[發明專利]降低光纖陀螺標度因數溫度靈敏度的光源非制冷方法

無效

• 申請號: 200810059145.3
• 申請日: 2008-01-14
• 公開（公告）號: CN101216316A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 陳杏藩;劉承;舒曉武;胡慧珠
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72;G01C25/00;H05B37/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種光纖陀螺傳感器中信號處理的方法，尤其是涉及一種降低光纖陀螺標度因數溫度靈敏度的光源非制冷方法。

背景技術

光纖陀螺是一種基于光學賽格奈克效應的角速度傳感器，通過檢測光纖干涉儀沿兩個互易光路傳播的光束之間的賽格奈克光相位差，以獲得光纖陀螺所在平臺的角速度信息。由于光纖陀螺為全固態傳感器，能快速啟動及帶寬大等原因，作為一種全新角速度傳感器受到廣泛應用。最典型的應用是在航天航空應用系統中，作為導航計算及姿態控制中的角速度信息傳感器。光纖陀螺的輸出數據和角速度的比例系數稱為光纖陀螺的標度因數，簡稱為標度因數，根據光纖陀螺的輸出數據和標度因數即可知道運動體的角速度。角速度Ω和光纖陀螺輸出的數據φ_FB之間的關系可表示為：

Ω=-λC2πLDφFB=K*φFB---(1)]]>

其中K=-λC2πLD]]>為光纖陀螺的標度因數，λ為所用半導體光源的平均波長，C為真空中的光速：L和D為光纖陀螺光纖環的長度和直徑。光纖陀螺標度因數是溫度的函數，常用標度因數溫度靈敏度參數來表征該函數關系，理想狀態下該參數為零，即標度因數和溫度無關，但實際無法達到，只能將標度因數的溫度靈敏度抑制在一定的數值之內。

光纖陀螺所用的光源為半導體光源，其平均波長隨溫度變化而變化，平均波長隨溫度的典型變化率為400ppm/攝氏度(ppm：百萬分之一)，平均波長的變化將直接傳遞為標度因數的變化，若不加任何改善措施標度因數也有400ppm/攝氏度的變化。為了保證光纖陀螺標度因數的溫度性能，降低其溫度靈敏度，現有方法是采用制冷電路對光源進行制冷，使其溫度恒定。若要求標度因數溫度在溫變條件下變化小于100ppm，相應地要求光源平均波長變化小于100ppm，相當于需要用制冷電路將光源的溫度控制在0.25度或±0.125度的范圍內。但這種方案引入的制冷電路功耗大且使系統變復雜，雖然可滿足降低標度因數溫度靈敏度性能要求，但也引入一些其他問題。

第一個問題是需要消耗額外的功耗，航天航空應用系統所有功耗都由總功率有限的系統電源系統提供，其對各部分功耗要求嚴格，同樣要求光纖陀螺功耗要低。而光纖陀螺功耗中很大的一個組成部分是所用光源制冷電路的功耗。典型光纖陀螺總功耗小于5瓦，而光源制冷功耗為2瓦左右，制冷電路占用系統的接近一半的功耗。

第二個問題是制冷電路的功耗最終轉換為同樣數量的熱量散發在系統內部，從而惡化光纖陀螺內部的熱環境，影響其溫度性能。特別是在高溫環境運行時，為了保持光源溫度恒定，制冷器制冷并發熱，而發出熱量進一步惡化內部熱環境并提升內部溫度，而溫度提升要求制冷電路制冷量更多，而制冷量更多意味著制冷系統會發出更多的熱量，該過程為正反饋的過程，最終會導致整個系統溫度過高，意味著系統的不穩定和可靠性降低。并且引入制冷電路需要額外增添不少器件，使系統復雜度增加，同樣意味著可靠性的降低。

也即現有的通過對光源溫控降低標度因數溫度靈敏度的方法具有幾個缺點：首先是功耗高，在功耗要求嚴格的場合如航天航空應用系統中不適合；其次是發熱嚴重，影響光纖陀螺的溫度性能；最后還增加了系統的復雜度，降低整體可靠性。若能在降低標度因數溫度靈敏性的基礎上省卻制冷電路，則可有效降低光纖陀螺的功耗，改善其溫度性能和提高系統的可靠性。

發明內容