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OptiSystem應(yīng)用：光纖陀螺儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

光纖陀螺儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)：DC檢測方法[1]

 

使用理想元件，輸出光電流（I）為

 

 (1)

 

其中 φs 是薩格納克相移 ， Io  是以零角速度情況計(jì)算出的電流

 

 (2)

 

P 是光源光功率， σ 是光電檢測器的響應(yīng)度（在我們的案例中等于1）。在等式（2）中將光功率除以2是因?yàn)樵隈詈掀魈幑β蕮p失了一半。 一旦 φs 確定了， 我們可以計(jì)算

 

 (3)

 

其中 L 是光線長度, D 是環(huán)直徑, λ 是光源波長，由此來確定環(huán)路Ω 的角速度。注意，由于等式（1）具有余弦，因此直流技術(shù)無法區(qū)分正負(fù)速度。

 

圖1.FOG DC檢測布局
 

光纖陀螺儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)：相位調(diào)制方法[2]

 

當(dāng)嘗試測量非常低的角旋轉(zhuǎn)速率時(shí)，DC方法不是很準(zhǔn)確，所以通常使用相位調(diào)制技術(shù)。 對(duì)于該設(shè)置，光檢測信號(hào)

 

 (4)

 

將相位調(diào)制器幅度選擇到+/-0.9 rad ，給出最大化J1(Φm) = 0.581517 的項(xiàng)Φm = 1.8 。提取調(diào)制頻率ωm的余弦級(jí)數(shù)

 

 (5)

 

公式3得到角速度。我們可以重新排列找到φ_𝑠，然后再次使用公式（3）找到角速度。 注意，在這種情況下，由于等式（5）具有正弦關(guān)系，所以我們可以確定角速度的大小和方向。另外，在這種情況下, 在等式（2）中，零速電流不是𝐼_𝑜=𝜎𝑃/2 而是 𝐼_𝑜=𝜎𝑃/8因?yàn)樵诠獾竭_(dá)光電二極管的時(shí)候，其功率已經(jīng)被耦合器減半了三次。

 

圖2.OptiSystem設(shè)計(jì)的調(diào)制技術(shù)原理圖（資料來源：REF）（注：光纖偏振器未包含在設(shè)計(jì)中）

 

對(duì)于以下的OptiSystem設(shè)計(jì)，角速度已設(shè)置為7.27e-5rad / s（地球的轉(zhuǎn)速）。 I-FOG的設(shè)置顯示在紅色框中（在全局參數(shù)下）。 通過使用相移分量來應(yīng)用薩格納克相移，計(jì)算如下:

 

 

在這里，我們根據(jù)前面的方程，使用C ++組件來計(jì)算角速度。 測得的角速度（在C ++組件下顯示為結(jié)果）為7.29e-5rad / s。

 

圖3.FOG 相位調(diào)制

 

[1] http://www.jgorasia.com/Files/Spring10/Instrumentation/FOGreport.pdf (Accessed 24 Jan 2017).