《一种光纤陀螺标度因数快速稳定方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种光纤陀螺标度因数快速稳定方法.pdf（9页完整版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103776465 A (43)申请公布日 2014.05.07 CN 103776465 A (21)申请号 201410015432.X (22)申请日 2014.01.14 G01C 25/00(2006.01) G01C 19/72(2006.01) (71)申请人 浙江大学 地址 310027 浙江省杭州市西湖区浙大路 38 号 (72)发明人 胡慧珠 薛蕃衍 缪立军 舒晓武 刘承 (74)专利代理机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 代理人 张法高 (54) 发明名称 一种光纤陀螺标度因数快速稳定方法 (57) 摘要 本发明公开了一种光纤陀螺标度。
2、因数快速稳 定方法。本发明方法是 ： 将光源工作温度范围均 分为段， 选择每段的算术平均温度点作为该段的 特征温度点， 将每个特征温度点的驱动电流及标 度因数存入到光纤陀螺内部 ROM 中， 光纤陀螺启 动时， 根据环境温度设定目标温度， 继而设定光源 的驱动电流， 当两者达到设定值时， 读取目标温度 下的标度因数， 让光纤陀螺开始工作。 通过将光纤 陀螺工作温度分段， 根据光纤陀螺启动时的环境 温度设定光源管芯温控的目标温度， 大大减小光 源管芯温控的目标温度与环境温度的差距， 短时 间内使光源管芯温度稳定， 同时给光源加驱动电 流， 从而使光纤陀螺能快速进入稳定工作状态， 大 大减少了光纤。
3、陀螺在高低温条件下的启动时间。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103776465 A CN 103776465 A 1/1 页 2 1. 一种光纤陀螺标度因数快速稳定方法， 其特征在于它的步骤如下 ： 1） 假设光源工作温度范围为 T1,T2， 将该温度范围平均分为 n 段， 每段温度宽度为 (T2-T1)/n ； 2） 选择第 i 个温度段的算术平均温度点作为该段的特征温度点 Ti， 设置光源的管芯温 控的目标温度为 Ti， 。
4、测试光纤陀螺的标度因数 Ki， 以及该温度下光源功率达到所需值时的 驱动电流 Ii， 将所有的 Ti， Ki和 Ii存入到光纤陀螺内部 ROM 中， i 1 n ； 3） 光纤陀螺启动时， 根据环境温度Te设定光源管芯温控的目标温度Ts， Ts应满足 ： Ts Tj， 且 |Tj-Te| 取最小值， j 1 n， 此时光源工作在第 j 温度段， 查光纤陀螺内部 ROM 中存 储的温度 Tj对应的驱动电流 Ij， 得到对应温度下的光源驱动电流 Ip Ij； 4） 根据光源管芯温控的目标温度 Ts， 即 Tj， 查光纤陀螺内部 ROM 中存储的温度 Tj对应 的标度因数 Kj， 得到对应温度下的光。
5、纤陀螺标度因数 Ka Kj； 5） 对光源管芯进行温控同时给光源加驱动电流， 当光源管芯温度达到目标温度 Ts且光 源驱动电流达到光源的驱动电流 Ip时， 设定光纤陀螺标度因数为 Ka， 让光纤陀螺开始工作。 权 利 要 求 书 CN 103776465 A 2 1/4 页 3 一种光纤陀螺标度因数快速稳定方法 技术领域 0001 本发明涉及光电子技术中光纤传感的领域， 尤其涉及一种光纤陀螺标度因数快速 稳定方法。 背景技术 0002 光纤陀螺是一种敏感角速度的传感器， 其工作原理是基于萨格奈克效应， 即当环 形干涉仪旋转时， 产生一个正比于转速的相移， 通过检测该相移即可得到环形干涉仪所在 。
6、系统的角速度。萨格奈克相移与角速度的关系为 0003 0004 其中 ： 0005 为萨格奈克相移， 单位为 rad ； 0006 R 为光纤环半径， 单位为 m ； 0007 L 为光纤长度， 单位为 m ； 0008 c 为光速 ； 0009 为光纤陀螺输入角速度。 0010 光纤陀螺的输出为数字量表示的萨格奈克相移， 表示为其与关系为 0011 0012 其中， a 为转换系数。 0013 光纤陀螺标度因数 k 定义为光纤陀螺输出数字量与输入角速度之比， 因此， 标度 因数 k 可表示为 0014 0015 其中， b 为综合转换系数。 0016 由式 （3） 可知， 光纤陀螺标度因数与。
