专利名称：一种光纤陀螺仪光学�？榈募觳庾爸玫闹谱鞣椒�
技术领域：
本发明涉及一种光纤陀螺仪光学�？榈募觳庾爸茫粲诠庀送勇菀切阅懿馐约际趿煊颉�
背景技术：
光纤陀螺仪是一种加速率传感器，广泛应用于惯性导航领域，是目前用于确定运动物体空间运动姿态的主要传感器。光学�？樽魑庀送勇菀侵械闹匾槌刹糠郑湫阅苤苯佑跋斓焦庀送勇菀堑牧槊舳�。光纤陀螺仪上的光学�？榘ü庠�、光纤环、光纤耦合器、光源偏振器及压电陶瓷控制器(PZT);其中光源发出的光经光源偏振器后变成偏振光。偏振光在光纤环中传播一周后,在PZT加一偏置相位后,将偏置后的光传输到光纤稱合器,光纤稱合器对接收的光进行耦合并传输出去。 由于光源电流的大小直接关系到陀螺的正常工作，并且光源电流过大时很容易造成光源烧毁，导致生产成本的增加和生产周期的延长，因此对于光源电流监控是光纤陀螺仪生产过程中的一个重要环节。PZT电压、电流直接关系到相位调制的深度，因此，使PZT工作在合适的电压电流下是实现旋转信号的准确检测的一个十分关键的因素。但是，当前还不存在一套成型的、简便的测试装置可以在光纤陀螺仪光学�？榈难槭帐匝橹惺褂�。
发明内容
本发明的目的是提出一种光纤陀螺仪光学�？榈募觳庾爸茫米爸每梢月愣怨庀送勇萘闫�/零偏正交值、光源电流以及PZT上的信号的测试需要，其使用简便。实现本发明的技术方案如下一种光纤陀螺仪光学�？榈募觳庾爸茫酶眉觳庾爸枚怨庋？榻屑觳獾墓讨校庀送勇菀谴τ诰仓棺刺桓眉觳庾爸冒ü獾缱荒？�、同步检测器、低通滤波器、PZT控制器、峰值检波电路、Α/D转换器、光源检测器以及显示器；其中，光电转换�？橐来瘟油郊觳馄骱偷屯瞬ㄆ骱笥毽�/D转换器相连，光电转换�？榻徊接牍庋？樯系墓庀笋詈掀飨嗔籔ZT控制器通过峰值检波电路与Α/D转换器相连，同时PZT控制器进一步与光学�？樯系腜ZT相连；光源检测器与光源�？樯系墓庠春挺�/D转换器分别相连；光电转换�？橛糜诮邮展庀笋詈掀魇涑龅墓庑藕牛⒔渥缧藕糯莞郊觳馄鳎煌郊觳馄鞲萃獠康氖淙肴范ㄊ羌觳饬闫藕呕故橇闫恍藕牛奔觳饬闫藕攀保郊觳馄鞫怨獾缃邮漳？榇涔吹牡缧藕沤蟹糯螅袢×闫藕挪⒋涓屯瞬ㄆ鳎奔觳饬闫恍藕攀保郊觳馄鞫怨獾缃邮漳？榇涔吹牡缧藕沤蟹糯蠛�90°移相，得到零偏正交信号并传输给低通滤波器；
低通滤波器对接收的信号进行滤波，并将滤波后的信号传输给A/D转换器；PZT控制器根据外部输入确定是采集PZT的交流电压还是交流电流，并将所采集的交流信号传输给峰值检波电路；峰值检波电路用于对PZT传输过来的直流信号进行峰值检波，将获取的峰值传输给A/D转换器；所述峰值检波电路包括开关二极管BAV70，电容C5、电容C6、电阻R60，电阻R61及电阻R62 ;其中，电容C5的一端与PZT控制器相连，电容C5的另一端通过电阻R60与直流电源相连，通过电阻R61与A/D转换器相连，并与开关二极管BAV70的一个输入端相连，开光二极管BAV70的输出端通过电阻R62接地；该峰值检波电路进一步在电阻R61与A/D转换器的连接端通过电容C6接地，开关二极管BAV70的另一输入端进一步与参考电源U相连；光源检测模块用于采集光源�？樯瞎庠吹牡缌鳎⒔杉牡缌餍藕糯涓鳤/D转换器； A/D转换器用于将接收的信号进行模数转换，并将转换得到的数字信号传输给显示器；显示器对接收的数字信号进行显示。有益效果本发明通过对光学模块上电源的电流、PZT的的电压/电流以及光学模块输出的零偏/零偏正交信号进行检测并显示，工作人员根据显示的信号可以判断出光学�？槭欠癯鱿止收希阌谘杆儆姓攵孕缘夭扇∠嘤Φ拇胧┒怨庋？榻行蘩�。
