一種測量光纖陀螺帶寬的方法
2023-06-13 08:29:41
專利名稱：一種測量光纖陀螺帶寬的方法
技術領域：
本發明涉及一種測量光纖陀螺帶寬的方法，能夠快速準確的測量光學陀螺的帶寬。
背景技術：
光纖陀螺是一種基於光學賽格奈克效應的角速度傳感器。頻率特性是衡量光纖陀螺動態性能的一項重要指標，頻率特性測試也是衡量光纖陀螺性能的一項重要內容。在光纖陀螺的通頻帶中，光纖陀螺不失真的反映角速度信號。傳統的測試光纖陀螺帶寬的方法有採用角振動臺測量帶寬或者採用在反饋階梯波上輸入正弦波模擬角速度輸入來測量光纖陀螺頻率特性。採用角振動臺測量光纖陀螺帶寬有其局限性角振動臺的頻率上限不高，一般小於200hz，而光纖陀螺卻是大帶寬的傳感器，典型光纖陀螺帶寬能達到2000hz左右，角振動臺無法在全頻帶測量光纖陀螺帶寬。當光纖陀螺的頻帶高於角振動臺的頻率上限時，角振動臺就無法測量光纖陀螺的頻率特性。 採用輸入正弦波模擬角速度輸入測量光纖陀螺的方法通過在反饋階梯波上輸入等效不同頻率正弦波來模擬角速度輸入，對光纖陀螺解調輸出波形幅值進行判斷得到光纖陀螺帶寬。這種方法是一種模擬仿真輸入角速度來測試光纖陀螺帶寬的方法，與實際光纖陀螺應用環境和角速度輸入方式有差距，不能真實反映光纖陀螺的帶寬。
發明內容
本發明的目的是針對目前光纖陀螺研究中，光纖陀螺帶寬的測試問題提供一種簡單的測試光纖陀螺帶寬的方法，利用預先建立的模型，通過輸入一個階躍信號，測量光纖陀螺的階躍響應曲線，從而得到階躍響應信號上升時間，進而得到光纖陀螺的帶寬。測量光纖陀螺帶寬的方法的步驟如下
1).由突停臺1產生角速度階躍信號作為光纖陀螺2的帶寬測試輸入信號，突停臺產生的輸入階躍信號上升時間小於10微秒，截止頻率大於100千赫茲，覆蓋了光纖陀螺2的帶寬範圍；
2).由信號採集系統3高速採集光纖陀螺2的階躍響應信號並上傳數據處理系統4，信號採集系統3採集光纖陀螺數據的時間周期t。小於5微秒，典型值為3微秒；
3).由數據處理系統4解算得到階躍響應信號的上升時間及光纖陀螺2帶寬。所述的由數據處理系統4解算得到階躍響應信號的上升時間及光纖陀螺2帶寬步驟為
(1)數據處理系統4判斷光纖陀螺階躍響應信號的變化時刻和穩定時刻。階躍信號輸入前，光纖陀螺2以穩定角速度0^旋轉，光纖陀螺2輸出值為kX b，其中k為光纖陀
螺標度因數，OOb為角速度。階躍信號輸入後，光纖陀螺2的輸出發生變化。光纖陀螺2輸出值變為0.9XkX 0^的時刻記為光纖陀螺階躍響應信號的變化時刻，光纖陀螺2輸出值
變為0. IXkX OOb的時刻記為光纖陀螺階躍響應信號的穩定時刻；
(2)通過計算階躍響應信號變化時刻與穩定時刻之間信號採集系統的採集周期的個數及採集周期長度來解算階躍響應信號的上升時間。變化時刻信號採集系統3的採集周期序號為kb，穩定時刻採集周期序號為ke，兩時刻之間的採集周期個數為(ke-kb)，則上升時間 tr=(ke-kb) Xtc ；
(3)由光纖陀螺2階躍響應信號上升時間得其帶寬f=l/tr=l/[(ke-kb) XtJ。本方法的有益效應提供了一種簡單並且能夠實際應用的測量光纖陀螺帶寬的方法。運用該方法能夠在很短時間內得到光纖陀螺的帶寬，測量範圍大。