7、光纤环半径、 光纤长度成正比， 与光源中心波 长成反比。 0017 目前光纤陀螺所用光源大多为 SLD 光源， SLD 光源的管芯温度对中心波长有很大 的影响， 具体表现为中心波长随光源管芯温度的升高而增大。 0018 实际应用中， 光纤陀螺在高低温条件下启动后的数秒内， 环境温度变化对光纤环 半径和长度的影响较小， 此时光源管芯温度变化引起的中心波长变化是导致光纤陀螺启动 过程中标度因数不稳定的主要因素。 0019 解决高低温启动下光纤陀螺工作不稳定的一种传统方法是先对光源管芯进行温 控， 使光源管芯温度达到目标温度， 然后给光源加驱动电流使光纤陀螺开始工作。一般地， 目标温度设定为室温， 。
8、即 25。然而， 当陀螺处于高低温条件下启动时， 光源管芯温控到目 标温度所需的时间很长， 一般需要十几秒甚至数十秒， 且考虑光源性能和寿命， 给光源加驱 动电流也不是一个阶跃过程， 而是让驱动电流以固定斜率增大直至达到所需的驱动电流， 说 明 书 CN 103776465 A 3 2/4 页 4 这又会耗费一定时间， 该方法使得光纤陀螺从启动到稳定工作的时间很长， 大大增加了启 动时间， 其启动过程如图 1 所示。另一种传统方法是在对光源管芯温控的同时给光源加驱 动电流， 使得当温控到目标温度时， 光源的驱动电流也刚好满足驱动要求， 这可以减小加驱 动电流的时间， 由于光源管芯温控所需时间远。
9、大于加驱动电流的所需时间， 该方法对启动 时间减小的效果非常有限， 其启动过程如图 2 所示。 0020 本发明通过将光纤陀螺工作温度分段， 根据光纤陀螺启动时的环境温度设定光源 管芯温控的目标温度， 大大减小光源管芯温控的目标温度与环境温度的差距， 短时间内使 光源管芯温度稳定， 并根据光源管芯温控的目标温度查表得到对应的标度因数， 同时给光 源加驱动电流， 从而使光纤陀螺能快速进入稳定工作状态， 大大减少了光纤陀螺在高低温 条件下的启动时间。 发明内容 ： 0021 本发明的目的是克服现有技术的不足， 针对目前光纤陀螺在高低温条件下标度因 数不能快速稳定的问题， 提供一种光纤陀螺标度因数快。
10、速稳定方法。 0022 光纤陀螺标度因数快速稳定方法的步骤如下 ： 0023 1） 假设光源工作温度范围为 T1,T2， 将该温度范围平均分为 n 段， 每段温度宽度 为 (T2-T1)/n ； 0024 2） 选择第 i 个温度段的算术平均温度点作为该段的特征温度点 Ti， 设置光源的管 芯温控的目标温度为 Ti， 测试光纤陀螺的标度因数 Ki， 以及该温度下光源功率达到所需值 时的驱动电流 Ii， 将所有的 Ti， Ki和 Ii存入到光纤陀螺内部 ROM 中， i 1 n ； 0025 3） 光纤陀螺启动时， 根据环境温度 Te设定光源管芯温控的目标温度 Ts， Ts应满足 ： Ts Tj。
11、， 且 |Tj-Te| 取最小值， j 1 n， 此时光源工作在第 j 温度段， 查光纤陀螺内部 ROM 中存储的温度 Tj对应的驱动电流 Ij， 得到对应温度下的光源驱动电流 Ip Ij； 0026 4） 根据光源管芯温控的目标温度 Ts， 即 Tj， 查光纤陀螺内部 ROM 中存储的温度 Tj 对应的标度因数 Kj， 得到对应温度下的光纤陀螺标度因数 Ka Kj； 0027 5） 对光源管芯进行温控同时给光源加驱动电流， 当光源管芯温度达到目标温度 Ts 且光源驱动电流达到光源的驱动电流 Ip时， 设定光纤陀螺标度因数为 Ka， 让光纤陀螺开始 工作。 0028 本发明与现有技术相比具有的。
12、有益效果是 ： 本发明通过将光纤陀螺工作温度分 段， 根据光纤陀螺启动时的环境温度设定光源管芯温控的目标温度， 大大减小光源管芯温 控的目标温度与环境温度的差距， 短时间内使光源管芯温度稳定， 并根据光源管芯温控的 目标温度查表得到对应的标度因数， 同时给光源加驱动电流， 从而使光纤陀螺能快速进入 稳定工作状态， 大大减少了光纤陀螺在高低温条件下的启动时间。 附图说明 ： 0029 图 1 是传统方法一启动过程示意图 ； 0030 图 2 是传统方法二启动过程示意图 ； 0031 图 3 是光纤陀螺标度因数快速稳定方法的流程图 ； 0032 图 4 是光源光功率与温度关系曲线。 说 明 书 C。
