專利名稱：一種新型角位移光纖陀螺儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于陀螺技術(shù)領(lǐng)域，尤其是用于高鐵軌道檢測或其他需要角位移輸出的光纖陀螺儀。
背景技術(shù)：
光纖陀螺儀是以光導(dǎo)纖維線圈為基礎(chǔ)的敏感元件，由激光二極管發(fā)射出的光線朝兩個方向沿光導(dǎo)纖維傳播，光傳播路徑的改變，決定了敏感元件的角位移。與傳統(tǒng)的機(jī)械陀螺儀相比，光纖陀螺儀具有全固態(tài)，沒有旋轉(zhuǎn)部件和摩擦部件，壽命長，動態(tài)范圍大，瞬時啟動，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕等優(yōu)點；與激光陀螺儀相比，光纖陀螺儀沒有閉鎖問題，也不用在石英塊精密加工出光路，成本低。隨著國內(nèi)光纖陀螺行業(yè)的近幾年飛速發(fā)展，光纖陀螺儀取得了長足進(jìn)步。目前，涌現(xiàn)了大量的中低精度水平的光纖陀螺儀，廣泛用于了海、陸、空等軍用、民用領(lǐng)域。但是，目前鐵路軌道檢測所用的光纖陀螺儀為角速率輸出型，而高鐵軌道檢測需要檢測出角度，從而判斷火車的轉(zhuǎn)彎情況以及爬坡情況，角速率輸出型的光纖陀螺儀勢必增加后續(xù)信號處理的復(fù)雜度。因此，能否使光纖陀螺儀具有角位移輸出功能，是使后續(xù)信號處理簡單化的重要手段，對于光纖陀螺儀在高鐵軌道檢測領(lǐng)域進(jìn)一步推廣具有十分重要的意義。現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于角位移光纖陀螺儀有如下在先申請CN201010591848. 8公開一種基于光纖陀螺儀的角位移測量裝置及方法。其裝置包括相互連接的光纖陀螺儀和運算處理單元。進(jìn)行角位移測量時包括如下步驟I)將光纖陀螺儀固定在被測旋轉(zhuǎn)裝置上，使光纖陀螺儀的測量軸與被測旋轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn)動軸平行；2)在被測旋轉(zhuǎn)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)下，運算處理單元接收光纖陀螺儀的輸出值并計算測試時間內(nèi)的輸出值的平均值；3)使被測旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)一個角度，在該旋轉(zhuǎn)過程中由運算處理單元連續(xù)記錄光纖陀螺儀的輸出值；4)根據(jù)光纖陀螺儀的標(biāo)度因數(shù)、步驟2)所述輸出值的平均值、步驟3)所述的光纖陀螺儀的各輸出值，由運算處理單元計算得到被測旋轉(zhuǎn)裝置因旋轉(zhuǎn)所發(fā)生的角位移。該實用新型測試適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高。CN 201010595176.8公開了一種提高光纖陀螺儀測量角位移精度的方法，包括以下步驟I)將光纖陀螺儀固定在高精度轉(zhuǎn)臺上，使得光纖陀螺儀的測量軸和高精度轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動軸平行。2)在不同的轉(zhuǎn)臺輸入角速率下標(biāo)定光纖陀螺儀的標(biāo)度因數(shù)，獲得角速率跟標(biāo)度因數(shù)的對應(yīng)關(guān)系表。3)將光纖陀螺儀從高精度轉(zhuǎn)臺上取下并固定在被測旋轉(zhuǎn)裝置上，使得光纖陀螺的測量軸和被測旋轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn)動軸平行。4)在被測旋轉(zhuǎn)裝置靜止條件下求測試時間內(nèi)光纖陀螺儀輸出值的平均值，5)旋轉(zhuǎn)被測旋轉(zhuǎn)裝置，連續(xù)記錄光纖陀螺儀的各輸出值。6)利用步驟2)所述的對應(yīng)關(guān)系表、步驟4所述的輸出平均值、步驟5)所述的各輸出值，解算出旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)角度，即角位移。但以上兩項在先專利都是基于“角速率光纖陀螺儀”實現(xiàn)角位移測量的，CN201010591848. 