一种Y波导波形斜度测量及补偿方法技术

本发明专利技术为解决现有高精度光纤陀螺用Y波导波形斜度测量方法是基于Y波导本身特性，忽略了Y波导与光纤陀螺光路连接后，Y波导波形斜度导致光纤陀螺闭环回路调制波在复位时发生误差的问题，而提供了一种Y波导波形斜度测量及补偿方法。本发明专利技术利用现有的测试光纤陀螺性能的光路和电路，将Y波导波形斜度测试结果通过电路采集上传到上位机，采用

【技术实现步骤摘要】
一种Y波导波形斜度测量及补偿方法


[0001]本专利技术涉及测量领域，具体涉及一种Y波导波形斜度测量及补偿方法。

技术介绍

[0002]目前高精度光纤陀螺的性能检测普遍采用全数字闭环检测方法，其中作为光纤陀螺的专用调制器件的Y波导相位调制器，简称Y波导，与光纤陀螺的性能有很大关系。Y波导在光纤传感与光电信号处理领域有着广泛的应用，Y波导的原理是外加电压信号通过Y波导两侧的电极产生调制电场，从而改变Y波导的有效折射率，实现对传输光信号的相位调制。
[0003]光波经过相位调制后的相位变化可表示为：
[0004][0005]其中，Δβ为电压引起的Y波导常数变化量；n
e
为LiNbO3晶体折射率；γ
33
为泡克尔电光系数；λ为真空中的波长；L为调制器的电极长度；T为电场与光场的重叠因子；V为外加偏置电压；G为平面电极的间距；Δn
e
为LiNbO3晶体在外加电场作用下引起折射率的变化；
[0006]Δn
e
＝γ
33
E+κE2+
…ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0007]其中，E为调制电场的强度；κ为克尔电光系数。
[0008]公式(2)中第二项为二次高阶项，在实际工程应用中，LiNbO3晶体电光效应存在高阶非线性电光效应，当在闭环光纤陀螺Y波导施加方波调制时，会引起实际到电光效应发生非线性畸变，最终导致闭环光纤陀螺探测器输出梳状波底部斜波。
[0009]如图1(a)和(b)所示，光纤陀螺探测器输出波形斜度与理想输出会相比产生了一个误差电压经过AD采样后进入光纤陀螺闭环解算时产生一个附加相位误差最终导致陀螺在小角速率下不敏感，产生死区现象，而且该误差电压会影响光纤陀螺在小角速率下的标度因数，影响高精度光纤陀螺在惯组标定和对准应用中性能的发挥。
[0010]针对高精度光纤陀螺施加在Y波导理想调制信号，经过Y波导电光效应非线性导致光纤陀螺探测器波形斜度，最终导致光纤陀螺解调中出现附加相位。
[0011]传统的Y波导的波形斜度测量方法是基于Y波导本身特性，未考虑Y波导与光纤陀螺光路连接后实际应用情况下，Y波导的波形斜度的测量方法及补偿方法。因此针对Y波导波形斜度导致光纤陀螺闭环回路调制波在复位时发生测量误差及补偿方法，是亟需研究的课题。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是解决现有高精度光纤陀螺用Y波导波形斜度测量方法是基于Y波导本身特性，忽略了Y波导与光纤陀螺光路连接后，Y波导波形斜度导致光纤陀螺闭环回路调制波在复位时发生误差的问题，而提供了一种Y波导波形斜度测量及补偿方法。
[0013]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0014]一种Y波导波形斜度测量及补偿方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0015]步骤1)、搭建Y波导波形斜度测量回路；
[0016]所述Y波导波形斜度测量回路，包括ASE光源、2*2耦合器、光纤环、光电探测器、数字解调电路以及上位机；
[0017]ASE光源的输出端与2*2耦合器的输入端连接，2*2耦合器的第一输出端与待测Y波导光路输入端连接；Y波导的两个分叉端分别与光纤环的两端连接；2*2耦合器的第二输出端与光电探测器的输入端连接，光电探测器的输出端与数字解调电路的第一输入端连接，数字解调电路的第一输出端与上位机的输入端连接，上位机的输出端与数字解调电路的第二输入端连接，数字解调电路的第二输出端分别与Y波导的两个调制电极端连接；
[0018]步骤2)、通过数字解调电路连续施加幅值为A的调制方波到Y波导的两个调制电极，产生电场使ASE光源发射的光经过2*2耦合器和Y波导后，产生的相移，通过光纤环传播后发生干涉，干涉光通过2*2耦合器后到达光电探测器进行光电转换，形成含波形斜度的梳状波；
