全数字开环光纤陀螺调制信号的产生方法

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光纤陀螺原理及应用课件

光纤陀螺原理及应用课件
欢迎参加本课程！本课程将介绍光纤陀螺的定义、原理和应用领域，以及其在惯性导航、航空航天和地震监测中的重要性。让我们开始吧！
光纤陀螺的定义和原理
光纤陀螺利用光纤中的轴向光束干涉现象实现精密测量。光纤陀螺原理基于光的传播速度与光路长度的微小变化。
光纤陀螺的结构和工作方式
光纤陀螺由光源、光路、光探测器和信号处理器组成。通过检测光纤中的干涉信号，确定旋转角速度。
光纤陀螺的发展前景及挑战
光纤陀螺具有广阔的应用前景，但也面临着技术创新、信号处理和成本降低等挑战。持续研究和发展将推动其应用领域的拓展。
Hale Waihona Puke 光纤陀螺的应用领域惯性导航
光纤陀螺用于导航系统，提供高精度的姿态和位置测量，应用于航空、航海和地面交通领域。
航空航天
光纤陀螺在航空航天中用于飞行器姿态控制、飞行参数测量和导航系统，提高飞行安全性。
地震监测
光纤陀螺可用于监测地壳运动和地震活动，提供准确的地震测量数据，助力地震预警系统的建设。
光纤陀螺在惯性导航中的应用
光纤陀螺在惯性导航系统中扮演关键角色，提供精确的旋转角速度测量，用于定位、姿态控制和目标追踪。
光纤陀螺在航空航天中的应用
光纤陀螺在飞行器控制、导航和引导系统中广泛应用。高精度的姿态测量和导航数据提高了航空航天系统的性能和安全性。
光纤陀螺在地震监测中的应用
光纤陀螺通过监测地壳运动和地震活动，为地震学家提供准确的地震测量数据，帮助预测和研究地震现象。

浅析光纤陀螺关键技术

– 180 –技术改造·浅析光纤陀螺关键技术doi:10.16648/ki.1005-2917.2020.01.149浅析光纤陀螺关键技术郭涛（海军装备部，陕西西安　710000）摘要：光纤陀螺作为惯性导航的核心配件，具有高精度、低成本、微型化、数字化、大动态以及高可靠性的优势，其全固态结构的特点，在惯性领域中已经成为新型主流传感器，本文仅对光纤陀螺的关键技术进行分析。

关键词：惯性领域；光纤陀螺；关键技术引言2018年，国外主要惯性技术研究机构纷纷将研究的热点放在了以下几类上，它们分别是原子陀螺（Atom ）技术、半球谐振陀螺（HRG ）技术、微机电（MEMS ）陀螺技术、光纤陀螺（光纤陀螺）技术等，且成绩显著。

其中光纤陀螺基于其自身结构特性，全固态、可靠性高、寿命长，同时耐冲击及振动范围大，带宽大、功耗低等等多种技术优势，目前已经成为惯性领域的一项关键技术。

1. 光纤陀螺原理概述闭环光线陀螺工作原理是以萨格奈克（Sagnac ）效应为基础，当光纤陀螺旋转的过程中，光纤环内顺着逆时针和顺时针方向传播的两束光波之间形成一个和旋转角速率Ω成正比的相位差Φs ，见公式（1），光电探测器将感受到相位差转换成电压信号，经过A/D 转换，在输出方波的两个相邻半周期上进行采样，前半个周期的数字量减去后半个周期的数字量，得到一个数字解调信号器；解调信号经过积分产生闭环回路的反馈信号，同时将该数字量存储在寄存器中并作为光纤陀螺输出。

然后数字阶段波与方波偏置调制信号数字叠加，经过D/A 转换器和功率放大器转换为合成模拟信号施加到相位调制器上。

光学及电路结构见图1。

ϕπλΩ=Ω2/LD c 式中，ϕΩ：由于萨格奈克效应产生的陀螺输入信号，也就是萨格纳克相移；L ：线圈长度；D ：线圈平均直径；Ω：陀螺转速；C ：真空中光速；λ：光波长，光纤陀螺一般采用1310nm 或1550nm 。

图1　闭环光纤陀螺光学及电路框图干涉光强见公式（2）P P =+0(1cos )ϕε式中，P ：线圈中两束光所产生的干涉光强；P 0：光功率系数；ϕε：两束光的相位差。

