光纖解調(diào)儀的案例
你知道靜態(tài)和動(dòng)態(tài)解調(diào)儀有什么區(qū)別嗎？
什么是光纖解調(diào)儀？
光纖解調(diào)儀，又稱光柵測(cè)量單元，布拉格光柵解調(diào)儀或光纖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是一種光電儀表，應(yīng)用于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用中讀取布拉格光柵（FBG）傳感器的測(cè)量值。
光纖解調(diào)儀可同時(shí)以不同的采樣率采集數(shù)據(jù)，測(cè)量多根光纖連接的各種類型的傳感器（如應(yīng)變、溫度、位移、加速度、傾角等）組成的大型傳感網(wǎng)絡(luò)。在數(shù)據(jù)采集過程中，解調(diào)儀測(cè)量光纖傳感器反射的光的相關(guān)波長(zhǎng)，然后將其轉(zhuǎn)換為物理單位。然后，解調(diào)儀使用不同的通信協(xié)議（如 Ethernet, PROFIBUS 或 CANbus）傳輸讀數(shù)，使用軟件接口進(jìn)行存儲(chǔ)、分析或?qū)С觥?靜態(tài)和動(dòng)態(tài)解調(diào)儀有什么區(qū)別？
靜態(tài)和動(dòng)態(tài)解調(diào)儀之間的根本區(qū)別在于它們的采樣率。第一種用于靜態(tài)應(yīng)用，如王文度測(cè)量。第二種用于準(zhǔn)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)應(yīng)用，如應(yīng)變測(cè)量等。 由于它們的設(shè)計(jì)不同，在性能方面也存在一些差異。靜態(tài)解調(diào)儀包括用于連續(xù)校準(zhǔn)的嵌入式可跟蹤波長(zhǎng)參考，從而提供 更好的精度和分辨率 ，而動(dòng)態(tài)解調(diào)儀 具有更高的采樣率 ，適合于更高頻率的測(cè)量。 在沒有外部PC的情況下可采用內(nèi)部存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
光纖傳感器易于安裝，電磁安全，并可在可能爆炸的環(huán)境中使用，但選擇正確的光纖解調(diào)儀對(duì)于獲得精確的測(cè)量值非常重要。 FiberSensing 光纖解調(diào)儀能夠 7天/24小時(shí)精確和高分辨率地連續(xù)測(cè)量動(dòng)態(tài)和靜態(tài)信號(hào)，配備可靠的專用軟件。使用catman?軟件可以方便地實(shí)現(xiàn)光纖信號(hào)和其它傳感器信號(hào)集成在一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)。FiberSensing光纖解調(diào)儀有3個(gè)版本： 標(biāo)準(zhǔn)型、機(jī)架安裝型和便攜式 。
智能峰值探測(cè)（SPD）在大型FBG網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
光纖解調(diào)儀有 很高的動(dòng)態(tài)范圍 ， 在實(shí)際的傳感網(wǎng)絡(luò)中，損耗會(huì)隨時(shí)間而變化，對(duì)傳感器的影響也會(huì)不同，從而影響測(cè)量。
展開 MXFS光纖解調(diào)儀 - 光電兩種測(cè)量技術(shù)集成到一個(gè)系統(tǒng)中
MXFS
將光電兩種測(cè)量技術(shù)集成到一個(gè)系統(tǒng)中
QuantumX MXFS使光纖測(cè)量變得更簡(jiǎn)單，更靈活，更具競(jìng)爭(zhēng)力，可為您帶來布拉格光柵測(cè)量技術(shù)的所有優(yōu)勢(shì)：各種傳感器組成的大型傳感器網(wǎng)絡(luò)、高應(yīng)變和高抗疲勞性、可靠和高質(zhì)量的遠(yuǎn)程測(cè)量、更低成本等。
通過最新的MXFS BraggMETER, 多達(dá)16個(gè)光纖傳感器可連接到8個(gè)光纖連接器中的任何一個(gè)，進(jìn)行并行采集。因此，每個(gè)光纖解調(diào)儀提供128通道，并可同步采集。優(yōu)勢(shì)顯而易見：不僅降低了每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的成本，而且還降低了總體擁有成本。
用戶可選擇兩種工作模式：
正常速度模式：采集速率 100S/s，適合監(jiān)控項(xiàng)目或組件熱測(cè)試。
高速模式：采集速率 2000S/s，適合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)或?qū)嶒?yàn)應(yīng)力分析。
光纖傳感器易于安裝，電磁安全性高，也用于潛在爆炸性環(huán)境。可同時(shí)測(cè)量應(yīng)變、溫度、加速度、載荷和傾斜度的物理量。MXFS與其它QuantumX模塊可混合使用，組成包括光纖和電氣兩種測(cè)量技術(shù)的混合解決方案。
集成光纖測(cè)量技術(shù)到QuantumX系統(tǒng)中
QuantumX MXFS BraggMETER既是一個(gè)光學(xué)解調(diào)儀，也是可集成到QuantumX系統(tǒng)中的光纖模塊——靈活、模塊化、高精度。
展開 如何配置和安裝光纖傳感器陣列