8還涉及了一種能實現(xiàn)角位移測量的裝置，而非能實現(xiàn)角位移測量的光纖陀螺儀，其構(gòu)成為角速率光纖陀螺儀和運算處理單元，是將角速率光纖陀螺儀輸出的角速率數(shù)據(jù)通過通信電纜傳送至外部運算處理單元進(jìn)行運算處理后得到角位移數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出。即在先專利中光纖陀螺儀輸出量仍是角速率，而本實用新型是具有角位移輸出功能的新型光纖陀螺儀，其輸出量是角位移。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實用新型旨在提供一種具有角位移輸出功能的新型光纖陀螺儀，以解決光纖陀螺儀在高鐵軌道檢測領(lǐng)域信號處理復(fù)雜的問題，提供一種更適用于高速鐵路軌道檢測的光纖陀螺儀。實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種角位移光纖陀螺儀，包括光路部分和電路部分；所述光路部分由光纖環(huán)、Y波導(dǎo)、耦合器和光源和探測器組成；在光路部分中，光信號通過薩格奈克效應(yīng)產(chǎn)生相移，相移信號寄生在干涉光強(qiáng)中并由探測器轉(zhuǎn)換輸出為探測器信號；在電路部分中，探測器輸出的探測器信號經(jīng)前置放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行信號放大和轉(zhuǎn)換；其特征在于電路部分還包括電路解算單元邏輯電路芯片，所述電路解算單元邏輯電路芯片通過對上述經(jīng)放大、轉(zhuǎn)換后的探測器信號進(jìn)行數(shù)字信號解調(diào)、數(shù)字濾波和積分處理，解算出光纖陀螺旋轉(zhuǎn)角度信息，并判斷、輸出角度方向。進(jìn)一步，所述電路解算單元邏輯電路芯片選用FPGA芯片。相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有如下有益效果1、現(xiàn)有技術(shù)是基于角速率光纖陀螺儀加上后續(xù)運算處理單元實現(xiàn)角位移測量的；本實用新型是僅通過重新設(shè)計了光纖陀螺中電路解算單元的邏輯電路部分，直接輸出角位移。2、本實用新型更適用于光纖陀螺的小型化發(fā)展需求，由于本實用新型僅靠電路解算單元的邏輯程序的重新設(shè)計實現(xiàn)了角位移測量功能，因此沒有額外增加產(chǎn)品的體積。3、本實用新型具有角位移輸出功能，簡化了光纖陀螺儀在高鐵軌道檢測領(lǐng)域中后續(xù)信號處理的復(fù)雜度，大幅度提高電路信號抗干擾能力，也有利于光纖陀螺儀在高速鐵路軌道檢測中的應(yīng)用；與速率陀螺相比，具有同等精度和穩(wěn)定性水平。

圖1為本實用新型角位移光纖陀螺儀原理框圖；圖2為本實用新型角位移光纖陀螺儀電路解算板信號流程圖；圖3為本實用新型角位移光纖陀螺儀電路解算單元邏輯電路程序算法框圖。
具體實施方式
如圖1、圖2所示，一種新型角位移光纖陀螺儀，包括光路部分和電路部分；所述光路部分由光纖環(huán)、Y波導(dǎo)、耦合器、光源和探測器組成，在光路部分中，光信號通過薩格奈克效應(yīng)產(chǎn)生相移，相移信號寄生在干涉光強(qiáng)中并由探測器轉(zhuǎn)換輸出為探測器信號(電信號)；在電路部分中，探測器輸出的探測器信號經(jīng)前置放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行信號放大和轉(zhuǎn)換，其特征在于電路部分還包括電路解算單元邏輯電路，電路解算單元邏輯電路通過對上述經(jīng)放大、轉(zhuǎn)換后的探測器信號進(jìn)行數(shù)字信號解調(diào)、數(shù)字濾波和積分處理，解算出光纖陀螺旋轉(zhuǎn)角度信息，并判斷、輸出角度方向。其中，電路解算單元邏輯電路優(yōu)選用FPGA芯片。