圖1是測量光纖陀螺帶寬的方法的原理圖； 圖2是突停臺運轉過程示意圖3是突停臺停止過程示意圖； 圖4是光纖陀螺階躍響應信號的模擬圖； 圖5是光纖陀螺階躍響應信號的實測圖。圖中突停臺1、光纖陀螺2、信號採集系統3、數據處理系統4、突停臺臺面5、突停臺臺面剛性塊6、電磁鐵7、模擬階躍信號輸入曲線8、模擬光纖陀螺階躍響應曲線9、實測階躍信號輸入曲線10、實測光纖陀螺階躍響應曲線11。
具體實施例方式本發明的原理
光纖陀螺是角速度傳感器，從角速度輸入到光纖陀螺輸出是一個信號處理過程。理論上，光纖陀螺的輸出增益和相位差與角速度輸入頻率(O無關。但光纖陀螺的傳遞函數為一個慣性環節。在角速度輸入到光纖陀螺輸出過程中，光纖陀螺是一個低通濾波器，對於不在光纖陀螺通頻帶內的角速度信號，光纖陀螺不能無失真的反映角速度值。根據信號與系統原理，在理想低通濾波器的截止頻率範圍內，低通濾波器的頻域特性可以表示為
權利要求
1.一種測量光纖陀螺帶寬的方法，其特徵在於它的步驟如下1)·由突停臺1產生角速度階躍信號作為光纖陀螺2的帶寬測試輸入信號，突停臺產生的輸入階躍信號上升時間小於10微秒，截止頻率大於100千赫茲，覆蓋了光纖陀螺2的帶寬範圍；2).由信號採集系統3高速採集光纖陀螺2的階躍響應信號並上傳數據處理系統4，信號採集系統3採集光纖陀螺2的時間周期t。小於5微秒，典型值為3微秒；3).由數據處理系統4解算得到階躍響應信號的上升時間及光纖陀螺2的帶寬。
2.根據權利要求1所述的一種測量光纖陀螺帶寬的方法，其特徵在於所述的由數據處理系統4解算得到階躍響應信號的上升時間及光纖陀螺2的帶寬步驟為(1)數據處理系統4判斷光纖陀螺階躍響應信號的變化時刻和穩定時刻；階躍信號輸入前，光纖陀螺2以穩定角速度 b旋轉，光纖陀螺2輸出值為kX b，其中k為光纖陀螺標度因數， ^為角速度，階躍信號輸入後，光纖陀螺2的輸出發生變化，光纖陀螺2輸出值變為0. 9XkX (Ob的時刻記為光纖陀螺階躍響應信號的變化時刻，光纖陀螺2輸出值變為0. IXkX oob的時刻記為光纖陀螺階躍響應信號的穩定時刻；(2)通過計算階躍響應信號變化時刻與穩定時刻之間信號採集系統的採集周期的個數及採集周期長度來解算階躍響應信號的上升時間；變化時刻信號採集系統3的採集周期序號為kb，穩定時刻採集周期序號為ke，兩時刻之間的採集周期個數為(ke_kb)，則上升時間tr=(k「kb) Xtc ；(3)由光纖陀螺2階躍響應信號上升時間得其帶寬f=l/tr=l/[(ke-kb) XtJ。
全文摘要
本發明公開了一種測量光纖陀螺帶寬的方法。它的步驟如下1)由突停臺1產生角速度階躍信號作為光纖陀螺2的帶寬測試輸入信號，突停臺產生的輸入階躍信號上升時間小於10微秒，截止頻率大於100千赫茲，覆蓋了光纖陀螺2的帶寬範圍；2)由信號採集系統3高速採集光纖陀螺2的階躍響應信號並上傳數據處理系統4，信號採集系統3採集光纖陀螺數據的時間周期tc小於5微秒，典型值為3微秒；3)由數據處理系統4解算得到階躍響應信號的上升時間及光纖陀螺2帶寬。本發明不需要複雜的控制方法及儀器設備，操作簡單，測量範圍大，能夠快速、準確的測量光纖陀螺的帶寬。
文檔編號G01C25/00GK102175264SQ20111002433
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月23日 優先權日2011年1月23日
發明者劉瑞, 張超, 王磊, 舒曉武, 薛寧, 陳杏藩 申請人:浙江大學