[發明專利]基于載波調制的多波長干涉式光纖陀螺

無效

• 申請號: 201010193246.7
• 申請日: 2010-05-27
• 公開（公告）號: CN101886925A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 楊易;邵珊;王子南;李正斌
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

技術領域

本發明涉及通信技術領域，更加具體地，涉及一種基于載波調制的多波長干涉式光纖陀螺，即一種使用載波抑制調制將單頻光能量搬遷到兩個或者多個頻率十分接近的邊帶上來同時用于感測的光纖陀螺儀。

背景技術

陀螺儀是一種轉動傳感器，用于測量運載體的姿態角和角速度，是構成慣性系統的基礎核心器件。陀螺儀被廣泛運用于航天、航空、航海、兵器及其它工業領域。常見的陀螺儀有三種類型：機械陀螺儀，激光陀螺儀，和光纖陀螺儀(Fiber-optic?gyroscope，FOG)。后兩者為光學陀螺儀。光纖陀螺儀具有快速啟動，結構緊湊，高靈敏度等一系列優點，但是穩定性不如一些現代機械陀螺。然而，光纖陀螺具有精度高、尺寸小等優點，同時其精度和穩定度具有極大的提高潛力。

光學陀螺的原理基于薩格納克效應(Sagnac?effect)。在閉合光路中，由同一光源發出的沿順時針方向(CW)和逆時針方向(CCW)傳輸的兩束光發生干涉，通過檢測相位差或干涉條紋的變化，就可以測出閉合光路的旋轉角速度。薩格納克效應的一種常見表達方式是基于順時針方向(CW)和逆時針方向(CCW)傳輸的兩束光而產生的正比于旋轉角速度的相位差，這個相位差被稱作薩格納克相移，其表達式如下：

Δφ=4ωAc2Ω]]>等式(1)

其中ω為光的頻率，c為真空中的光速，A是光路所圍的面積(或者是與角速度矢量方向垂直的面積投影)，Ω為轉動角速度。方程(1)說明薩格納克相移Δφ與環路形狀和旋轉中心位置無關，而且與導波介質的折射率也無關。

干涉式光纖陀螺是光纖陀螺的一個重要類型。在干涉式光纖陀螺中，通常采用較長的光纖繞制成多匝陀螺線圈。在這種情況下，薩格納克效應的表達式為

Δφ=2πLDλcΩ]]>等式(2)

其中L為光纖的長度，D為光纖線圈直徑，λ為光波的波長，c為真空中的光速，Ω為轉動角速度。光纖陀螺的基礎結構是薩格納克干涉儀，該結構需要滿足分束器互易、單模互易、等互易性條件。互易性保證了CW光和CCW光的傳播狀態及路徑完全一致，由此實現“共模抑制”，從而消除多種寄生效應造成的偏差。

為使光纖陀螺儀工作在靈敏度較高的狀態，通常采用在光纖線圈的一端加上相位調制的結構，例如，可以如圖2所示，在光纖線圈的一端加上PZT來進行相位調制，也可以如圖3所示，在光纖線圈的一端加上Y波導來進行相位調制。利用上述相位調制結構，使兩束光波在不同時間受到一個完全相同的相位調制φ(t)，從而產生如下所述的的時變相位差，

Δφ(t)＝φ_CCW(t)-φ_CW(t)＝φ_m(t)-φ_m(t-τ)????????????????等式(3)

其中τ＝nL/c表示光通過整個光纖線圈長度的傳輸時間，n_f是光纖的有效折射率。在施加調制后，所獲得的干涉信號I_D為

I_D＝I₀{1+cos[φ_S+Δφ(t)]}????????????????????????等式(4)

當Δφ(t)的形式已知時，通過對干涉信號I_D進行合適的解調就可以得到薩格納克相移φ_s，從而進一步得到轉動角速度Ω。

然而，傳統的光纖陀螺中所使用的光源通常為單波長光，由于溫度漂移和外界擾動等因素，光纖陀螺的精度通常不高。因此，需要一種光纖陀螺，其通過對光源信號進行改進，能獲得更高的測量精度和穩定性，并能夠消除共模誤差。

發明內容