專(zhuān)利名稱(chēng)：一種提高光纖陀螺輸出精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子技術(shù)中光纖傳感器的領(lǐng)域，尤其涉及一種提髙光纖陀螺 輸出精度的方法。更具體地說(shuō)，是指一種通過(guò)硬件補(bǔ)償數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非線 性誤差來(lái)提高光纖陀螺輸出精度的方法。
背景技術(shù)：
閉環(huán)光纖陀螺的調(diào)制主要有兩種功能動(dòng)態(tài)偏置以及閉環(huán)反饋。其中動(dòng)態(tài) 偏置使系統(tǒng)工作于最靈敏的±豕/2工作點(diǎn)，而閉環(huán)反饋是提供一個(gè)額外的相位， 以補(bǔ)償系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的Sagnac相移，保持光纖陀螺準(zhǔn)確的工作在±豕/2工作點(diǎn)， 從而獲得線性度好的標(biāo)度因子。目前動(dòng)態(tài)偏置和閉環(huán)反饋的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)給集成相位調(diào)制器施加電壓而完成 的，外加電壓會(huì)產(chǎn)生與之成正比的相位差。外加電壓的實(shí)現(xiàn)，是通過(guò)信號(hào)處理 電路產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器和后放驅(qū)動(dòng)電路施加在集成相位調(diào)制器上 的。由于該電壓攜帶了反饋和偏置的信息量，它的誤差會(huì)直接反應(yīng)為干涉測(cè)量 值的誤差，而陀螺正是對(duì)該干涉測(cè)量信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和積分后輸出的，所以這個(gè) 誤差會(huì)直接反應(yīng)為光纖陀螺輸出的誤差。只有提供準(zhǔn)確的2;r電壓才能保證集成 相位調(diào)制器產(chǎn)生的光相位差的準(zhǔn)確性，從而保證光纖陀蟝輸出的精度。在信號(hào)處理電路一數(shù)模轉(zhuǎn)換器一后放驅(qū)動(dòng)電路的回路中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積 分非線性誤差是最主要的誤差源，該誤差的存在降低了反饋和偏置電壓的精度， 導(dǎo)致了反饋和偏置電壓的不準(zhǔn)確，從而降低了光纖陀螺的輸出精度。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)目前光纖陀嫘研究中，尚無(wú)測(cè)試數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非 線性誤差并進(jìn)行硬件補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀，提供一種提髙光纖陀螺輸出精度的方法。 發(fā)明原理根據(jù)Sagnac干涉儀的光路原理，最終到達(dá)探測(cè)器上的干涉信號(hào)可表示為 / = /0[l+cos(《+Kfl)] (1) 其中A為為系統(tǒng)的調(diào)制深度，而-。為系統(tǒng)輸入轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生的Saganc相移， ^為實(shí)現(xiàn)閉環(huán)需要的反饋相移。其中，A和&均是通過(guò)信號(hào)處理電路產(chǎn)生數(shù)字 信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器和后放驅(qū)動(dòng)電路施加在集成相位調(diào)制器上的。令從處理器到集成相位調(diào)制器環(huán)節(jié)的理想系數(shù)為A:,數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非線性誤差引起的誤差系數(shù)為M，此時(shí)(1)式可以改寫(xiě)為/ = /0{l+cosWn+("AA:"(Arra+AU} (2) 其中AK^為時(shí)延差分調(diào)制電壓，而AP^為反饋值所對(duì)應(yīng)的電壓。通過(guò)(2) 式可以看出AAT值的存在直接影響了干涉測(cè)量的輸出電流值，帶來(lái)了輸出電流值 的誤差，而后期正是對(duì)這個(gè)輸出進(jìn)行解調(diào)積分獲得光纖陀螺的輸出。所以g值 會(huì)對(duì)光纖陀螺的輸出精度產(chǎn)生直接影響。 一般使用的14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非 線性誤差為土2I5fi。對(duì)于開(kāi)環(huán)檢測(cè)大動(dòng)態(tài)范圍的情況，設(shè)線圈長(zhǎng)度為100m，直 徑為3cm的光纖陀螺，動(dòng)態(tài)范圍為2400。"，此時(shí)2LSB的積分非線性誤差引起 的誤差高達(dá)1055 VA 。對(duì)于開(kāi)環(huán)檢測(cè)小動(dòng)態(tài)范圍的情況，設(shè)線圈長(zhǎng)度為lkm，直 徑為10cm的光纖陀螺，動(dòng)態(tài)范圍為73。/" 2LSB的積分非線性誤差引起的誤 差也有32。/"比地球自轉(zhuǎn)角速度還高一倍以上。為了降低數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非線性誤差影響，搭建數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)字碼輸 入一模擬值輸出的測(cè)試系統(tǒng)；獲得數(shù)模轉(zhuǎn)換器從0到2"-l的不同數(shù)字碼輸入響 應(yīng)的模擬值輸出的對(duì)照表；計(jì)算得到相應(yīng)于不同數(shù)字碼輸入的積分非線性誤差 的對(duì)照表；通過(guò)硬件補(bǔ)償數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非線性誤差，獲得準(zhǔn)確的數(shù)模轉(zhuǎn)換 器輸出。