一種閉環(huán)光纖陀螺角加速度跟蹤性能的測試裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種閉環(huán)光纖陀螺角加速度跟蹤性能的測試裝置。包括光源、耦合器、集成光學(xué)調(diào)制器、光纖環(huán)、探測器、信號處理電路、PC機(jī)。光源與耦合器一端熔接，耦合器另一端與集成光學(xué)調(diào)制器熔接，集成光學(xué)調(diào)制器輸出端分成兩路光纖分別按順、逆時(shí)針纏繞在光纖環(huán)上；同時(shí)，耦合器的一端還連接探測器，探測器輸出端連接信號處理電路；信號處理電路的信號回饋端接到集成光學(xué)調(diào)制器上，數(shù)據(jù)輸出端接到PC機(jī)上；關(guān)鍵是處理電路中具有能夠向電路中疊加信號的信號附加器，疊加信號作為模擬角加速度輸入的等效信號。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，所需器件少，比用傳統(tǒng)的速率轉(zhuǎn)臺和突停臺獲得響應(yīng)的起始時(shí)間精確，不存在過渡時(shí)間，提高了測試精度。
【專利說明】一種閉環(huán)光纖陀螺角加速度跟蹤性能的測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光纖陀螺性能測試【技術(shù)領(lǐng)域】，具體講是關(guān)于一種閉環(huán)光纖陀螺角加速跟蹤性能的測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖陀螺是一種基于Sagnac效應(yīng)(薩格納克效應(yīng))的新型光學(xué)陀螺儀，被用來測試敏感運(yùn)動載體相對于慣性空間的旋轉(zhuǎn)角速率。作為一種重要的捷聯(lián)慣性傳感器，光纖陀螺在捷聯(lián)慣性測量系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]光纖陀螺的角加速度跟蹤性能是指光纖陀螺對角加速度運(yùn)動輸入的響應(yīng)特性，是光纖陀螺動態(tài)性能的重要表征，反映了光纖陀螺對外界動態(tài)角運(yùn)動的敏感能力，直接影響了光纖陀螺的大動態(tài)跟蹤性能。由于閉環(huán)光纖陀螺采用閉環(huán)檢測方案，光纖陀螺的輸出值相對于輸入信號有一定的延遲作用，因此在輸入信號變化較快時(shí)，光纖陀螺的輸出不能完全跟蹤輸入信號，即光纖陀螺的輸出相對于輸入存在誤差。當(dāng)外界轉(zhuǎn)速輸入存在角加速度時(shí)，角速率發(fā)生變化，光纖陀螺的角速率輸出值將存在測量誤差，即角加速度誤差。角加速度誤差的大小反映了閉環(huán)光纖陀螺角加速度跟蹤性能的好壞。在高動態(tài)惡劣運(yùn)動環(huán)境的應(yīng)用場合中，運(yùn)動載體的角速率經(jīng)常發(fā)生快速變化，對光纖陀螺的角加速度跟蹤性能提出了很高的要求。因此，如何評測光纖陀螺的角加速度跟蹤性能成為光纖陀螺研制和生產(chǎn)過程中必不可少的內(nèi)容。
[0004]對于光纖陀螺角加速度跟蹤性能的傳統(tǒng)測試，主要借助普通速率轉(zhuǎn)臺或突停臺激發(fā)角加速度來測試光纖陀螺的角加速度誤差。由于普通速率轉(zhuǎn)臺和突停臺不能準(zhǔn)確產(chǎn)生給定大小角加速度，激發(fā)出的角加速度大小不能根據(jù)測試需要人為隨意設(shè)定，并且輸入輸出存在時(shí)間基準(zhǔn)誤差，所以傳統(tǒng)測試方法不能滿足光纖陀螺角加速度跟蹤性能的精確測量。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]為了獲得閉環(huán)光纖陀螺角加速跟蹤性能的準(zhǔn)確測量，本實(shí)用新型提出一種閉環(huán)光纖陀螺角加速跟蹤性能的測試裝置。該裝置使得測量變得簡單，測量范圍大，測量精度高，能夠滿足閉環(huán)光纖陀螺角加速度跟蹤性能的自主、快速、精確測試。
[0006]本實(shí)用新型提供了一種閉環(huán)光纖陀螺角加速跟蹤性能的測試裝置，該裝置包括:包括:光源、耦合器、集成光學(xué)調(diào)制器、光纖環(huán)、探測器、信號處理電路、PC機(jī)；光源與耦合器的一端熔接，耦合器另一端與集成光學(xué)調(diào)制器熔接，集成光學(xué)調(diào)制器輸出端分成兩路光纖分別按順時(shí)針和逆時(shí)針方向纏繞在光纖環(huán)上；同時(shí)，耦合器的一端還連接探測器，探測器輸出端連接信號處理電路；信號處理電路的信號回饋端回接到集成光學(xué)調(diào)制器上，信號處理電路的數(shù)據(jù)輸出端連接到PC機(jī)上；在所述信號處理電路中，具有能夠向電路中疊加信號的信號附加器，疊加信號作為模擬角加速度輸入的等效信號。
