RU2198380C2 - Method of phase modulation in fiber-optical gyroscope with closed circuit - Google Patents

Abstract

FIELD: fiber optics. SUBSTANCE: voltage of triangular form simultaneously carrying out amplitude and compensation phase modulations is fed to phase modulator. Voltage frequency of triangular form is maintained constant for subsequent narrow-band filtration of output signal. EFFECT: raised accuracy of device. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при разработке и изготовлении волоконно-оптического гироскопа (ВОГ). The invention relates to the field of fiber optics and can be used in the development and manufacture of fiber optic gyroscope (FOG).

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]. FOG is known in which a phase modulation method is used, which is the sum of auxiliary phase modulation ± π / 2 radians and compensating phase modulation carried out by sawtooth voltage; while the inclination of the saw is proportional to the angular velocity of rotation of the gyroscope [1]. Closest to the claimed method is a method of phase modulation of an optical signal in a Sagnac interferometer with a triangular voltage (modulating voltage), in which auxiliary and compensating modulations are simultaneously performed [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. The disadvantage of this method is that when the modulating voltage is formed to compensate for the Sagnac phase difference resulting from the rotation of the interferometer, the slope of the sawtooth modulating voltage is changed (the slope of one is increased and the slope of the other is reduced), maintaining the amplitude constant, which leads to a change in the duration of the fronts. In this case, the variable component of the output signal of the interferometer has the form of rectangular pulses with an amplitude proportional to the angular velocity and a duration equal to the duration of the fronts of the modulating voltage, with a change in the slope of which the frequency and duty cycle of the output signal changes over a wide range, which requires a large band of the output signal processing circuit transmission and makes it impossible to narrow-band filter the output signal of the interferometer to highlight the useful signal.

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. The purpose of the invention is the provision of a constant frequency and duty cycle of the output signal of the interferometer by generating a modulation signal of the interferometer of a triangular shape with a constant frequency and duration of the edges, which allows the use of narrow-band filtering of the output signal to increase the accuracy of the device.

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. The essence of the method is as follows. In the absence of rotation, a sawtooth voltage with fronts of equal slope is applied to the integrated optical phase modulator, and the slope of the fronts determines the amplitude of the phase modulation in the interferometer equal to ± π / 2 to create the optimal operating point of the interferometer in the field of maximum sensitivity and linearity (Fig. 1). In this case, the amplitude of the variable component of the photodetector signal is zero.

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). When the interferometer is rotated with a constant angular velocity, the phase difference of the interfering rays arises in it, caused by the Sagnac effect, which leads to the appearance of a rectangular signal on the photodetector with a frequency equal to the modulation frequency and amplitude proportional to the angular velocity and duty cycle equal to two (Fig. 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. The feedback system changes the slope of the edges of the modulating voltage in such a way as to compensate for the resulting phase difference. In this case, the amplitude of the variable component of the photodetector signal again becomes equal to zero. In this case, the modulating voltage is formed from alternating segments of a linearly increasing and linearly decreasing voltage with a slope necessary to compensate for the phase difference, but with a duration equal to the initial duration of the sawtooth voltage fronts (Fig. 3), thus, the voltage frequency of a triangular shape is kept constant.

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). With a further change in the angular velocity of the interferometer at the photodetector, a rectangular signal arises with an amplitude equal to the increment of the angular velocity, with a frequency equal to the initial frequency, and a duty cycle equal to two (Fig. 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. Thus, when generating a modulation signal of an interferometer that simultaneously performs amplitude and compensating phase modulations in the described manner, when the angular velocity of the interferometer changes, the output signal of the photodetector will always have a frequency equal to the modulation frequency and a duty cycle equal to two. When generating a modulation signal with a fixed frequency, it becomes possible to narrow-band filter the output signal of the photodetector to increase the accuracy of the device.

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.Sources of information
1. Lefevre, HC Analog Phase Ramp or Serrodyne Modulation / Lefevre, HC 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). 2. Lefevre, H.C. Dual Phase Ramp Feedback / Lefevre, H.C - The Fiber-Optic Gyroscope. - Boston London, 1993, - pp. 155-156 (prototype).

Claims (1)

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. The method of phase modulation in a closed-loop fiber-optic gyroscope, which consists in applying a triangular voltage to the phase modulator, which simultaneously performs amplitude and compensating phase modulations, characterized in that for the subsequent narrow-band filtering of the output signal, the triangular voltage frequency is kept constant.

Images