消除Y波导相位电压误差的方法、应力补偿器及光纤陀螺技术

本发明专利技术涉及光纤陀螺技术领域，尤其涉及一种消除Y波导相位电压误差的方法、应力补偿器及光纤陀螺。应力补偿器包括应力传感器及压电线路补偿网路，所述应力传感器由胶体形成的薄膜均匀包裹，且该薄膜可有效将应力传感器粘接于Y波导衬底上，与Y波导衬底保持同尺寸伸缩膨胀，准确获得Y波导衬底伸缩变形，由应力传感器准确测量出应力变化。通过压电线路补偿网路将应力变化转换为正比于电压变化，再由反向放大电路加以输出。通过负反馈回路将Y波导的相位电压误差实时补偿，实现对光纤陀螺Y波导相位电压误差进行直接消除，提高光纤陀螺精度和可靠性。靠性。靠性。

【技术实现步骤摘要】
消除Y波导相位电压误差的方法、应力补偿器及光纤陀螺


[0001]本专利技术涉及光纤陀螺
，尤其涉及一种消除Y波导相位电压误差的方法、应力补偿器及光纤陀螺。

技术介绍

[0002]光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的光纤角速率传感器，具有体积小、全固态、使用寿命长、精度潜力大、动态范围宽等优点。基于光纤陀螺的捷联式惯性导航系统已被广泛应用于航天航空、陆用车载、舰艇导航等领域。
[0003]随着光纤陀螺技术的进步，光纤陀螺的系统应用逐渐推广，高精度光纤陀螺的应用需求日益迫切，尤其是在一些长航时高精度水面、水下应用场合，要求光纤陀螺不仅精度高还要求陀螺连续可靠工作。为了达到陀螺高精度、高可靠设计目的，光纤陀螺的相位复位误差需要精确补偿，以此减小标度因数误差和零偏误差。
[0004]传统较高精度的干涉式光纤陀螺如图1所示主要包括光纤环圈1，Y波导2，耦合器3，探测器（PIN）4以及光源（ASE）5。其基本工作原理是光源（ASE）5发出光束经由耦合器3的直通端到达Y波导2，然后经过Y波导2分束后，进入光纤环圈1形成正反两束光，在光纤环圈1各绕一周后再经由Y波导2的双臂合束。当光纤环圈1处于停止且Y波导2没有外加调制电压的情况下，两束光合束后不会形成相位差。当光纤环圈1转动，或者是当Y波导2的Y波导驱动正电极22及Y波导驱动负电极23两个电压输入端有调制电压差的时候，两束光会形成相位差，这时两束光形成干涉光束通过耦合器的耦合端后被探测器（PIN）4所探得，形成强弱分布的光强分布，通过线路解调就可以得到与上述强度成正比的相位差或者转速信息。
[0005]消除相位复位误差的技术手段通常在数字闭环回路中增加第二回路，选取2π复位时机点，通过阶梯波复位的残余误差提取2π信息，以此确定2π电压的真实值，上述方法优点是在线路上易于实现且不增加硬件负担。但也带来了新的问题就是2π检测回路软件实现代码较为复杂，而且第一回路的基础上，双回路参数设置不当易出现环路不稳，在陀螺工作在大动态或者高速相位复位过程中极易出现环路不稳导致的陀螺输出“卡死”状态，从而影响陀螺可靠性。还有一些研究通过提取温度信息，对Y波导相位误差或者标度因数进行离线补偿，上述补偿模型的假设前提是基于Y波导的相位误差由温度影响因素引起，当环境影响因素发生变化时，模型适应性往往不强，较为严重的问题是通常Y波导的2π相位误差不单来自于环境温度的变化，其本质原因是来自于Y波导器件本身受到应力导致的双折射形成的相位改变。单纯通过温度补偿模型不准而且效率低下。
[0006]由于温度或者外界应力会导致Y波导2形成附加的相位差，进而导致Y波导2的模值电压（2π电压）产生偏差，上述误差信号如果变化频率较高则会形成零偏误差，如果是个缓变信号则会形成标度因数误差。业内通常采用监测2π复位信息，通过第二回路提取2π信息，结合软件编程加以调整或补偿相位电压误差。缺点是上述软件补偿在大动态条件下存在环路不稳问题以及可靠性风险。
[0007]上述两种做法都是通过分析探测器（PIN）的输出信号，确定误差补偿量大小，再通
过误差相位补偿器7将误差补偿量转化为Y波导驱动正电极22及Y波导驱动负电极23的相位电压补偿量进行补偿。由此可见，针对Y波导相位复位误差消除措施，目前行业的技术问题是技术措施多从软件等间接手段且多停留在温度补偿角度加以解决，尚缺乏从更为直接的应力影响因素出发，采用硬件手段加以解决。

