光纖陀螺儀系統設計：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算出的電流

 

 (2)

 

P 是光源光功率， σ 是光電檢測器的響應度（在我們的案例中等于1）。在等式（2）中將光功率除以2是因為在耦合器處功率損失了一半。 一旦 φs 確定了， 我們可以計算

 

 (3)

 

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

 

圖1.FOG DC檢測布局

 

光纖陀螺儀系統設計：相位調制方法[2]

 

當嘗試測量非常低的角旋轉速率時，DC方法不是很準確，所以通常使用相位調制技術。 對于該設置，光檢測信號

 

 (4)

 

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

 

 (5)

 

公式3得到角速度。我們可以重新排列找到φ_??，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??_??=????/2 而是 ??_??=????/8因為在光到達光電二極管的時候，其功率已經被耦合器減半了三次。

 

圖2.OptiSystem設計的調制技術原理圖（資料來源：REF）（注：光纖偏振器未包含在設計中）

 

對于以下的OptiSystem設計，角速度已設置為7.27e-5rad / s（地球的轉速）。 I-FOG的設置顯示在紅色框中（在全局參數下）。 通過使用相移分量來應用薩格納克相移，計算如下:

 

 

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

 

圖3.FOG 相位調制

 

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