[发明专利]一种光纤陀螺启动快速自检测方法

摘要

一种光纤陀螺启动快速自检测方法，其特征是将对应的解调值进行线性拟合得到环路增益值，将测试拟合得到的环路增益值与预设的阈值进行比较，可确定光纤陀螺环路状态。用软件方法解决了光纤陀螺启动时自检的问题，充分利用了光纤陀螺自身的调制解调特点。方法实现简单，不增加光纤陀螺软件的复杂性，不影响启动后光纤陀螺的正常工作。检测速度快，所需时间少，给出所需的检测信息和结果的时间一般小于1ms。检测结果实现灵活，可在光纤陀螺软件内部给出检测结果，也可由上位机进行处理，得到结果。检测信息更加全面，检测结果更加可靠。给出的信息包含光纤陀螺的整体环路，环路中任何环节发生故障都可在检测结果中体现出来。

主权项

1.一种光纤陀螺启动快速自检测方法，其特征是运行过程包括：光纤陀螺开机，光源发出的光经过耦合器到达由Y波导和光纤环组成的Sagnac干涉仪，干涉仪中存在顺时针和逆时针传播的两束光，两束光的相位差由两部分组成，一部分是转动引起的Sagnac效应相位差Δϕ_s，另一部分是由施加在Y波导上的调制电压信号产生的两束光的相位差；对于光纤陀螺，施加在Y波导上的调制电压生成的两束光之间的相位差为一个方波形式，相位差方波的幅度为调制深度Δϕ_m，周期为2τ，其中τ为渡越时间，是光在光纤环中传播一周所需时间，因此对于光纤陀螺，干涉输出光功率表达式如下：其中P₀为无相位差时的输出光功率，调制相位差每隔时间τ在Δϕ_m和‑Δϕ_m之间交替变化；为解调出代表转速的Sagnac相位差Δϕ_s，将间隔τ时间的输出光功率进行求差，解调结果对应Δϕ_s的正弦响应，如下式所示：光功率通过探测器转换成电信号，再通过前置放大电路和AD转换器进入FPGA，最终在FPGA中进行数字解调，数字解调结果在上式的基础上变为：其中，K_det，K_pre，K_AD，K_D分别表示探测器转换系数，前置放大增益，AD转换系数和解调数字增益，表示调制信号带来的增益变化；在上式中实际代表了光纤陀螺环路的前向增益大小；在Y波导上施加一个固定台阶量的阶梯波等效于对两束光施加了一个固定的相位差，相位差取决于阶梯波的台阶高度；当施加的台阶对应的两束光的相位差远大于静态时的地球转速引起的Δϕ_s时，Δϕ_s的影响可近似忽略；施加的固定阶梯波的台阶ΔD₁对应的相位差为Δϕ_F1=K_FΔD₁，其中，K_F表示光纤陀螺环路的反馈回路增益；忽略Δϕ_s的影响时，固定阶梯波的台阶ΔD₁对应的解调值可表示为：当Δϕ_F1取小值时，sin函数进行线性近似，上式中表示了前向通道增益和反馈通道增益之积，即为整体的环路增益，数字量和之比为环路增益值，通过陀螺内部的处理芯片或发送至上位计算机进行线性拟合，判断是否满足阈值，从而判断光纤陀螺的整体运转情况。