[发明专利]一种光纤陀螺光纤环温度测试与评价系统

权利要求书

1.一种光纤陀螺光纤环温度测试与评价系统，其特征在于，包括测试系统和评价系统；

测试系统包括光路部分、电路部分、测试设备；

光路部分包括掺铒光纤光源(1)、耦合器(2)、Y波导集成光学器件(3)、光纤环(5)、探测器(7)；电路部分包括温度传感器(4)、掺铒光纤光源驱动电路(13)、带通滤波器(8)、AD转换器(9)、数字信号处理电路(10)、DA转换器(11)和放大器(12)；测试设备包括检测装置壳体(6)、温箱(14)、计算机(15)；

光纤环(5)放在检测装置壳体(6)内，温度传感器(4)设置在光纤环(5)中心，检测装置壳体(6)放入带隔振地基的温箱(14)；

掺铒光纤光源(1)由掺铒光纤光源驱动电路(13)提供驱动电流，产生平坦光谱信号，光谱信号经过耦合器(2)后到达Y波导集成光学器件(3)，产生两束线偏振光进入光纤环(5)，经过光纤环(5)传播后，两束线偏振光反向经Y波导集成光学器件(3)、耦合器(2)后到达探测器(7)，探测器(7)将光信号转换为电流信号；

探测器(7)产生的电流信号经带通滤波器(8)后变为交流信号，再经过A/D转换器(9)转换为数字信号，在数字信号处理电路(10)内部完成数字解调、数字积分以及数字滤波获得陀螺的输出角速度，同时，数字信号处理电路(10)将陀螺的输出角速度积分产生数字阶梯波，数字阶梯波通过D/A转换器(11)和放大器(12)作为反馈信号施加到Y波导集成光学器件(3)上，补偿因输入引起的Sagnac相移，实现数字闭环控制；

温度传感器(4)测得的温度信息发给电路部分中的数据传递接口，温度信息同陀螺的输出角速度信息打包形成陀螺数据共同上传至计算机(15)；

计算机(15)搭载评价系统，评价系统根据陀螺的输出角速度、温度计算获得评价指标，根据评价指标对光纤环(5)性能进行评价；

评价指标包括光纤环温度测试下的线性误差和非线性误差；线性误差用于判断光纤环(5)的对称性，非线性误差用于判断光纤环(5)的可补偿性；

线性误差的计算方法为：

设置温箱(14)温度范围、温度变化率、高低温保持时间，保存并分析陀螺的输出角速度和温度数据；对温箱(14)的温度变化率和对应的零偏值按照温度变化率由-1℃/min～1℃/min的顺序重新排列，采用最小二乘的方法拟合出一条直线直线的斜率K为线性误差；

其中，T为温度，b为截距；

非线性误差的计算方法为：

利用线性误差进行补偿，对补偿后的零偏值，按照dT、T的正负分成四段，求每段数据补偿后的标准差std1、std2、std3、std4，取其中最大值为非线性误差；

评价系统包括加载数据模块、选择参数及参数设置模块、数据处理模块、结果显示模块和图形显示模块；

加载数据模块加载并显示陀螺数据的数据行数、数据列数；

选择参数及参数设置模块显示陀螺数据的开始行、结束行、陀螺数据在数据文件中位于的列数，在选择参数及参数设置模块中设置数据采样频率、平滑时间和标度因数；

数据处理模块根据陀螺的输出角速度、温度计算获得评价指标，传输给结果显示模块或图形显示模块；

结果显示模块显示光纤环线性误差、非线性误差结果，显示零偏值、零偏稳定性补偿前和补偿后结果；

图形显示模块显示光纤环补偿前零偏值随时间变化的曲线，或显示光纤环补偿前后零偏值随时间变化的对比曲线；同时，图形显示模块输出matlab的Figure图形；

标准差的计算公式为：

2.使用如权利要求1所述的光纤陀螺光纤环温度测试与评价系统对光纤陀螺光纤环进行评价的方法，其特征在于，包括步骤如下：

对所述测试与评价系统的常温、恒定温度点精度进行测试，保证满足精度指标；

设置温箱(14)温度范围、温度变化率、高低温保持时间，采集并保存光纤环(5)的陀螺数据；

使用评价系统加载陀螺数据，在评价系统中设置数据采样频率、平滑时间和标度因数；

在评价系统中得到光纤环线性误差、非线性误差结果，零偏值、零偏稳定性补偿前和补偿后结果，并显示光纤环零偏值随时间变化的曲线，光纤环补偿前后零偏值随时间变化的对比曲线，同时得到光纤环零偏随时间变化曲线的Figure图形。

3.根据权利要求2所述的对光纤陀螺光纤环进行评价的方法，其特征在于，对所述测试与评价系统的常温、恒定温度点精度进行测试的方法如下：

常温测试：通电6小时，测试光纤环(5)的零偏值及温度随时间变化的曲线，利用后2个小时的数据，计算零偏稳定性；

恒定温度点测试：将温箱(14)分别设置恒定温度为-40℃、+60℃，通电6小时，测试光纤环(5)的零偏值及温度随时间变化曲线，利用后2个小时的数据，分别计算-40℃、+60℃对应的零偏稳定性。