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。     

闭环方波调制谐振型光纤陀螺标度因子非线性分析

对采用方波频率调制的谐振型光纤陀螺(R-FOG)的闭环控制方案进行了分析.当光波频率偏离谐振中心频率时,R-FOG反射光强将出现方波强度调制信号,利用此误差信号可以实现R-FOG的闭环控制,将CW和CCW两束光的光波频率分别锁定为其谐振频率.两束光的闭环频率锁定分别通过激光器频率调节和频率偏置调制实现,锁定精度由控制系统的精度决定.对基于方波调制的闭环R-FOG的标度因子非线性进行了分析.分析表明,标度因子非线性受闭环频率控制精度的影响,影响的大小与谐振腔的谐振精细度相关.谐振精细度越高,频率控制精度的影响越大.对于50精细度的谐振腔,100 ppm的标度因子非线性要求频率控制精度优于1 113 Hz,而对于100精细度的谐振腔,对频率控制精度的要求提高为605 Hz.     

谐振式集成光学陀螺三角波调制误差分析

在基于模拟三角波相位调制技术的谐振式集成光学陀螺(IORG)调制方案中,调制三角波参数受外界环境等变化而产生波动是陀螺输出误差的主要来源之一。给出了调制三角波参数与陀螺输出的特性关系;分析了调制三角波参数波动与陀螺标度因数的变化关系;仿真计算了调制三角波参数波动与陀螺输出非线性度的关系。搭建了IORG实验系统,通过采用精密高频波形产生器产生调制三角波,得到了1h零偏稳定性为0.69(°)/s,±500(°)/s动态范围内非线性度为0.96%的陀螺输出。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调制方法改善集成光学陀螺检测精度的可行性。     

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。     

简易多种波形发生器

通常的方波-三角波振荡器,都使用正负对称的双向电源供电,其输出波形的不对称度是固定不变的,两种波形同步调幅困难.此外,调节三角波幅值的同时,也改变了三角波和方波的频率.这里介绍一种采用单电源供电的方波-三角波发生器,其电原理图如图1所     

一种实验室可用的虚拟波形发生器设计

为了便于在实验室中对任意频率与波形信号进行实时调制,文中提出一种采用STM32F103ZET6单片机和Proteus软件相结合的方法,实现了一种易操作、可便携的虚拟函数信号发生器的设计。该函数信号发生器采用STM32系列单片机作为主控芯片,同时外接矩阵键盘、D/A转换器、LCD12864显示系统,并且借助Proteus仿真实验可以很好地输出频率和幅度可调的方波、三角波、正弦波以及锯齿波等波形。实验结果表明,该虚拟函数信号发生器可以在输出信号失真很小的情况下,使得系统操作性能稳定,并且降低成本和技术难度。     

基于LabWindow/CVI虚拟信号发生器的设计与实现

介绍一种基于虚拟仪器软件开发平台Labwindow／CVI的虚拟信号发生器的设计与实现。该仪器不仅可以产生实验室常用的正弦波、方波、三角波等基本波形,而且还可以产生工程中常用的白噪声及ASK等调制波形。同时具有界面友好、操作方便、产生波形失真度小、频带宽及频率分辨率高等特点。     

直接数字频率合成器的教学实验

本文介绍一个电子系统设计实验-直接数字频率合成（DDS）信号源的设计与实现。该信号源可输出一定频率范围的正弦波、方波和三角波信号，输出频率可通过键盘进行预置，输出信号的类型和频率由LED数码管显示。实验采用单片机完成波形的相位、幅度值计算，波形数据存储在RAM中；用CPLD进行相位累加，并提供与单片机和数码管、RAM及内部累加器的接口和控制，由RAM读出的波形数据通过DAC芯片转换为模拟量，最后经一个模拟滤波器，对输出波形进行平滑。     

简易信号发生器的故障分析与解决方法

在此通过对简易信号发生器的设计和调试,发现其产生的正弦波、方波和三角波均存在不同程度的失真。为了改善频率较大时方波产生的失真情况,采用高速率运放或者减小正弦波的频率来解决。为了改善三角波的失真情况,采用增大积分电阻R或者积分电容C,也可以采用减小方波的幅值,即在过零比较器的输出端接双向稳压管,限制输出方波的幅度在一定范围内。经过分析和改进,完善了简易信号发生器的设计,改善了3种波形的失真情况。     

基于MSP430和DDS的信号发生器设计

本设计是基于MSP430和DDS的信号发生器。系统采用MSP430单片机为控制核心,利用DDS产生正弦波,并通过按键来选择输出的波形以及调节频率和相位,频率调节范围为0~10000Hz,可在液晶屏上显示。系统主要由信号发生模块、显示模块和控制模块组成,可输出正弦波、方波、三角波、锯齿波等各种不同的波形。此设计可产生比较稳定的波形信号,方便移植到实际应用中。     

An Open-Loop Test of a Resonator Fiber Optic Gyro

谐振式光纤陀螺是基于光学Sagnac效应来测量载体旋转角速度的一种新型传感器.利用调相谱检测技术,建立了谐振式陀螺的开环响应测试系统.利用自行研制的锁相放大器和反馈控制电路,得到了线性度很好的解调曲线.从解调曲线的线性工作区可进一步得到系统的动态范围高达 4.2～-4.2rad/s.通过对顺时针和逆时针光路采用不同的频率调制,成功地观察到对应两个不同旋转方向的陀螺开环响应输出信号.最后,对系统的零漂进行了测试,在5s时间内观察到系统的零漂为0.02rad/s.     

