一种光纤陀螺仪在线故障检测方法技术

本发明专利技术提供一种光纤陀螺仪在线故障检测方法，由于光强信息对光纤丝的损伤更敏感，通过光强信息，可以更容易发现光纤丝断裂的情形；因此，本发明专利技术通过对Y波导施加过调制信号

【技术实现步骤摘要】
一种光纤陀螺仪在线故障检测方法
本专利技术属于故障探测
，尤其涉及一种光纤陀螺仪在线故障检测方法。
技术介绍
惯性技术是海陆空天各类运动载体惯性导航、制导控制、定位定向、姿态稳定以及过载传感器等的核心技术，是同时具备自主性好、信息全面、实时连续、抗干扰强等特性的载体运动信息感知技术。惯性技术在国防和民用领域发挥着越来越大的作用。陀螺仪是惯性系统的核心部件，用于敏感运动载体相对惯性空间的角运动，测量载体的角位移和角速度，对惯性系统的性能起着关键作用，是惯性技术研究的重点内容之一。光纤陀螺仪是以近代物理学效应为基础发展起来的光电类陀螺，相比较传统的机电类陀螺仪，光纤陀螺具有结构简单、体积小、可靠性高及精度高等优点，近二十年，光纤陀螺仪技术得到迅猛发展。光纤陀螺基于Sagnac效应，即沿闭合光路相向传播的光波返回到起点干涉后，干涉信号的相位差正比于闭合光路敏感轴的输入角速度。典型的干涉型光纤陀螺的基本原理如图1所示。其中光路部分包括：光源1、耦合器2、Y波导3、光纤环4、探测器5构成；信号处理电路部分主要包含A/D转换器6、FPAG逻辑控制器7、D/A转换器8。如图1所示，探测器5检测到的光信号强度为其中，I0为输入光强，为陀螺输入角速度引起的Sagnac相位差，在闭环光纤陀螺中，该项可理解为Sagnac相位差与反馈相位之和，为小量。当相位差时，即光纤陀螺输出的灵敏度很差，接近于0；零位，由于响应曲线(余弦函数)的对称性，无法直接确定光纤陀螺的旋转方向。为了获得最大的输出信号灵敏度，并能分辨角速度的方向，通常对Sagnac干涉仪进行相位偏置，偏置后的响应公式为：在光纤陀螺仪信号检测电路中，为了检测高频信息，通常把输入信号进行隔直处理，滤除信号中的直流分量，则响应公式可以简化为其中，ID为光强信号的探测值，同理，当对Sagnac干涉仪进行相位偏置，偏置后的响应公式为两个响应公式相减得到因为闭环光纤陀螺中，为Sagnac相位差与反馈相位之和，为小量，因此上述公式可以简化成线性模型。偏置后，探测器接收到的光功率随的变化为正弦函数，因而在零输入附近具有最大的灵敏度，同时通过调制解调后，可以很方便求得该误差角。从图1可以看出，光纤陀螺结构相对简单，目前光学器件和信号处理电路都非常成熟，因此，相对于机电陀螺仪，光纤陀螺具有体积小、可靠性高等优点。因为光纤陀螺的精度与光纤丝长度密切相关，在高精度应用场合，厂家都希望尽量增加光纤丝长度，但是，光纤丝长度增加，势必会带来体积的增大，为了减小体积而不损失精度，只能减小光纤丝的直径。目前常用的光纤丝直径包括125μm、80μm、60μm等，光纤丝非常细，因此在陀螺仪装配、光纤丝熔接过程中，光纤丝非常容易划伤，另外，根据目前工艺情况，陀螺仪装配、光纤丝熔接过程中还无法做到自动化操作，人为的因素导致光纤丝断裂成了影响光纤陀螺可靠性的短板。为了提高可靠性，目前常用的方法是在光纤陀螺装配完成后进行多次温度循环试验，使得有缺陷的产品在温度应力下彻底损坏，通过后续测试剔除有缺陷产品。在高可靠性应用场合，通常采取冗余方案，利用多个陀螺仪同时敏感同一角度信息，通过专家系统，选择合格的陀螺仪。现有技术通过增加温度循环试验剔除早期失效的方案，通过温度应力把有损伤的光纤丝拉断，这样既浪费大量的测试时间，却只能剔除损伤比较严重的产品，对应轻微划伤或者熔接不良的产品，经过多次温度循环后并没有彻底断裂，因此在后续测试中无法甄别出来，从而把有隐患的产品应用在系统中，造成质量隐患。另外，采用双陀螺仪冗余方案，由于没有参考源，很难判断究竟哪个陀螺工作正常，利用多个陀螺仪虽然能提高可靠性，但是体积、成本都相应增大。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种光纤陀螺仪在线故障检测方法，通过实时测量光强信息判断光纤陀螺仪是否工作正常，能够尽早剔除有缺陷产品，提高交付产品的可靠性。