调相谱检测技术下谐振式光纤陀螺实验研究

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是新一代光学传感器的代表.提出一种基于调相谱检测技术的R-FOG开环系统.作为核心敏感部件的谐振腔是由长度为5.5 m的保偏光纤和耦合系数为20%的保偏耦合器组成.谐振腔直径为0.1 m.根据测试其谐振曲线,得到该谐振腔的自由谱宽、半高全宽、清晰度以及谐振深度分别为35.7 MHz、2.21 MHz、16.2和0.95.由上述谐振腔参数计算得到该系统的极限灵敏度为4×10-7rad/s.利用声光调制器在R-FOG顺时针和逆时针光路中引入不同的频率差,用于等效陀螺转动引起的Sagnac频差,得到了陀螺的模拟开环响应曲线.根据得到的等效输出响应曲线,计算出该系统的动态范围可达 13.5 rad/s到-13.5 rad/s.由开环响应曲线中得到系统的检测灵敏度为0.03 rad/s;采取措施克服系统中的噪声源,可以进一步提高系统的检测灵敏度.     

双频率调制谐振式光纤陀螺谐振谷分裂现象研究

谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyro,R-FOG)是利用光纤环形谐振腔的Sagnac效应实现对转动角速度检测的一种高精度惯性传感器件.双频率锯齿波组合调制技术可应用于谐振式光纤陀螺数字处理系统.实验发现,在基于双频率锯齿波组合调制技术的R-FOG系统中,对激光器输出光频率进行扫描时,在示波器上观察到光纤环形谐振腔的谐振曲线会分裂成两个谐振谷.利用频谱分析与光波场叠加原理相结合的方法对光纤环形谐振腔的输出光场进行了具体推导和仿真分析,并对谐振谷分裂现象的物理原因作了解释.仿真分析发现,光纤环形谐振腔的谱线宽度越窄或两个锯齿波组合调制频率相差越大,谐振谷分裂现象越明显.最后对这种谐振谷分裂现象进行了具体测试,实验测试结果和理论分析结果一致.     

谐振式光纤陀螺全数字闭环方案

谐振式光纤陀螺是一种新型的惯性传感仪器,与传统机械陀螺和其他光学陀螺相比具有很多理论上的优势.数字信号处理电路的谐振式光纤陀螺全数字闭环是采用双频率数字锯齿波相位调制技术对光路进行了相应的调制和解调.对光信号中夹杂的大量白噪声以及数字信号处理中由于有限位数的A/D引入的量化噪声进行综合考虑,提出了用比信号带宽高很多的采样率对含有噪声的信号进行过采样,加上后续的数字信号处理,低位数A/D和高位数A/D的检测效果几乎一样.数字调制的精度影响了系统的精度,使用平均法用低位的D/A可以实现很大的调制动态范围.经过基于文中设计的数字系统的实验,得到了和理论仿真类似的解调曲线,证明了文中提出的数字闭环方案的可行性.     

谐振式光学陀螺小型化光源频率跟踪锁定研究

谐振式光学陀螺是一种基于Sagnac效应的高精度新型角速度传感器,通过检测谐振腔顺逆时针两路光路的谐振频差得到角速度。谐振式光学陀螺的小型化关键是实现光源的小型化。基于半导体窄线宽小型化光源调制方式的特点,分析了谐振谷的频率跟踪锁定问题,实现了陀螺的频率跟踪控制。     

基于单片FGPA的谐振式光纤陀螺数字系统设计与实现

谐振式光纤陀螺（Resonator Fiber Optic Gyro,RFOG）是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速度的一种新型光学传感器,在小型化和集成化方面具有明显优势。相比于传统的模拟检测技术,数字检测技术具有稳定性好、抗干扰能力强、处理速度快和体积小、易于集成等优势。论文建立了基于单片可编程逻辑器件（Field Programmable Gate Array,FPGA）的数字RFOG系统,在单片FPGA上实现了基于比例积分控制技术的谐振频率伺服回路、用于自动反馈补偿相位调制器由于环境温度等发生变化时引起的2π复位电压漂移问题,以及体现Sagnac频差信号的第二闭环反馈控制回路。最后将研制的基于单片FPGA的闭环数字检测电路应用于实际RFOG系统,顺利验证了上述功能,并实际观测了陀螺转动信号。     

基于单片FPGA的谐振式光纤陀螺数字系统设计与实现

谐振式光纤陀螺( Resonator Fiber Optic Gyro,RFOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速度的一种新型光学传感器,在小型化和集成化方面具有明显优势.相比于传统的模拟检测技术,数字检测技术具有稳定性好、抗干扰能力强、处理速度快和体积小、易于集成等优势.本文设计了基于现场可编程门...     

