三角波調制的諧振式光纖陀螺數字檢測系統(tǒng)設計.pdf

1、諧振式光纖陀螺(R-FOG)是一種基于光學Sagnac效應的高精度慣性角速度傳感器。由于Sagnac效應是一種極其微弱的效應，信號檢測系統(tǒng)在R-FOG中占有十分重要的地位，檢測系統(tǒng)精度直接影響陀螺的測試精度。檢測處理電路的數字化及采用閉環(huán)系統(tǒng)是高精度、高可靠性陀螺發(fā)展的必經之路。 論文首先對基于三角波調制技術的R-FOG進行數字檢測系統(tǒng)設計，利用相位調制器上施加三角波調制對輸入環(huán)形諧振腔的激光進行正負頻率的雙頻率組合調制，以方波

2、作為參考信號，利用鎖相放大器同步解調光電探測器的輸出方波幅度，其中環(huán)形諧振腔一個方向(如逆時針光束)的解調輸出信號反饋調節(jié)激光器頻率實現環(huán)路的閉壞跟蹤鎖定，另一個方向(順時針光束)的解調信號則作為系統(tǒng)的開環(huán)轉動信號。 在對環(huán)形諧振腔頻率進行跟蹤鎖定時，實驗中觀察到光電探測器輸出方波信號存在下跳/過沖等畸變現象，分析發(fā)現這是環(huán)形諧振腔對三角波調制后的激光的瞬態(tài)響應過程，進一步分析了瞬態(tài)響應時間與環(huán)形諧振腔參數的關系，以及對方波畸變

3、程度的影響。通過對畸變方波信號進行解調發(fā)現，當采用穩(wěn)定狀態(tài)的值進行解調或利用過采樣取多點進行累加平均解調的方法可以減小畸變對解調值的影響。在數字調制R-FOG系統(tǒng)中，模擬相位斜波數字化的關鍵在于數字相位斜波臺階持續(xù)時間等于光在環(huán)形諧振腔內一周的渡越時間。通過對光場矢量相位關系的分析發(fā)現數字相位斜波臺階持續(xù)時間和渡越時間不等時，會導致輸出信號發(fā)生波動和解調曲線發(fā)生漂移，需要采用累加平均的解調方法與正、負頻率對稱的雙頻率調制來克服信號波動對

4、解調值的影響和解調曲線的漂移。 由于陀螺響應輸出信號十分微弱，對旋轉引起的諧振頻率偏差進行直接測量很困難，需要將環(huán)形諧振腔的其中一路解調輸出作為誤差信號控制激光器輸出光頻率實現環(huán)路的跟蹤鎖定。以諧振頻率偏差作為研究對象，提取了環(huán)路的簡化數學模型，分析了數字控制器對壞路鎖定的影響，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，并通過實驗分析了環(huán)路鎖定的性能。在數字檢測系統(tǒng)中，通過FPGA實現各個主要功能模塊，計算了數字鎖相放