图I为本发明光纤陀螺仪光学�？榈募觳庾爸玫氖疽馔肌Ｍ�2为峰值检波电路原理图。具体使用方法下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。由于光源电流的大小直接关系到陀螺的正常工作，并且光源电流过大时很容易造成光源烧毁，导致生产成本的增加和生产周期的延长，因此对于光源电流监控是光纤陀螺仪生产过程中的一个重要环节。PZT电压/电流直接关系到相位调制的深度，因此，使PZT工作在合适的电压电流下是实现旋转信号的准确检测的一个十分关键的因素。零偏和零偏稳定性是衡量光纤陀螺仪的两个重要的指标，尤其是光纤陀螺仪的零偏稳定性，而零偏稳定性的获取需要对零偏进行长期的观测，所以首先必须能够准确的获得陀螺仪的零偏信号。同时，在实际情况中，光纤陀螺仪的旋转信号是从探测器所探测到的光强度变化中的、与旋转角速率成正弦关系的基频信号，而在探测器所获得的信号中，往往会包含有一个十分微弱的与旋转角速率成余弦关系的基频信号，这个信号与陀螺仪的零偏和零偏稳定性等相关性能有十分重要的关系，因此准确的测量该信号可以为判断光学�？榈墓ぷ餍阅芴峁┮桓隹煽康囊谰荩⑶矣捎诟眯藕庞胪勇菀鞘涑鲂藕鸥蘸贸纱嬖�90°的相位偏移，这个信号就被称作零偏正交信号。本发明所设计的检测装置可以对上述各信号进行检测，该检测装置如图I所示，包括光电转换�？�、同步检测器、低通滤波器、PZT控制器、峰值检波电路、A/D转换器、光源检测器以及显示器；其中，光电转换模块依次连接同步检测器和低通滤波器后与A/D转换器相连，光电转换�？榻徊接牍庋？樯系墓庀笋詈掀飨嗔籔ZT控制器通过峰值检波电路与A/D转换器相连，同时PZT控制器进一步与光学�？樯系腜ZT相连；光源检测器与光源�？樯系墓庠春虯/D转换器分别相连；利用该检测装置对光学�？榻屑觳獾墓讨校庀送勇菀谴τ诰仓棺刺�。光电转换�？橛糜诮邮展庀笋詈掀魇涑龅墓庑藕牛⒔渥缧藕糯莞郊觳馄鳌Ｒ蛭诙怨庋？榧觳獾墓讨校庀送勇荽τ诰仓棺刺艄庋？榇τ诶硐胱刺拢洳挥Ω糜行藕攀涑觯舸耸惫獾缱荒？榻邮盏焦庋？槭涑龅墓庑藕牛虮砻鞲霉庋？榇嬖诹闫挠跋欤虼斯獾缱荒？槎源耸苯邮盏男藕沤凶淮涓郊觳馄�。
同步检测器根据外部的输入确定是检测零偏信号还是零偏正交信号，当检测零偏信号时，同步检测器对光电接收�？榇涔吹牡缧藕沤蟹糯螅袢×闫藕挪⒋涓屯瞬ㄆ鳎奔觳饬闫恍藕攀保郊觳馄鞫怨獾缃邮漳？榇涔吹牡缧藕沤蟹糯蠛�90°移相，得到零偏正交信号并传输给低通滤波器。当需要获取的是零偏信号时，由于零偏信号是一个特别微弱的信号，因此需要对其进行放大；同时由于零偏信号与零偏正交信号存在一个90°的相位偏移，因此对零偏信号进行90°相移即可以获取零偏正交信号。低通滤波器对接收的信号进行滤波，并将滤波后的信号传输给A/D转换器；利用低通滤波器滤除零偏信号或零偏正交信号中存在影响的噪声。PZT控制器可以给PZT设置偏置相位，使光纤陀螺工作在响应灵敏度最大或不为零的点上，以解决光纤陀螺的检测灵敏度和旋转方向的问题，该技术为现有技术，因此不再此做进一步描述。本发明PZT控制器根据外部输入采集PZT的交流电压或交流电流，并将所采集的交流信号传输给峰值检波电路；本发明可以在PZT上设置一个单刀双掷开光，通过外部对开关通断的选择控制，来实现不同时刻对电流或电压的采集。峰值检波电路用于对PZT传输过来的信号进行峰值检波，将获取的峰值传输给A/D转换器；所述峰值检波电路包括二极管BAV70，电容C5 (0. I ii F)、电容C6 (0. I ii F)、电阻R60 (22KQ)，电阻R61 (56KQ)及电阻R62 (I. 8K Q );其中，电容C5的一端与PZT控制器相连，电容C5的另一端通过电阻R60与直流电源(2. 5V)相连，通过电阻R61与A/D转换器相连，并与开关二极管BAV70的一个输入端相连，开光二极管BAV70的输出端通过电阻R62接地；该峰值检波电路进一步在电阻R61与A/D转换器连接端通过电容C6接地，开关二极管BAV70的另一输入端进一步与参考电源相连U (2. 5V)相连。峰值检波电流的具体工作过程为PZT控制器输入信号经过隔直电容C5到达开关二极管BAV70的第一输入端(I脚)，然后经过由C6和R61构成的一阶低通滤波器滤波后输出至A/D转换器，开关二极管BAV70的第二输入端(2脚)连接至参考电源输出引脚。电路原理图如图2所示，峰值检波电路的输出为
