[发明专利]一种基于相位比较调频连续波光纤陀螺的开环检测电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于模拟相位比较的调频连续波双干涉式光纤陀螺开环检测电路，属于光纤陀螺技术领域。

背景技术

光纤陀螺作为发展极为迅速的一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涉式，即利用一套光路(一个保偏光纤环)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涉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，以现有的技术和工艺水平，在维持精度的前提下，进一步减小体积、重量很难实现突破，反之亦然。

调频连续波双干涉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，从而实现了一套光路，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。由于光路的干涉原理、调制的机制以及光路输出信号的特性与传统单干涉光纤陀螺完全不一样，所以调频连续波双干涉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涉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。调频连续波双干涉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。

发明内容

本发明的目的是针对调频连续波双干涉式光纤陀螺仪，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。

本发明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。

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信。

本发明的优点和积极效果在于：

(1)本发明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。

(2)本发明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)本发明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1：本发明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：本发明中调频连续双干涉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：本发明中滤波器输出波形示意图；

图4：本发明中过零比较器输出波形示意图；

图5：本发明中乘法器输出波形示意图；

图6：本发明中开环检测电路中的模拟前处理模块的原理图；

图7：本发明中开环检测电路中FPGA处理模块的原理图。

图中：1-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；