光纤陀螺仪原理

光纤陀螺仪原理1. 引言光纤陀螺仪（Fiber Optic Gyroscope，简称FOG）是一种利用光纤和激光干涉原理测量角位移的装置。

光纤陀螺仪工作稳定、精度高、重量轻、体积小、抗振动能力强，广泛应用于航天、航海、火箭、导弹等领域。

本文将详细解释与光纤陀螺仪原理相关的基本原理。

2. 基本原理光纤陀螺仪的工作原理基于光的干涉效应，通过测量光传播路径中的相位差来得到角位移的信息。

光纤陀螺仪主要由光源、分束器、光纤环路和光电探测器等部分组成。

2.1 光源光纤陀螺仪一般采用激光光源作为发射器。

激光具有单色性、方向性和相干性等优点，可以提供稳定的光信号用于测量。

激光源发射出的激光光束经过准直、偏振等处理后，进入光纤环路进行干涉。

2.2 分束器分束器是将激光光束分成两束的光学组件。

一束光沿着光纤环路的顺时针方向传播，称为顺时针光；另一束光沿着逆时针方向传播，称为逆时针光。

2.3 光纤环路光纤环路是光纤陀螺仪的核心部分，由多个光纤组成。

光纤环路通常采用“S”型或“Z”型布局，其目的是使光在环路中传播一定长度，以增大传播时间，提高测量精度。

在光纤环路中，顺时针光和逆时针光通过相同的光纤传输，形成光纤内壁的干涉。

2.4 光电探测器光电探测器用于测量干涉光信号的强度。

光纤环路两端分别安装有光电探测器，用于接收顺时针光和逆时针光经过干涉后的光强信号。

3. 工作过程光纤陀螺仪的工作过程可以分为两个阶段，即初级调零和运行测量。

3.1 初级调零初级调零是为了消除光纤陀螺仪中的零偏误差。

在初级调零过程中，设备会自动采集并记录下零偏误差的数值。

首先，光纤陀螺仪的光源发射激光光束，分束器将光束分成顺时针光和逆时针光，然后它们分别沿着光纤环路传播。

在传播过程中，如果光纤环路没有发生旋转，则顺时针光和逆时针光会以相同的路径传播回来。

当顺时针光和逆时针光在光纤环路两端重新合成时，它们会以特定的相位关系进行干涉。

这种干涉会导致光电探测器接收到的光强发生相应的变化。

光纤陀螺仪的原理结构

光纤陀螺仪的原理结构光纤陀螺仪的原理和结构是指用光纤做为传感器的陀螺仪。

它是一种利用光信号传输和干涉效应测量旋转角速度的设备。

光纤陀螺仪具有高精度、快速响应、可靠稳定等优点，被广泛应用于航空、航天、导航、地震勘测等领域。

光纤陀螺仪的基本结构包括激光器、光纤传输系统、光波导环和光探测系统。

激光器产生激光光束，光纤传输系统将激光光束通过光纤传输到光波导环。

光波导环是一个闭合环形结构，光纤会以环形方式被盘绕在上面。

当光波导环以角速度旋转时，由于旋转光路长度的改变，光信号会发生相位差。

最后，光探测系统通过干涉效应来测量光信号的相位差，从而可以间接推导出光波导环的旋转角速度。

光纤陀螺仪工作原理基于Sagnac效应和干涉效应。

Sagnac效应是指当光信号在旋转的均匀介质中传输时，在均匀介质静止时光程差为零，而当介质旋转时，由于光相对旋转介质传播速度的差异，会产生一个光程差。

而干涉效应是指由于光波的相干性，当两束光信号经过耦合后再次分离时，会产生干涉现象，即得到干涉光场。

利用干涉效应，我们可以通过测量干涉光场的变化来得到光波导环旋转角速度的信息。

具体地，光纤陀螺仪的工作过程如下：首先，激光器产生一束高强度的单色激光光束，并通过光纤传输系统将其传输到光波导环。

