光纖角速度傳感器漂移與噪聲抑制方法研究.pdf

1、光纖角速度傳感器是一種基于Sagnac效應(yīng)的傳感器，它通過(guò)測(cè)量沿光纖線(xiàn)圈順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较騻鞑サ膬墒獾墓獬滩?，?lái)測(cè)量光纖線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)速。因?yàn)槠錅y(cè)量精度高、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大、體積小、重量輕、易集成等優(yōu)點(diǎn)，以及其在軍事及民用領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景，比如，衛(wèi)星定位、導(dǎo)彈制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等，使其成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)光纖傳感器領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)外光纖角速度傳感器研究成果和研究進(jìn)展情況，從實(shí)現(xiàn)光纖角速度傳感器大動(dòng)態(tài)范圍及實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量的要求出發(fā)

2、，主要做了以下工作：
　　 1、首先，分析了光纖角速度傳感器測(cè)量原理及干涉儀輸出信號(hào)的特點(diǎn)，在傳感器閉環(huán)調(diào)制解調(diào)的基礎(chǔ)上，建立了傳感器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，并利用Matlab軟件中的Simulink工具對(duì)動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行了仿真分析，根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)實(shí)際的參數(shù)進(jìn)行了選取。
　　 2、其次，研究了閉環(huán)解調(diào)系統(tǒng)中的光電信號(hào)增益帶寬選擇、A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)、D/A轉(zhuǎn)換器位數(shù)和反饋電路參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)上述硬件參數(shù)要求，選擇了合適器件，完成

3、了基于FPGA的數(shù)字閉環(huán)解調(diào)硬件電路搭建，并測(cè)試了電路各個(gè)環(huán)節(jié)的噪聲。
　　 3、再次，在硬件電路的基礎(chǔ)上，采用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了算法的編程，主要包括光纖環(huán)渡越時(shí)間測(cè)試算法、Y波導(dǎo)半波電壓測(cè)試算法和傳感器系統(tǒng)測(cè)試算法。在軟件和硬件的基礎(chǔ)上，對(duì)光纖環(huán)渡越時(shí)間和Y波導(dǎo)半波電壓進(jìn)行了實(shí)際的測(cè)試，同時(shí)測(cè)試了四態(tài)波調(diào)制情況下傳感器系統(tǒng)的輸出結(jié)果，主要測(cè)試了開(kāi)環(huán)和閉環(huán)情況下傳感器系統(tǒng)的輸出結(jié)果，并在閉環(huán)情況下對(duì)傳感器系

4、統(tǒng)旋轉(zhuǎn)不同角度時(shí)傳感器輸出結(jié)果進(jìn)行了測(cè)試。為了數(shù)據(jù)的顯示及存儲(chǔ)方便，采用LabVIEW軟件編寫(xiě)了上位機(jī)程序，并利用RS485串行接口實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與下位機(jī)的通信。
　　 4、最后，分析了光源RIN噪聲的的特性及其抑制方法，主要對(duì)相減處理噪聲抑制方案和相加處理噪聲抑制方案進(jìn)行了分析，在搭建了噪聲抑制的硬件電路的基礎(chǔ)上，分別對(duì)兩種方案編寫(xiě)程序進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了兩種光源RIN噪聲抑制的方法，并給出了實(shí)際的測(cè)試結(jié)果。
　　 綜上所

5、述，根據(jù)選擇的仿真參數(shù)，傳感器系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型的階躍響應(yīng)時(shí)間在0.4ms左右，說(shuō)明參數(shù)選擇合理，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。在仿真的基礎(chǔ)上，根據(jù)仿真參數(shù)，選取了實(shí)際的器件，搭建了傳感器系統(tǒng)的硬件電路并編寫(xiě)了測(cè)試程序。測(cè)試結(jié)果表明：光纖環(huán)渡越時(shí)間的測(cè)量精度在2.6ns范圍內(nèi)；半波電壓的精度在3mv范圍內(nèi)；當(dāng)傳感器的軸對(duì)應(yīng)南北方向的位置時(shí)，傳感器系統(tǒng)的零漂穩(wěn)定性為0.0148°/h；當(dāng)傳感器的軸對(duì)應(yīng)東西方向的位置時(shí)，傳感器系統(tǒng)的零漂穩(wěn)定性為0.00689°/