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光纤陀螺光电信号的分析与采集

作　者: 王立辉
导　师: 李绪友
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 数字闭环光纤陀螺数据采集干涉信号温度特性阶梯波反馈特性
分类号: V241.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 673次
引　用: 3次
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内容摘要

光纤陀螺是建立在Sagnac效应基础上的光学干涉仪,主要用来检测外部载体的运动角速度。由于光纤陀螺是通过对微弱信号的检测处理来获取外部角速度信息,因此,光纤的特性、光波信号的特点,以及光纤特性对光波信号的影响都对光纤陀螺的性能具有很大的影响。文章从光波的偏振态理论和光纤陀螺的互易性理论出发,研究光纤的特性以及光波信号在光纤中传播的特点,分析光学信号在光纤陀螺中的干涉原理以及光波在传播过程中的误差机理,对于提高光纤陀螺的精度和稳定性,减小光学信号误差对光纤陀螺的影响是十分有意义的。光源是光波信号的源头,光源光功率和平均波长的稳定性直接影响到光纤陀螺的整体性能。文章分析了光源特性对陀螺的影响,以及光源控制电路的原理。电光相位调制器是数字闭环光纤陀螺系统中的关键部件,主要用于产生偏置相移,使整个闭环系统始终工作在零点附近。Y波导集成了Y分支和模式偏振两个部分,其主要性能指标对光纤陀螺都具有很大的影响,文中对Y波导进行了分析和试验探讨。温度是光纤传感领域的一大难题,光纤陀螺也不例外。为了减小温度对光纤环的影响,我们采用了四机子绕线法,并且利用自行研制的半自动绕线机构完成了多个光纤环的绕制。文章主要从温度对光纤环的影响出发,结合实际工作,完成对该方面内容的分析。在光纤陀螺数据处理系统中,干涉信号采集及其时序控制是非常关键的。以FPGA为技术背景,针对干涉信号的特点以及高速A/D转换器的性能与工作特点,文章分析了数据处理和A/D采样的控制程序,以及精确实现光纤陀螺高速数据的采样与转换的方法。最后,结合光纤陀螺干涉信号的输出,以Y波导为中心,构建闭环控制原理图,推导出系统的传递函数,探讨数字闭环光纤陀螺的反馈特性。

全文目录

第1章绪论  11-17
  1．1 光纤技术及其特点  11-12
  1．2 光纤陀螺的现状及特点  12-14
  1．3 课题的意义  14-15
  1．4 课题的主要研究内容  15-17
第2章光纤陀螺光学原理分析及消偏型光纤陀螺的设计  17-38
  2．1 引言  17
  2．2 光的干涉原理分析  17-19
    2．2．1 相干光  17-18
    2．2．2 光的相干长度  18-19
  2．3 光纤结构及光纤光学特性分析  19-24
    2．3．1 光纤的结构  19-20
    2．3．2 光纤的模式分析  20-23
    2．3．3 保偏光纤  23-24
  2．4 光纤传感技术中光相位的调制原理  24-26
    2．4．1 功能型相位调制原理  24
    2．4．2 Sagnac效应相位调制原理  24-26
  2．5 数字闭环光纤陀螺的基本原理  26-30
    2．5．1 数字闭环光纤陀螺的原理分析  26-28
    2．5．2 光纤陀螺的互易性  28-30
  2．6 光纤陀螺误差源及其消除办法  30
  2．7 消偏型光纤陀螺的原理及应用分析  30-37
    2．7．1 消偏器的消偏原理及消偏器的结构参数计算  31-33
    2．7．2 消偏器输入输出端口的互易性  33-35
    2．7．3 消偏型光纤陀螺的结构分析  35-36
    2．7．4 消偏陀螺的测试结果  36-37
  2．8 本章小结  37-38
第3章光源控制电路的设计及电光相位调制器的性能分析  38-52
  3．1 引言  38
  3．2 光纤陀螺用光源的特性  38-41
  3．3 SLD光源特性对光纤陀螺零漂的影响  41
  3．4 光纤陀螺用SLD光功率光波长稳定性研究  41-46
    3．4．1 SLD光源的工作原理及特性分析  41-42
    3．4．2 SLD光源控制电路的工作原理与设计  42-43
    3．4．3 SLD光源自动光功率控制(APC)电路分析  43-44
    3．4．4 SLD光源自动温度控制(ATC)电路分析  44-46
  3．5 SLD光源的保护电路  46
  3．6 光源温度试验  46-49
  3．7 光纤陀螺用电光相位调制器(Y波导)的研究  49-51
    3．7．1调制带宽  50
    3．7．2 闭环光纤陀螺中铌酸锂相位调制器的背向反射及其影响  50-51
    3．7．3 Y波导温度试验  51
  3．8 本章小结  51-52
第4章光纤陀螺温度特性分析及光纤环的绕制  52-65
  4．1 引言  52
  4．2 环境温度对光纤陀螺输出特性的影响  52-56
    4．2．1 温度相位噪声  52-53
    4．2．2 光纤环的温度Shupe误差  53-54
    4．2．3 常用的绕制方法以及四极对称绕法抑制Shupe误差的原理  54-56
  4．3 光纤陀螺残余温度漂移的原因分析及温度补偿的原理  56-58
    4．3．1 温度采集原理  57
    4．3．2 温度补偿方案的探讨  57-58
  4．4 光纤环  58-63
    4．4．1 光纤环绕制方法和易出现的缺陷  59-60
    4．4．2 光纤环应力不均匀对光纤陀螺精度的影响  60-62
    4．4．3 绕制光纤环过程中出现的问题及解决方法  62-63
  4．5 光纤环的缠绕结果及应力曲线分析  63
  4．6 本章小结  63-65
第5章数字闭环光纤陀螺干涉信号的采集及反馈特性的研究  65-76
  5．1 引言  65
  5．2 基于FPGA的光纤陀螺的信号采集  65-71
    5．2．1 数字闭环光纤陀螺的检测方法  66-69
    5．2．2 光纤陀螺干涉信号的特点及信号采样处理  69-70
    5．2．3 基于FPGA的时序控制电路实现  70-71
  5．3 数字闭环光纤陀螺的反馈特性分析  71-75
    5．3．1 阶梯波对光纤陀螺的调制  71-72
    5．3．2 光纤陀螺中阶梯波调制的系统方框图  72-73
    5．3．3 前向传递函数与反馈系数之间关系式的确定  73-74
    5．3．4 光纤陀螺干涉信号输出的测试  74-75
  5．4 本章小结  75-76
结论  76-78
参考文献  78-81
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  81-82
致谢  82

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