光波导环的设计使得光信号在环形结构中进行多次来回传输，从而增加了干涉效应的强度和灵敏度。

当旋转光波导环时，光信号会在环形结构上随着旋转方向进行分裂，并沿着相反方向传播。

在传播过程中，光信号经历了环形路径的不同长度，从而产生了一个光程差。

这个光程差会引起光信号的相位差。

光探测系统会接收到经过光波导环的光信号，并将其分为两路，分别称为参考光和测试光。

然后，参考光和测试光会通过一系列的光学器件进行处理。

光学器件可以将两路光信号重新耦合在一起，产生干涉现象。

光探测器会监测干涉光场的强度变化，然后将其转换为电信号。

根据干涉光场的变化，我们可以计算出光波导环旋转的角速度。

光纤陀螺原理

光纤陀螺原理
光纤陀螺是一种利用光纤的特性实现转角测量的仪器。

它的工作原理基于Sagnac效应，即当光束在光纤环路中沿两个相反方向传播时，由于旋转而造成的路径长度差会导致干涉，进而产生一个可测量的相位差。

具体来说，光纤陀螺由一个光源、光纤环路、光探测器和控制电路组成。

光源发出的光束通过分光器被均分为两束，分别进入光纤环路的两个入口端。

光在光纤中的传播速度是固定的，但光纤环路的旋转会改变光束在光纤中的传播时间。

当光束传播一周后重新汇合，光束会被分光器重新合并成一个信号，然后被光探测器接收。

如果光纤环路没有旋转，两束光传播的时间是一样的，干涉发生，相位差为零。

但是当光纤环路以角速度ω旋转时，在光纤中沿顺时针方向传播的光束会比逆时针方向传播的光束传播时间短。

这就导致两束光传播的相位差不再为零，而是与角速度ω成比例。

通过将光探测器输出的干涉信号与参考信号进行比较，可以测量出相位差，从而计算出光纤环路的转角。

控制电路可以根据测得的相位差来实时调整光束的光程差，以使得干涉信号保持在理想状态。

光纤陀螺具有高精度、高稳定性和抗干扰能力强的特点，被广泛应用于惯性导航、航天航空等领域。

光纤陀螺仪的原理及应用

光纤陀螺仪的原理及应用光纤陀螺仪（Fiber Optic Gyroscope，FOG）是一种基于光学原理的精密惯性测量装置，用于测量和监测旋转运动。

它利用光纤的传输特性和Sagnac效应实现测量旋转运动的原理。

光纤陀螺仪的原理是基于Sagnac效应。

Sagnac效应是20世纪初法国物理学家Sagnac发现的一种光学现象，它是由于光在旋转系统中传播时，相对于旋转系统固连的坐标系，光沿顺时针和逆时针方向传播所需的时间不同而导致的。

光纤陀螺仪利用这个效应，通过测量光在光纤中的传播时间差来推测出旋转系统的旋转信息。

光纤陀螺仪的基本结构包括光源模块、光纤环和检测模块，其中光纤环是光纤陀螺仪的关键部件。

光纤环是由一个光纤来回缠绕而成的环形结构，通过环形的光纤路径，光可以顺时针和逆时针两个方向传播。

当光纤环不发生旋转时，两束光沿相同路径传播，其光程差为零；而当光纤环发生旋转时，两束光会在循环路线上产生不同程度的光程差，其大小与旋转角速度和环形光纤长度有关。

光纤陀螺仪通过光纤环中的相位差来测量旋转运动。

光纤陀螺仪通过向光纤环中注入一束激光光束，并分成顺时针和逆时针两个传输方向，经过一段一致长度的光纤后再汇合，再通过光探测器对两束光信号进行比较，并检测出相位差。

应用方面，光纤陀螺仪具有广泛的应用领域：1. 惯性导航系统：光纤陀螺仪广泛应用于航天、航海、军事等领域中的惯性导航系统中，用于测量航天器、舰船或导弹的姿态、角速度和角加速度，实现精确导航和定位。

