基于锯齿波偏频的谐振式光纤陀螺标度因数测试
发布时间：2021-11-28 03:51
针对转台测试谐振式光纤陀螺标度因数时存在的测试精度受限于转台性能影响的问题,提出一种基于锯齿波等效输入的陀螺标度因数测试方法.通过在相位调制器上叠加锯齿波偏频信号用于模拟角速度输入,分析了实际转台输入和模拟角速度输入下谐振式光纤陀螺闭环传递函数,推导了偏频锯齿波信号参数与实际输入角速度的对应关系,理论证明了其技术可行性.搭建了基于锯齿波偏频的陀螺标度因数测试系统,对研制的陀螺样机进行了标度因数及非线性度测试,基于锯齿波偏频方法测得的陀螺标度因数与实际转台测试结果基本一致,且标度因数非线性度从0.42%优化到0.26%.研究表明基于锯齿波偏频的谐振式光纤陀螺标度因数快速标定测试方法不仅可以精确测得标度因数,还可有效抑制转台振动等环境干扰引入的测量误差.
【文章来源】：光子学报. 2020,49(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
RFOG闭环控制仿真分析
搭建的基于锯齿波偏频的RFOG标度因数测试系统如图3，包括中心波长为1 550.12nm、谱线宽度为5kHz的半导体激光器，腔长为20m、直径为0.105m的光纤谐振腔，数字闭环处理电路发生50kHz调制三角波信号，施加在相位调制器其中一个电极上．另外一个电极连接信号发生器以产生偏频锯齿波，由于相位调制器的半波电压为6.84V，因此固定锯齿波峰峰值为13.68V，而通过改变锯齿波频率大小实现不同模拟转速输入．根据式（8）并代入相关参数，确立锯齿波频率与模拟转速大小之间的关系如表1，其中正负转速通过控制锯齿波的占空比进行设置．
图1为基于锯齿波偏频等效输入时RFOG标度因数测试系统原理图．由窄线宽半导体激光器（Laser Diode,LD）发出的光首先经过起偏器P，在Y分支分光成两束，并分别受相位调制器（Phase Modulator,PM)PM1和PM2的相位调制，通过光纤耦合器C1的两个端口耦合进入光纤环形谐振腔（Fiber Ring Resonator,FRR），形成沿谐振腔顺时针（Clockwise,CW）和逆时针（Counter-clockwise,CCW）方向传播的两束光，然后分别经C2的两个端口到达探测器（Photodetecters,PD)PD1和PD2．为隔离探测器端面反射光对信号光的影响，在进入PD1和PD2之前增加两个光隔离器（Isolator,ISO）以确保单向光传输，随后进入数字信号处理电路（Digital Signal Processor,DSP）进行信号处理，根据CW路输出光信号反馈作用于驱动控制电路（Driving Control Circuit,DCC）控制激光器，使出射光频率跟踪锁定CW光路的谐振频率点，此时CCW路输出光信号反映转动角速度．设置相位调制器上信号源接线如图1，系统采用三角波调制解调方式[13-14]，调制三角波由DSP发生，用于模拟转台输入的偏频锯齿波的频率和幅度由信号发生器（Signal Generator,SG）进行设置和在线修改，方便模拟不同的转速大小．三角波信号和锯齿波信号串联，信号负端相连并接地，三角波信号的正端连接到PM1的上电极和PM2的下电极，锯齿波信号的正端连接到PM1的下电极和PM2的上电极．因此在同一时刻，CW和CCW光路受到幅值相等，相位相反的相位调制，一方面能够有效抑制背向散射光本身光强对信号光的影响，另一方面相反的相位调制对应反向的频率偏置，刚好对应角速度引起的CW光路和CCW光路频率的反向变化．
【参考文献】：
期刊论文
[1]谐振式光纤陀螺多激光器系统相对频率噪声抑制（英文）[J]. 冯丽爽,高晶,焦洪臣,刘宁,王潇,司琪,杨照华. 光子学报. 2019(01)
[2]Resonator integrated optic gyro based on multilevel laser frequency lock-in technique[J]. 潘梓文,张成飞,谢成峰,郑永秋,李昊天,唐军,刘俊. Chinese Optics Letters. 2018(04)