</p><p><strong>d) 光纖解調(diào)儀的動(dòng)態(tài)范圍</strong></p><p>光纖測(cè)量鏈上的允許損耗由光纖解調(diào)儀的可用動(dòng)態(tài)范圍決定。動(dòng)態(tài)范圍可以看作是光譜的信噪比測(cè)量。受損信號(hào)一旦大于或接近動(dòng)態(tài)范圍，解調(diào)儀將無法獲取。</p><p><strong>e) 光纖解調(diào)儀峰值探測(cè)</strong></p><p>綜合上述距離、綜合損耗和反射率產(chǎn)生的影響，可以得到對(duì)光纖解調(diào)儀要求很高的復(fù)雜信號(hào)頻譜。一些解調(diào)儀具有不同的增益階躍，這將允許通過信號(hào)“放大”來讀取較小的峰值，但這會(huì)影響對(duì)某些傳感器的獲取。在這種情況下，光纖連接器的損耗越可控，就越容易防止測(cè)量問題，但這意味著會(huì)有妥協(xié)：必須減少傳感器的數(shù)量、接頭的數(shù)量或電纜長(zhǎng)度。</p><p>另外，您可以選擇具有智能峰值探測(cè)的解調(diào)儀。這種獨(dú)特的峰值探測(cè)算法在每個(gè)頻帶內(nèi)為每個(gè)FBG峰值的操作進(jìn)行定義，使同一光連接器上的高峰和低峰值共存成為可能。</p><p><br></p><div contenteditable="false" width="100%">
<hr>
</div><p><br></p><p><br></p><p class="ql-align-justify"><a href="https://www.hbm.com/cn/" rel="noopener noreferrer" target="_blank">官網(wǎng)：</a></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(25, 27, 31);"><</span><a href="https://www.hbm.com/cn/0014/strain-gauges/?
展開 張工聊光纖 | 光纖傳感器和常規(guī)電阻應(yīng)變片在結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)上的對(duì)比
不同于金屬箔應(yīng)變片，布拉格光柵傳感器的參考獨(dú)立于解調(diào)儀，是基于測(cè)量的絕對(duì)參數(shù)布拉格波長(zhǎng)，它和光功率的波動(dòng)無關(guān)，只和被測(cè)應(yīng)變的影響。測(cè)量傳感器數(shù)值的光纖解調(diào)儀本身也有一個(gè)內(nèi)置的參考源，如同一把尺子精確地確定得到的波長(zhǎng)值。這個(gè)內(nèi)部參考在每次測(cè)量進(jìn)行時(shí)校準(zhǔn)解調(diào)儀。
光纖傳感器系統(tǒng)為基礎(chǔ)設(shè)施工程師們提供了和當(dāng)代結(jié)構(gòu)材料疲勞特性相一致的疲勞極限測(cè)試。比如輕質(zhì)碳纖維板與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料相比具有更高的疲勞和應(yīng)變極限；即使更廣泛使用的鋼鐵、混凝土和木材，也通過不斷改造優(yōu)化其疲勞特性，從而同樣需要更高疲勞特性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
應(yīng)用案例
1）監(jiān)測(cè)巴西圣保羅地鐵線路的隧道變形和收斂特性
HBM FiberSensing 公司幫助設(shè)計(jì)了一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在巴西圣保羅一條運(yùn)行的地鐵線路的隧道變形和收斂特性，附近一個(gè)高層建筑正在施工建設(shè)。隧道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要保證高層建筑支撐墻的挖掘和施工過程不能影響地鐵運(yùn)行，同時(shí)確保乘客的安全。確定隧道收斂性的引伸計(jì)方法在這個(gè)項(xiàng)目中使用布拉格光柵傳感器來測(cè)量在隧道不同點(diǎn)的應(yīng)變值并轉(zhuǎn)換為隧道支撐的位移量。同時(shí)能量化這些支撐的收斂特性和幾何尺寸隨時(shí)間的變化。
圖3 隧道監(jiān)測(cè)某個(gè)測(cè)量面的安裝
對(duì)隧道的兩個(gè)截面實(shí)施監(jiān)測(cè)，每個(gè)截面有7個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)安裝一個(gè)應(yīng)變傳感器和一個(gè)溫度傳感器。一臺(tái)4通道、機(jī)架安裝式FS22解調(diào)儀用來借解調(diào)所有的傳感器，數(shù)據(jù)每分鐘采集一次，處理后保存在一個(gè)數(shù)據(jù)庫。一個(gè)19寸機(jī)架安裝在附近保護(hù)測(cè)量單元、服務(wù)器PC、UPS電源和互聯(lián)網(wǎng)連接裝置。
展開 
張工聊光纖 | 如何輕松設(shè)計(jì)一個(gè)基于光纖光柵的測(cè)量鏈
張工說
上期我們介紹了在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中，
基于光纖光柵的光學(xué)測(cè)量鏈的優(yōu)勢(shì)
（點(diǎn)擊可查看上期內(nèi)容）。
這期
我將向您展示
如何輕松設(shè)計(jì)
一個(gè)典型的
基于光纖光柵的測(cè)量鏈
。
光學(xué)測(cè)量鏈：SHM的完整包
對(duì)于一個(gè)完整的光學(xué)測(cè)量鏈，擁有正確的傳感器只是解決方案的三分之一。還需要有合適的光纖解調(diào)儀以及合適的軟件，才能獲得總體可靠的結(jié)果。傳感器、解調(diào)儀和軟件這三個(gè)部分構(gòu)成完整的光學(xué)測(cè)量鏈。
傳感器是用來測(cè)量或“感知”應(yīng)變、溫度、加速度、力甚至傾角的。
光纖解調(diào)儀（鏈條中的第二個(gè)組件）也稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它是一個(gè)光電儀器，可以“讀取”FBG傳感器。
軟件是讓你查看、記錄和分析你的測(cè)量數(shù)據(jù)的。
那么在選擇這些組件時(shí)應(yīng)注意些什么呢？
1. 傳感器
以下是在選擇基于FBG技術(shù)的正確光學(xué)傳感器時(shí)要問的一些問題和注意事項(xiàng)：