2. 地震预警：光纤陀螺仪可以用于测量地震、地壳运动和地球自转等地球物理学参数，通过分析和监测这些数据，可以提前预警地震活动，为地震防灾提供重要信息。

3. 石油勘探：光纤陀螺仪可以应用于石油勘探领域，用于测量地下油田的地质构造、井筒位置和地震勘探过程中的旋转运动等参数，提高勘探效果和资源利用率。

4. 智能车辆导航系统：光纤陀螺仪可以用于智能车辆导航系统中，用于测量车辆的姿态和旋转运动，提供准确的车辆导航和行驶方向。

全数字开环光纤陀螺工作点实时控制

围内的启动时间小于１ｓＯ。
关键词：开环光纤陀螺；工作点；实时控制中图分类号：Ｖ４．２１５文献标识码：Ａ
Ｒｅｌｔｅｃｎｒｌｆｈｒｏｎｌｄｇｔｌｐｎ－ｏＯＧａ－ｉｏｔｏｅｗｏｋｐｉｔｎａｌｉｉａｅ－ｏｐＦ－ｍｏｔｉｏｌ
引言
光纤陀螺是一种全固态的光学陀螺，具有可靠性高、动态范围大，启动时间短等优点，经过二十多年的发展，在国外已经开始广泛应用ｔｌ低精度、ｌｏ，２低成本光纤陀螺作为一个重要方向，具有巨大的市场空间。虽然它对精度要求只有１ｈ１Ｏ，但是对陀螺成本控制要求十分严格。目前，采用损耗小、成本低的压。－Ｏ／／ｈ电陶瓷相位调制器的全光纤开环光纤陀螺是一种确实可行的技术方案。压电陶瓷相位调制器是开环光纤陀螺的关键器件，为光纤陀螺的信号解调提供非互易相位偏置，这种偏置（或叫陀螺工作点）是否稳定直接影
ＴｅｅｐｒｎａｒｓｌｈｗｈｏｔｌｔｏａｔｂｌｅｔｅｗｏｋｐｉｔｏｐｎｌｏＯＧｉｈｘｅｉｍｅｔｌｅｕｔｓｏｔｅｃｎｒｓｏｍｅｈｄｃｎｓａｉｚｈｒｏｎｆｏｅｏｐＦｉｎｌｒｅｔｍｐｒｔｒａｇ．ｅｃｎｒｌｔｂｌｙｉ１１ａｇｅｅａｕｅｒｎｅＴｈｏｔｏａｉｔｓ．６×１一．ｉｓｉ３１× １ｑａｄｔｅｓａｔｕｉｓｓｉ０ｂａｓ，ｎｈｔｒ－ｐｔ０ｍｅｉ
全数字开环光纤陀螺工作点实时控制

