Sagnac光纖干涉儀的數(shù)字閉環(huán)檢測技術(shù).pdf

1、Sagnac光纖干涉儀(Optical—Fiber Interferometer)在物體旋轉(zhuǎn)絕對角速度以及電流強度的測量等方面有著廣泛的應(yīng)用。它的信號檢測方案主要有兩種，開環(huán)檢測和閉環(huán)檢測。與開環(huán)檢測相比，閉環(huán)檢測具有更大的動態(tài)范圍以及更好的標度因數(shù)線性度，同時系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單，更有利于系統(tǒng)的小型化、工程化以及批量化生產(chǎn)。本論文的內(nèi)容是關(guān)于Sagnac光纖干涉儀的數(shù)字閉環(huán)檢測技術(shù)研究。
　　 論文首先論述了數(shù)字閉環(huán)檢測技術(shù)的基本

2、原理，然后分別分析了數(shù)字閉環(huán)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、光路結(jié)構(gòu)、光路器件以及光路噪聲，最后重點分析了數(shù)字閉環(huán)的電路結(jié)構(gòu)，電路模塊對系統(tǒng)信噪比的優(yōu)化作用，并設(shè)計了硬件電路。
　　 該數(shù)字閉環(huán)方案采用方波調(diào)制，階梯波反饋的檢測方案。信號的核心處理單元是FPGA，主閉環(huán)路的設(shè)計以及2π自動復(fù)位控制電路的設(shè)計均通過FPGA來實現(xiàn)。利用FPGA開發(fā)的優(yōu)勢，通過改變各個參數(shù)化模塊的參數(shù)值，使得所設(shè)計的電路適用于不同環(huán)長的Sagnac光纖干涉儀。信號處理后

3、的數(shù)據(jù)存于FPGA的寄存器中，通過在FPGA中設(shè)計通信控制器，實現(xiàn)FPGA與上位機的通信，而不需要額外的通信電路單元，從而簡化了電路板的設(shè)計。
　　 所設(shè)計的數(shù)字閉環(huán)檢測電路對一號(827m環(huán)長)以及二號(1000m環(huán)長)陀螺進行檢測。對于一號陀螺，檢測結(jié)果為：在動態(tài)范圍為±70°/s的情況下，干涉式光纖陀螺的標度因數(shù)為159.1 bit/°/s、標度因數(shù)非線性為593.54 ppm、標度因數(shù)不對稱性為377.12 ppm、零漂

4、為4.9089°/h。
　　 所設(shè)計的數(shù)字閉環(huán)電路和鎖定放大器儀器分別對二號陀螺進行檢測。閉環(huán)電路的檢測結(jié)果為：陀螺零漂為0.514°/h，陀螺零偏為—31.535°/h，標度因數(shù)為251.415 bit/°/s。鎖定放大器儀器的檢測結(jié)果為：陀螺的零漂為0.818°/h，零偏為—29.455°/h，標度因數(shù)為8.8 mv/°/s。
　　 實驗結(jié)果表明，所設(shè)計的數(shù)字閉環(huán)檢測電路適用于不同環(huán)長的光纖陀螺，并且利用鎖定放大器儀