一種靜態(tài)條件下測量光纖陀螺帶寬的方法
【專利摘要】一種靜態(tài)條件下測量光纖陀螺帶寬的方法，在測試頻率范圍內(nèi)設(shè)定多個測試頻率點和每個頻率點的外接信號發(fā)生器輸出電壓信號幅度；分別產(chǎn)生不同頻率的正弦電壓信號，在各個頻率點下采集光纖陀螺的輸出信號；計算與正弦電壓信號作用等效的角振動幅度，并利用最小二乘法計算擬合后光纖陀螺輸出角速度信號的幅值；得到光纖陀螺在各頻率點的響應(yīng)度，擬合出光纖陀螺的響應(yīng)度隨頻率變化曲線中響應(yīng)度為0.707時對應(yīng)的頻率值即為光纖陀螺帶寬。本發(fā)明能夠在靜態(tài)條件下測量光纖陀螺帶寬，并且能夠測量轉(zhuǎn)臺角振動方法無法測量的高帶寬光纖陀螺帶寬，最大程度上滿足了光纖陀螺帶寬測試的需求。
【專利說明】一種靜態(tài)條件下測量光纖陀螺帶寬的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測量光纖陀螺帶寬的方法，特別是一種靜態(tài)條件下測量光纖陀螺 帶寬的方法，屬于光纖陀螺測試領(lǐng)域，適合于光纖陀螺的帶寬測量。

【背景技術(shù)】
[0002] 閉環(huán)干涉型光纖陀螺儀是一種基于Sagnac效應(yīng)的角速度傳感器，其系統(tǒng)構(gòu)成如 圖2所示。在光纖陀螺光路中，光源發(fā)出的光經(jīng)過耦合器后到達Y波導(dǎo)，經(jīng)過Y波導(dǎo)后分成 強度相同的兩束光進入光纖環(huán)，在光纖環(huán)中傳播一周后，兩束光在Y波導(dǎo)處匯合并形成干 涉光束，由于光纖環(huán)相對慣性空間存在著轉(zhuǎn)速，兩束光之間存在著與光纖環(huán)轉(zhuǎn)速成正比的 相位差。干涉光束經(jīng)耦合器后進入探測器，探測器將干涉光束的強度信號轉(zhuǎn)換為電信號。 光纖陀螺電路實時檢測干涉光束的相位差，并將相位差補償?shù)?，由于補償?shù)南辔徊钆c轉(zhuǎn)速 成正比，所以補償值即可表示光纖環(huán)的轉(zhuǎn)速。光路相位差是通過探測器輸出的電信號表示 檢測出來的，光纖陀螺電路對光路施加的相位補償是通過光纖陀螺電路上的運算放大器對 Y波導(dǎo)的輸入端施加電壓調(diào)制信號實現(xiàn)的。
[0003] 通常光纖陀螺的帶寬是通過轉(zhuǎn)臺角振動的方法測試。測試時將光纖陀螺固定在轉(zhuǎn) 臺上，光纖陀螺敏感軸與轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)軸平行，當(dāng)轉(zhuǎn)臺以給定的頻率和幅度進行正弦角振動時，光 纖陀螺輸出相應(yīng)頻率的正弦轉(zhuǎn)速信號。光纖陀螺的輸出信號的幅度與轉(zhuǎn)臺輸入轉(zhuǎn)速的幅度 的比值稱為光纖陀螺的響應(yīng)度，根據(jù)不同角振動頻率下光纖陀螺的響應(yīng)度，可擬合光纖陀 螺響應(yīng)度隨角振動頻率的變化曲線，即幅頻曲線，通常定義幅頻曲線下降到_3dB時對應(yīng)的 頻率點為光纖陀螺帶寬。
[0004] 在上述帶寬測試過程中，轉(zhuǎn)臺的作用是在提供正弦轉(zhuǎn)動信號，作為帶寬測試的輸 入信號，光纖陀螺的輸出信號即是對輸入信號的相應(yīng)。由Sagnac效應(yīng)可知，在轉(zhuǎn)臺的正弦 角振動使得光纖陀螺內(nèi)部產(chǎn)生的物理效應(yīng)是光纖陀螺光路中的干涉光束之間產(chǎn)生了與轉(zhuǎn) 臺轉(zhuǎn)速同頻的正弦相位差。光纖陀螺將該相位差檢測出并轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)速值輸出。
