[發明專利]MZ諧振干涉原理的光纖陀螺儀

無效

• 申請號: 200710048582.0
• 申請日: 2007-03-08
• 公開（公告）號: CN101261127A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 張利勛;劉永智;彭增壽;歐中華;代志勇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01C19/58
• 分類號: G01C19/58;G01B9/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種光纖陀螺儀，尤其是一種MZ諧振干涉原理的光纖陀螺儀。

背景技術

光纖陀螺是一種無機械轉子的新型全固態慣性儀，具有壽命長、啟動快、精度高、動態范圍寬等優點，在航空航天、武器導航等領域起到了極為關鍵的作用。當前光纖陀螺主要采用基于Sagnac原理的干涉式光纖陀螺(IFOG)、諧振式光纖陀螺(RFOG)兩種方案。干涉式光纖陀螺相對比較成熟，為了提高系統探測精度降低噪聲，采用了超輻射發光光源(SLD)及長達數百米的保偏光纖線圈，同時也帶來了系統體積重量較大，系統穩定性降低、成本較高的缺點。諧振式光纖陀螺采用循環光束之間的多波干涉的原理，可以在較短的光纖中獲得較高的探測精度，但需要高相干光源Δυ＜100kHz、低損耗的保偏耦合器，而且高相干光源也引入了較強的后向反射散射噪聲；在此之后又提出了一種再入式光纖陀螺(REFOG)，該種陀螺(圖4)采用低相干光源(SLD)，利用光在諧振腔中相向傳輸的光傳輸相同圈數后出射干涉的原理，獲得較高的輸出曲線精細度，通過光放大器有源放大可獲得較高的探測靈敏度，缺點是輸出中包含了大量無轉動信息(直接通過耦合器未進入諧振腔)的光，使其在無源情況下探測靈敏度較低，即使是在有源情況下，由于增益飽和也給光放大器帶來了負擔，光放大器的自發輻射噪聲對光信號影響也非常大。而且采用SLD始終是陀螺方案中的一種折中，該器件存在工藝技術較復雜、輸出功率較低(一般＜150μW)、價格昂貴、光源穩定性差等缺點，特別是在諧振式光纖陀螺中無源情況下多次分光循環后光非常微弱，給后續信號處理帶來非常大的難度。

為了克服Sagnac干涉式光纖陀螺儀光功率利用率低，正向反向光在同一光路傳輸造成干擾及信噪比低的缺點，我們在2003年獲得了一種基于MZ(Mach-Zehnder)干涉原理的干涉式光纖陀螺儀(03103030.0)，該種陀螺儀使用單模半導體激光器，其正向傳輸光路與反向傳輸光路彼此獨立相互之間不產生干擾，且不存在多次光分路所造成的功率損耗，其原理結構圖如圖5所示。從激光器發出的光進入光纖后被3dB耦合器2分束后分別送到長度完全一樣的兩光纖信號臂S1端口aa’和S2端口bb’中，兩光纖信號臂按同一圓心，同一直徑以相同繞制方法纏繞在光纖線圈架上形成光纖線圈，光信號分別從S1臂的端口a以及S2臂的端口b輸入，因此形成的光路傳輸方向彼此反向兩信號臂的輸出端a’b’再與3dB?B耦合器8的兩輸入端連接，最后干涉信號從耦合器8對接的光探測器9轉換成電信號I，通過對輸出電信號的測量即可獲得陀螺旋轉角速度的信息：

I=12Pη(1-cos(4πlRΩcλ))---(1)]]>

其中P為光功率，η為光電轉換系數，l為MZ一臂長、R為光纖環半徑、Ω為旋轉角速度，c為光速，λ為光波長。

基于MZ干涉原理的干涉陀螺儀，也存在固有的缺點，其精度、靈敏度比諧振式光纖陀螺低。

發明內容

本發明的目的是為了克服MZ干涉原理的干涉陀螺儀的臂較長，精度較低的缺點，而提供了一種MZ諧振干涉原理的光纖陀螺儀，該陀螺儀采用兩臂對稱的雙循環光束之間的MZ多波束干涉的原理，可以用較短的光纖臂實現非常長的帶轉動角速度信號的光路，而且輸出信號不含無轉動信息的光。

本發明的目的可通過如下措施來實現：