如圖3所示，電路解算單元邏輯電路算法執(zhí)行以下步驟I)電路初始化后，奇偶采樣程序在由公共時鐘分頻產(chǎn)生的控制時序的控制下對經(jīng)放大、轉(zhuǎn)換后的探測器信號進(jìn)行奇偶采樣并分別得到奇采樣值和偶采樣值；2)求差值模塊對奇采樣值和偶采樣值進(jìn)行求差值運算，運算輸出結(jié)果由第一數(shù)字濾波程序進(jìn)行處理；3)第一數(shù)字濾波程序處理后的數(shù)據(jù)與寄存器中存儲的數(shù)據(jù)作為加法器模塊的輸入，加法運算輸出結(jié)果存入寄存器中更新寄存器中原有數(shù)據(jù)，寄存器更新后的數(shù)據(jù)送往加法運算模塊作為輸入?yún)⒓蛹臃ㄟ\算的同時送到第二數(shù)字濾波程序進(jìn)行處理，第二數(shù)字濾波程序處理的結(jié)果送往積分器進(jìn)行積分運算，積分運算輸出即為角位移數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，所述電路部分還包括方波信號發(fā)生器、加法器和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；所述第二數(shù)字濾波程序處理后的輸出數(shù)據(jù)與方波發(fā)生器輸出信號作為加法器電路的輸入，加法器電路的輸出結(jié)果經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后得到反饋信號，反饋信號饋入光路部分中的Y波導(dǎo)使得整個角位移光纖陀螺儀形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)。本實用新型的實用新型點在于創(chuàng)新改進(jìn)電路部分處理信號的程序、邏輯等，從而使得光纖陀螺儀具有角位移輸出功能。本實用新型在角速率光纖陀螺的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，沒有在不額外增加產(chǎn)品的體積、硬件電路以及成本的情況下對光纖陀螺儀的電路解算板以及對電路解算單元邏輯電路的邏輯程序進(jìn)行重新設(shè)計，實現(xiàn)光纖陀螺儀的角位移輸出功能，并與速率陀螺具有同等精度和穩(wěn)定性水平，使其更適用于高鐵軌道檢測領(lǐng)域或其他需要角位移輸出的領(lǐng)域。例如在高鐵軌道檢測應(yīng)用領(lǐng)域中將本實用新型角位移光纖陀螺儀安裝于高鐵列車上，根據(jù)光纖陀螺儀的角位移輸出量，可以判斷火車的轉(zhuǎn)彎情況、爬坡情況以及相應(yīng)的方向。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種新型角位移光纖陀螺儀，其特征在于包括光路部分和電路部分；所述光路部分由光纖環(huán)、Y波導(dǎo)、耦合器、光源和探測器組成；在光路部分中，光信號通過薩格奈克效應(yīng)產(chǎn)生相移，相移信號寄生在干涉光強(qiáng)中并由探測器轉(zhuǎn)換輸出為探測器信號；在電路部分中， 探測器輸出的探測器信號經(jīng)前置放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行信號放大和轉(zhuǎn)換；電路部分還包括電路解算單元邏輯電路芯片，所述電路解算單元邏輯電路芯片通過對上述經(jīng)放大、轉(zhuǎn)換后的探測器信號進(jìn)行數(shù)字信號解調(diào)、數(shù)字濾波和積分處理，解算出光纖陀螺旋轉(zhuǎn)角度信息，并判斷、輸出角度方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型角位移光纖陀螺儀，其特征在于所述電路解算單元邏輯電路芯片選用FPGA芯片。
專利摘要一種新型角位移光纖陀螺儀，包括光路部分和電路部分；所述光路部分由光纖環(huán)、Y波導(dǎo)、耦合器、光源和探測器組成；在電路部分中，探測器輸出的探測器信號經(jīng)前置放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行信號放大和轉(zhuǎn)換，電路部分還包括電路解算單元邏輯電路，電路解算單元邏輯電路通過對上述經(jīng)放大、轉(zhuǎn)換后的探測器信號進(jìn)行數(shù)字信號解調(diào)、數(shù)字濾波和積分處理，解算出光纖陀螺旋轉(zhuǎn)角度信息，并判斷、輸出角度方向。本實用新型通過重新設(shè)計光纖陀螺中電路解算單元的邏輯電路部分，沒有額外增加產(chǎn)品的體積，適用于光纖陀螺的小型化發(fā)展需求，具有角位移輸出功能，簡化了光纖陀螺儀在高鐵軌道檢測領(lǐng)域中后續(xù)信號處理的復(fù)雜度，大幅度提高電路信號抗干擾能力。
文檔編號G01C19/72GK202836573SQ20122053714
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者劉平, 陳斌, 李光輝, 王樹春, 顧云飛 申請人:重慶華渝電氣儀表總廠