本文關(guān)鍵詞：諧振式光纖陀螺的光學(xué)噪聲抑制與信號(hào)檢測(cè)技術(shù)　出處：《深圳大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：諧振式光纖陀螺是一種基于光學(xué)Sagnac效應(yīng)對(duì)角速度進(jìn)行檢測(cè)的角速度傳感器,具有不易磨損、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍廣、無預(yù)熱時(shí)間、抗沖擊能力強(qiáng)、易于小型化、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn),有著巨大的市場(chǎng)應(yīng)用前景,因此迅速成為研究熱點(diǎn)。但Sagnac效應(yīng)產(chǎn)生的光信號(hào)極其微弱,很容易被淹沒在各種噪聲之中,因此,降低噪聲的影響,對(duì)提高諧振式光纖陀螺的精度具有重要的研究意義。針對(duì)背向散射噪聲、偏振噪聲的抑制,以及調(diào)制解調(diào)技術(shù)設(shè)計(jì)問題,論文的主要研究?jī)?nèi)容與成果如下:背向散射噪聲包括瑞利背向散射和受激布里淵散射,其影響在于背向散射光強(qiáng)本身對(duì)信號(hào)檢測(cè)的干擾,以及背向散射光和信號(hào)光之間的干涉光對(duì)檢測(cè)的干擾。本文搭建背向散射觀察光路,通過觀察背向散射曲線峰值的波動(dòng)情況,得出受激布里淵散射的閾值功率為5.90 mW。針對(duì)背向散射噪聲,通常的抑制辦法是使用不同頻率的波形對(duì)兩路信號(hào)光進(jìn)行調(diào)制,以及對(duì)信號(hào)光的載波幅度進(jìn)行抑制。通過自外差光路可以得到調(diào)制電壓幅度與載波幅度的關(guān)系,對(duì)自外差光路的光波傳輸過程進(jìn)行了推導(dǎo),驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的可行性,得到了理論上的調(diào)制電壓與載波抑制量的關(guān)系式,最后通過實(shí)驗(yàn)得出了最佳載波抑制時(shí)的電壓值。實(shí)驗(yàn)證明,在優(yōu)化了調(diào)制電壓后,諧振信號(hào)較不優(yōu)化時(shí)平滑,并且線性區(qū)的線性度也提高了3倍。偏振噪聲是由于光學(xué)器件的不理想以及外界環(huán)境變化引起偏振態(tài)耦合,諧振環(huán)內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)本征偏振態(tài),而環(huán)境變化又使光纖中的雙折射率發(fā)生變化,導(dǎo)致諧振環(huán)中傳輸?shù)膬蓚�(gè)本征偏振態(tài)相位不穩(wěn)定,造成偏振態(tài)串?dāng)_,對(duì)諧振曲線的質(zhì)量有極壞的影響。對(duì)于偏振噪聲,本文對(duì)其影響、特性和來源進(jìn)行了分析,并得出引起偏振噪聲的兩個(gè)主要原因。隨后介紹了針對(duì)這兩個(gè)原因而被提出的偏振噪聲抑制辦法,并依照實(shí)驗(yàn)條件選擇了以反射式諧振環(huán)作為結(jié)構(gòu),偏振軸旋轉(zhuǎn)90°熔接的方案。接著對(duì)90°熔接對(duì)偏振波動(dòng)的抑制機(jī)理進(jìn)行了公式推導(dǎo),得出當(dāng)偏振軸旋轉(zhuǎn)90°熔接時(shí),兩個(gè)本征偏振態(tài)的相位差固定為90°的結(jié)論。最后,通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得諧振環(huán)的偏振度誤差約為0.653%,在接入窄線寬激光器并進(jìn)行掃頻后,測(cè)得諧振谷的諧振深度下降50%,為0.4975,解調(diào)曲線線性度為0.001238。在到范圍內(nèi),總FSR圍繞3.084 MHz上下波動(dòng),標(biāo)準(zhǔn)差為0.194,兩本征偏振態(tài)相對(duì)距離保持在2.72 rad到內(nèi)。目前諧振式光纖陀螺常見的對(duì)于正弦波的數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)是CORDIC算法,本文首先針對(duì)(1)FIR濾波器占用FPGA資源過多(2)FIR濾波參數(shù)設(shè)計(jì)困難(3)利用CORDIC算法得到的解調(diào)曲線進(jìn)行頻率鎖定時(shí)易受零點(diǎn)漂移的影響等三個(gè)問題提出了一種新的解調(diào)方法,通過對(duì)采樣相減的方式獲取疊加正弦波的幅度值,得到解調(diào)曲線,并可以將該幅度值作為鎖定程序的偏差值,避免了零點(diǎn)漂移帶來的鎖定誤差。正弦波調(diào)制后的諧振曲線由于波動(dòng)較大,難以判斷激光器中心頻率是否已經(jīng)進(jìn)入諧振谷,針對(duì)這個(gè)問題設(shè)計(jì)了一種用于獲取入谷判據(jù)的算法,鎖定模塊通過該判據(jù)決定反饋電壓增長(zhǎng)的步長(zhǎng),并以采樣相減法得到的幅度值作為偏差輸入,實(shí)現(xiàn)快速鎖定,最后得到了2.77 ms的鎖定速度,鎖定穩(wěn)態(tài)誤差為0.35°/s。針對(duì)激光器輸出功率穩(wěn)定性的問題,設(shè)計(jì)了一個(gè)自掃描模塊,對(duì)入谷判據(jù)重新調(diào)整,以提高陀螺系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后,經(jīng)檢測(cè),優(yōu)化后的陀螺標(biāo)度因數(shù)為22.22,積分時(shí)間10s,半小時(shí)內(nèi)的零偏為,零偏穩(wěn)定性為。
[Abstract]:An angular velocity sensor for detecting angular velocity based on optical Sagnac effect has the advantages of less wear , high sensitivity , wide dynamic range , no preheating time , strong impact resistance , easy miniaturization , low cost and so on . This paper presents a new demodulation method for the digital modulation and demodulation of sine wave by using CORDIC algorithm . It is difficult to judge whether the center frequency of the laser has entered the resonance valley .

【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN253;TP212

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