傳感器要安裝在哪里，首選的安裝方法是什么？傳感器可以采用螺栓固定、焊接或膠合，主要取決于其設(shè)計(jì)，這就意味著首選的安裝方法可能會(huì)縮小你的選擇范圍。
展開 案例分享 | 讓屹立90年的海上大橋煥發(fā)青春
沿800m橋梁布置了兩條24路復(fù)用光纖，3個(gè) HBM 光纖解調(diào)儀用于采集284個(gè)光纖傳感器，HBM PMX 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于讀取傳統(tǒng)電氣傳感器數(shù)據(jù)。
為了方便和加快安裝過程，光纖傳感器均采用預(yù)裝配的方式交付，并采用了兩種不同的安裝方法。由于橋梁是金屬結(jié)構(gòu)，例如中央桁架和輔助支架，采用點(diǎn)焊方式。而對(duì)于眼桿等，采用黏貼方式安裝。所有連接均由專用盒子保護(hù)。
主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意圖
A) 眼桿 (O's);
B) 下部輔助支架 (AI's);
C) 輔助塔 (TA's);
D) 下弦 (IC's);
E) 上弦 (CS's);
F) 鋼筋對(duì)角線 (DR's)
“技術(shù)上最復(fù)雜的活動(dòng)是負(fù)荷轉(zhuǎn)移過程，例如進(jìn)行眼桿更換時(shí)需要進(jìn)行張力釋放，并使用應(yīng)變傳感器對(duì)原始和臨時(shí)金屬結(jié)構(gòu)上的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量，采用測(cè)斜儀進(jìn)行傾斜度測(cè)量等。包括氣候傳感器在內(nèi)，需要312個(gè)傳感器。HBM 采用的混合測(cè)量技術(shù)（光纖和傳統(tǒng)電氣傳感器）確保了項(xiàng)目的快速安裝和實(shí)施。” Ricardo Martins，Teixeira Duarte項(xiàng)目工程師解釋道。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
采集設(shè)備通過以太網(wǎng)與控制室相連。總共使用了兩臺(tái)計(jì)算機(jī)：一臺(tái)用于全天候數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和記錄，另一臺(tái)用于已記錄數(shù)據(jù)的后處理。整個(gè)系統(tǒng)采用的是 HBM catman 軟件進(jìn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、記錄和分析。通過腳本自動(dòng)執(zhí)行某些任務(wù)，例如為現(xiàn)場(chǎng)操作員和遠(yuǎn)程工程師定期生成報(bào)告和警報(bào)等。
展開 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控 | 采用光學(xué)技術(shù)進(jìn)行隧道監(jiān)控
用于處理布拉格光柵信號(hào)的</strong><strong style="color: rgb(51, 182, 177); background-color: rgb(255, 255, 255);">光纖解調(diào)儀</strong></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_jpg/0dOps7rIddqBkxqtBIDWLpH9aKwqtMo3kuVyFIxicvMJjOLuIBD4d94fDR1vJ992MGwb0v8BLDiczWjQHNHK2xQA/640?wx_fmt=jpeg"></p><p><em style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(136, 136, 136);">FS22工業(yè) BraggMETER (可選機(jī)架安裝)</em></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_jpg/0dOps7rIddqBkxqtBIDWLpH9aKwqtMo3nFibA6nlkFm9gg0fARJHXb1QjljySAlLmmHAgFUicIPMScmveGLbqZzA/640?wx_fmt=webp"></p><p><em style="color: rgb(136, 136, 136); background-color: rgb(255, 255, 255);">MXFS QuantumX BraggMETER光纖模塊</em></p><p><br></p><p><strong style="color: rgb(51, 182, 177);">3.
展開 網(wǎng)絡(luò)課程 | 5月18日添加布拉格光柵傳感器到經(jīng)典數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
培訓(xùn)內(nèi)容
在本次演講課程中，我們將介紹：
HBK光纖產(chǎn)品——新一代光纖信號(hào)解調(diào)儀
HBK經(jīng)典數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的性能特點(diǎn)
光學(xué)和電學(xué)混合信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
現(xiàn)場(chǎng)演示
培訓(xùn)時(shí)間
5月18日（周三）下午14:00-15:00
課程對(duì)象
汽車、軌道交通、風(fēng)機(jī)、土木工程等行業(yè)，從事產(chǎn)品測(cè)試、大型結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)和維護(hù)的從業(yè)人員，相關(guān)測(cè)試設(shè)備從業(yè)人員，以及相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和院校師生等。
