lfs—90光纖陀螺模塊系統(tǒng)設(shè)計

1、 1992 年 第 l 1 期 國外 導(dǎo)彈 與航 天 遣簟疊 總第 1 9 9 期 L F S 一 9 0 光纖 陀螺模 塊系統(tǒng)設(shè)計 EHH an drrl Ji c hE ％ Hr ． ， E√f t摘墓 ：L I TEF光纖 系~ t ( LF S 一 9 0 ) 是個三軸速率 陀螺裝置 ， 其中 包括標(biāo) 定要求 的所 有電子設(shè)備和誤 差補(bǔ)償?shù)臄?shù)字速 率輸 出LF S 一 9 0的體 積大約為 0 ． 5 L ．拳 文介 紹

2、 了光 纖 陀螺 的基 本 原理 和 三 重 軸 結(jié) 構(gòu) ，_ 還 詳 細(xì) 地 介 紹 了主 要 元 件 和蛆 件裝配， 其中 包括 光源， 帶有集成 光學(xué) 基片的敏 感線 圈，檢 測器和數(shù) 字鋪 定回路 電子設(shè)備 該迓備是 用 2套紐 合 電路 和 1塊專 用集成 電路 c AS I C ) 加 工成 的。 用 1個 數(shù) 字信 號處理 器來 實現(xiàn)三軸 的誤 差補(bǔ)償。LF S 一 9 0系統(tǒng) 有 1個 串行數(shù)字接 口。本文給 出了 LF

3、 S - 9 0系統(tǒng)主要 參數(shù)的測試數(shù)據(jù) 如 標(biāo) 度 因數(shù)，偏置和隨機(jī)游走 等 ，井概連 7自動 測試 ( B 【 T E) 的愿理。根據(jù) 以上的測試數(shù)據(jù)， 估計到將 來可衍 生 出各種不 同精度的 光纖陀螺 系列 。LF S ' 9 0系統(tǒng)構(gòu)造具 有在 各種 不同 系統(tǒng)應(yīng) 用中作 為棱 t慣性 測 量 裝置 ( I MU) 所 采 用 的 模 塊 設(shè) 計?！獭讨?題詞 ：塹 墮 豎，墨 絲 絲 曲t ‘ 匿 些 量 墊墨 蘭1

4、 ．前 言 組成任何一 個慣性導(dǎo)航，姿態(tài)／ 航 向基 準(zhǔn)或 穩(wěn)定 系統(tǒng) 核 心 的關(guān)鍵元件是陀螺，它用作角 運 動敏感 器。陀螺 一詞 意指 由各種旋 轉(zhuǎn) 飛輪形式 組成 的不 同的機(jī)械構(gòu)造，它可 以非常精 確地 測量 角速 率 。目前， 雖然 有些 匿性角速率敏感 器的原理不再基于旋轉(zhuǎn)質(zhì)量 和動 量守 恒定 律，但通常還 是把 它們稱為陀螺。為說 明所研 究時間長短，可 以說直 到 1 9 8 0 年 ，機(jī) 械陀螺在慣性世界一直 占

5、優(yōu)勢 。 當(dāng)然，也有一 些改進(jìn)型 ，如眾所周知 的浮子式儀 表 ， 動態(tài) 調(diào)諧 平臺 ， 動態(tài) 調(diào)諧捷 聯(lián)陀螺類 。 1 9 8 0年，激 光陀 螺代替 了機(jī)械陀螺 這種陀螺是基 于 S a g n a c 效應(yīng) 的光學(xué)儀表，雖 然它無旋轉(zhuǎn)部件，但仍 稱它為 陀螺， 因為 它測量角旋轉(zhuǎn)。 它與機(jī)械 陀螺轉(zhuǎn)子 類似 的僅是使 用棱 鏡 導(dǎo)光束形成 閉合 光路，然面其工 作原理是基于不變 的光 速，而不是角動置守恒 ，所 以激 光陀螺儀表具

