一种小型数字闭环光纤陀螺半波电压调试方法

技术领域

本发明涉及光纤陀螺技术领域，更具体的说，特别涉及一种小型数字闭环光纤陀螺半波电压调试方法。

背景技术

光纤陀螺是一种基于Sagnac的角速率传感器，由于其成本低、工艺简单、可靠性高、抗冲击振动能力强，已经成为主流的传感器之一。光纤陀螺组成中的多功能集成光学器件(Y波导)，它的半波电压的确定在光纤陀螺的调试过程中起到重要作用。

光纤陀螺的调制方法通常有方波调制、四态波调制，小型数字闭环光纤陀螺因光纤环长度短，一般使用方波调制。方波调制通常需要在光纤陀螺生产过程中，首先要确定Y波导半波电压的近似值，而确定Y波导电压值，需要反复修改FPGA程序中Y波导半波电压的数字量，并重复通过示波器测量光纤陀螺中探测器的输出波形，确认Y波导的半波电压是否合理，整个过程繁琐，不利于光纤陀螺的调试工作。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种小型数字闭环光纤陀螺半波电压调试方法，该调试方法的过程简单，大大简化了调试小型光纤陀螺的调试过程，利于生产效率的提高。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种小型数字闭环光纤陀螺半波电压调试方法，所述光纤陀螺包括光源、耦合器、Y波导、探测器、A/D转换器、驱动电路、D/A转换器、FPGA芯片和光纤环，所述光源发出光信号经过耦合器耦合后，经Y波导调制后进入光纤环内发生干涉产生相位差；发生干涉后的光信号依次经过Y波导、耦合器后反馈至探测器，探测器将接收到的光信号转换为电信号；

所述调试方法包括：

根据光纤环的长度，确定光纤陀螺的渡越时间τ；

以4τ时间为周期，FPGA芯片控制D/A转换器输出模拟信号，并通过驱动电路控制Y波导输出设定波形；

每个4τ周期内，FPGA芯片控制A/D转换器在每个τ时间内依次采集探测器输出电信号的电压值；

根据所述电压值，计算4τ周期内Y波导的半波电压误差ΔD

根据ΔD

确定数字量稳定时的数值，并转换为对应的Y波导的半波电压。

进一步的，所述设定波形以4τ周期的时间为横轴，幅值为纵轴，设定波形在每个τ时间段内的幅值依次为0，

产生的相位差为：

进一步的，假设4τ周期内的采样点数为4n，且采样电信号为d

进一步的，所述半波电压误差ΔD

ΔD

进一步的，当ΔD

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的调试方法通过FPGA芯片控制D/A转换器，控制Y波导输出设定波形，并控制A/D转换器采集电压值，根据计算得到半波电压误差，调整D/A转换器的参考电压输出数字量，待数字量稳定时转换得到半波电压，通过FPGA芯片进行控制，能够自动将半波电压对应的数字量通过对外接口输出，不需要通过示波器测试探测器输出，调试方法的过程简单效率高，大大简化了调试小型光纤陀螺的调试过程，利于生产效率的提高。

(2)本发明的设定波长在每个τ时间段内的幅值依次为0，

(3)本发明根据半波电压误差来相应的调整D/A转换器的参考电压，使得输出的数字量准确可靠，也保证得到的半波电压值可靠，调整过程中逐步收敛、简单也可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为本发明小型数字闭环光纤陀螺的原理图。

图2为本发明小型数字闭环光纤陀螺半波电压调试方法的流程图。

图3为本发明设定波形的原理图。

图4为本发明调制相位点与设定波形的原理图(其中，调制相位点的原理图标为a，设定波形的原理图标为b)。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。

此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1所示，本发明提供一种小型数字闭环光纤陀螺半波电压调试方法，该光纤陀螺包括光源10、耦合器20、Y波导30、探测器40、A/D转换器50、驱动电路60、D/A转换器70、FPGA芯片80和光纤环90；

所述光源10发出光信号经过耦合器20耦合后，经Y波导30调制后进入光纤环90内发生干涉产生相位差；经过光纤环90发生干涉后的光信号依次经过Y波导30、耦合器20后返回到探测器40，探测器40负责将接收到的光信号转换为电信号。FPGA芯片80控制A/D转换器50采集探测器40的电信号的电压值，FPGA芯片80将采集到的电压值进行计算后，控制D/A转换器70输出模拟信号，通过驱动电路60驱动Y波导30输出调制光信号。

具体的，通过FPGA芯片80负责整个控制的时序、计算以及连接对外接口，整个控制构成一个闭环。

参阅图2所示，该调试方法的具体步骤包括如下：

步骤S1：根据光纤环90的长度确定光纤陀螺的渡越时间τ。

具体的，光纤陀螺的渡越时间为光信号在光纤环90中传播一周所需要的时间，即可以根据光纤环90的长度近似确定光纤陀螺的渡越时间τ。

步骤S2：根据确定的渡越时间τ，以4τ时间为周期，FPGA芯片80控制D/A转换器70输出模拟信号，并通过驱动电路60控制Y波导30输出设定波形，循环往复。

具体的，图3中所示，横轴为4τ周期的时间，纵轴为幅值，设定波形在每个τ时间段内幅值依次为0、

因此产生的相位差为：

其中，m＝0,1,2,3…，调制的相位为图4a中所示，图4b为对应的探测器40输出的电信号。

本实施例中，由于通常小型数字闭环光纤陀螺交替地工作在

步骤S3：每个4τ周期内，FPGA芯片80控制A/D转换器50在每个τ时间内依次采集探测器40输出电信号的电压值，并记为D

具体的，假设4τ周期内的采样点数为4n，且采样电信号可以标示为d

步骤S4：根据所述电压值，计算4τ周期内Y波导30的半波电压误差ΔD

ΔD

具体的，A/D转换器50采集的相邻四个周期的电压会受到Y波导30半波电压的影响，根据D/A转换器70的位数确认为Y波导的2π电压对应的数字量，例如16位D/A转换器70，用2^16＝65536代表了2π电压对应的数字量，14位D/AD/A转换器70，用2^14＝16384代表了2π电压对应的数字量。将D/A转换器70的初始参考电压设定为D/A转换器70最大参考电压的一半。

步骤S5：根据半波电压误差ΔD

具体的，当半波电压偏大时ΔD

π，调整过程中逐步收敛。

本实施例中，由于光纤陀螺工作时会产生2π复位，通过修改参考电压的大小来控制，并将半波电压与2π复位电压进行比较，只有半波电压在等于2π时才不会对光纤陀螺的输出产生影响，并输出当前半波电压对应的数字量。

步骤S6：通过对外接口观察数字量逐步趋于稳定时对应的数值，并转换得到对应Y波导的半波电压。

本发明提供的半波电压调试方法，整个过程全部在FPGA芯片80中自动完成，FPGA芯片80负责控制A/D转换器50的采集、D/A转换器70的输出，计算ΔD

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。