浅谈光纤陀螺仪轨道方向不平顺检测系统设计

VG951光纤陀螺仪是根据萨格纳克效应研制的，即光在萨格纳克效应中产生的光程差与旋转角速度成正比，从而可通过光的干涉结果推算角速度，其输出信号与角速度成正比。其主要关键技术指标为：偏差稳定性：0.3 - 1deg/hr;随机游走：<0.002deg/sqrtHz;工作范围：80deg/sec;

偏差重复性(offset) 1°/hr,1 sigma;偏差变化(恒稳态)0.3°/hr,1 sigma;比例因子37mV/°/s±10%;外部磁场<1°/hr/Gauss;输出阻抗1000Ω。由此可以看出，VG951是一种稳定性好、漂移小、重复性好、抗磁能力强的性能优异的光纤陀螺仪产品。

陀螺仪用于检测轨向时输出信号很微弱，因此，必须选用低噪声运放电路，并合理设置滤波电路。本系统选用高精度低噪声的仪用放大器AD620，其最佳源电阻在1000Ω左右，正好与VG951相匹配，能最大限度地减少由于电路阻抗不匹配产生的噪声[6] 。该放大电路与无源 RC滤波电路组合，能够有效保证前置放大电路的品质。

AD 公司的A/D转换器AD7714[6]是一款带信号处理功能的串行A/D，可直接从传感器接受低电平信号，使用和差转换技术实现高达24bit的无误码模数转换。AD7714内置数字滤波功能，可编程设置滤波器的截止频率和稳定时间。本系统可同时接受和处理二路VG951的输入。 AD7714参考端电压(+3.0V)由AD780提供。

陀螺仪信号是双极性信号，且信号地与电源地相通。虽然AD7714可以接受双极性输入，但有一个限制条件，即信号相对于AGND的电压不能低于-30mv。因此，必须将陀螺仪信号平移一个基准电压(+1.5V)，该电压由AD780分压提供。

系统以Philips公司的P89V51RD2[8]为控制与数据处理中心。P89V51RD2是一种高性能的80C51兼容型单片机，片内内置64K程序存储器,768+256Byte数据存储器，可利用 Philips提供的ISP/IAP程序实现系统的在线编程(在系统或在应用编程)。该CPU管理并控制着数据采集过程，由T2 定时器给AD7714的数字积分提供精确定时，并完成陀螺仪测量数据的实时分析与处理工作。图1为简化硬件原理图。

同时，P89V51RD2还是与轨检小车主CPU进行数据通讯的控制器，成为轨检小车多CPU主从结构的一个基础端点。

图1 简化硬件原理图