[0007]在信號處理電路中，還包括了將探測器輸出的電壓信號向數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換器；還包括了將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的D/A轉(zhuǎn)換器；還包括了將數(shù)字信號進(jìn)行解調(diào)、反饋的解調(diào)器和反饋器；還包括了將信號生成階梯波的階梯波生成器。探測器的信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換和解調(diào)后的數(shù)字信號輸出到PC機(jī)上；信號附加器附加的信號也輸出到PC機(jī)7上。探測器的信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換、解調(diào)、反饋后，輸出到階梯波生成器，信號附加器的信號也輸出到階梯波生成器，然后他們經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器輸出到集成光學(xué)調(diào)制器。
[0008]上述光源、耦合器、集成光學(xué)調(diào)制器、光纖環(huán)、探測器都為帶尾纖的光學(xué)器件。
[0009]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是:1、本實(shí)用新型所提出光纖陀螺角加速度跟蹤性能測試裝置，結(jié)構(gòu)簡單，所需器件少。2、在光纖陀螺信號傳輸過程中，比用傳統(tǒng)的速率轉(zhuǎn)臺和突停臺獲得響應(yīng)的起始時(shí)間精確，不存在用角振動臺時(shí)產(chǎn)生的過渡時(shí)間，有利于提高角加速度跟蹤誤差的測試精度。3、通過信號附加器，可以任意設(shè)定輸入信號的大小，便于在給定的不同輸入條件下進(jìn)行多次測試，以提高測試的精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型所公開的光纖陀螺角加速度跟蹤性能測試裝置的連接關(guān)系圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
[0012]如圖1所示，該裝置的構(gòu)成包括:光源1、耦合器2、集成光學(xué)調(diào)制器3、光纖環(huán)4、探測器5、信號處理電路6、PC機(jī)7。
[0013]光源1、耦合器2、集成光學(xué)調(diào)制器3、光纖環(huán)4、探測器5都為帶尾纖的光學(xué)器件，光源I與耦合器2 —端熔接，耦合器2另一端與集成光學(xué)調(diào)制器3熔接，集成光學(xué)調(diào)制器3分成兩路光纖分別按順時(shí)針和逆時(shí)針方向纏繞在光纖環(huán)4上。同時(shí)，耦合器2的一端還連向探測器5，探測器5輸出端連接信號處理電路6，信號處理電路6的信號回饋端再回接到集成光學(xué)調(diào)制器3上，信號處理電路的數(shù)據(jù)輸出端連接到PC機(jī)7上。
[0014]在信號處理電路6中，包括了將探測器5輸出的電壓信號向數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換器8 ;還包括了將處理完的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電壓信號向集成光學(xué)調(diào)制器3傳送的D/A轉(zhuǎn)換器9 ;還包括了將輸入的數(shù)字信號進(jìn)行解調(diào)然后反饋的解調(diào)器10和反饋器11 ;還包括了能向信號處理電路中疊加某種信號的信號附加器12 ;還包括了將所有數(shù)字信號生成階梯波的生成器13。探測器5的信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換和解調(diào)后的數(shù)字信號輸出到PC機(jī)7上。
[0015]當(dāng)外界的運(yùn)動載體相對于空間發(fā)生轉(zhuǎn)動時(shí)，安裝在運(yùn)動載體上的光纖陀螺，開始動態(tài)跟蹤其角加速度。光源I發(fā)出的光經(jīng)過耦合器2進(jìn)入集成光學(xué)調(diào)制器3，在集成光學(xué)調(diào)制器3的作用下，分成順、逆兩束光進(jìn)入光纖環(huán)4，使光纖陀螺內(nèi)，順、逆時(shí)針傳播的兩束光之間產(chǎn)生與光纖環(huán)轉(zhuǎn)速大小成正比的Sagnac (薩格納克)相移；由于干涉作用使出射光強(qiáng)發(fā)生變化，此光強(qiáng)信號由探測器5轉(zhuǎn)化為電壓信號，然后經(jīng)由前置放大和濾波電路對其進(jìn)行調(diào)理，再由A/D轉(zhuǎn)換器8將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；數(shù)字信號經(jīng)過解調(diào)器10與反饋器11形成數(shù)字反饋信號，再經(jīng)過階梯波生成器13形成數(shù)字反饋階梯波，再由D/A轉(zhuǎn)換器9轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號施加到集成光學(xué)調(diào)制器3上。信號附加器12向電路中疊加一個具有一定斜率的輸入信號，作為模擬角加速度輸入的信號，也經(jīng)由階梯波生成器13和D/A轉(zhuǎn)換器9后輸送到集成光學(xué)調(diào)制器3。由于集成光學(xué)調(diào)制器3的相位調(diào)制特性，可使光纖陀螺的光纖環(huán)中正、反方向傳播的兩束光之間產(chǎn)生按照固定斜率均勻變化的相位差，以此判斷信號附加器12輸入的信號特性。