[0019]步骤3)、利用高速AD采集卡采集梳状波的波形，记录并传输至上位机；
[0020]步骤4)、上位机解算还原梳状波的波形斜度数字量，计算波形斜度值；
[0021]步骤5)、对在一个波形斜度周期内采样得到的波形斜度值归一化处理，得到二次拟合后的波形斜度曲线，并求解获得波形斜度补偿参数；
[0022]步骤6)、将波形斜度补偿参数配置至数字解调电路中，在光纤陀螺解调过程中对波形斜度造成的附加相位进行补偿。
[0023]进一步地，步骤2)中，所述的调制方波的幅值A为
±
23/8π。
[0024]进一步地，步骤5)具体为：
[0025]5.1)、对在一个波形斜度周期内采样得到的波形斜度值归一化处理，得到二次拟合后的波形斜度曲线；
[0026]5.2)、求解补偿参数
[0027]定义在一个波形斜度周期内N个采样点的集合为1≤k≤N，二次拟合曲线表示为：f(x)＝At2+Bt+C，转化为：
[0028][0029][0030][0031]其中，t
k
为第k个采样点对应的采样时间；y
k
第k个采样点对应的信号幅值；A、B和C均为波形斜度补偿参数；
[0032]求解方程组，获得波形斜度补偿参数A、B和C。
[0033]与现有技术相比，本专利技术具有的有益技术效果如下：
[0034]1、本专利技术提供的Y波导波形斜度测量及补偿方法，针对光纤陀螺闭环回路调制波在复位时发生误差，对该条件下Y波导的波形斜度进行定量测试并补偿。本专利技术利用现有的测试光纤陀螺性能的光路和电路，将Y波导波形斜度测试结果通过电路采集上传到上位机，上位机计算出Y波形斜度误差后，对其在光纤陀螺闭环回路调制波在复位时发生误差进行补偿，以提高光纤陀螺在小速率转速下陀螺精度，提升光纤陀螺的应用范围。
[0035]2、本专利技术提供的Y波导波形斜度测量及补偿方法，采用
±
23/8π方波作为数字解调电路施加波形斜度触发信号时，光纤陀螺解调信号在复位前与复位后压差最大，波形斜度效应最为明显，且
±
23/8π方波调制兼顾了高精度光纤陀螺应用过程中跨条纹工作工况，亦满足高精度光纤陀螺过调制技术需求。
附图说明
[0036]图1为闭环光纤陀螺施加与采样得到的调制方波理想输出与实际输出波形图；其中，(a)为施加的调制方波的波理想输出与实际输出波形图；(b)为采样得到的调制方波理想输出与实际输出波形图；
[0037]图2为本专利技术Y波导波形斜度测量及补偿方法原理图；
[0038]图3为本专利技术实施例中上位机采集的Y波导波形斜度曲线图；
[0039]图4为本专利技术实施例中进行Y波导波形斜度补偿后的波形斜度曲线图；
[0040]附图标记：
[0041]1‑
ASE光源，2
‑
2*2耦合器，3
‑
Y波导，4
‑
光纤环，5
‑
光电探测器，6
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Y波导波形斜度测量及补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)、搭建Y波导波形斜度测量回路；所述Y波导波形斜度测量回路，包括ASE光源(1)、2*2耦合器(2)、光纤环(4)、光电探测器(5)、数字解调电路(6)以及上位机(7)；ASE光源(1)的输出端与2*2耦合器(2)的输入端连接，2*2耦合器(2)的第一输出端与待测Y波导(3)光路输入端连接；Y波导(3)的两个分叉端分别与光纤环(4)的两端连接；2*2耦合器(2)的第二输出端与光电探测器(5)的输入端连接，光电探测器(5)的输出端与数字解调电路(6)的第一输入端连接，数字解调电路(6)的第一输出端与上位机(7)的输入端连接，上位机(7)的输出端与数字解调电路(6)的第二输入端连接，数字解调电路(6)的第二输出端分别与Y波导(3)的两个调制电极端连接；步骤2)、通过数字解调电路(6)连续施加幅值为A的调制方波到Y波导(3)的两个调制电极，产生电场使ASE光源(1)发射的光经过2*2耦合器(2)和Y波导(3)后，产生的相移，通过光纤环(4)传播后发生干涉，干涉光通过2*2耦合器(2)后到达光电探测器(5)进行光电转换，形成含波形斜度的梳状波；步骤3)、利用高速AD采集卡采集梳状波...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪刚，李云娇，赵永亮，娄少峰，江维，陈洪刚，张培，
申请(专利权)人：西安航天精密机电研究所，
类型：发明
国别省市：