光纤陀螺本征频率的测量方法

根据数字闲环光纤陀螺的方波调制、解调原理,指出了使用对称方波产生调制死区的原因及对测量精度的影响.提出了一种基于任意占空比的不对称方波作为调制波来测量光纤陀螺本征频率的方法,找出了调制方波占空比和光功率响应中无效调制区的关系,并给出测试本征频率时,调制方波占空比的最佳范围.理论和实验证明了占空比对本征频率测量精度的影响.与使用对称方波相比,使用不对称方波提高了测量精度,降低了对系统硬件的要求.     

基于对称方波调制的光纤陀螺本征频率自动测试方法

从光纤陀螺的调制原理出发,采用频率为光纤环本征频率的1/2的对称方波对Y波导进行调制,分析光纤陀螺的输出信号,得到输出的方波信号的占空比与调制频率的对应关系,通过数据采集卡将占空比转化为方波上下峰值点数差的问题,并以此点数差作为反馈量调节对Y波导的调制频率实现对本征频率的自动锁定。该方法已在工程实践中得到应用,试验结果表明该测试方法可在几秒中之内完成而且测试精度可达0.01kHz。与已有的测量方法相比,基于对称方波调制的测试方法具有更高的精度、高速、数字化和易于实现自动测量。     

方波调制误差对光纤陀螺的影响分析与实验

根据数字闭环光纤陀螺的方波调制、解调原理,指出调制方波的频率、相位和占空比不理想是造成方波调制误差的原因。讨论了周期脉冲干扰的频率和相位特征,利用周期脉冲干扰的傅里叶级数推导出了方波调制误差的数学模型。建立了带有方波调制误差的闭环光纤陀螺简化模型,推导出了方波调制误差和陀螺输出偏置误差的关系。通过仿真和测试分析了调制方波的周期、相位、占空比、光纤环的群延时以及放大电路的增益带宽对陀螺输出偏置的影响。最后,给出了一种利用周期脉冲干扰波形检测方波调制误差的简易方法。     

一种光纤陀螺干涉仪光纤长度误差量测量方法

为提高光纤陀螺干涉仪保偏光纤长度误差量的测量精度,提出了一种基于四态方波调制的新的解决方法,将对光纤陀螺Sagnac干涉仪光纤长度误差量的测量转化为对探测器响应信号中尖峰脉冲的测量,并利用调制频率倍频技术实现了对尖峰脉冲的精细化测量。依据该方法设计制作了一套可检测光纤长度误差量的系统,达到了0.2 m的测量精度(2 000 m光纤)。实验结果表明,与普通保偏光纤测量方法相比,该方法测量精度高、速度快,为光纤陀螺的工程化装配提供了保障。     

基于频率调制连续波的干涉型光纤声传感器信号检测技术

针对光纤干涉仪存在的相位衰落问题,讨论了基于正弦波形的频率调制连续波(FMCW)和锯齿波FMCW两种干涉型光纤声传感器的信号检测原理,并给出了数字化信号解调方案。采用7.5 m臂差的光纤声传感器和具备调频功能的半导体激光器,对10 kHz正弦波FMCW和锯齿波FMCW两种调频方式进行了信号解调实验对比。解调结果表明,两种调制解调方案均能稳定检测出加在声传感器上的模拟声信号,消除了光纤干涉仪的相位衰落。但在实际工程应用中,与正弦波FMCW检测方案相比,锯齿波FMCW方案无需检测混频信号的初始相位,检测灵敏度高且稳定,算法实现更为简单,而且使用不同臂差的光纤传感器可实现传感器的频分复用。     

谐振腔光纤陀螺信号检测方法的研究

谐振腔光纤陀螺(R—FOG)是利用光学Sagnac效应实现对转动检测的一种高精度的惯性传感器件。在谐振腔光纤陀螺系统中，信号检测系统占有非常重要的地位，其检测精度的大小直接影响陀螺的分辨率。光纤环形谐振腔是谐振腔光纤陀螺的核心敏感部件。采用两种频率的锯齿波组合调制，考虑激光器有限光谱线宽条件下，采用洛仑兹线型描写光纤环形谐振腔的输出光强表达式。针对输出光强与谐振频率偏差在靠近谐振点附近的近似线性关系，利用多次反馈频率操作来依次跟踪谐振腔光纤陀螺顺时针和逆时针光束的谐振点，从而避免了谐振频率偏差复杂的求根算法。仿真结果表明，多次反馈频率操作，可以较快地锁定到谐振点。     

