一种基于相位比较调频连续波光纤陀螺的开环检测电路制造技术

本发明专利技术提出一种基于相位比较调频连续波光纤陀螺的开环检测电路，属于光纤陀螺技术领域，包括模拟前处理和数字域处理两部分，其中模拟前处理部分包括带通滤波模块、整形模块和乘法器、AD前处理部分，数字域处理部分包括AD采集器和FPGA编程模块；AD前处理部分包括低通滤波器和AD前置放大器。本发明专利技术提出一种基于相位比较调频连续波光纤陀螺的开环检测电路，通过检测两路信号的相位差来完成对调频连续波干涉式这种新型光纤陀螺仪的定量检测，消除了调频周期及幅值变化给相位差检测带来的影响，差分检测方式能够较好地抑制光纤陀螺的共模误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于模拟相位比较的调频连续波双干渉式光纤陀螺开环检测电路，属于光纤陀螺

技术介绍
光纤陀螺作为发展极为迅速的ー种新型惯性角速度传感器，以其特有的技术和性能优势，已经广泛用于各领域。国际上通用的光纤陀螺形式为单干渉式，即利用ー套光路(ー个保偏光纤环)的快轴或者慢轴实现Sagnac干涉仪，通过分别按照顺时针(CW)、逆时针(CCW)传播的两束主波列之间的干渉来解算载体转动导致的Sagnac相移。这种干涉仪虽然结构简单，但是随着光纤陀螺应用领域的不断扩展，其体积、重量与精度之间的矛盾日益突出，以现有的技术和エ艺水平，在維持精度的前提下，进ー步减小体积、重量很难实现突破，反之亦然。调频连续波双干渉式光纤陀螺与传统的单干涉式光纤陀螺所不同的是，当正反方向的光波进入光纤环时，能够同时利用保偏光纤的快轴和慢轴独立传输光波，从而实现了ー套光路，两套干涉仪，并且在输出时对这两套干涉信号做差分，从而消除环境扰动导致的共模误差，提高陀螺系统的信噪比。由于光路的干渉原理、调制的机制以及光路输出信号的特性与传统单干渉光纤陀螺完全不一样，所以调频连续波双干渉式光纤陀螺不可能利用现有单干涉光纤陀螺的检测电路去解算Sagnac非互易相移，因此必须根据调频连续波干渉式光纤陀螺原理方案的具体特点研究相应的检测电路方案。调频连续波双干渉式光纤陀螺是最近提出的新型光纤陀螺，目前还没有针对这种陀螺的检测电路。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对调频连续波双干渉式光纤陀螺仪，设计了相应的开环检测电路，即通过检测两路输出信号的相位差来解算Sagnac相移。本专利技术提出的一种基于相位比较调频连续波光纤陀螺的开环检测电路，包括模拟前处理和数字域处理两部分，其中模拟前处理部分包括带通滤波模块、整形模块和乘法器、AD前处理部分，数字域处理部分为FPGA处理模块，包括AD采集器和FPGA处理模块。基于相位比较调频连续波光纤陀螺的快慢轴发出的两路干渉信号经探测器转换后，分别通过通滤波模块进行滤波，再经过整形模块整形，然后将整形后的两路干渉信号输入乘法器中进行乘法运算，运算后经过AD前处理部分的低通滤波以及前置放大处理后，输入AD采集器进行信号转化，将模拟信号转换为数字信号，然后将数字信号输入FPGA编程模块，通过对相位差信号的幅值信息进行累加求平均实现鉴相。所述的AD前处理部分包括低通滤波器和AD前置放大器8 ;乘法器的输出信号经过低通滤波器进行展宽，经过低通滤波器滤波后的信号进入AD前置放大器8，经前置放大处理后输入AD采集器进行信号转化。所述的FPGA处理模块的还包括有判向模块、程序下载模块、与上位机通信模块三个部分；所述的判向模块将整形模块的过零比较后的两路方波信号通过两个电平转换器芯片转换为适合FPGA编程模块的输入的电平，然后根据两路方波信号的上升沿到达时间的先后，来判断陀螺是正转还是反转；程序下载模块实现将程序下载到FPGA编程模块的芯片上；与上位机通信模块采用3. 3V供电的RS422收发器芯片，实现FPGA编程模块与上位机之间通イ目。本专利技术的优点和积极效果在于(I)本专利技术提出一种基于相位比较调频连续波光纤陀螺的开环检测电路，通过检测两路信号的相位差来完成对调频连续波干渉式这种新型光纤陀螺仪的定量检测。(2)本专利技术提出一种基于相位比较调频连续波光纤陀螺的开环检测电路，消除了调频周期及幅值变化给相位差检测带来的影响。(3)本专利技术提出一种基于相位比较调频连续波光纤陀螺的开环检测电路。其差分检测方式能够较好地抑制光纤陀螺的共模误差。 附图说明图I :本专利技术提出的一种基于相位比较调频连续波光纤陀螺的开环检测电路的结构框图；图2 :本专利技术中调频连续双干渉式光纤陀螺输出的两路受锯齿波调制的FMCW信号的具体波形；图3 :本专利技术中滤波器输出波形示意图；图4 :本专利技术中过零比较器输出波形示意图；图5 :本专利技术中乘法器输出波形示意图；图6 :本专利技术中开环检测电路中的模拟前处理模块的原理图；图I :本专利技术中开环检测电路中FPGA处理模块的原理图。