本發(fā)明所采用的提高光纖陀螺輸出精度的方法包括步驟如下1) 采用計(jì)算機(jī)、主板、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和高精度萬(wàn)用表搭建數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)字 碼輸入一模擬值輸出的測(cè)試系統(tǒng)2) 使用數(shù)字碼輸入一模擬值輸出的測(cè)試系統(tǒng)，從0開(kāi)始直到2"-1逐一向數(shù) 模轉(zhuǎn)換器發(fā)送數(shù)字碼，N為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的位數(shù)利用高精度萬(wàn)用表采集輸出的相 應(yīng)模擬值，作出從0到2"-l的不同數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出的對(duì)照表3) 利用數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出的對(duì)照表計(jì)算得到相應(yīng)于不同數(shù)字碼 輸入的積分非線性誤差的對(duì)照表；4) 在光纖陀蟪中，信號(hào)處理電路輸出的數(shù)字信號(hào)一路經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器得到 相應(yīng)的模擬值，另一路通過(guò)查詢數(shù)字碼輸入的積分非線性誤差的對(duì)照表得到相 應(yīng)的積分非線性誤差值，模擬值和積分非線性誤差值通過(guò)減法器實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換 器的積分非線性誤差部分的硬件補(bǔ)償；通過(guò)硬件補(bǔ)償數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非線性 誤差，獲得準(zhǔn)確的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出。所述的獲得從0到2W-i的不同數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出的對(duì)照表的步 驟如下1) 計(jì)算機(jī)與主板通信，從0開(kāi)始發(fā)送數(shù)字值；2) 主板收到該數(shù)字值后再發(fā)送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它輸出響應(yīng)的模擬值，，等 待一，t由所使用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器建立時(shí)間決定，待輸出穩(wěn)定后，主板送電壓穩(wěn) 定信號(hào)給計(jì)算機(jī)；3) 計(jì)算機(jī)收到該信號(hào)后，通知髙精度萬(wàn)用表采集數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬值， 高精度萬(wàn)用表將采集的模擬值返回給計(jì)算機(jī)-,4) 完成以上步驟后，主板判斷當(dāng)前輸入的數(shù)字值是否為2"-1, N為數(shù)模轉(zhuǎn) 換器的位數(shù)，若是，整個(gè)測(cè)試結(jié)束；否則，當(dāng)前輸入數(shù)字值加l，重復(fù)步驟2) 到步驟3);5) 利用主板發(fā)送的數(shù)字值和高精度萬(wàn)用表采集的模擬值作出從0到2"-l的 不同數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出的對(duì)照表。所述的利用數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出的對(duì)照表計(jì)算得到相應(yīng)于不同數(shù) 字碼輸入的積分非線性誤差的對(duì)照表的步驟如下1 )利用最小二乘法對(duì)從0到2^ -l的不同數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出擬和 出一條直線；2) 利用從0到2" -l的不同數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出作出一條實(shí)際的曲線；3) 兩條曲線的差值為相應(yīng)于不同數(shù)字碼輸入的積分非線性誤差，作出相應(yīng) 于不同數(shù)字碼輸入的積分非線性誤差的對(duì)照表。本發(fā)明具有的有益效果是首次提出了測(cè)試光纖陀蟪中關(guān)鍵器件數(shù)模轉(zhuǎn)換 器的積分非線性誤差并對(duì)之補(bǔ)償?shù)姆椒?，該方法適用于開(kāi)環(huán)或閉環(huán)方案的光纖 陀螺；補(bǔ)償完全適合在線使用，在實(shí)際的陀嫘工作環(huán)境中進(jìn)行；補(bǔ)償方法簡(jiǎn)單 方便，容易操作，具有很高的實(shí)用價(jià)值；目前無(wú)其他補(bǔ)償數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非 線性誤差來(lái)提高光纖陀螺精度的方法。利用該技術(shù)，可建立數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分 非線性誤差的補(bǔ)償模型，定位制約系統(tǒng)靜態(tài)性能的瓶頸，以改善光纖陀蠊的靜 態(tài)精度。


圖1是數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)字碼輸入一模擬值輸出的測(cè)試系統(tǒng)組成原理框圖 圖2是數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)字碼輸入一模擬值輸出的測(cè)試流程圖； 圖3是計(jì)算數(shù)模轉(zhuǎn)換器相應(yīng)于不同數(shù)字碼輸入的積分非線性誤差的對(duì)照表 的框圖；圖4為利用硬件實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非線性誤差補(bǔ)償?shù)目?b>具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