Uout=2. 5V-Uin⑴其中Uin为输入信号的峰值,2. 5V为参考电压；从式⑴中可以看出，需要用2. 5V减去峰值检波电路的输出信号Urat才能够得到输入信号的峰值uin。同时由于Uin为输入信号的峰值,要获得输入信号的有效值还需要进行转换，该过程在由单片机计算完成。由式(I)可得，检波电路的输入信号峰值最大值为2. 5V，由于单片机A/D的参考电源为2. 5V，检波电路输入信号峰值的最小值应大于0才能保证A/D正常工作。因此，该测量电路能够测量的最大PZT电压有效值为2. 5X0. 707 ^ I. 77V，最大PZT电流有效值为2. 5X0. 707X 10=17. 7mA，考虑到PZT电流的单位为U A，因此IOmA的电流就已无法进行显示，因此能够测量的最大电流小于10mA。光源检测�？橛糜诓杉庠茨？樯瞎庠吹牡缌鳎⒔杉牡缌餍藕糯涓鳤/ D转换器。A/D转换器用于将接收的信号进行模数转换，并将转换得到的数字信号传输给显示器。本发明A/D转换器接收到的信息有零偏/零偏正交、PZT电压/电流以及光源电流，显示器对上述数字信号进行显示，通常情况下，上述信号满足表I中的要求时，则认为光学模块合格；表I各性能参数所需满足的要求
权利要求
1.一种光纤陀螺仪光学�？榈募觳庾爸茫酶眉觳庾爸枚怨庋？榻屑觳獾墓讨校庀送勇菀谴τ诰仓棺刺黄涮卣髟谟冢眉觳庾爸冒ü獾缱荒？�、同步检测器、低通滤波器、PZT控制器、峰值检波电路、A/D转换器、光源检测器以及显示器；其中，光电转换�？橐来瘟油郊觳馄骱偷屯瞬ㄆ骱笥階/D转换器相连，光电转换�？榻徊接牍庋？樯系墓庀笋詈掀飨嗔籔ZT控制器通过峰值检波电路与A/D转换器相连，同时PZT控制器进一步与光学�？樯系腜ZT相连；光源检测器与光源�？樯系墓庠春虯/D转换器分别相连； 光电转换模块用于接收光纤耦合器输出的光信号，并将其转化为电信号传递给同步检测器； 同步检测器根据外部的输入确定是检测零偏信号还是零偏正交信号，当检测零偏信号时，同步检测器对光电接收�？榇涔吹牡缧藕沤蟹糯螅袢×闫藕挪⒋涓屯瞬ㄆ鳎奔觳饬闫恍藕攀保郊觳馄鞫怨獾缃邮漳？榇涔吹牡缧藕沤蟹糯蠛�90°移相，得到零偏正交信号并传输给低通滤波器； 低通滤波器对接收的信号进行滤波，并将滤波后的信号传输给A/D转换器； PZT控制器根据外部输入确定是采集PZT的交流电压还是交流电流，并将所采集的交流信号传输给峰值检波电路； 峰值检波电路用于对PZT传输过来的直流信号进行峰值检波，将获取的峰值传输给A/D转换器； 所述峰值检波电路包括开关二极管BAV70，电容C5、电容C6、电阻R60，电阻R61及电阻R62 ;其中，电容C5的一端与PZT控制器相连，电容C5的另一端通过电阻R60与直流电源相连，通过电阻R61与A/D转换器相连，并与开关二极管BAV70的一个输入端相连，开光二极管BAV70的输出端通过电阻R62接地；该峰值检波电路进一步在电阻R61与A/D转换器的连接端通过电容C6接地，开关二极管BAV70的另一输入端进一步与参考电源U相连； 光源检测�？橛糜诓杉庠茨？樯瞎庠吹牡缌鳎⒔杉牡缌餍藕糯涓鳤/D转换器； A/D转换器用于将接收的信号进行模数转换，并将转换得到的数字信号传输给显示器； 显示器对接收的数字信号进行显示。
全文摘要
本发明提供一种光纤陀螺仪光学�？榈募觳庾爸茫眉觳庾爸冒ü獾缱荒？�、同步检测器、低通滤波器、PZT控制器、峰值检波电路、A/D转换器、光源检测器以及显示器；其中，光电转换�？橥ü郊觳馄骱偷屯瞬ㄆ饔階/D转换器相连，光电转换�？榻徊接牍庋？樯系墓庀笋詈掀飨嗔籔ZT控制器通过峰值检波电路与A/D转换器相连，同时PZT控制器进一步与光学�？樯系腜ZT相连；光源检测器与光源�？樯系墓庠春虯/D转换器分别相连。该装置可以满足对光纤陀螺零偏/零偏正交值、光源电流以及PZT上的信号的测试需要，其使用简便，生产成本低。
文档编号G01C19/72GK102759366SQ201210240569
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者姜明, 姜 硕, 温照芳, 谢虎 申请人:北京理工大学
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