退偏光纤陀螺刻度因数研究

首次在理论与实验两方面研究了闭环退偏干涉型光纤陀螺刻度因数的非线性误差,闭环锯齿波相位调制器对两个偏振光分量的不同调制深度是其非线性误差的原因之一。提出了降低闭环退偏干涉型光纤陀螺刻度因数非线性误差的方法。     

基于前导脉冲辅助的相位调制1090ES信号载频同步算法

基于相位调制扩容1090ES信号为ADS-B带来新的功能和应用,载波频率同步是扩容信号需解决的一项关键技术。针对扩容1090ES信号的突发载频同步问题,提出了一种基于频偏捕获和相位误差跟踪环的快速同步方法,频偏捕获采用前导辅助脉冲相关性判决进行二叉树频率搜索,捕获载频偏差并校正得到频偏较小的基带信号,相位误差跟踪环实现对小频偏信号进行频率估计和补偿。仿真结果表明:该方法适用于基于相位调制的扩容1090ES信号接收系统。     

光纤陀螺本征频率和半波电压测量方法研究

针对光纤陀螺工程化过程中本征频率和半波电压测试精度低、速度慢等问题,提出了一种新的解决方法.从互易性偏置调制的机理出发,将对本征频率的测量转化为对无效调制光功率响应的尖峰脉冲的测量:根据光功率响应机理,将对半波电压的测量转化为求有效调制光功率最小值.此方法利用直接数字合成技术完成对方波的频率和振幅的调整.方案首先通过Matlb进行仿真,并在实际电路中实现.与传统人工使用肉眼的测量方式相比,此方法的测试精度高、速度快,为光纤陀螺的工程化提供了方便.     

Sagnac光纤水听器锯齿波相位偏置技术

提出了Sagnac光纤水听器锯齿波主动相位偏置方案,分析了锯齿波2π复位误差对系统性能的影响。采用频率为94.05kHz,复位电压为10.84V的锯齿波对信号进行调制,将系统偏置在π/2附近。为抑制2π复位误差的影响,采用与锯齿波同步的脉冲信号控制模/数(A/D)转换器定时采样,采样结果就是所需的声音信号。实验表明,该系统在10kHz频率响应处信号幅度平均值为0.067rad,方差为3.08×10-5rad,信号幅度相对变化仅为0.046%,系统相位偏置十分稳定。     

光纤陀螺方波调制误差的分析与抑制

基于光纤陀螺的调制-解调原理,讨论了调制方波的频率、相位、占空比和光纤环特征频率对方波调制误差的影响,推导出方波调制误差的数学模型.测量光纤环特征频率、调制方波频率、相位及其温度系数,分析了温度变化对方波调制误差的影响.提出了数字时域梳状滤波的解调方法,推导出消除方波调制误差的条件表达式.实验结果显示,数字时域梳状滤波可以使方波调制误差引起的偏置漂移减小到0.3°/h以下.     

基于条纹投射和正弦相位调制的表面形貌测量系统

基于条纹投射和正弦相位调制技术,提出了一种用于测量物体表面三维形貌信息的光纤干涉系统。通过杨氏双孔结构实现了条纹投射,并以余弦电压信号驱动压电陶瓷实现正弦相位调制。为了消除机械振动、温度波动等外部干扰,采用相位控制系统对相位漂移进行检测,并生成实时相位补偿信号。补偿后相位误差可达6.8 mrad,从而获得高精度的干涉条纹相位稳定度。对待测件的表面轮廓连续测量两次,时间间隔为10 min,测量重复度达到0.05波长。实验结果证明:该系统能够实现较高精度的表面形貌测量。     

谐振式微光学陀螺中相位调制非线性研究

通过在相位调制器上施加线性变化的调制信号来实现对光波频率的方波调制是目前谐振式微光学陀螺(RMOG)中普遍采用的调制方法。而实现理想的方波频率调制要求完全线性的调制波形,极大地增加了系统实现难度。研究了调制曲线非线性对谐振腔输出的影响,仿真计算了具有二阶和三阶非线性误差的调制曲线引起的谐振曲线偏移和畸变。分析了解调输出误差与调制曲线非线性度的关系。通过搭建RMOG实验系统,测试了实际产生三角波调制信号的高阶非线性系数以及陀螺输出的标度因数。实验验证了理论分析计算方法的正确性以及采用模拟三角波产生方法改善微光学陀螺中相位调制非线性的可行性。     

谐振式微光学陀螺中非连续频率调制特性研究

谐振式微光学陀螺（RMOG）中,方波频率调制的三角波实现形式消除了双频率锯齿波中复位时间与复位误差引起的输出光强波动。理论分析了三角波实现方波频率调制的过程中波形转折点引起非连续频率调制对输出光强的影响。仿真分析了不同调制频率偏置下调制波形转折点以及不同激光频率与谐振频率偏差对输出的影响。利用时域梳状滤波器对输出信号进...     

