干涉系统高精度数据采集电路的设计

　　1　引　　言

　　光纤陀螺仪的核心部分是由光纤绕圈组成的干涉仪,其对旋转角速度的测量是通过Sagnac效应完成的,然而在高精度系统中,效果却不理想,这主要是因为系统中非互易性寄生效应的影响,即存在非线性因素,如在双折射光纤中的偏振耦合。耦合点在光纤中是随机分布还是在某些特殊的位置,这直接影响系统的性能。光纤绕组的缠绕过程中局部的偏振交叉耦合将降低光纤陀螺的工作效率[1]。

　　在光纤寄生偏振耦合测试仪中系统使用的高双折射保偏光纤可以传输两个相互正交的线偏振模。当光纤受到外部或者内部扰动的影响时,在光纤的受扰处会产生寄生偏振耦合,从而产生了一个与原偏振态垂直的耦合偏振模式[2]。由于耦合效率一般很低,为了测试耦合点在光纤中的分布位置以及耦合点处的耦合效率,需要对干涉系统的输出信号进行高精度的数据采　　集分析。

　　本文设计了一种用于光纤寄生偏振耦合测试仪的高精度数据采集电路,通过FPGA与计算机接口,实现对整个系统的控制。其中FPGA的内部设计采用集中控制的设计方法,简化了系统设计。

　　2　偏振耦合测试系统基本原理

　　光纤寄生偏振耦合测试系统是以白光干涉为基础,通过迈克尔逊干涉仪的光程补偿,检测出在光纤绕组中的寄生偏振耦合点的位置[3]。系统基本组成如图1所示。

　　利用一个SLD宽带光源,经过起偏器后耦合进入高双折射单模光纤绕组,沿着其中一个主轴传播。当光纤中存在耦合点时,在耦合点处一部分能量被耦合到垂直方向形成一列低能量的波阵列。在光纤的输出处放置一个起偏器,通过偏振态调整装置,将偏振器的透光轴调整到与光纤两个主轴成45°角处。这样可以保证两束光经过起偏器后,以相同的振幅比进入扫描迈克尔逊干涉仪。

　　迈克尔逊干涉仪测量臂的可动反射镜由步进电机驱动进行光程补偿,两束光的干涉结果由探测器接收,经过A/D转换输入计算机进行处理和显示。

　　3　电路设计

　　3.1　电路原理

　　测试系统中电路部分的主要作用是将干涉系统输出的光信号转换为数字信号,进行数据处理,同时对步进电机以及偏振态调整装置进行控制。电路结构框图如图2所示。

　　迈克尔逊干涉仪输出的光信号被光电探测器接收后变为模拟电流信号,经过高精度A/D转换芯片转换成数字信号。FPGA对A/D芯片的输出信号进行采样后,将其输入计算机进行处理。其中S5933是专用的PCI接口控制芯片,实现FPGA与PCI总线之间的通信和数据传输。FPGA还完成对步进电机的控制,以实现在扫描的同时对光信号进行实时数据转换。