[0016]用于評價(jià)陀螺儀角加速度跟蹤性能的參數(shù)是角加速度誤差系數(shù)。利用疊加的斜坡輸入信號便可計(jì)算角加速度誤差系數(shù):
[0017]I)首先用疊加的斜坡輸入信號的斜率除以光纖陀螺的標(biāo)度因數(shù)，得到與其等效的外界角加速度輸入值(標(biāo)度因數(shù)就是可以使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為度/秒這樣的單位)。
[0018]2)其次將疊加的斜坡輸入信號與計(jì)算機(jī)所采集到的輸出響應(yīng)值作差，再將這個差值除以光纖陀螺的標(biāo)度因數(shù)，便可得到陀螺的角速度測量誤差，即角加速度跟蹤誤差。
[0019]3)再用角加速度跟蹤誤差除以所疊加斜坡信號等效的角加速度輸入值，即可得到光纖陀螺的角加速度誤差系數(shù)。
[0020]為了提高數(shù)據(jù)的更新速率，在本實(shí)用新型中，數(shù)據(jù)從處理電路輸出時(shí)不經(jīng)過濾波，直接輸出至PC機(jī)。同時(shí)，對輸出的數(shù)據(jù)也僅包含光纖陀螺所測的速率數(shù)據(jù)，不包括溫度數(shù)據(jù)、陀螺編號等數(shù)據(jù)。
【權(quán)利要求】
1.一種閉環(huán)光纖陀螺角加速度跟蹤性能的測試裝置，其特征在于:包括:光源(I)、耦合器(2)、集成光學(xué)調(diào)制器(3)、光纖環(huán)(4)、探測器(5)、信號處理電路(6)、PC機(jī)(7)； 光源(I)與耦合器(2)的一端熔接，耦合器(2)另一端與集成光學(xué)調(diào)制器(3)熔接，集成光學(xué)調(diào)制器(3)輸出端分成兩路光纖分別按順時(shí)針和逆時(shí)針方向纏繞在光纖環(huán)(4)上；同時(shí)，耦合器(2)的一端還連接探測器(5)，探測器(5)輸出端連接信號處理電路(6);信號處理電路(6)的信號回饋端回接到集成光學(xué)調(diào)制器(3)上，信號處理電路的數(shù)據(jù)輸出端連接到PC機(jī)(7)上； 在所述信號處理電路(6)中，具有能夠向電路中疊加信號的信號附加器(12),疊加信號作為等效模擬角加速度輸入的信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述種閉環(huán)光纖陀螺角加速度跟蹤性能的測試裝置，其特征在于:在信號處理電路(6)中，還包括了 A/D轉(zhuǎn)換器(8)，探測器(5)的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器(8)輸入端連接；還包括了 D/A轉(zhuǎn)換器(9)，信號處理電路(6)通過D/A轉(zhuǎn)換器(9)與集成光學(xué)調(diào)制器(3)連接；還包括了順接的解調(diào)器(10)和反饋器(11)，A/D轉(zhuǎn)換器(8)輸出端與解調(diào)器(10)的輸入端連接；還包括了將信號生成階梯波的階梯波生成器(13)，信號附加器(12)輸出的信號和反饋器(11)輸出的信號經(jīng)過階梯波生成器(13)生成階梯波，階梯波生成器(13)與D/A轉(zhuǎn)換器(9)的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述種閉環(huán)光纖陀螺角加速度跟蹤性能的測試裝置，其特征在于:探測器(5)經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換和解調(diào)、反饋后輸出響應(yīng)數(shù)據(jù)到PC機(jī)(7)上；信號附加器(12)附加的信號也輸出響應(yīng)數(shù)據(jù)到PC機(jī)(7)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述種閉環(huán)光纖陀螺角加速度跟蹤性能的測試裝置，其特征在于:光源(I)、耦合器(2)、集成光學(xué)調(diào)制器(3)、光纖環(huán)(4)、探測器(5)都為帶尾纖的光學(xué)器件。
【文檔編號】G01C25/00GK203785687SQ201420145112
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】高鑫, 謝良平, 羅瑞, 周原, 陳曄, 黃釗, 劉卓 申請人:中航捷銳（北京）光電技術(shù)有限公司