講師簡(jiǎn)介
費(fèi)用：
免費(fèi)
備注
培訓(xùn)將通過網(wǎng)絡(luò)授課的方式進(jìn)行，請(qǐng)自備具備上網(wǎng)條件的電腦或手機(jī)。
報(bào)名方式：
點(diǎn)擊這里，即刻報(bào)名
* 注冊(cè)報(bào)名后，您可以點(diǎn)擊HBM微信公眾號(hào)菜單欄
【會(huì)員中心】-【注冊(cè)/登陸】
，進(jìn)入個(gè)人中心，找到您報(bào)名的所有課程。
展開 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(cè)方法[1]
使用理想元件，輸出光電流（I）為
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
P 是光源光功率， σ 是光電檢測(cè)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
其中 L 是光線長(zhǎng)度, D 是環(huán)直徑, λ 是光源波長(zhǎng)，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(cè)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(cè)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(cè)信號(hào)
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)
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(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??_??=????/2 而是 ??_??=????/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。
展開 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(cè)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(cè)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(zhǎng)度, D 是環(huán)直徑, λ 是光源波長(zhǎng)，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(cè)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(cè)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(cè)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_??，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??_??=????/2 而是 ??_??=????/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。
展開 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(cè)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(cè)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(zhǎng)度, D 是環(huán)直徑, λ 是光源波長(zhǎng)，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(cè)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(cè)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(cè)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_??，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。
展開 
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(cè)方法[1]
使用理想元件，輸出光電流（I）為
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
P 是光源光功率， σ 是光電檢測(cè)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
其中 L 是光線長(zhǎng)度, D 是環(huán)直徑, λ 是光源波長(zhǎng)，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(cè)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(cè)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(cè)信號(hào)
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)
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(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??_??=????/2 而是 ??_??=????/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。
展開 光纖陀螺儀第三閉環(huán)回路控制研究
