[发明专利]一种提高光纤陀螺零偏温度灵敏度性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的一种光纤陀螺传感器中信号处理的方法，尤其是涉及一种提高光纤陀螺零偏温度灵敏度性能的方法。

背景技术

光纤陀螺是一种基于光学赛格奈克效应的角速度传感器，通过检测光纤干涉仪产生的赛格奈克光相位，以获得系统的角速度，即转速

由于制作光纤陀螺各器件性能非理想，其综合的效果使得光纤陀螺在零角速度输入时，输出信号非零，而是具有一定的偏置，这个偏置称为光纤陀螺的零偏，简称零偏。零偏是由多种不同的因素造成，在不同的应用环境中会随环境的变化而变化，其中零偏随温度变化而变化的性质称为系统的零偏温度敏感性，用零偏温度灵敏度指标表示，其定义是：相位于室温的零偏值，由温度变化引起的光纤陀螺零偏变化量与温度变化量之比。该指标是用于评价光纤陀螺静态温度性能的重要指标之一。

光纤陀螺的零偏温度敏感性会对系统的角速度测量引入额外误差，从而导致光纤陀螺性能的退化。因为系统并不能够区分光纤陀螺输出信号是由温度零偏造成的误差信号或者是实际的角速度输入，从而等效于光纤陀螺对角速度信号的分辨率和准确度的降低，相当于光纤陀螺在不同温度下性能的恶化。为了提高系统的性能，特别的是在不同温度中光纤陀螺的输出稳定性，需要对系统的零偏进行控制，抑制甚至消除光纤陀螺由温度引起的零偏变化，保证系统在不同的温度下可以保持恒定零偏，提高零偏温度灵敏度性能，获取准确的的角速度信号。

光纤陀螺的零偏温度灵敏度，恶化了光纤陀螺在宽温度范围应用时的静态指标，在其输出角速度信号上叠加了一个和温度有关的误差函数，限制了其应用场合，现有的技术是用附加温控系统光纤陀螺进行温控，使其工作在准恒温环境，但这种技术存在严重的缺陷，需要体积庞大、功耗巨大、结构复杂温控系统，在某些体积、重量、功耗要求高的系统中不能得到应用。

发明内容

针对目前光纤陀螺研究中，器件性能不理想性造成了光纤陀螺的零偏，且该零偏具有温度敏感度，从而降低了光纤陀螺静态性能，并限制了其应用场合的现状，本发明的目的在于提供一种提高光纤陀螺零偏温度灵敏度性能的方法，利用预先建立的模型，在不明显增加功耗体积的前题下，在系统中引入一个补偿器，以消除光纤陀螺的零偏温度敏感性对系统性能的影响，提高器静态温度性能，以满足更广范围应用环境的使用。

发明原理：

光纤陀螺零偏来源于制作光纤陀螺各器件性能非理想性上，当各器件的性能随温度变化而变化时就产生了零偏的温度灵敏度。而具体的零偏和温度的关系是各种复杂因素所决定，对于不同制作工艺的光纤陀螺的表现形式都不同，但对于某一光纤陀螺为固定函数。可将零偏随温度变化的关系表示为一个隐函数：

Bfog＝Bfog(T)    (1)

其中Bfog表示零偏，该函数为温度的连续缓变函数。根据泰勒原理，该缓变连续函数可用多项式近似表示如下，并且这种表示是收敛的，即：

Bfog(T)＝B0+aT+bT²+...+kTⁿ    (2)其中B0、a、b、、、k对应于不同指数项的系数，n为表示式的最高次项次数，T为温度。这种多项式的近似精度和多项式最高次项次数有关，增加近似多项式的次数可以得到更精确的逼近，从而可以有更精确的多项式模型，但要求更加复杂的计算量，要求更强的计算能力，实际使用需在计算量和近似程度之间选取一个平衡点，在计算量可接受的范围那上尽可能增加多项式的次数，一般可选取二次，对于中低精度光纤陀螺可以取一次，对于高精度光纤陀螺取三次；B0为常数零偏，不影响零偏温度灵敏性指标，可以不加考虑；Bfog(T)的表达式即光纤陀螺的零偏温度模型，利用该模型可以补偿掉温度造成的灵敏性，提高光纤陀螺温度灵敏度性能。

在利用式(2)作为光纤陀螺零偏温度灵敏度模型时，其中各次项的系数需要预先测试所得，这可以通过温度控制设备，如温箱进行。将温度控制设备按照预先选定的温度点对光纤陀螺进行制冷或加热，在温度稳定时测试光纤陀螺的输出零偏，重复该过程得到对应于一系列温度点的一系列零偏值，利用最小二乘法对这两个序列进行数据拟和可以得到各个不同指数项的系数。

获得了各个指数项的系数相对于得到了零偏和温度之间隐函数的近似表达式，将表达式作为零偏温度灵敏度的模型。在光纤陀螺种加入补偿器，通过温度传感器测量温度，利用模型计算得到对应于该温度点的零偏，并从此时光纤陀螺输出数据中减去该值，将差作为补偿后的光纤陀螺输出数据，即可消除温度造成的零偏变化，从而提高温度灵敏度性能。