一种光纤陀螺仪在线故障检测方法，所述光纤陀螺仪包括光源、Y波导以及光纤环，所述方法包括以下步骤：S1：调节Y波导的控制电压，使得Y波导将光源出射的信号光分成两路相位相差的子波束，其中，S2：两路子波束在旋转的光纤环中反向传播后，返回Y波导合成一路干涉信号；S3：分别采用对干涉信号进行调制，得到正向调制信号和反向调制信号其中，I0为信号光的光强探测值，为旋转的光纤环导致的两路子波束之间的Sagnac相位差；S4：将正向调制信号和反向调制信号相加，得到求和信号sumID：S5：基于为与0的差值小于设定值的小量，得到进而得到信号光的光强I0；S6：重复步骤S1～S5，直到达到设定重复次数，得到多个光强I0进行累加求和，得到光强平滑值；S7：判断光强平滑值与信号光的光强理论值的比值是否在设定范围，若不在，则光纤陀螺仪发生故障。进一步地，所述方法还包括以下步骤：S8：将正向调制信号和反向调制信号作差，得到误差角信号ΔID：S9：重复执行多次步骤S1～S3得到正向调制信号和反向调制信号再按照步骤S8得到多个误差角信号ΔID进行累加求和，直到达到设定重复次数，得到误差角平滑值；S10：判断误差角平滑值与光纤环角速率的比值是否在设定范围，若不在，则光纤陀螺仪发生故障。有益效果：1、本专利技术提供一种光纤陀螺仪在线故障检测方法，由于光强信息对光纤丝的损伤更敏感，通过光强信息，可以更容易发现光纤丝断裂的情形；因此，本专利技术通过对Y波导施加过调制信号进行解调，解调后的信号经累加求和平滑后输出，即在不增加任何硬件成本的情况下，就获得了光强信息；然后，本专利技术通过实时检测光强来判断生产过程中光纤丝是否存在划伤等隐患，以及光纤丝熔接是否正常；同时，在整机温度循环过程中，可以实时监测光强变化，通过检测微弱的光强变化，即可判断光纤陀螺是否存在质量隐患；也就是说，本专利技术只需要一个温度循环，即可剔除早期有隐患产品，大大提高产品可靠性；此外，在高可靠性应用场合，采用多陀螺仪冗余方案，通过在线检测各陀螺仪的光强信号，可以实时判断各陀螺仪的质量状况，为专家系统选择哪个陀螺仪提供参考信息。2、本专利技术提供一种光纤陀螺仪在线故障检测方法，可以同时得到误差角信息和光强信息，相比于误差角信息，光强信息对光纤丝的损伤更敏感，因此在光纤陀螺的生产过程中，可以将两者结合，采用误差角信息进行粗判断，光强信息进行精判断；然后通过温度循环试验，分析温度循环过程中光强信息的变化可以更直接的发现潜在的质量隐患，从而能尽早剔除有缺陷产品，提高交付产品的可靠性。附图说明图1为本专利技术提供的干涉式光纤陀螺主要工作模块示意图；图2为本专利技术一种光纤陀螺仪在线故障检测方法的流程图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。光纤陀螺工作时，光源发出的光波在光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤陀螺仪在线故障检测方法，所述光纤陀螺仪包括光源、Y波导以及光纤环，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/nS1：调节Y波导的控制电压，使得Y波导将光源出射的信号光分成两路相位相差

【技术特征摘要】
1.一种光纤陀螺仪在线故障检测方法，所述光纤陀螺仪包括光源、Y波导以及光纤环，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：调节Y波导的控制电压，使得Y波导将光源出射的信号光分成两路相位相差的子波束，其中，
S2：两路子波束在旋转的光纤环中反向传播后，返回Y波导合成一路干涉信号；
S3：分别采用对干涉信号进行调制，得到正向调制信号和反向调制信号






其中，I0为信号光的光强探测值，为旋转的光纤环导致的两路子波束之间的Sagnac相位差；
S4：将正向调制信号和反向调制信号相加，得到求和信号sumID：



S5：基于为与0的差值小于设定值的小量，得到进而得到信号光的光强I...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健伟，李明燕，董明杰，
申请(专利权)人：北京理工导航控制科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11