隨著SLD 光源使用時(shí)間的增長(zhǎng)，SLD 光源在恒定的電流驅(qū)動(dòng)下輸出的光功率會(huì)逐漸降低；不同溫度條件下，注入相同的驅(qū)動(dòng)電流，輸出光功率也會(huì)發(fā)生波動(dòng)，這些因素將直接影響光纖陀螺儀的整機(jī)性能和指標(biāo)參數(shù)。
光功率控制技術(shù)是以光源輸出光功率為對(duì)象，實(shí)現(xiàn)直接控制。基本思想是通過數(shù)字解調(diào)電路對(duì)PIN-FET 檢測(cè)到的光信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，根據(jù)光功率的波動(dòng)變化，提高或降低光源的驅(qū)動(dòng)電流，摒除其他環(huán)境因素造成的干擾，實(shí)現(xiàn)光纖陀螺儀光路內(nèi)傳輸光信號(hào)的閉環(huán)穩(wěn)定，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示[5]。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
要實(shí)現(xiàn)對(duì)光源輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)控制，光源驅(qū)動(dòng)電路必須采用數(shù)字電流源電路，該電流源的輸出電流由數(shù)字解調(diào)電路控制。動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)第一步是實(shí)現(xiàn)對(duì)陀螺光路輸出的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，光纖陀螺儀的組成結(jié)構(gòu)中，PIN-FET 組件是實(shí)現(xiàn)將陀螺光路中的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的功能模塊，通過對(duì)PIN-FET 輸出的電信號(hào)進(jìn)行采樣、解調(diào)等處理之后可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光功率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。光纖陀螺儀在閉環(huán)控制下的PIN-FET 輸出信號(hào)為典型的梳妝波信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換，將信號(hào)當(dāng)中的直流信號(hào)（即平坦區(qū)間信號(hào)）進(jìn)行采樣和解調(diào)，通過相應(yīng)的濾波算法即可得到輸入PIN-FET 的光信號(hào)功率，據(jù)此得到光纖陀螺儀整個(gè)光路的實(shí)時(shí)光功率波動(dòng)情況。通過數(shù)字電流源對(duì)光源驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)陀螺整個(gè)光路的光功率穩(wěn)定。
展開 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(cè)方法[1]
使用理想元件，輸出光電流（I）為
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
P 是光源光功率， σ 是光電檢測(cè)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
其中 L 是光線長(zhǎng)度, D 是環(huán)直徑, λ 是光源波長(zhǎng)，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(cè)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(cè)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(cè)信號(hào)
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)
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(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??_??=????/2 而是 ??_??=????/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。
展開 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(cè)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(cè)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(zhǎng)度, D 是環(huán)直徑, λ 是光源波長(zhǎng)，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(cè)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(cè)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(cè)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_??，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??_??=????/2 而是 ??_??=????/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）。
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