6、有 較 高 的精度 。且可靠性大大提 高．光 學(xué)陀螺繼續(xù)發(fā)展 ，采 用單 模光纖形成光學(xué) 回路 的光 纖 陀螺代替 了激光 陀螺的研制。光 纖陀螺 的主要優(yōu) 點是 獨立部件 ( 即半導(dǎo)體光源 ，光纖元 件和集成光學(xué)基片)可以采用 ‘譯 自S T mp o s i u m Gy r oT e c h n o l o g y1 9 9 1 ． S t u t t g a r t , G e r ma n y一 2 1 — 維普資訊 ht

7、tp://www.cqvip.com 線圈里的光穿過偏 振器和第一個 耦 合 器 之 前 經(jīng) 過 第 二 個 耦 合 器重 新組合到探測器 D里 。把探測器 D。 發(fā) 出的光強(qiáng) 度看 作 S a g n a c相移 函數(shù) 。兩 個相 向 旋 轉(zhuǎn) 光束 干涉產(chǎn)生的結(jié)果 如 下 ：I ( t )。 ( 1 +c o 8 ( △+( f ) 一( } 一f ) ) )式 中 』 ， 』 。 ——探 測器的光強(qiáng)，△—— S a ~ n a e相

8、位J— — 相 位 凋 制 器 的相 位 f —— 穿 過 光 纖 線 圈 的 時 間 。( f ) 一( 卜一 f ) 是兩條環(huán)形光束 ( 順 時和反時 ) 在不同時間 內(nèi) 到 達(dá) 相位調(diào)制器M里 的相位 差。在 閉環(huán) 回路 中，將探 測器輸 出信號調(diào) 到保持 其最大 值。 這適 合于下式：△+( f ) 一( f —f ) 一( 24 - 1 )約束 回路使 用加重線性上升的方波調(diào) 制。另外，在信號處理器 處 理之前，使用 A／ D

9、 轉(zhuǎn) 換器將探 測器信號 D放 大和數(shù)字化} 這樣 用 D／ A轉(zhuǎn)換 器的輸出信號 補(bǔ)償 S a g n a c 相位。3 ． 模塊 系統(tǒng)設(shè)計 “ 模塊系統(tǒng)設(shè)計和 構(gòu)造 是 廣泛使用、有 時濫用 的一種時髦形式， 因此本節(jié)對它進(jìn)行簡單 闡述 如下 。我們懂得模塊系統(tǒng)設(shè)計 和構(gòu)造 的含 意是將 系統(tǒng)分成若 干模塊，這 種方 法對不 同系統(tǒng) 的應(yīng) 用可 保 持不同功能。因為在 各種應(yīng)用 中基 本結(jié)構(gòu)保持不 變，但 只要求單個模塊在具體實行

10、 中發(fā) 生 變化 。基 于這種基本原理， 已研 制出用于一種系統(tǒng) 的模塊 又可以用在另一工程上。這樣縮減研 制力量 和類 似或相同的模塊大批量生 產(chǎn)能 達(dá)到節(jié)省費用。模 塊系統(tǒng) 設(shè)計和結(jié)構(gòu)具 有如 下優(yōu) 點：· 對 不同系統(tǒng)應(yīng)用 具有較低 的研 制成本，·由于單 個模 塊較大批量的生產(chǎn)使 得加工 費用 較低}·響應(yīng) 時間較短，適合于變化 的系統(tǒng) 要求 條件}· 通過 加工 設(shè)計 和試 驗設(shè)備能生

11、產(chǎn)出好幾種不 同產(chǎn) 品， 因而 具有較低的資金投資 當(dāng)然， 這種 設(shè)計 方法也有缺 點，模塊系 統(tǒng) 原理 的研 制要求 比單獨應(yīng)用的特定型研制的 時 間要 長一 些，初始 研制的費用要 昂貴 一些 但 一到第二 次應(yīng)用就 能節(jié)省費用。只要幾種產(chǎn) 品 研 制成 功 之后 ，模塊 積木式系統(tǒng)就建立 起來 了，使制作 出的產(chǎn) 品符 合特 定系統(tǒng) 的技術(shù)要求具 有 很 大 的靈 活 性 。為了規(guī)定和確 定這種積木式系統(tǒng)軟 件和硬件模 塊，按 如