[发明专利]一种具备在线故障自检功能的光纤陀螺

说明书

本发明公开了一种具备在线故障自检功能的光纤陀螺，检测电路中光电探测器1信号放大和ADC采样电路对Sagnac干涉光信号进行功率检测、电压转换和数据采样，通过实时解调光电探测器1信号，可持续获得Sagnac相位差的信息和相位闭环状态的信息，光电探测器2信号放大和ADC采样电路对光源的原始光信号进行功率检测、电压转换和数据采样，通过实时监控光电探测器2信号，可持续获得光源光功率实时值以及波动幅值的信息。可实现在线对光纤陀螺的工作状态进行实时自检，自动分析光纤陀螺是处于工作正常或工作异常状态，一旦发现工作异常，则及时发出故障告警信息，可降低光纤陀螺在工作异常时对惯性系统带来不利影响的风险。

技术领域

本发明属于光纤陀螺制备技术领域，尤其涉及一种具备在线故障自检功能的光纤陀螺。

背景技术

光纤陀螺（FOG）是一种基于Sagnac 效应的新型全固态角速度测量器件，因其具备精度高、量程大、体积小、质量轻、成本低、寿命长、集成度高、工程化难度低等诸多优点而被广泛用于航空、航天、航海等军事领域，是惯性技术领域重要的元件之一。多年来国内外专家学者对光纤陀螺精度、量程、温漂、动态响应等指标进行了深入的研究，取得了大量的成果，但对光纤陀螺工作可靠性的研究比较少，设计者通常无法保证光纤陀螺在任何时刻都工作正常，也不能让光纤陀螺在工作故障时自动告警。这给以光纤陀螺为角速度、角度传感器的惯性系统带来了巨大风险，惯性系统无法及时地识别光纤陀螺的工作状态，一旦光纤陀螺输出数据错误，则可能导致惯性系统的工作异常甚至崩溃。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具备在线故障自检功能的光纤陀螺，降低光纤陀螺在工作异常时对惯性系统带来不利影响的风险，可实现在线对光纤陀螺的工作状态进行实时自检。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种具备在线故障自检功能的光纤陀螺，包括光路和检测电路，其中光路部分包括2×2耦合器、相位调制器、光纤环、光电探测器1、光电探测器2，光电探测器1用于检测Sagnac干涉光信号，光电探测器2用于检测光源输出光信号，2×2耦合器的2端口尾纤与光电探测器1尾纤相连，2×2耦合器的3端口尾纤与相位调制器输入端尾纤连接，2×2耦合器的4端口尾纤与光电探测器2尾纤连接，相位调制器两个输出端尾纤分别与光纤环尾纤连接；检测电路部分包括光电探测器1信号放大和ADC采样电路、光电探测器2信号放大和ADC采样电路、数字逻辑芯片、波导相位调制电路，光电探测器1信号放大和ADC采样电路对Sagnac干涉光信号进行功率检测、电压转换和数据采样，通过实时解调光电探测器1信号，持续获得Sagnac相位差的信息，光电探测器2信号放大和ADC采样电路对光源的原始光信号进行功率检测、电压转换和数据采样，通过实时监控光电探测器2信号，持续获得光源光功率实时值以及波动幅值的信息，数字逻辑芯片还包括光电探测器1数据检测的程序模块，该模块连续读取光电探测器1的采样数据，并计算采样数据在每个本征周期内的脉冲幅值、第一闭环误差以及第二闭环误差，并为脉冲幅预设取值区间，为第一闭环误差设定上限，为第二闭环误差设定上限，在每个本征周期内，将实时计算出的脉冲幅值、第一闭环误差、第二闭环误差与其设定值进行比照；如果脉冲幅值小于取值区间的下限，则可判定光电探测器1接收的光功率过低；如果脉冲幅值大于取值区间的上限，则可判定光电探测器1接收的光功率过大；如果第一闭环误差超过上限，则可判定第一闭环不稳定；如果第二闭环误差超过上限，则可判定第二闭环不稳定。

按上述技术方案，数字逻辑芯片包括光源光功率检测的程序模块，该程序模块连续读取每个采样周期内光电探测器2信号的采样数据，并预设取值区间，将每个采样周期内的采样数据当前值都与取值区间进行比照，判断其是否在此设定区间内，如果当前值持续小于设定区间的最低限值，则可判定光源光功率过低；如果当前值持续大于设定区间的最高限值，则可判定光源光功率过大；将连续多个采样周期内的采样数据的最大值与最小值之差与设定的数值波动限值进行比照，判断其是否不超过限值，如果超限，则可判定光源光功率不稳定。