Способ фазовой модуляции в волоконно-оптическом гироскопе с замкнутым контуром

 

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при разработке и изготовлении волоконно-оптического гироскопа (ВОГ). Сущность способа заключается в том, что на фазовый модулятор подают напряжение треугольной формы, осуществляющее одновременно амплитудную и компенсирующую фазовые модуляции, при этом для последующей узкополосной фильтрации выходного сигнала частоту напряжения треугольной формы поддерживают постоянной. Техническим результатом является повышение точности прибора. 4 ил.

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при разработке и изготовлении волоконно-оптического гироскопа (ВОГ).

Известен ВОГ, в котором используется способ фазовой модуляции, представляющей собой сумму вспомогательной фазовой модуляции ±π/2 радиан и компенсирующей фазовой модуляции, осуществляемой напряжением пилообразной формы; при этом наклон пилы пропорционален угловой скорости вращения гироскопа [1]. Наиболее близким к заявляемому способу является способ фазовой модуляции оптического сигнала в интерферометре Саньяка напряжением треугольной формы (модулирующим напряжением), при котором одновременно осуществляется вспомогательная и компенсирующая модуляции [2].

Недостатком данного способа является то, что при формировании модулирующего напряжения для компенсации разности фаз Саньяка, возникающей вследствие вращения интерферометра, изменяют наклон фронтов пилообразного модулирующего напряжения (крутизну одного увеличивают, а крутизну другого уменьшают), поддерживая амплитуду постоянной, что приводит к изменению длительности фронтов. При этом переменная составляющая выходного сигнала интерферометра имеет вид прямоугольных импульсов с амплитудой, пропорциональной угловой скорости, и длительностью, равной длительности фронтов модулирующего напряжения, при изменении крутизны которых изменяется частота и скважность выходного сигнала в широких пределах, что требует от схемы обработки выходного сигнала большой полосы пропускания и делает невозможной осуществление узкополосной фильтрации выходного сигнала интерферометра для выделения полезного сигнала.

Цель изобретения - обеспечение постоянной частоты и скважности выходного сигнала интерферометра с помощью формирования сигнала модуляции интерферометра треугольной формы с постоянной частотой и длительностью фронтов, что позволяет применить узкополосную фильтрацию выходного сигнала для повышения точности прибора.

Сущность способа заключается в следующем. При отсутствии вращения на интегрально-оптический фазовый модулятор подается напряжение пилообразной формы с фронтами одинакового наклона, причем наклон фронтов определяет амплитуду фазовой модуляции в интерферометре равной ±π/2 для создания оптимальной рабочей точки интерферометра в области максимальной чувствительности и линейности (фиг.1). При этом амплитуда переменной составляющей сигнала фотоприемника равна нулю.

При вращении интерферометра с постоянной угловой скоростью в нем возникает разность фаз интерферирующих лучей, вызванная эффектом Саньяка, что приводит к появлению на фотоприемнике сигнала прямоугольной формы с частотой, равной частоте модуляции, и амплитудой, пропорциональной угловой скорости, и скважностью, равной двум (фиг.2).

Система обратной связи изменяет наклон фронтов модулирующего напряжения таким образом, чтобы скомпенсировать возникшую разность фаз. При этом амплитуда переменной составляющей сигнала фотоприемника снова становится равной нулю. Модулирующее напряжение при этом формируется из чередующихся отрезков линейно нарастающего и линейно убывающего напряжения с наклоном, необходимым для компенсации разности фаз, но с длительностью, равной первоначальной длительности фронтов пилообразного напряжения (фиг.3), таким образом, частоту напряжения треугольной формы поддерживают постоянной.

При дальнейшем изменении угловой скорости интерферометра на фотоприемнике возникает сигнал прямоугольной формы с амплитудой, равной приращению угловой скорости, с частотой, равной первоначальной частоте, и скважностью, равной двум (фиг.4).

Таким образом, при формировании сигнала модуляции интерферометра, осуществляющего одновременно амплитудную и компенсирующую фазовую модуляции описанным способом, при изменении угловой скорости интерферометра выходной сигнал фотоприемника всегда будет иметь частоту, равную частоте модуляции, и скважность, равную двум. При формировании сигнала модуляции с фиксированной частотой возникает возможность осуществить узкополосную фильтрацию выходного сигнала фотоприемника для повышения точности прибора.

Источники информации 1. Lefevre, H.C. Analog Phase Ramp or Serrodyne Modulation /Lefevre, H. C. The Fiber-Optic Gyroscope. - Boston London, 1993, - pp. 111-115.

2. Lefevre, H.C. Dual Phase Ramp Feedback /Lefevre, H.C - The Fiber-Optic Gyroscope. - Boston London, 1993, - pp. 155-156 (прототип).

Формула изобретения

Способ фазовой модуляции в волоконно-оптическом гироскопе с замкнутым контуром, заключающийся в подаче на фазовый модулятор напряжения треугольной формы, осуществляющего одновременно амплитудную и компенсирующую фазовые модуляции, отличающийся тем, что для последующей узкополосной фильтрации выходного сигнала частоту напряжения треугольной формы поддерживают постоянной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4