一种微电阻率扫描仪信号分析和处理方法

针对新型的微电阻率成像扫描仪使用的幅度调制信号的特点,提出一种载波相位和调制波幅度的计算方法,重点研究载波相位提取。首先从理论上系统地介绍了基于带通采样和数字正交解调的载波相位和调制波幅度的测量方法,然后通过LabVIEW仿真验证,该方法能实现常温和高温条件下幅度调制信号的载波相位和调制波幅度的高精度测量。     

数字调制谐振式光纤陀螺中阶梯波复位误差的分析

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是采用环形谐振腔来增强Sagnac效应的，其检测方案可以分为开环和闭环，在电路实现上，根据相位调制器控制信号的不同，又分为模拟调制和数字调制。相比而言，其数字闭环检测方案具有动态范围大、灵敏度高的特点。在数字调制的谐振式光纤陀螺中，其阶梯波的复位高度V2π是否精确，会对旋转角速度的测量和标度因数的线性度产生影响。从理论上分析了不精确的复位高度V2π对系统的影响，指出不精确的V2π将使谐振腔中的交叉耦合电场和直通耦合电场之间不会形成最佳相消干涉，从而产生误差。利用探测器输出总电场的表达式，以双频率调制的谐振式光纤陀螺为例，对引入的误差作了定量的数值计算，最后给出了克服误差的几种方法。     

相位调制非线性对开环光纤陀螺工作点测量与信号解调的影响

在全光纤开环光纤陀螺中，利用压电陶瓷调制器可以为光纤陀螺提供互易性正弦相位偏置，但相位调制中的寄生非线性会对陀螺测量产生影响。从理论上给出了二倍频非线性相位调制情况下开环光纤陀螺输出信号的一、二、四次谐波表达式，分析了相位调制非线性对陀螺工作点测量与信号解调的影响，实验验证了相关结果。实验结果与理论分析表明在陀螺应用中必须采取措施抑制非线性相位调制的幅度。     

基于Sagnac干涉仪的光纤直流磁场传感研究

将磁致伸缩材料粘贴单模光纤构成的光纤磁传感探头接入Sagnac光纤环的一端,外加交流磁场将探头周围的直流磁场加载到4.9kHz的高频信号上,建立了基于Sagnac干涉仪的光纤直流磁场传感实验系统.采用锯齿波相位调制的方法,将干涉仪系统相位偏置在π/2附近,通过测量所加高频信号的幅度,实现了对直流磁场的测量.实验得到系统信号稳定性为0.4%,磁场分辨率为4.3nT,并给出36.75g铁块经过磁传感探头时系统的响应信号.     

再人式光纤陀螺信号检测方法

文章提出了一种针对再入式光纤陀螺(Re-FOG)的信号检测方法,采用正负交替变化的脉冲波调制,使不同循环圈数干涉信号得到不同的相位调制,从而分离出所需圈数的干涉信号并解算出转速。实验测试了陀螺样机,分离了第一圈和第二圈干涉信号并由此测量到转速。实验结果表明:所提出的信号检测方法能够有效地测出陀螺转速;所研制的光纤陀螺的零偏稳定性优于4°/h。     

基于旋转调制技术的高精度陀螺寻北仪

陀螺动态寻北算法目前普遍采用动态测试结合数据拟合的方法,针对此方法处理动态测试数据存在去噪效果不强、数据存储运算量大的缺点,提出一种基于互相关函数消噪的快速动态寻北方案,推导了寻北原理公式.该方法先利用连续恒速的机械旋转将激光陀螺和加速度计的输出信号调制成一定频率的三角调幅波;然后,根据互相关函数同频相关,不同频不相关的性质,取两路相同频率的基准信号分别计算与陀螺和加速度计输出信号的互相关函数,以消除惯性器件漂移和噪声对寻北精度的影响.仿真结果表明,新算法可实现全姿态下的高精度陀螺寻北,30 s的方位角和姿态角误差小于0.01.寻北实验结果表明,该算法对惯性器件测量过程中的各类噪声有很好的抑制作用,5 min寻北标准差达到32.7,基本满足高精度寻北的需求.