OptiSystem应用：光纤陀螺仪系统设计

光纤陀螺仪系统设计：DC检测方法[1]

 

使用理想元件，输出光电流（I）为

 

 (1)

 

其中 φs 是萨格纳克相移 ， Io  是以零角速度情况计算出的电流

 

 (2)

 

P 是光源光功率， σ 是光电检测器的响应度（在我们的案例中等于1）。在等式（2）中将光功率除以2是因为在耦合器处功率损失了一半。 一旦 φs 确定了， 我们可以计算

 

 (3)

 

其中 L 是光线长度, D 是环直径, λ 是光源波长，由此来确定环路Ω 的角速度。注意，由于等式（1）具有余弦，因此直流技术无法区分正负速度。

 

图1.FOG DC检测布局
 

光纤陀螺仪系统设计：相位调制方法[2]

 

当尝试测量非常低的角旋转速率时，DC方法不是很准确，所以通常使用相位调制技术。 对于该设置，光检测信号

 

 (4)

 

将相位调制器幅度选择到+/-0.9 rad ，给出最大化J1(Φm) = 0.581517 的项Φm = 1.8 。提取调制频率ωm的余弦级数

 

 (5)

 

公式3得到角速度。我们可以重新排列找到φ_𝑠，然后再次使用公式（3）找到角速度。 注意，在这种情况下，由于等式（5）具有正弦关系，所以我们可以确定角速度的大小和方向。另外，在这种情况下, 在等式（2）中，零速电流不是𝐼_𝑜=𝜎𝑃/2 而是 𝐼_𝑜=𝜎𝑃/8因为在光到达光电二极管的时候，其功率已经被耦合器减半了三次。

 

图2.OptiSystem设计的调制技术原理图（资料来源：REF）（注：光纤偏振器未包含在设计中）

 

对于以下的OptiSystem设计，角速度已设置为7.27e-5rad / s（地球的转速）。 I-FOG的设置显示在红色框中（在全局参数下）。 通过使用相移分量来应用萨格纳克相移，计算如下:

 

 

在这里，我们根据前面的方程，使用C ++组件来计算角速度。 测得的角速度（在C ++组件下显示为结果）为7.29e-5rad / s。

 

图3.FOG 相位调制

 

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