光纤陀螺原理

光纤陀螺原理
光纤陀螺是一种基于光学原理的惯性测量装置，用于测量和感知角速度。

它利用光线在光纤中的传输特性来实现精确的陀螺效应。

在光纤陀螺中，光信号被一个光源产生，并由光纤传输到光接收器。

光信号在光纤中以一定的速度传输，当光纤被转动时，光信号的传播路径会发生变化。

这个变化会引起传输速度的微小改变，进而产生一个相位差。

通过测量这个相位差，可以得到光纤陀螺所受到的转动角速度。

具体而言，光纤陀螺通过分析光信号的相位差，并利用相关的计算算法，将相位差转换为角速度的测量结果。

在光纤陀螺中，有两种光纤的布局方式，分别是光纤环路和光纤两芯。

光纤环路是将光纤以一个环状的方式布置在装置中，用来增强相位差的检测。

光纤两芯则是采用两根光纤互相配对，通过相对传输速度的差异来测量角速度的变化。

光纤陀螺作为高精度的角速度测量装置，广泛应用于惯性导航、航空航天、汽车导航、地震监测等领域。

它具有响应速度快、精度高、抗干扰性强等特点，并且不需要接触物体，可以在复杂环境下进行准确的测量。

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１引言
ｍｏｕａｉｎｓｎｌｉｊｓｂｅｍｐｉｄｓｂｒｄｃｄｂｉｔｌｔｏ．ｉｔｍａｅｔｅｃｐｉｎｏＯｓｄｌｏｇａｗｔａｕｔｌａｌｕｅｔｉｈｄａｔｍｕｔｅｏｕｅｙｄｇａｍｅｈｄＦｒ，ｔｍａｃｄｓｒｔｆＧ’ ｐｉｓｈｉｉｏＦｍｏｕａｉｎｓｎｌａｎｌｚｄａｄｈｎｔｒｅｔｏｓｏｒｄｃｇｍｏｕａｏｇａｗｉｄｕｔｌａｌｄｒｄｌｏｇａｗｓａｅ，ｅｅｈｄｒｏｕｉｄｌｉｎｓｌｔａｊｓｂｅｍｐｉｅｅｔｉａｙｎｔｈｍｅｆｐｎｔｉｈｎａｕｔｗｅｄｓｕｓｄｗｉｒｉｃｗａｅｔｂｅｍｅｏ，ｌｐｉｔｅａｐｉｄｄｕｔｇｍｅｏｎｗｏｌｅｗａｅｔｂｅｉｓｅ，ｈｃａｅｄｒｔｖａｌｃｈｅｔｄｍｕｔｌａｉｍｌｅａｊｓｎｔｄａｄｔ－ｖｌｖｌｈｉｃｖｕｔｉｈｅａ
第３卷第１期５２
２０年１０８２月
光电工程
ＯｐｏＥｅｔｏｉｎｉｅｒｎｔ — ｌｃｒｎｃＥｇｎｅｉｇ
Ｖ１５Ｎｏ１ｏ．．．２３
Ｄｅ，０ｃ２０８
文章编号：１０— ０Ｘ（０８１— ０８００３５１２０）２０７— ４
号进行工作点控制的实验结果。在大多数情况下，两级波表法是较好的选择，它可在存储容量及计算资源都有限
的情况下实现工作点的精确控制。关键词：开环光纤陀螺；调制信号；幅度调节；陀螺仪
中图分类号：ｖ２１４．５文献标志码：Ａ
ＭｅｈｄｏｏｕｉｇＭｏｕａｉｎＳｇａｌｇｔｌｔｏｆＰｒｄｃｎｄｌｔｏｉｎｌｎＡｌＤｉｉｉａＯｐｅ－ｏｐＦｏＧｎｌｏ
ｒｓｕｃｄｃｍｐｔｇｒｓｕｃ．ｅｏｒｅａｏｕｉｅｏｒｅｎｎ
Ｋｅｒｓｏｅ — ｏｂｒｐｉｙｏｃｐ；ｄｌｔｎｓａ；ｐｉｄｊｓｎ；ｒｓｏｅｙｗｏｄ：ｐｎｌｐｆｅｔｇｒｓｏｅｍｏｕａｏｇｌａｌｅｄｕｔｔｇｏｃｐｏｉｏｃｉｉｎｍｕｔａｍｅｙ
Ｃａｇｈ４０７，ｈｎｈｎｓａ１０３Ｃｉａ）
ＡｂｔａｔＴｅｒｏｎｏｌｅｃｎｒｌｄｗｅｐｎｌｏｉｅｔｙｏｃｐ（ＯＧｉｗｏｋｎ，ｏａｓａｅｓｃ：ｈｋｐｉｔｈｕｄｂｏｔｌｈｎｏｅ — ｐＦｂｒｉＧｒｓｏｅＦ）ｓｒｉｇｓｎｗｖｒｗｏｓｏｅｏＯｐｃｉ
ｍｅｄＴｅｒｄａｔｇｎｉａｖｔｇｒａｙｅ．ｘｅｍｅｔｅｕｔｆｒｏｎｏｔｏｌｄｂｓｇｄｆｅｅｔ￣ｏ．ｈｉｖａｅａｄｄｓｄａａｅｗｅｅａｌｚｄＥｐｒａｎｎｎｉｎｓｌｏｋｐｉｔｃｎｒｌｙｕｉｉｒｎｒｓｗｏｅｎｍｏｕａｉｎｓｇａｒｄｃｎｅｈｄｗｅｅｇｖｎｎｍｏｔｃｓｓｗｏｌｖｌｗａｅｔｂｅｍｅｄｉｏｄｃｏｃｏｄｌｔｉｌｐｏｕｉｇｍｔｏｒｉｅ．Ｉｓａｅ，ｔ —ｅｅｖａｌ￣ｏｓａｇｏｈｉｅｆｒｏｎｐｏｕｉｇｍｏｕａｉｎｓｉａｎａｌｒａｉｅｗｏｏｎｒｃｓｏｔｌｉｈｏｄｔｎｏｏｈｌｔｄｓｏａｅｒｄｃｎｄｌｔｏｉｓｇｌａｄｃｌｅｌｒｐｉｔｐｅｉｅｃｎｏｎｔｅｃｎｉｏｆｂｔｉｅｔｒｇｎｎｚｋｒｉｍｉ
ＣＨＥＮ－ｈｎ，ＳＹｕｚｏｇＯＮＧａｇｑ，ＹＺｈｎ－ｉＡＮＧｉｇｙ，ＨＵｏｇｍｉｇＭｎ —ｅＹｎ－ｎ
（ｏｌｅｆＯｔｅｃｏｉＳｉｃｎｎｉｅｒｇＮａｉａｎｖｒｉＤｅｎｅＴｃｎｌｙＣｌｇｐｏｌｔｎｃｃｎｅｄｇｎｅｉ，ｔｎｌｉｅｓｙｏｆｓｈｏｏ，ｅｏｅｒｅａＥｎｏＵｔｆｅｅｇ
全数字开环光纤陀螺调制信号的产生方法
陈宇中，宋章启，阳明晔，胡永明
（国防科学技术大学光电科学与工程学院，长沙４０７）１０３
摘要：开环光纤陀螺在工作时需要对其工作点进行控制，这就要求能够用数字的方法产生一个幅度可调的正弦波
调制信号。首先对光纤陀螺调制信号的数学描述进行了分析，在此基础上提出了三种幅度可调调制信号的产生方法，即直接波表法、乘法调幅法、两级波表法，并分析了三种方法各自的优缺点。比较了用不同方法产生调制信