13、N 103776465 A 4 3/4 页 5 具体实施方式 0033 一种光纤陀螺标度因数快速稳定方法的流程如图 3 所示， 其步骤如下 ： 0034 光纤陀螺标度因数快速稳定方法的步骤如下 ： 0035 1） 假设光源工作温度范围为 T1,T2， 将该温度范围平均分为 n 段， 每段温度宽度 为 (T2-T1)/n ； 0036 2） 选择第 i 个温度段的算术平均温度点作为该段的特征温度点 Ti， 设置光源的管 芯温控的目标温度为 Ti， 测试光纤陀螺的标度因数 Ki， 以及该温度下光源功率达到所需值 时的驱动电流 Ii， 将所有的 Ti， Ki和 Ii存入到光纤陀螺内部 ROM 中， 。
14、i 1 n ； 0037 3） 光纤陀螺启动时， 根据环境温度 Te设定光源管芯温控的目标温度 Ts， Ts应满足 ： Ts Tj， 且 |Tj-Te| 取最小值， j 1 n， 此时光源工作在第 j 温度段， 查光纤陀螺内部 ROM 中存储的温度 Tj对应的驱动电流 Ij， 得到对应温度下的光源驱动电流 Ip Ij； 0038 4） 根据光源管芯温控的目标温度 Ts， 即 Tj， 查光纤陀螺内部 ROM 中存储的温度 Tj 对应的标度因数 Kj， 得到对应温度下的光纤陀螺标度因数 Ka Kj； 0039 5） 对光源管芯进行温控同时给光源加驱动电流， 当光源管芯温度达到目标温度 Ts 且光源。
15、驱动电流达到光源的驱动电流 Ip时， 设定光纤陀螺标度因数为 Ka， 让光纤陀螺开始 工作。 0040 假设光纤陀螺工作温度范围为 T1,T2， 将该温度范围平均分为 n 段， 则第 i 段温 度范围为第 i 段特征温度点为 设置光源管芯温控的目标温度为 Ti， 测试光纤陀螺的标 度因数 Ki， 光纤陀螺的标度因数测试由 GJB2426A-2004 光纤陀螺仪测试方法和具体光纤陀 螺型号的产品协议书确定， 具体的标度因数测试方法不属于本发明保护的内容， 根据 i 的 取值范围不难得到需要进行 n 次标度因数测试， 并将所有的 Ti和 Ki存入到光纤陀螺内部 ROM 中， 此处光纤陀螺内部 RO。
16、M 实际上指的是光纤陀螺内部处理单元的 ROM， 一般为 DSP 芯 片的 ROM。 0041 光纤陀螺启动时， 若环境温度为Te， 设光源管芯温控的目标温度为Ts， Ts应满足 ： Ts Tj， 且 |Ts-Te| 取最小值， j 1 n， 此时光源工作在第 j 温度段， 其管芯温控的目标温度 为 0042 SLD 光源的管芯温度对光功率有很大影响， 光源模型可采用 ArcTan 模型来进行分 析。 0043 中心波长为 1310nm、 驱动电流为 50mA 的 SLD 光源的 ArcTan 模型为 ： 0044 0045 其中 ： 0046 T0为特征温度， 取 25 ； 0047 P 为。
17、光源光功率， 单位为 uW ； 说 明 书 CN 103776465 A 5 4/4 页 6 0048 T 为光源管芯温度， 单位为。 0049 由 （4） 式模型得到的光源光功率 - 管芯温度曲线如图 4 所示。由图 4 可知， SLD 光 源的输出光功率随温度的升高而迅速变小。因此， 应根据光源管芯温控的目标温度 Ts设定 光源的驱动电流 Ip， 即当低温启动时， 设置小的驱动电流 Ip， 当高温启动时， 设定大的驱动 电流Ip， 驱动电流的预设值应根据光纤陀螺所用SLD光源的功率-温度关系决定， 但应大于 SLD 的阈值电流。 0050 确定光源管芯温控的目标温度 Ts以及 SLD 的驱。
18、动电流后， 立即启动光源管芯温控 并开始给光源加驱动电流， 直至光源管芯温度达到目标温度且驱动电流达到预设值， 通过 查表获取光源管芯的目标温度 Ts Tj对应的标度因数 Ka Kj。 0051 本发明通过将光纤陀螺工作温度分段， 根据光纤陀螺启动时的环境温度设定光源 管芯温控的目标温度， 大大减小光源管芯温控的目标温度与环境温度的差距， 短时间内使 光源管芯温度稳定， 并根据光源管芯温控的目标温度查表得到对应的标度因数， 同时给光 源加驱动电流， 从而使光纤陀螺能快速进入稳定工作状态， 大大减少了光纤陀螺在高低温 条件下的启动时间。 说 明 书 CN 103776465 A 6 1/3 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103776465 A 7 2/3 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 103776465 A 8 3/3 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 103776465 A 9 。