图中I-带通滤波模块；2_整形模块；3_乘法器；4_AD前处理部分；5-AD采集器；6-FPGA编程模块；7_低通滤波器；8_AD前置放大器；9-探测器；10-判向模块；11-程序下载模块；12-与上位机通信模块具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进ー步的详细说明。如图I所示，本专利技术ー种基于相位比较调频连续波光纤陀螺的开环检测电路包括模拟前处理和数字域处理两部分，其中模拟前处理部分包括带通滤波模块I、整形模块2和乘法器3、AD前处理部分4，数字域处理部分为FPGA处理模块，该模块主要包括AD采集器5和FPGA编程模块6。所述的AD前处理部分4包括低通滤波器7和AD前置放大器8。基于相位比较调频连续波光纤陀螺的快慢轴发出的两路干渉信号经探测器9转换(光信号转换为电信号)后，分别通过通滤波模块I进行滤波，再经过整形模块2整形，然后将整形后的两路干渉信号输入乘法器3中进行乘法运算，运算后经过AD前处理部分4的低通滤波以及前置放大处理后，输入AD采集器5进行信号转化，将模拟信号转换为数字信号，然后将数字信号输入FPGA编程模块6，通过对相位差信号的幅值信息进行累加求平均实现鉴相。目前调频连续波光纤陀螺采用激光连续波调频方案，当调频连续波光纤陀螺的快慢轴发出的两路存在光程差的连续调频光波发生干涉时，在输出端形成了动态拍信号，干涉信号形式为I(OPD, t) = I0 I + K cos I ^Avv>n0PD f + 0PD) IK.CjiO )_= J0 [l + F cos {lnvbt + (j)m )]其中，I(0PD,t)表不的输出光强与光程差和时间的关系,其中，OPD表不光程差，t表示时间，Itl表示拍信号的平均強度，V表示拍信号的对比度，Av表示光学频率调制宽度，Vm表示调制频率，\ 0表示真空中的中心光波长，C表示真空中光速，Vb表示拍信号的频率，^bo表示拍信号的初始相位。该动态拍信号为受锯齿波调制的FMCW(Frequency ModulatedContinuous Wave,调频连续波)信号，其具体波形I (OPD, t)如图2波形所示,从图2中可以看出，调频连续波干渉式光纤陀螺的输出信号受调频周期的影响，且内部拍频的频率也 随时间在改变，同时，输出信号受强度调制，输出相位差存在期性。另外在调制周期边缘处，动态拍信号的相位不连续，且不稳定，导致波形中还有较多的毛刺，这种信号是无法精确测量相位的。针对以上所分析的调频连续波光纤陀螺的输出信号特点，两路调频连续波光纤陀螺的输出干渉信号分别经探測器9转换后，开环检测电路首先要通过带通滤波模块I对探測器9转换后的输出信号进行滤波，本专利技术中带通滤波模块I采用模拟带通滤波器来滤除带外无用信号。输出信号的中心频率大约在50KHz左右，经带通滤波模块I滤波后的调制信号的频率为lOKHz，本专利技术的开环检测电路所采用的模拟带通滤波器的通频带为50土5KHz，可以消除附加的调频周期的影响，此外，由于光路中的背向反射和散射噪声而产生的拍信号与主拍频信号的频率不同，因此滤波也可以消除部分由背向反射和散射噪声带来的影响。本专利技术的模拟带通滤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相位比较调频连续波光纤陀螺的开环检测电路，其特征在于包括模拟前处理和数字域处理两部分，其中模拟前处理部分包括带通滤波模块、整形模块和乘法器、AD前处理部分，数字域处理部分为FPGA处理模块，包括AD采集器和FPGA处理模块； 基于相位比较调频连续波光纤陀螺的快慢轴发出的两路干涉信号经探测器转换后，分别通过通滤波模块进行滤波，再经过整形模块整形，然后将整形后的两路干涉信号输入乘法器中进行乘法运算，运算后经过AD前处理部分的低通滤波以及前置放大处理后，输入AD采集器进行信号转化，将模拟信号转换为数字信号，然后将数字信号输入FPGA编程模块，通过对相位差信号的幅值信息进行累加求平均实现鉴相。2.根据权利要求I所述的一种基于相位比较调频连续波光纤陀螺的开环检测电路，其特征在于所述的AD前处理部分包括低通滤波器和AD前置放大器；乘法器的输出信号经过低通滤波器进行展宽，经过低通滤波器滤波后的信号进入AD前置放大器，经前置放大处理后输入AD采集器进行信号转化。3.根据权利要求I所述的一种基于相位比较调频连续波光纤陀螺的开环检测电路，其特征在于所述的FPGA处理模块的还包括有判向模块、程序下载模块、与上位机通信模块三个部分；所述的判向模块将整形模块的过零比较后的两路方波信号通过两个电平转换器...

【专利技术属性】
技术研发人员：金靖，宋镜明，李志敏，潘雄，滕飞，肖智，徐小斌，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：