三角波調(diào)制的諧振式光纖陀螺數(shù)字檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、諧振式光纖陀螺(R-FOG)是一種基于光學(xué)Sagnac效應(yīng)的高精度慣性角速度傳感器。由于Sagnac效應(yīng)是一種極其微弱的效應(yīng)，信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)在R-FOG中占有十分重要的地位，檢測(cè)系統(tǒng)精度直接影響陀螺的測(cè)試精度。檢測(cè)處理電路的數(shù)字化及采用閉環(huán)系統(tǒng)是高精度、高可靠性陀螺發(fā)展的必經(jīng)之路。 論文首先對(duì)基于三角波調(diào)制技術(shù)的R-FOG進(jìn)行數(shù)字檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用相位調(diào)制器上施加三角波調(diào)制對(duì)輸入環(huán)形諧振腔的激光進(jìn)行正負(fù)頻率的雙頻率組合調(diào)制，以方波

2、作為參考信號(hào)，利用鎖相放大器同步解調(diào)光電探測(cè)器的輸出方波幅度，其中環(huán)形諧振腔一個(gè)方向(如逆時(shí)針光束)的解調(diào)輸出信號(hào)反饋調(diào)節(jié)激光器頻率實(shí)現(xiàn)環(huán)路的閉壞跟蹤鎖定，另一個(gè)方向(順時(shí)針光束)的解調(diào)信號(hào)則作為系統(tǒng)的開環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)。 在對(duì)環(huán)形諧振腔頻率進(jìn)行跟蹤鎖定時(shí)，實(shí)驗(yàn)中觀察到光電探測(cè)器輸出方波信號(hào)存在下跳/過(guò)沖等畸變現(xiàn)象，分析發(fā)現(xiàn)這是環(huán)形諧振腔對(duì)三角波調(diào)制后的激光的瞬態(tài)響應(yīng)過(guò)程，進(jìn)一步分析了瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間與環(huán)形諧振腔參數(shù)的關(guān)系，以及對(duì)方波畸變

3、程度的影響。通過(guò)對(duì)畸變方波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用穩(wěn)定狀態(tài)的值進(jìn)行解調(diào)或利用過(guò)采樣取多點(diǎn)進(jìn)行累加平均解調(diào)的方法可以減小畸變對(duì)解調(diào)值的影響。在數(shù)字調(diào)制R-FOG系統(tǒng)中，模擬相位斜波數(shù)字化的關(guān)鍵在于數(shù)字相位斜波臺(tái)階持續(xù)時(shí)間等于光在環(huán)形諧振腔內(nèi)一周的渡越時(shí)間。通過(guò)對(duì)光場(chǎng)矢量相位關(guān)系的分析發(fā)現(xiàn)數(shù)字相位斜波臺(tái)階持續(xù)時(shí)間和渡越時(shí)間不等時(shí)，會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)發(fā)生波動(dòng)和解調(diào)曲線發(fā)生漂移，需要采用累加平均的解調(diào)方法與正、負(fù)頻率對(duì)稱的雙頻率調(diào)制來(lái)克服信號(hào)波動(dòng)對(duì)

4、解調(diào)值的影響和解調(diào)曲線的漂移。 由于陀螺響應(yīng)輸出信號(hào)十分微弱，對(duì)旋轉(zhuǎn)引起的諧振頻率偏差進(jìn)行直接測(cè)量很困難，需要將環(huán)形諧振腔的其中一路解調(diào)輸出作為誤差信號(hào)控制激光器輸出光頻率實(shí)現(xiàn)環(huán)路的跟蹤鎖定。以諧振頻率偏差作為研究對(duì)象，提取了環(huán)路的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，分析了數(shù)字控制器對(duì)壞路鎖定的影響，采用比例積分控制器較采用比例控制器可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了環(huán)路鎖定的性能。在數(shù)字檢測(cè)系統(tǒng)中，通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)各個(gè)主要功能模塊，計(jì)算了數(shù)字鎖相放