圖1是數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)字碼輸入一模擬值輸出的測(cè)試系統(tǒng)組成原理框圖，
該系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)(PC1)、主板(MB2)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC3)和高精度萬(wàn)用表 (DMM4)組成。PC1通過(guò)RS232端口與MB2相連。MB2的主要器件為DSP， 其UART端口經(jīng)過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片以RS232協(xié)議輸出，用于與PC1通信；其通用 10口與DAC3相連，用于向DAC3發(fā)送數(shù)字碼；內(nèi)部時(shí)鐘控制模塊協(xié)調(diào)時(shí)序。 DAC3與DMM4相連，DMM4與PC1的另一 RS232端口相連，DMM4用于測(cè) 量DAC3的模擬輸出值并將結(jié)果送回給PC1。
圖2是數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)字碼輸入一模擬值輸出的測(cè)試流程圖。
1) 計(jì)算機(jī)與主板通信，從0開(kāi)始發(fā)送數(shù)字值；
2) 主板收到該數(shù)字值后再發(fā)送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它輸出響應(yīng)的模擬值，，等 待t戸，t由所使用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器建立時(shí)間決定，待輸出穩(wěn)定后，主板送電壓穩(wěn) 定信號(hào)給計(jì)算機(jī)；
3) 計(jì)算機(jī)收到該信號(hào)后，通知高精度萬(wàn)用表采集數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬值, 高精度萬(wàn)用表將采集的模擬值返回給計(jì)算機(jī)；.
4) 完成以上步驟后，主板判斷當(dāng)前輸入的數(shù)字值是否為2"-l， N為數(shù)模轉(zhuǎn) 換器的位數(shù)，若是，整個(gè)測(cè)試結(jié)束；否則，當(dāng)前輸入數(shù)字值加l，重復(fù)步驟2) 到步驟3);
獲得從0到^-l的主板發(fā)送的數(shù)字值和與之相應(yīng)的髙精度萬(wàn)用表采集的模 擬值后，作出從0到2"-l的不同數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出的對(duì)照表。
圖3是計(jì)算數(shù)模轉(zhuǎn)換器相應(yīng)于不同數(shù)字碼輸入的積分非線性誤差的對(duì)照表 的框圖。根據(jù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非線性誤差的定義，積分非線性誤差是指實(shí)際 模擬輸出值與理想值的偏差。理想值的獲得有兩種方法，一是對(duì)實(shí)際模擬輸出 值進(jìn)行最小二乘法擬和出的一條直線二是連接模擬輸出值的起點(diǎn)和終點(diǎn)作出 的一條直線。其中方法二簡(jiǎn)單易行，但由于只使用兩個(gè)端點(diǎn)值計(jì)算，端點(diǎn)值的 誤差會(huì)直接成為擬和結(jié)果的誤差，穩(wěn)定度差。本發(fā)明采用方法一進(jìn)行擬和得出 理想值。
1) 利用最小二乘法對(duì)從0到2W -1的不同數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出擬和 出一條直線；
2) 利用從0到2^-l的不同數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出作出一條實(shí)際的曲
線；3)兩條曲線的差值為相應(yīng)于不同數(shù)字碼輸入的積分非線性誤差，作出相應(yīng) 于不同數(shù)字碼輸入的積分非線性誤差的對(duì)照表。
圖4為利用硬件實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非線性誤差補(bǔ)償?shù)目驁D。在光纖陀 螺中，信號(hào)處理電路輸出的數(shù)字信號(hào)一路經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器得到相應(yīng)的模擬值， 另一路通過(guò)查詢數(shù)字碼輸入的積分非線性誤差的對(duì)照表得到相應(yīng)的積分非線性 誤差值，模擬值和積分非線性誤差值通過(guò)減法器實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非線性 誤差部分的硬件補(bǔ)償，補(bǔ)償后的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出經(jīng)過(guò)后放驅(qū)動(dòng)電路加在集成相 位調(diào)制器上。
權(quán)利要求
