[发明专利]一种光纤陀螺闭环反馈控制三角形相位调制波驱动装置

说明书

本发明公开了一种光纤陀螺闭环反馈控制三角形相位调制波驱动装置，用于实现对光纤陀螺的闭环反馈控制。该方案是在传统的锯齿波相位调制方法基础上进行改进设计，可以解决锯齿波在复位时刻电压闪回所带来的问题。改进设计思路为：利用DAC和驱动电路的差分特性和对称性，使DAC及其驱动电路产生两路差分且关于0V对称的三角波；通过控制两路模拟开关，使两路三角波在顶点处相互切换信号通道，将两路差分的三角波拼接为两路差分的锯齿波；该方案产生的锯齿波作用于Y波导的两个电极，其效果等效于传统方案直接输出的锯齿波，叠加偏置调制后可以实现对光纤陀螺的闭环反馈控制。

技术领域

本发明涉及一种光纤陀螺闭环反馈控制三角形相位调制波驱动装置，属于光纤陀螺技术领域。

背景技术

光纤陀螺作为一种基于Sagnac效应的惯性角速度传感器，以其特有的技术和性能优势，广泛应用于惯性测量领域。

光纤陀螺的信号检测方法可分为开环检测方法和闭环检测方法。开环光纤陀螺通过增加方波相位调制，得到稳定的π/2相位偏置，实现测量的最大灵敏度，但是开环陀螺的标度因数稳定性和非线性特别差。为了实现精确而稳定的线性标度因数，在开环光纤陀螺的基础上引入反馈控制回路，实现光纤陀螺闭环检测装置。具体的闭环反馈控制方法是将解调出的开环信号作为一个误差信号进行积分，然后通过相位调制器反馈回系统中，产生一个附加的反馈相位差与旋转引起的相位差大小相等、符号相反，使得总的相位差被伺服控制在零相位附近。闭环光纤陀螺的反馈相位是由开环信号不断积分得到的，由于不可能无限上升，需要进行2π复位，从而形成锯齿状相位调制波。总之，闭环光纤陀螺的相位调制驱动信号是方波偏置调制和锯齿波相位反馈调制的叠加。

但是，在实际使用过程中，锯齿波相位反馈调制存在一些问题：(1)锯齿波复位时刻的电压闪回现象需要DAC(数模转换器)及其驱动电路(由运算放大器和阻容器件组成)具有很大的带宽和压摆率，而往往由于这些器件在带宽、建立时间和压摆率等性能上的限制，产生的调制波形在复位时刻具有较大的失真，在光纤陀螺的结算结果中引入误差；(2)锯齿波在复位时刻的电压闪回具有丰富的频谱分量，会引入更多的电磁干扰问题。

若采用三角波代替锯齿波进行闭环反馈相位调制，可以解决电压快速复位带来的各种问题。1989年，R.A.Bergh提出了双斜波(Dual-ramp)相位技术，将光纤陀螺干涉信号的相位差控制在±π上，其调制信号波形为三角形，可通过计算三角形两条边的时间差获得角速率。但是这种调制方法需要引入非常大的相位幅度，对相位调制驱动电路和相位调制器的工作电压范围提出了很高的要求。此外，双斜波相位调制不适用于数字闭环方案，因为数字的量化效应使得时间差的测量存在较大误差，从而降低陀螺的检测精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服锯齿波相位调制和双斜波相位调制技术的不足，提供一种新型的三角波相位调制驱动装置，在不需要非常大的调制幅度的情况下，降低对驱动电路的带宽和压摆率等性能指标的要求，减小电磁干扰问题。同时，本发明适用于模拟和数字两种调制方式。

本发明的一种用于光纤陀螺闭环反馈控制的三角形相位调制波驱动装置，电路结构由一个数字信号处理芯片、一个DAC芯片、DA驱动电路、两路模拟开关和一个Y波导构成，相较于传统的锯齿波相位调制方案，增加了两路模拟开关；设计软件程序，使数字信号处理芯片产生数字三角波；经过DAC及其驱动电路，产生两路差分且关于0V对称的三角波；通过控制两个模拟开关，使两路三角波在顶点处相互切换信号通道，将两路差分的三角波拼接为两路差分的锯齿波，锯齿波作用于Y波导的两个电极，其效果等效于传统方案直接输出的锯齿波，叠加偏置调制后可以实现对光纤陀螺的闭环反馈控制。

所述数字信号处理芯片可以是DSP(数字信号处理器)、FPGA(可编程逻辑门阵列)或ASIC(专用集成芯片)，是光纤陀螺实现数字闭环检测的核心器件，不仅控制着光纤陀螺的调制与解调，而且将解调出的开环信号作为误差信号进行积分，通过时序控制与数据处理最终输出数字量的三角波。