技术实现思路

[0008]本专利技术旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提供一种Y波导应力补偿器及相位电压误差补偿方法，实现对光纤陀螺Y波导相位电压误差进行直接消除，提高光纤陀螺精度和可靠性。
[0009]本专利技术提供一种消除Y波导相位电压误差的方法，包括如下步骤：S1.在Y波导衬底上附着与Y波导衬底尺寸同时变化的应力补偿器的应力传感器；S2.将步骤S1中应力传感器与应力补偿器的压电线路补偿网路连接，所述压电线路补偿网路的电压输出端反向连接Y波导驱动正电极与Y波导驱动负电极；S3.当外界环境变化使得Y波导衬底及附着其上的应力传感器同时发生尺寸变化，应力传感器测量到尺寸变化而产生的应力变化；S4.压电线路补偿网路产生与步骤S3的应力变化趋势相反的电压，并通过实时补偿回路负反馈到Y波导驱动正电极与Y波导驱动负电极之间。
[0010]根据本专利技术提供的步骤S1中所述附着的方式为采用固化胶体粘贴的方式。
[0011]本专利技术还提供一种消除Y波导相位电压误差的应力补偿器，所述应力补偿器包括互相连接的应力传感器及压电线路补偿网路，所述应力传感器粘贴在Y波导衬底上，并与Y波导衬底尺寸同时变化，所述压电线路补偿网路将补偿回路负反馈到Y波导驱动正电极与Y波导驱动负电极之间。
[0012]根据本专利技术提供的所述应力传感器由胶体形成的薄膜均匀包裹，并粘贴在Y波导衬底上。
[0013]根据本专利技术提供的所述应力传感器由弹性系数恒定的金属丝构成，所述金属丝对拉应力或压应力敏感，所述金属丝通过曲折盘绕的方式粘贴在Y波导衬底上。
[0014]所述压电线路补偿网路包括压电转换电路及放大器，所述压电转换电路采用电桥连接方式，通过金属丝的电阻值变化调节压电转换电路的输出电压，所述压电转换电路的一电压输出端通过放大器连接Y波导驱动正电极，另一电压输出端连接Y波导驱动负电极。
[0015]根据本专利技术提供的电桥连接方式的电路由三个平衡电阻及金属丝组成，其中三个平衡电阻为精密电阻，其电阻值不随环境改变，三个平衡电阻的电阻值均为金属丝在无应力条件下的电阻值。
[0016]根据本专利技术提供的所述应力传感器由压电陶瓷片构成，所述压电陶瓷片设置有多个，并粘贴在沿Y波导衬底的长度的延伸方向，多个所述压电陶瓷片串联连接。
[0017]根据本专利技术提供的所述压电线路补偿网路为负反馈电路，所述负反馈电路由电压比较器以及参考电压源组成，所述参考电压源的电压为串联的所述压电陶瓷片在无附加应力时的电压，所述负反馈电路输出端连接Y波导驱动正电极，Y波导驱动负电极接地。
[0018]本专利技术还提供一种光纤陀螺，包括上述的消除Y波导相位电压误差的应力补偿器。
[0019]本专利技术实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
本专利技术中应力补偿器包括应力传感器和压电线路补偿网路。所述应力传感器由胶体形成的薄膜均匀包裹，且该薄膜可有效将应力传感器粘接于Y波导衬底上，与Y波导衬底保持同尺寸伸缩膨胀，准确获得Y波导衬底伸缩变形，由应力传感器准确测量出应力变化。通过压电线路补偿网路将应力变化转换为正比于电压变化，再由反向放大电路加以输出。通过负反馈回路将Y波导的相位电压误差实时补偿，实现对光纤陀螺Y波导相位电压误差进行直接消除，提高光纤陀螺精度和可靠性。
[0020]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消除Y波导相位电压误差的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.在Y波导衬底上附着与Y波导衬底尺寸同时变化的应力补偿器的应力传感器；S2.将步骤S1中应力传感器与应力补偿器的压电线路补偿网路连接，所述压电线路补偿网路的电压输出端反向连接Y波导驱动正电极与Y波导驱动负电极；S3.当外界环境变化使得Y波导衬底及附着其上的应力传感器同时发生尺寸变化，应力传感器测量到尺寸变化而产生的应力变化；S4.压电线路补偿网路产生与步骤S3的应力变化趋势相反的电压，并通过实时补偿回路负反馈到Y波导驱动正电极与Y波导驱动负电极之间。2.根据权利要求1所述的一种消除Y波导相位电压误差的方法，其特征在于，步骤S1中所述附着的方式为采用固化胶体粘贴的方式。3.一种消除Y波导相位电压误差的应力补偿器，其特征在于，所述应力补偿器包括互相连接的应力传感器及压电线路补偿网路，所述应力传感器粘贴在Y波导衬底上，并与Y波导衬底尺寸同时变化，所述压电线路补偿网路将补偿回路负反馈到Y波导驱动正电极与Y波导驱动负电极之间。4.根据权利要求3所述的一种消除Y波导相位电压误差的应力补偿器，其特征在于，所述应力传感器由胶体形成的薄膜均匀包裹，并粘贴在Y波导衬底上。5.根据权利要求3或4所述的一种消除Y波导相位电压误差的应力补偿器，其特征在于，所述应力传感器由弹性系数恒定的金属丝构成，所述金属丝对拉应力或压应力敏...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵坤，刘伯晗，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：