谐振式光学陀螺锁频偏差的消除方法研究

谐振式光学陀螺系统需要使用激光器跟踪锁定谐振频率进行角速度检测,但其所用的半导体激光器存在光功率波动问题,受到相位调制器残余强度调制的影响,会使系统的解调曲线中心点发生偏移,导致陀螺系统出现锁定偏差,输出路形成长期漂移,该文对此进行了仿真分析与实验测试,并通过标定光功率与解调曲线中心点的方式得到两者线性关系,实时检测光功率补偿陀螺系统锁频点,消除光功率波动引起的陀螺输出误差,在本方案下陀螺系统的零偏稳定性测试为80 (°)/h,且输出路无漂移现象,能够提升陀螺系统的长期工作稳定性。     

Monolithically integrated resonator microoptic gyro on silicaplanar lightwave circuit

We report a novel configuration of resonator microoptic gyro (MOG), which is monolithically integrated on silica planar lightwave circuit (PLC) with countermeasures for noise factors. Optical ring-resonator gyros suffer mainly from polarization fluctuation induced noise and backscattering induced noise. We discuss eigenstate of polarization in the waveguide to clarify behavior of the former and propose a countermeasure with control of the waveguide birefringence. As for the latter, binary phase shift keying (B-PSK) with a special signal processing is proposed. Thermooptic (TO) phase modulation is the only one scheme to apply B-PSK in the silica waveguide, whose bandwidth is limited to ~1 KHz. To utilize the narrow bandwidth of the TO modulator effectively, we propose an electrical signal processing scheme and a modulation waveform to compensate the frequency response. By constructing an experimental setup, suppression of the backscattering induced noise is demonstrated, and the gyro output is observed with applying an equivalent rotation     

谐振式光纤陀螺开环响应测试

谐振式光纤陀螺是基于光学Sagnac效应来测量载体旋转角速度的一种新型传感器.利用调相谱检测技术,建立了谐振式陀螺的开环响应测试系统.利用自行研制的锁相放大器和反馈控制电路,得到了线性度很好的解调曲线.从解调曲线的线性工作区可进一步得到系统的动态范围高达+4.2～-4.2rad/s.通过对顺时针和逆时针光路采用不同的频率调制,成功地观察到对应两个不同旋转方向的陀螺开环响应输出信号.最后,对系统的零漂进行了测试,在5s时间内观察到系统的零漂为0.02rad/s.     

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。     

石英微机电陀螺的频率干扰特性研究

石英微机电陀螺是一种哥氏（Coriolis）振动陀螺,其敏感芯片采用音叉式结构,工作时音叉处于谐振状态。敏感芯片具有多阶模态,前9阶模态覆盖频率为3~21 kHz。敏感芯片的部分模态易受外部振动影响而导致敏感芯片产生共振,使陀螺产生零位偏移误差,陀螺的零位偏移误差可达0.5 （°）/s。该文分析了敏感芯片模态共振误差机理,提出通过结构错频设计避免外部环境特定频率对敏感芯片的影响,从而抑制了零位偏移误差,零位偏移误差减小到约0.03 (°)/s,提高了陀螺的振动环境适应性。     

调制电压幅值及噪声对谐振式光纤陀螺零偏稳定性的影响研究

谐振环路背向散射噪声是谐振式光纤陀螺(resonator fiber optic gyroscope, RFOG)系统中的主要光学噪声之一。本文基于谐振环中背向散射噪声对陀螺输出误差影响的理论分析,对比不同调制波形和载波抑制路数的影响,得到最佳方案为三角波双路调制。基于该方案,建立陀螺零偏及零偏稳定性(bias stability, BS)误差与调制电压幅值及噪声关系的理论模型,结合直径0.1 m,光纤总长10 m,精细度24的陀螺参数,得到背向散射噪声导致的陀螺BS对调制电压变化范围与噪声幅值量化指标的需求,为特定精度的陀螺设计奠定误差分配和控制参数设计基础。     

T型反馈网络在谐振式光纤陀螺频率锁定中的应用

谐振式光纤陀螺（R-FOG）的频率锁定是陀螺信号检测的关键技术,尤其在长时间的测试中,谐振频率的锁定稳定度决定了陀螺的输出性能。根据光纤环形谐振腔的传输理论,分析了其谐振特性及其一次谐波特性;搭建了R-FOG测试系统,采用正弦波相位调制解调技术实现谐振谱线一次谐波的输出;在分析由运算放大器构成的传统模拟比例积分（PI）电路的漂移误差源的基础上,给出了可以有效抑制漂移误差的T型反馈网络,应用到谐振式光纤陀螺的谐振频率锁定中,得到了较好的锁定效果,经Allan方差分析,谐振频率长时间（4000s）的锁定稳定度优于910-12。