[0005] 在靜態(tài)條件下，在光纖陀螺的Y波導(dǎo)施加正弦的電壓信號
[0006]V(t) =A*sin(2nf〇t) (I)
[0007] 其中A為信號幅度，t為時間，&為信號頻率，π為圓周率。則該信號對兩個干涉 光束產(chǎn)生的相位調(diào)制分別為

【權(quán)利要求】
1. 一種靜態(tài)條件下測量光纖陀螺帶寬的方法，所述光纖陀螺包括電連接的運算放大器 和Y波導(dǎo)，其特征在于步驟如下： (1) 將光纖陀螺內(nèi)電連接的運算放大器和Y波導(dǎo)斷開，將光纖陀螺內(nèi)的運算放大器和 外接信號發(fā)生器的輸出端分別與外接運算放大電路的兩個輸入端電連接，將Y波導(dǎo)的輸入 端與外接運算放大電路的輸出端電連接； (2) 設(shè)定光纖陀螺帶寬測試的測試頻率范圍為：0Hz?NtlHz,并在測試頻率范圍內(nèi)設(shè)定 多個測試頻率點，所述測試頻率點按照由小到大的順序構(gòu)成數(shù)組F; (3) 設(shè)定步驟（2)數(shù)組F中的每個頻率點的外接信號發(fā)生器輸出電壓信號幅度A; (4) 光纖陀螺、外接信號發(fā)生器和外接運算放大電路上電工作，外接信號發(fā)生器按照步 驟（2)中設(shè)定的頻率點和步驟（3)中設(shè)定的輸出電壓信號幅值分別產(chǎn)生不同頻率的正弦電 壓信號，在各個頻率點下采集光纖陀螺的輸出信號； (5) 在步驟（2)中設(shè)定的每個測試頻率點條件下，計算步驟（4)中與正弦電壓信號作用 等效的角振動幅度，將各測試頻率點下計算的等效角振動的幅度按照頻率從小到大的順序 構(gòu)成數(shù)組B，所述等效角振動的幅度具體由公式：
給出，式中，ΩΑ為等效角振動的幅度，L為光纖陀螺的量程，Vh為光纖陀螺Y波導(dǎo)的半 波電壓，η為圓周率，f〇為信號發(fā)生器當(dāng)前產(chǎn)生的正弦電壓信號的頻率，τ為光纖陀螺的 本征周期； (6) 在步驟⑵中設(shè)定的每個測試頻率點條件下，利用最小二乘法，將步驟（4)中采集 的光纖陀螺輸出信號按照正弦信號擬合出光纖陀螺輸出角速度信號，計算擬合后光纖陀螺 輸出角速度信號的幅值，并將光纖陀螺輸出角速度信號的幅值按照頻率由小到大的順序構(gòu) 成數(shù)組C; (7) 將數(shù)組C中各頻率點光纖陀螺輸出角速度信號的幅值分別除以數(shù)組B中對應(yīng)頻率 點等效角振動幅度；得到光纖陀螺在各頻率點的響應(yīng)度，并將各頻率點光纖陀螺的響應(yīng)度 按照頻率由小到大的順序構(gòu)成數(shù)組D; (8) 利用數(shù)組D和數(shù)組F，擬合出光纖陀螺的響應(yīng)度隨頻率變化曲線，該曲線中響應(yīng)度 為0. 707時對應(yīng)的頻率值即為光纖陀螺帶寬。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靜態(tài)條件下測量光纖陀螺帶寬的方法，其特征在于：所 述步驟（4)中采集光纖陀螺的輸出信號時，每個頻率點采集時間不少于10s。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靜態(tài)條件下測量光纖陀螺帶寬的方法，其特征在于：所 述步驟⑵中Ntl的取值范圍為：0?2000。
【文檔編號】G01C25/00GK104457791SQ201410708137
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】趙政鑫, 王巍, 于海成, 王軍龍, 李超, 石海洋, 楊學(xué)禮 申請人:北京航天時代光電科技有限公司