调制信号工作频率对谐振式光纤陀螺影响的研究

在谐振式光纤陀螺中,为了解决模拟调制中对锯齿波的回扫时间和线性度的苛刻要求,提高陀螺的检测精度和标度因数的线性度,往往采用数字调制,即采用阶梯波替代锯齿波作为相位调制器的控制信号.从理论上推导了数字调制信号的工作频率与探测器输出光强之间的关系,并利用Simulinking软件仿真了调制信号工作频率对陀螺输出信号的动态范围、陀螺的检测灵敏度和谐振腔输出信号的影响,指出在陀螺系统的实际设计时,应综合考虑以上三方面的影响,合理选取调制频率的大小.     

谐振式陀螺检测信号调制技术研究

谐振式光纤陀螺（Resonator Fiber Optic Gyro,R-FOG）是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测试旋转角速率的一种新型传感器。实验对比了三种调制波形对谐振信号信噪比的影响,分析了锯齿波调制中复位脉冲问题以及三角波调制中的瞬态响应问题,确定了正弦波为最佳调制波形,提高了谐振信号的信噪比。在陀螺系统的锁频环路中,通过正弦波调制、解调得到了用于边带锁频（PDH）技术稳频的解调曲线,验证了正弦波调制方法的可行性及优越性。     

正弦波调制对谐振式陀螺中谐振信号的影响

谐振式光纤陀螺（R—FOG）是利用光学Sagnac效应实现对转动角速度检测的一种高精度惯性传感器件。理论分析了正弦波调制特性,搭建了光学微谐振腔的调制解调实验系统,实验对比了正弦波、锯齿波、三角波3种调制波形对谐振信号信噪比的影响,得出了正弦波调制效果最好,提高了谐振信号的信噪比。针对不同调制幅度和频率条件下的正弦波调制对谐振信号的影响进行了测试,得出了调制幅度和调制频率对谐振信号的影响,为光学微谐振腔在谐振式陀螺系统应用中相位调制选择最佳的参数提供了参考。     

谐振式光纤陀螺中偏振波动的影响

谐振式光纤陀螺是基于光学Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速率的一种新型光学传感器。通过对其噪声源的大量研究表明,偏振波动是谐振式光纤陀螺中的主要噪声因素之一。我们主要就偏振波动的产生机理及相应的补偿措施进行了详细分析。     

两种典型的光纤传感器研究现状与发展趋势

介绍了两种典型光纤传感器的研究和应用情况,提出了光纤传感器存在的问题及发展方向,为光纤传感器的深入研究提供了有益参考。     

多小波在光纤陀螺信号滤波中的应用研究

分析了光纤陀螺(FOG)信号噪声产生的原因,根据FOG信号零点漂移的不稳定性和随机性,在多小波多分辨率分析的基础上将多小波变换应用到FOG信号滤波处理中,并与标量小波多尺度分析进行了对比;理论分析和实验表明:多小波和标量小波都能在一定程度上抑制噪声对初始对准精度的影响,但多小波的滤波效果优于标量小波.     

谐振式光纤陀螺数字检测系统中A/D、D/A研究

谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyro,R-FOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速度的一种新型光学传感器.对R-FOG数字检测系统中A/D、D/A位数及量化精度进行了研究.在A/D端,利用过采样和低通滤波技术相结合,扩展A/D精度;在D/A端,利用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)提高有限位D/A的量化精度.最后将上述方案应用于实际的数字处理专用DSP芯片,利用12位A/D和14位D/A,组建了R-FOG数字检测系统,得到了和理论相类似的解调曲线,在此基础上,初步获得陀螺转动信号.     

面向角速度传感系统的微球腔实验研究

微腔角速度传感系统是新一代光学传感器的代表。提出一种面向角速度传感系统的微球腔,其中微球腔作为核心部件直径约为1 mm,根据测量及相关公式计算,半高全宽为10.5 MHz,自由谱宽65.89 GHz,Q值1.84×107,精细度为6.26×103。微球腔特有的高Q值、高分辨率、制备简单等性能,使其具有长远的发展前景。详细介绍了整个系统的工作原理,并通过使用不同波形、不同频率的扫频及调制信号进行实验,对比透射曲线和鉴频曲线的形态,获得在球腔系统中的最适参数。经验证,使用频率为10 Hz的正弦波进行扫频,1 MHz的三角波作为进行调制,能够使系统处于更优的状态。