МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАСШТАБНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ГИРОСКОПА

Предмет исследования. Предложен метод динамического определения полуволнового напряжения электрооптического модулятора в составе волоконно-оптического гироскопа. Исключение влияния действующего на прибор углового ускорения при измерении значения электрооптического коэффициента достигается за счет использования метода гомодинной демодуляции, позволяющего произвести разделение сигнала фазового сдвига Саньяка и вспомогательного сигнала для измерения электрооптического коэффициента фазового модулятора в частотной области. Метод. Сущность метода сводится к разбиению шага цифровой модуляции волоконно-оптического модулятора на две составляющие длительностью в половину шага цифровой серродинной модуляции каждая. Первая составляющая используется для квадратурной сдвигающей модуляции. Вторая составляющая содержит отсчеты вспомогательного сигнала, используемого для определения значения масштабного коэффициента модулятора. Моделирование выполнено как в самостоятельной обособленной модели, так и в составе общей модели гироскопа. Исследована применимость предлагаемого метода, его качественные и количественные характеристики – абсолютная и относительная точность определения электрооптического коэффициента. Исследована устойчивость метода к воздействию угловых скоростей и ускорений и воздействию шумов в реальных приборах. Основные результаты. Проведенное моделирование показало возможность измерения быстро изменяющейся угловой скорости и одновременного измерения электрооптического коэффициента фазового модулятора без взаимовлияния между этими процессами. Практическая значимость. Показаннаяв работевозможность исключения влияния углового ускорения на точность измерения электрооптического коэффициента фазового модулятора позволит реализовывать точные измерительные алгоритмы для волоконно-оптических гироскопов, устойчивые к значительным ускорениям, имеющим место в реальных приборах.

1. Lefevre H. The Fiber-Optic Gyroscope. 2nd ed. Artech House, 2014. 405 p.
2. Pavlath G.A. Closed-loop fiber optic gyros // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 1996. V. 2837. P. 46–60. doi: 10.1117/12.258198
3. Lefevre H., Martin F. Optical-Fiber Measuring Device, Gyrometer, Central Navigation and Stabilizing Sys-tem. Patent US5141316. 1992
4. Курбатов А.М., Курбатов Р.А. Способ повышения точности волоконно-птического гироскопа с за-крытым контуром. Патент RU2512599. 2012.
5. Plotnikov M.J., Kulikov A.V., Strigalev V.E., Meshkovsky I.K. Dynamic range analysis of the phase gener-ated carrier demodulation technique // Advances in Optical Technologies. 2014. Art. 815108. doi: 10.1155/2014/815108
6. Dandridge A., Tveten A.B., Gialloronzi T.G. Homodyne demodulation scheme for fiber optic sensors using phase generated carrier // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1982. V. 18. N 10. P. 1647–1653.
7. Плотников М.Ю., Куликов А.В., Стригалев В.Е. Исследование зависимости амплитуды выходного сигнала в схеме гомодинной демодуляции для фазового волоконно-оптического датчика // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 6 (88). С. 18–22.
8. Azmi A.I., Leung I., Chen X., Zhou S., Zhu Q., Gao K., Childs P., Peng G. Fiber laser based hydrophone systems // Photonic Sensors. 2011. V. 1. N 3. P. 210–221. doi: 10.1007/s13320-011-0018-3
9. Wang L., Zhang M., Mao X., Liao Y. The arctangent approach of digital PGC demodulation for optic interferometric sensors // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 2006. V. 6292. Art. 62921E. doi: 10.1117/12.678455
10. He J., Wang L., Li F., Liu Y. An ameliorated phase generated carrier demodulation algorithm with low har-monic distortion and high stability // Journal of Lightwave Technology. 2010. V. 28. N 22. P. 3258–3265. doi: 10.1109/JLT.2010.2081347
11. He J., Li F., Zhang W., Wang L., Xu T., Liu Y. High performance wavelength demodulator for DFB fiber laser sensor using novel PGC algorithm and reference compensation method // Proceedings of SPIE - The In-ternational Society for Optical Engineering. 2011. V. 7753. Art. 775333. doi: 10.1117/12.885823
12. Yang X., Chen Z., Ng J.H., Pallayil V., Unnikrishnan K.C. A PGC demodulation based on differential-cross-multiplying (DCM) and arctangent (ATAN) algorithm with low harmonic distortion and high stability // Pro-ceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 2012. V. 8421. Art. 84215J. doi: 10.1117/12.974939
13. Tong Y., Zeng H., Li L., Zhou Y. Improved phase-generated carrier demodulation algorithm for eliminating light intensity disturbance and phase modulation amplitude variation // Applied Optics. 2012. V. 51. N 29. P. 6962–6967. doi: 10.1364/AO.51.006962
14. Wang G.-Q., Xu T.-W., Li F. PGC demodulation technique with high stability and low harmonic distortion // IEEE Photonics Technology Letters. 2012. V. 24. N 23. P. 2093–2096. doi: 10.1109/LPT.2012.2220129
15. Wentao Z., Hao X., Cunzhi P., Wenzhu H., Fang Li Differential-self-multiplying-integrate phase generated carrier method for fiber-optic sensors // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engi-neering. 2014. V. 9233. Art. 92331U. doi: 10.1117/12.2069764
16. Wu B., Yuan Y., Yang J., Liang S., Yuan L. Optimized phase generated carrier (PGC) demodulation algo-rithm insensitive to C value // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 2015. V. 9655. Art. 96550C. doi: 10.1117/12.2184268
17. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. 2-е изд. М.: Высшая школа, 1998, 448 c.
18. Мехреньгин М.В., Киреенков А.Ю., Погорелая Д.А., Плотников М.Ю., Шуклин Ф.А. Компенсация температурной зависимости выходного сигнала в схеме гомодинного приема сигнала фазовых воло-конно-оптических датчиков // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. № 2 (15). C. 227–233. doi: 10.17586/2226-1494-2015-15-2-227-233
19. Smith S.W. The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing. California Technical Publishing, 1999. 650 p.
 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License