Sagnac光纖干涉儀的數(shù)字閉環(huán)檢測(cè)技術(shù).pdf

1、Sagnac光纖干涉儀(Optical—Fiber Interferometer)在物體旋轉(zhuǎn)絕對(duì)角速度以及電流強(qiáng)度的測(cè)量等方面有著廣泛的應(yīng)用。它的信號(hào)檢測(cè)方案主要有兩種，開(kāi)環(huán)檢測(cè)和閉環(huán)檢測(cè)。與開(kāi)環(huán)檢測(cè)相比，閉環(huán)檢測(cè)具有更大的動(dòng)態(tài)范圍以及更好的標(biāo)度因數(shù)線性度，同時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，更有利于系統(tǒng)的小型化、工程化以及批量化生產(chǎn)。本論文的內(nèi)容是關(guān)于Sagnac光纖干涉儀的數(shù)字閉環(huán)檢測(cè)技術(shù)研究。
　　 論文首先論述了數(shù)字閉環(huán)檢測(cè)技術(shù)的基本

2、原理，然后分別分析了數(shù)字閉環(huán)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、光路結(jié)構(gòu)、光路器件以及光路噪聲，最后重點(diǎn)分析了數(shù)字閉環(huán)的電路結(jié)構(gòu)，電路模塊對(duì)系統(tǒng)信噪比的優(yōu)化作用，并設(shè)計(jì)了硬件電路。
　　 該數(shù)字閉環(huán)方案采用方波調(diào)制，階梯波反饋的檢測(cè)方案。信號(hào)的核心處理單元是FPGA，主閉環(huán)路的設(shè)計(jì)以及2π自動(dòng)復(fù)位控制電路的設(shè)計(jì)均通過(guò)FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用FPGA開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)改變各個(gè)參數(shù)化模塊的參數(shù)值，使得所設(shè)計(jì)的電路適用于不同環(huán)長(zhǎng)的Sagnac光纖干涉儀。信號(hào)處理后

3、的數(shù)據(jù)存于FPGA的寄存器中，通過(guò)在FPGA中設(shè)計(jì)通信控制器，實(shí)現(xiàn)FPGA與上位機(jī)的通信，而不需要額外的通信電路單元，從而簡(jiǎn)化了電路板的設(shè)計(jì)。
　　 所設(shè)計(jì)的數(shù)字閉環(huán)檢測(cè)電路對(duì)一號(hào)(827m環(huán)長(zhǎng))以及二號(hào)(1000m環(huán)長(zhǎng))陀螺進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于一號(hào)陀螺，檢測(cè)結(jié)果為：在動(dòng)態(tài)范圍為±70°/s的情況下，干涉式光纖陀螺的標(biāo)度因數(shù)為159.1 bit/°/s、標(biāo)度因數(shù)非線性為593.54 ppm、標(biāo)度因數(shù)不對(duì)稱性為377.12 ppm、零漂

4、為4.9089°/h。
　　 所設(shè)計(jì)的數(shù)字閉環(huán)電路和鎖定放大器儀器分別對(duì)二號(hào)陀螺進(jìn)行檢測(cè)。閉環(huán)電路的檢測(cè)結(jié)果為：陀螺零漂為0.514°/h，陀螺零偏為—31.535°/h，標(biāo)度因數(shù)為251.415 bit/°/s。鎖定放大器儀器的檢測(cè)結(jié)果為：陀螺的零漂為0.818°/h，零偏為—29.455°/h，標(biāo)度因數(shù)為8.8 mv/°/s。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的數(shù)字閉環(huán)檢測(cè)電路適用于不同環(huán)長(zhǎng)的光纖陀螺，并且利用鎖定放大器儀