：将数字量Dk与预设门限值Dg进行比较，如果数字量Dk＞预设门限值Dg，则生成一个误差标记，其中预设门限值Dg等于（1+0.01）Dpp，Dpp为传输延迟误差为0时输出信号的最大值Vpp所对应的数字量；
步骤4.3：对当前时间周期内的误差标记进行计数，得到当前时间周期内误差标记的总数量Ei；
步骤4.4：将上一个时间周期内误差标记的总数量Ei-1与当前时间周期内误差标记的总数量Ei进行比较，如果Ei-1＞Ei，且Dr＝0，则将Di加1，且设Dr为0，其中，Di为误差积分器的输出，Dr为方向寄存器的输出；
如果Ei-1＞Ei，且Dr＝1，则将Di减1，且设Dr为1；
如果Ei-1＜Ei，且Dr＝0，则将Di减1，且设Dr为1；
如果Ei-1＜Ei，且Dr＝1，则将Di加1，且设Dr为0；
如果Ei-1＝Ei，则Di和Dr均保持不变；
步骤4.5：同步输出温度数据和传输延迟实时数据，所述传输延迟实时数据等于Dt与Di之和，Dt为所述时间周期所对应的数字量。


6.如权利要求1-5中任一项所述的一种光纤环相变点检测方法，其特征在于：所述步骤5中，波动预设值为正常状态下传输延迟实时数据的波动极差的3倍。


7.一种光...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘智荣，张学亮，于中权，
申请(专利权)人：湖南航天机电设备与特种材料研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43