[3]谐振式光纤陀螺双光路调相谱最优参数确定方法[J]. 焦新泉,郑永秋,安盼龙,李小枫,陈浩,陈家斌,刘俊,闫树斌. 红外与激光工程. 2015(01)
[4]谐振式微光学陀螺标度因数及其非线性度分析[J]. 洪灵菲,张春熹,冯丽爽,于怀勇. 北京航空航天大学学报. 2012(08)
本文编号：3523646
【文章来源】：光子学报. 2020,49(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
RFOG闭环控制仿真分析
搭建的基于锯齿波偏频的RFOG标度因数测试系统如图3，包括中心波长为1 550.12nm、谱线宽度为5kHz的半导体激光器，腔长为20m、直径为0.105m的光纤谐振腔，数字闭环处理电路发生50kHz调制三角波信号，施加在相位调制器其中一个电极上．另外一个电极连接信号发生器以产生偏频锯齿波，由于相位调制器的半波电压为6.84V，因此固定锯齿波峰峰值为13.68V，而通过改变锯齿波频率大小实现不同模拟转速输入．根据式（8）并代入相关参数，确立锯齿波频率与模拟转速大小之间的关系如表1，其中正负转速通过控制锯齿波的占空比进行设置．
图1为基于锯齿波偏频等效输入时RFOG标度因数测试系统原理图．由窄线宽半导体激光器（Laser Diode,LD）发出的光首先经过起偏器P，在Y分支分光成两束，并分别受相位调制器（Phase Modulator,PM)PM1和PM2的相位调制，通过光纤耦合器C1的两个端口耦合进入光纤环形谐振腔（Fiber Ring Resonator,FRR），形成沿谐振腔顺时针（Clockwise,CW）和逆时针（Counter-clockwise,CCW）方向传播的两束光，然后分别经C2的两个端口到达探测器（Photodetecters,PD)PD1和PD2．为隔离探测器端面反射光对信号光的影响，在进入PD1和PD2之前增加两个光隔离器（Isolator,ISO）以确保单向光传输，随后进入数字信号处理电路（Digital Signal Processor,DSP）进行信号处理，根据CW路输出光信号反馈作用于驱动控制电路（Driving Control Circuit,DCC）控制激光器，使出射光频率跟踪锁定CW光路的谐振频率点，此时CCW路输出光信号反映转动角速度．设置相位调制器上信号源接线如图1，系统采用三角波调制解调方式[13-14]，调制三角波由DSP发生，用于模拟转台输入的偏频锯齿波的频率和幅度由信号发生器（Signal Generator,SG）进行设置和在线修改，方便模拟不同的转速大小．三角波信号和锯齿波信号串联，信号负端相连并接地，三角波信号的正端连接到PM1的上电极和PM2的下电极，锯齿波信号的正端连接到PM1的下电极和PM2的上电极．因此在同一时刻，CW和CCW光路受到幅值相等，相位相反的相位调制，一方面能够有效抑制背向散射光本身光强对信号光的影响，另一方面相反的相位调制对应反向的频率偏置，刚好对应角速度引起的CW光路和CCW光路频率的反向变化．
【参考文献】：
期刊论文
[1]谐振式光纤陀螺多激光器系统相对频率噪声抑制（英文）[J]. 冯丽爽,高晶,焦洪臣,刘宁,王潇,司琪,杨照华. 光子学报. 2019(01)
[2]Resonator integrated optic gyro based on multilevel laser frequency lock-in technique[J]. 潘梓文,张成飞,谢成峰,郑永秋,李昊天,唐军,刘俊. Chinese Optics Letters. 2018(04)
[3]谐振式光纤陀螺双光路调相谱最优参数确定方法[J]. 焦新泉,郑永秋,安盼龙,李小枫,陈浩,陈家斌,刘俊,闫树斌. 红外与激光工程. 2015(01)
[4]谐振式微光学陀螺标度因数及其非线性度分析[J]. 洪灵菲,张春熹,冯丽爽,于怀勇. 北京航空航天大学学报. 2012(08)
本文编号：3523646
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