光纤陀螺原理演示文稿.ppt

光纤陀螺原理演示文稿
第一页，共二十六页。
研讨内容：
干涉式光纤陀螺基本原理简介；
信号的偏置调制与解调；
闭环工作方案与实现；
基于FPGA的信号处理及时序控制 ；
信号处理电路板介绍；
FPGA程序介绍。，而所需的陀螺仪速率响应信号应是线性的。
这个问题可以采用闭环信号处理方法来解决。
第十五页，共二十六页。
解调出的偏置信号（或开环信号）作为一个误差信号反馈回系统中，以产生一个附加的反馈相位差ΔφFB。 ΔφFB与旋转引起的相位差ΔφS大小相等、符号相反，总的相位差
ΔφT = ΔφS + ΔφFB被司服控制在零位上。
在这种闭环方案中，新的测量信号是反馈相位，它与反馈的光功率和检测通道的增益无关，这样就得到了一个稳定性好的线性响应。
旋转速率的测量值变为：
闭环工作方案与实现
第十六页，共二十六页。
闭环工作的原始方案之一：利用频移——由声光调制器（AOM）也称为布喇格元件产生频移。事实上，萨格奈克效应可以用线圈分束器上的多普勒效应来解释，这样，位于线圈一端的频移器可以使萨格奈克效应的多普勒频移置零。
稳定性！
闭环工作方案与实现
第十七页，共二十六页。
原始方案二：模拟相位斜波——锯齿波调制
通过采用一个线性相位斜波，可以克服声光频移器的稳定性问题。
频率是相位的导数，运用一个相位调制器来代替频移器施加相位斜波调制
（其中 是斜率），等价于一个频移。
这种处理方案允许在零点附近正向或负向工作（与斜波斜率的符号关）。
实际上，锯齿波调制波形在复位时必须具有很快的回扫时间。它要求相位
调制器在很大的带宽内具有平坦的调制效率。
闭环工作方案与实现
第十八页，共二十六页。
设想，当处理回路为闭环时，通过调节斜率 补偿旋转引起的相位差 ，使总的相位差 为零：
锯齿波复位高度 必须等于干涉仪的响应周期2πrad，否则这种复位会引起误差。
也即：
复位后， 由零变为 。
闭环工作方案与实现
第十九页，共二十六页。
复位误差
为简单起见，考虑干涉仪施加偏置后的正弦响应。
当 时信号为零，但在每个复位后的时间τ内，信号变为 。
这种寄生信号可以作为一个方便的误差信号，用于在每个复位触发第二个
反馈回路，以检验相位调制器的调制效率。
闭环工作方案与实现
第二十页，共二十六页。
采用第二个处理回路，复位被精确地控制在2π上，因此正、负复位的计数提供了旋转角的精确测量。
由于 ，斜率 与旋转速率Ω成正比：
这种模拟相位斜波反馈方案看起来很有吸引力，但它需要很短的和非常稳定的回扫时间，才能得到很高的标度因数稳定性和线性度。
一般地，10ppm的标度因数稳定性要求回扫时间小于光纤环传输时间的1%（也即小于几十纳秒）。
闭环工作方案与实现
第二十一页，共二十六页。
现用方案——数字相位斜波
利用数字方法很容易解决模拟相位斜波反馈的回扫问题。
“数字相位斜波”产生一个持续时间等于τ的相位台阶 ，
取代连续斜波。由于光纤环圈的延迟，数字相位斜波引起的相位差 为常数，且等于台阶高度。
这些相位台阶和复位可以与方波偏置调制同步：方波半周期等于τ。
相位台阶的幅值 通过相位置零反馈回路来设置，与旋转引起的萨格奈克相位差 大小相等、符号相反：
这个 值给出的是旋转速率的线性读出值。
闭环工作方案与实现
第二十二页，共二十六页。
闭环工作方案与实现
第二十三页，共二十六页。
数字相位斜波的产生：
数字寄存器容纳相位台阶的数字值DJ,其动态范围可以很大
（大于25位）。数字积分器产生阶梯斜波的数字值DR。一个
D/A转换器和一个缓冲放大器产生相位调制器的模拟驱动电压。
对于N位的D/A，可以在 的动态范围内把数字
量D转化为一个模拟电压，其中VLSB是与最低有效位（LSB）对应
的驱动电压。
当DR大于 时，自动溢出产生的电压等于