一种多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法和光纤陀螺与流程

本发明涉及光纤陀螺，尤其是涉及一种多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法和光纤陀螺。

背景技术：

1、陀螺仪是一种角速率传感器，是敏感相对惯性空间角运动的装置，是目前用于确定运动体空间运动姿态的主要传感器。可应用于海陆空天各种领域。传统光纤陀螺基本功能是角速率测量。工作原理是通过检测光信号的干涉功率来检测光信号的干涉相位差，实现角速率测量。

2、当发生无光故障时，角速率测量会紊乱失控，给应用系统带来安全风险。某些光纤陀螺具有光功率自检功能，但是需要引入额外硬件，或者通过检测梳状波峰信号来判断光功率，且易受环境温度、电路容值、探测器饱和情况影响，检测精度较低，测量值与光功率无明显线性关系，需要标定测试才能得到光功率真实值。更严重的缺陷是当前新型光纤陀螺方案采用高速开关对信号进行时域滤波，屏蔽梳状波峰信号，基于梳状波峰信号检测光功率的方法将不适用。光纤陀螺输出接口也没有输出光功率数据，仅输出自检标志。测试人员无法获取自检阈值内光功率变化情况。在实际应用中，自检标志通常作为最后一道保险，无法对产品寿命预期判断。自检报故时产品已故障无法使用，这种突发情况对一些应用场景会产生非常大的影响。

3、中国专利申请号cn201810681417.7提供了一种基于逆解调的干涉式光纤陀螺光功率在线监控方法，利用rc滤波电路对梳状波峰信号展宽，监测梳状波峰信号实现光功率检测。但是该申请算法上采集到的数据与光功率是非线性关系，且受电路容值影响较大，需要额外标定测试才能得到真实光功率，并且不适用具有时域滤波电路的光纤陀螺。

4、因此，当前需要一种光纤陀螺的光功率在线检测方法，在定期维护中能够依据光功率数据对产品寿命做出相对准确预期，提高应用系统的安全性和可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法和光纤陀螺，以在无需额外增加硬件设备的前提下，实现光功率测量。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的一个方面，提供了一种多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法，包括如下步骤：

4、采集两个不同调制深度的偏置工作点下的光信号测量功率；

5、基于两个偏置工作点光信号测量功率之差计算并获得未调制时的光信号功率值，实现光功率的在线检测。

6、作为优选的技术方案，所述的光信号测量功率的采集过程包括如下步骤：

7、产生具有两个不同调制深度的偏置工作点的调制信号并施加在波导上；

8、利用探测器多次采集两种调制深度下的光功率并进行ad转换，得到数字信号形式的光信号测量功率。

9、作为优选的技术方案，所述的调制信号的相位为：

10、

11、其中，为相位，为两个不同调制深度，a、b为微调参数，τ为光在光纤环中传输一圈的时间，且探测器接收光功率在相位下和在相位下光功率相等，相位下和在相位下光功率相等。

12、作为优选的技术方案，所述的调制信号相位为：

13、

14、其中，为相位，为两个不同调制深度，τ为光在光纤环中传输一圈的时间。

15、作为优选的技术方案，所述的未调制时的光信号功率值采用下式计算：

16、

17、其中，p0为未调制时的光信号功率值，vp-p为ad输入量程，分别为调制深度时刻和时刻的ad采样和，η为探测器响应度，r为探测器跨阻，n为ad模数转换器位宽，n为ad数据累加次数。

18、作为优选的技术方案，所述的光功率在线检测方法应用于fpga。

19、作为优选的技术方案，通过rs422接口输出未调制时的光信号功率值。

20、本发明的另一个方面，提供了一种多偏置态光纤陀螺，包括顺次连接的fpga、da转换器、后级运放电路、y波导、耦合器、探测器、滤波和运放电路和ad转换器，所述ad转换器与所述fpga连接形成闭环，光源驱动电路通过光源与所述耦合器连接，所述y波导还连接有光纤环，所述fpga还连接有接口输出电路，其中，所述fpga内置有用于执行上述多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法的指令。

21、本发明的另一个方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器以及存储器，所述存储器内储存有一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行上述多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法的指令。

22、本发明的另一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，包括供电子设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行上述多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法的指令。

23、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

24、(1)无需设置额外硬件设备：不同于已有的需要引入额外硬件实现检测的方案，本发明光纤陀螺采用传统光纤陀螺闭环控制即有的探测器、ad转换器，不增加额外硬件，只需软件升级即可实现光功率测量；

25、(2)实现高精度测量：不同于已有的基于梳状波峰信号光功率测量的方案存在精度不高、在具有时域滤波功能的光纤陀螺上不适用的问题，本发明采取两个不同调制深度的偏置工作点，通过偏置态之间光功率差计算接收到的有用光信号的功率，输出数字量与光功率真实值具有明显线性关系，无需标定，测量精度高。

26、(3)检测结果更加直观：不同于已有的仅输出自检标志的方案，本发明直接输出光功率，而非自检标志，信息实时全面，可以记录存储测试和使用过程中光功率变化情况，利于对可靠性和寿命作出准确预期。

技术特征：

1.一种多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法，其特征在于，所述的光信号测量功率的采集过程包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法，其特征在于，所述的调制信号的相位为：

4.根据权利要求2所述的一种多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法，其特征在于，所述的调制信号相位为：

5.根据权利要求1所述的一种多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法，其特征在于，所述的未调制时的光信号功率值采用下式计算：

6.根据权利要求1所述的一种多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法，其特征在于，所述的光功率在线检测方法应用于fpga。

7.根据权利要求1所述的一种多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法，其特征在于，通过rs422接口输出未调制时的光信号功率值。

8.一种多偏置态光纤陀螺，其特征在于，包括顺次连接的fpga、da转换器、后级运放电路、y波导、耦合器、探测器、滤波和运放电路和ad转换器，所述ad转换器与所述fpga连接形成闭环，光源驱动电路通过光源与所述耦合器连接，所述y波导还连接有光纤环，所述fpga还连接有接口输出电路，其中，所述fpga内置有用于执行如权利要求1-7任一所述多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法的指令。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器以及存储器，所述存储器内储存有一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-7任一所述多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法的指令。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括供电子设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-7任一所述多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法的指令。

技术总结
本发明涉及一种多偏置态光纤陀螺的光功率在线检测方法和光纤陀螺，通过采取设计两个不同调制深度的偏置工作点，两种偏置工作点之间会存在光功率差，通过偏置态之间光功率差计算探测器接收到的有用光信号的功率，光纤陀螺在闭环控制工作同时实现光功率实时精确测量并输出。与现有技术相比，本发明不仅实现光纤陀螺角速率测量的功能，还输出探测器接收到光功率，在具有时域滤波功能的光纤陀螺中同样适用。能够实时记录保存产品在筛选测试过程和使用过程中光路信号功率数据，具有测量精度高，数据详细全面，排查隐患产品及时率高，准确率高，可对产品寿命预期准确的优点。

技术研发人员：李阳,韩军海,吴海林,田云兵
受保护的技术使用者：上海傲世控制科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15