光纤陀螺仪第三闭环回路控制研究2022年10月28日陀螺仪电路接法

作者简介:王雅(1995—),女,陕西渭南人,硕士。研究方向:主要从事光纤陀螺仪电路与系统的研究。

目前,对SLD 光源的驱动普遍

光源的主要作用是为光纤陀螺仪提供产生Sagnac效应所需的合适光信号,因此要求使用的光源可靠性高、体积小、寿命长,同时还具备短相干长度、窄的光束发散角及较高的输出功率。SLD 光源是自发辐射的单路光放大器件,发射部分偏振光,光波输出波长稳定、偏振度适宜,这些优点使其成为当前光纤陀螺仪使用的理想光源[4]。

为减小光源不稳定造成的误差影响,对SLD 光源的驱动控制进行研究。光源驱动控制多采用恒流驱动与温度控制相结合的方式来间接稳定光功率,这种方法并不能保证光源工作的稳定性与可靠性[3]。因此,本文提出光源光功率控制技术,在陀螺仪内部增加第三闭环回路反馈,以此提高SLD 光源的控制精度,满足系统要求。

SLD 光源作为光纤陀螺仪光路结构中唯一的有源功率元件,探测器探测到的光功率取决于光源的输出功率和整个光学系统的总损耗。散粒噪声引起的随机游走与返回探测器的光功率的平方根成反比,为提高光纤陀螺仪的性能,必须提高光源的输出光功率。

:光纤陀螺仪是以Sagnac效应为基础的角速度敏感器件,依靠其性能优势已获得广泛应用。超辐射发光二极管(SLD)是目前光纤陀螺仪中普遍采用的光源,其特性将直接影响到陀螺仪的整体性能。对SLD光源的工作机理进行研究,分析其光电特性及光源光功率稳定性对陀螺性能的影响。根据光源对驱动电路的要求,提出光功率控制方案,引入陀螺仪第三闭环回路控制, 采用数字电流源实现光功率的动态调节。试验结果表明,陀螺仪在全温条件下启动时间缩短在0.5 s以内、光功率波动控制在1%,零偏稳定性提高。

光纤陀螺仪是当前导航与制导领域广泛使用的惯性器件,具有尺寸小、牢固稳定、启动时间短等特点[1]。为扩大动态测量范围、提高测试性能,信号解调过程中通常构建数字阶梯波反馈相移以及阶梯波复位控制双重闭环回路,保证全温条件下的控制精度。目前光纤陀螺仪普遍采用超辐射发光二极管(Super-luminescent Diode,SLD)作为光源,SLD 性能的不稳定会对光 纤陀螺仪的精度产生极大影响。随着使用时间的增长,SLD 光源输出光功率会逐渐降低;且光源的输出光功率以及光波长易受温度变化影响,复杂的环境因素会对陀螺仪性能造成较大的干扰[2]。

作者:王雅,吉世涛,任宾(中国航天科技集团公司第九研究院航天十六所,西安 710100)

式中:L 为光纤总长度;D 为光纤环直径; λ 为光在真空中的波长;c 为光在真空中的速度;Ω 为陀螺转动角速率。由式(2) 可知:光源输出功率I0 的不稳定将影响光纤陀螺仪的测量精度,而平均波长λ 的波动也将导致光纤环的非互易相移产生漂移,即影响光纤陀螺仪标度因数的稳定性。

φS为Sagnac 相移。目前,I0 为初始光强;式中:I 为检测光强;对正、负半周期信号相减并化简之后可得出:K0 为比例系数;对干涉式光纤陀螺仪的研究普遍采用方波偏置方案,

光纤陀螺仪第三闭环回路控制研究2022年10月28日陀螺仪电路接法

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