[实用新型]一种新型角位移光纤陀螺仪

说明书

技术领域

本实用新型属于陀螺技术领域，尤其是用于高铁轨道检测或其他需要角位移输出的光纤陀螺仪。

背景技术

光纤陀螺仪是以光导纤维线圈为基础的敏感元件，由激光二极管发射出的光线朝两个方向沿光导纤维传播，光传播路径的改变，决定了敏感元件的角位移。与传统的机械陀螺仪相比，光纤陀螺仪具有全固态，没有旋转部件和摩擦部件，寿命长，动态范围大，瞬时启动，结构简单，尺寸小，重量轻等优点；与激光陀螺仪相比，光纤陀螺仪没有闭锁问题，也不用在石英块精密加工出光路，成本低。

随着国内光纤陀螺行业的近几年飞速发展，光纤陀螺仪取得了长足进步。目前，涌现了大量的中低精度水平的光纤陀螺仪，广泛用于了海、陆、空等军用、民用领域。但是，目前铁路轨道检测所用的光纤陀螺仪为角速率输出型，而高铁轨道检测需要检测出角度，从而判断火车的转弯情况以及爬坡情况，角速率输出型的光纤陀螺仪势必增加后续信号处理的复杂度。因此，能否使光纤陀螺仪具有角位移输出功能，是使后续信号处理简单化的重要手段，对于光纤陀螺仪在高铁轨道检测领域进一步推广具有十分重要的意义。

现有技术中，关于角位移光纤陀螺仪有如下在先申请：CN201010591848.8 公开一种基于光纤陀螺仪的角位移测量装置及方法。其装置包括相互连接的光纤陀螺仪和运算处理单元。进行角位移测量时包括如下步骤:1)将光纤陀螺仪固定在被测旋转装置上,使光纤陀螺仪的测量轴与被测旋转装置的转动轴平行;2)在被测旋转装置处于静止状态下,运算处理单元接收光纤陀螺仪的输出值并计算测试时间内的输出值的平均值;3)使被测旋转装置旋转一个角度,在该旋转过程中由运算处理单元连续记录光纤陀螺仪的输出值;4)根据光纤陀螺仪的标度因数、步骤2)所述输出值的平均值、步骤3)所述的光纤陀螺仪的各输出值,由运算处理单元计算得到被测旋转装置因旋转所发生的角位移。该实用新型测试适应性强,结构简单,测量精度高。

CN 201010595176.8 公开了一种提高光纤陀螺仪测量角位移精度的方法,包括以下步骤:1)将光纤陀螺仪固定在高精度转台上,使得光纤陀螺仪的测量轴和高精度转台的转动轴平行。2)在不同的转台输入角速率下标定光纤陀螺仪的标度因数,获得角速率跟标度因数的对应关系表。3)将光纤陀螺仪从高精度转台上取下并固定在被测旋转装置上,使得光纤陀螺的测量轴和被测旋转装置的转动轴平行。4)在被测旋转装置静止条件下求测试时间内光纤陀螺仪输出值的平均值,5)旋转被测旋转装置,连续记录光纤陀螺仪的各输出值。6)利用步骤2)所述的对应关系表、步骤4所述的输出平均值、步骤5)所述的各输出值,解算出旋转装置的旋转角度,即角位移。

但以上两项在先专利都是基于“角速率光纤陀螺仪”实现角位移测量的， CN201010591848.8还涉及了一种能实现角位移测量的装置，而非能实现角位移测量的光纤陀螺仪，其构成为角速率光纤陀螺仪和运算处理单元，是将角速率光纤陀螺仪输出的角速率数据通过通信电缆传送至外部运算处理单元进行运算处理后得到角位移数据进行输出。即在先专利中光纤陀螺仪输出量仍是角速率，而本实用新型是具有角位移输出功能的新型光纤陀螺仪，其输出量是角位移。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型旨在提供一种具有角位移输出功能的新型光纤陀螺仪，以解决光纤陀螺仪在高铁轨道检测领域信号处理复杂的问题，提供一种更适用于高速铁路轨道检测的光纤陀螺仪。

实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种角位移光纤陀螺仪，包括光路部分和电路部分；所述光路部分由光纤环、Y波导、耦合器和光源和探测器组成；在光路部分中，光信号通过萨格奈克效应产生相移，相移信号寄生在干涉光强中并由探测器转换输出为探测器信号；在电路部分中，探测器输出的探测器信号经前置放大器和模数转换电路进行信号放大和转换；其特征在于:电路部分还包括电路解算单元逻辑电路芯片，所述电路解算单元逻辑电路芯片通过对上述经放大、转换后的探测器信号进行数字信号解调、数字滤波和积分处理，解算出光纤陀螺旋转角度信息，并判断、输出角度方向。

进一步，所述电路解算单元逻辑电路芯片选用FPGA芯片。

相比现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1、现有技术是基于角速率光纤陀螺仪加上后续运算处理单元实现角位移测量的；本实用新型是仅通过重新设计了光纤陀螺中电路解算单元的逻辑电路部分，直接输出角位移。