[发明专利]一种改善开环数字光纤陀螺标度因数线性度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子技术中光纤传感器的领域，尤其涉及一种改善开环数字光纤陀螺标度因数线性度的方法。更具体地说，是指一种利用减法器补偿模数转换器的积分非线性误差来改善开环数字光纤陀螺标度因数线性度的方法。

背景技术

开环数字光纤陀螺系统结构简单，成本低廉，但是标度因数线性度不理想，直接制约了它的应用。从原理上看，开环数字光纤陀螺的标度因数是光纤环的直径和长度，PIN探测器、前放和模数转换器(ADC)的增益的函数，它们的变化都会直接对标度因数产生影响。

在上述这一检测通道中，模数转换器的积分非线性误差(INL)是主要的误差源。一般，10位的模数转换器的积分非线性误差最大值为2个LSB，相当于每个转换数据对应的最大积分非线性误差达2/2¹⁰*100％＝0.195％。对于开环应用来说，这一误差直接转化为光纤陀螺标度因数的误差。

开环数字光纤陀螺，利用光纤环将敏感到的输入角速度转换为相位变化，这一过程是由sagnac干涉仪实现的，干涉曲线是一个余弦曲线。为了让系统工作于响应最灵敏的±π/2工作点，需要利用±π/2的方波调制来完成动态偏置，再将±π/2的两个数据相减而完成解调，获得实时角速度的信息。解调时，±π/2的两个数据都已经携带了模数转换器的误差信息。如果模数转换器是关于工作点完美的偶对称，对输出结果不会产生任何影响。但是通过对测得的模数转换器的积分非线性分解看到，奇对称占主要分量。这样，二者相减时就会给开环光纤陀螺的标度因数带来更大的误差。同时，不同的数字码对应的积分非线性误差是不同的，这直接导致了开环数字光纤陀螺标度因数线性度的恶化。

发明内容

本发明的目的是针对目前开环数字光纤陀螺研究中，尚无测试模数转换器的积分非线性误差并利用减法器补偿的现状，提供一种改善开环数字光纤陀螺标度因数线性度的方法。

改善开环数字光纤陀螺标度因数线性度的方法包括如下步骤：

1)采用计算机、源表和包含有模数转换器、数字信号处理器、时钟控制模块和通讯模块的主板搭建模数转换器的模拟值输入-数字码输出的测试系统；

2)使用模数转换器的模拟值输入-数字码输出的测试系统，获得从0开始，以tμV的步长直到V_pp的不同模拟值输入响应的数字码输出的对照表，t是用户定义的电压变化步长，V_pp是模数转换器的电压转换最大值；

3)利用从0开始，以tμV的步长直到V_pp的不同模拟值输入响应的数字码输出的对照表计算得到相应于不同模拟值输入对应的数字码台阶的积分非线性误差的对照表；

4)在开环数字光纤陀螺上应用时，从前放送来的模拟电压值以tμV为一个单位，最近取整；利用减法电路，将取整后的模拟电压值与相应于不同模拟值输入对应的数字码台阶的积分非线性误差的对照表中的相应积分非线性误差部分相减，相减后的模拟值送入模数转换器中转换，完成模数转换器的积分非线性误差部分的硬件补偿；通过硬件补偿模数转换器的积分非线性误差，获得准确的模数转换器输出；

所述的使用模数转换器的模拟值输入-数字码输出的测试系统，从0开始，以tμV的步长直到V_pp的不同模拟值输入响应的数字码输出的对照表的步骤如下：

1)计算机控制源表从0开始发送模拟电压值；

2)经过t₁μs等待后，t₁由所使用的源表的信号建立时间决定，主板上的数字信号处理器控制模数转换器将该模拟值转换为数字码，设定转换持续时间为t₂μs，数字信号处理器采集t₂μs内所有转换的数字码并求平均，将平均后的数字码送到计算机中；

3)计算机收到该数字码后与该次发送的模拟电压值一起存储，并判断该次触发源表的信号是否为V_pp，若是，整个测试结束；否则，控制源表发送比前次高tμV的模拟电压值；重复步骤2)；

4)计算机利用源表发送的模拟值和数字信号处理器输出的数字码，作出从0开始，以tμV的步长直到V_pp的不同模拟值输入响应的数字码输出的对照表。

所述的利用从0开始，以tμV的步长直到V_pp的不同模拟值输入响应的数字码输出的对照表计算得到相应于不同模拟值输入对应的数字码台阶的积分非线性误差的对照表的步骤如下：