1、一種提高光纖陀螺輸出精度的方法，其特征在于包括步驟如下1)采用計(jì)算機(jī)、主板、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和高精度萬(wàn)用表搭建數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)字碼輸入-模擬值輸出的測(cè)試系統(tǒng)；2)使用數(shù)字碼輸入-模擬值輸出的測(cè)試系統(tǒng)，從0開(kāi)始直到2N-1逐一向數(shù)模轉(zhuǎn)換器發(fā)送數(shù)字碼，N為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的位數(shù)；利用高精度萬(wàn)用表采集輸出的相應(yīng)模擬值，作出從0到2N-1的不同數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出的對(duì)照表；3)利用數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出的對(duì)照表計(jì)算得到相應(yīng)于不同數(shù)字碼輸入的積分非線性誤差的對(duì)照表；4)在光纖陀螺中，信號(hào)處理電路輸出的數(shù)字信號(hào)一路經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器得到相應(yīng)的模擬值，另一路通過(guò)查詢數(shù)字碼輸入的積分非線性誤差的對(duì)照表得到相應(yīng)的積分非線性誤差值，模擬值和積分非線性誤差值通過(guò)減法器實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非線性誤差部分的硬件補(bǔ)償；通過(guò)硬件補(bǔ)償數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非線性誤差，獲得準(zhǔn)確的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高光纖陀螺輸出精度的方法，其特征在于 所述的獲得從0到2^-l的不同數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出的對(duì)照表的步驟如 下1) 計(jì)算機(jī)與主板通信，從O開(kāi)始發(fā)送數(shù)字值；2) 主板收到該數(shù)字值后再發(fā)送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它輸出響應(yīng)的模擬值，，等 待t/fi， t由所使用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器建立時(shí)間決定，待輸出穩(wěn)定后，主板送電壓穩(wěn) 定信號(hào)給計(jì)算機(jī)；3) 計(jì)算機(jī)收到該信號(hào)后，通知高精度萬(wàn)用表采集數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬值，高精度萬(wàn)用表將采集的模擬值返回給計(jì)算機(jī)；4) 完成以上步驟后，主板判斷當(dāng)前輸入的數(shù)字值是否為2W-1， N為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，若是，整個(gè)測(cè)試結(jié)束；否則，當(dāng)前輸入數(shù)字值加l，重復(fù)步驟2) 到步驟3);5) 利用主板發(fā)送的數(shù)字值和高精度萬(wàn)用表采集的模擬值作出從0到2" -1的 不同數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出的對(duì)照表。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高光纖陀螺輸出精度的方法，其特征在于 所述的利用數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出的對(duì)照表計(jì)算得到相應(yīng)于不同數(shù)字碼 輸入的積分非線性誤差的對(duì)照表的步驟如下(1 )利用最小二乘法對(duì)從0到2W -1的不同數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出擬和 出一條直線； ( 2) 利用從0到2W-1的不同數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出作出一條實(shí)際的曲線； (3) 兩條曲線的差值為相應(yīng)于不同數(shù)字碼輸入的積分非線性誤差，作出相應(yīng) 于不同數(shù)字碼輸入的積分非線性誤差的對(duì)照表。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種提高光纖陀螺輸出精度的方法。搭建數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)字碼輸入-模擬值輸出的測(cè)試系統(tǒng)；獲得數(shù)模轉(zhuǎn)換器從0到2^N-1的不同數(shù)字碼輸入響應(yīng)的模擬值輸出的對(duì)照表；計(jì)算得到數(shù)模轉(zhuǎn)換器相應(yīng)于不同數(shù)字碼輸入的積分非線性誤差的對(duì)照表；通過(guò)加入減法器的硬件補(bǔ)償方法，補(bǔ)償數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非線性誤差，獲得準(zhǔn)確的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出。本發(fā)明有效的降低了數(shù)模轉(zhuǎn)換器的積分非線性誤差引起的偽輸出，保證了光纖陀螺反饋和偏置電壓的準(zhǔn)確，并且能夠根據(jù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的參數(shù)不同，調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)姆e分非線性誤差部分，有效地提高光纖陀螺的輸出精度。
文檔編號(hào)G01C19/72GK101290225SQ20071007145
公開(kāi)日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2007年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月30日
發(fā)明者承 劉, 淼 程, 胡慧珠, 舒曉武 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)